- Источник:
- NASA, сканирование: J.L. Pickering
Если исходить из того, что будущее невозможно без освоения космоса , то человечеству следует заранее подготовиться к тем не известным пока опасностям, которые его на этом пути ожидают. По этой причине с самых первых дней космической эры рассказы космонавтов и астронавтов об ощущениях, испытанных на орбите, немедленно подробно фиксировались и впоследствии становились предметом тщательного изучения. Некоторые из них до сих пор остаются загадкой для ученых, поскольку речь о явлениях, в земных условиях не наблюдаемых.
Казалось бы, это совершенно не относится к фосфенам — вспышкам, которые космонавты якобы видят, хотя глаза у них при этом закрыты. Они относятся к энтоптическим явлениям () и хорошо известны каждому: достаточно надавить на глазное яблоко пальцем, чтобы увидеть в глазу яркое свечение. Или стукнуться лбом об стену в темноте неосвещенного подвала. Или прикоснуться к оголенному проводу с электрическим током. Знакомы с ними и любители галлюциногенов.
Однако организм космонавтов не подвергается ни одному из перечисленных выше видов воздействия в той степени, в которой они могут стать причиной световых вспышек. А о фосфенах говорят, однако, почти все. Впервые об увиденных ими загадочных световых вспышках поведали астронавты Эдвин Олдрин () и Нил Армстронг (), участники знаменитой лунной экспедиции «Аполлон-11» в 1969 году. NASA сразу организовало серию специальных исследований и пришло к заключению, что основной причиной вспышек следует с большой вероятностью считать быстро движущиеся заряженные частицы космических лучей . Тогда же эксперты сочли, что фосфены должны быть отнесены к факторам риска в освоении космоса. Сами астронавты достаточно спокойно отнеслись к выводам экспертов. Кристер Фуглезанг (), астронавт Европейского космического агентства (), испытал, по его словам, счастье в тот декабрьский день 2006 года, когда, плавая в спальном мешке в пространстве корабля, наконец-то увидел долгожданные вспышки — белые пятна, окруженные красивым гало и быстро исчезавшие из поля зрения. Он слышал много рассказов других космонавтов об этих вспышках и наконец-то увидел их сам!
Можно сказать, что и механизм возникновения вспышек больше не составляет загадки. Многолетние исследования Ливио Наричи (Livio Narici) из Национального института ядерной физики в Риме () убедительно показывают, что они возникают, когда частицы космических лучей непосредственно взаимодействуют с мозгом, стимулируя участки, отвечающие за визуализацию. Соглашаясь в целом с экспертами NASA, Наричи указывает на две причины, по которым фосфены следует рассматривать как фактор риска.
Первая состоит в том, что мы ничего не знаем о последствиях длительного воздействия фосфенов на здоровье космонавтов. Следует иметь в виду, что пока космонавты совершают полеты лишь вблизи поверхности Земли, особой опасности нет: земное магнитное поле отклоняет большую часть движущихся к Земле заряженных частиц. Иная ситуация может сложиться для участников во время многомесячных экспедиций на Луну или Марс.
Вторая — связана с неизвестностью относительно воздействия высокоэнергетических частиц космических лучей на состояние иных органов чувств космонавта. Если они действительно оказывают специфическое воздействие на зрительную кору головного мозга, то точно так же они могут действовать и на другие его участки. В итоге космонавт может почувствовать необычные запахи либо услышать загадочные звуки. Вполне невинные в обычной жизни, такие ощущения могут подтолкнуть космонавта к неадекватным поступкам, особенно если совпадут во времени с посадкой или взлетом космического корабля.
- Источник:
- NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
А ведь фосфены — неизменные спутники всех космических экспедиций. В среднем световые вспышки видят восемь из десяти астронавтов — таковы результаты проведенного Фуглезангом опроса, результаты которого были опубликованы им в журнале за 2006. Как правило, фосфены появляются при закрытых глазах. 12 из 59 респондентов отмечали, что вспышки мешали им спать. В то же время три респондента видели вспышки с открытыми глазами, при ярком освещении. При этом никто из участвовавших в опросе не сообщил о каких-либо необычных невизуальных ощущениях.
Вспышки могут возникать и непосредственно в глазу как следствие известного в ядерной физике . Скорость частиц космических лучей, попадающих в глаз астронавта, близка к скорости света в вакууме, и если она превысит при этом скорость света в глазном яблоке, то эти частицы станут источниками электромагнитного излучения. В начале 1970-х годов американский физик Питер Макналти (Peter McNulty), профессор Кларксоновского технологического колледжа в Потсдаме штата Нью-Йорк (Clarkson College of Technology, ныне ), решил изучить вопрос о происхождении фосфенов эмпирически.
Поставленный им эксперимент изяществом не отличался: Макналти и его коллеги из Принстонского университета () просто подставили свои головы под пучок мюонов от ускорителя и описали ощущения, которые при этом испытали. Любопытная деталь: администрация университета разрешила проводить эксперимент при условии, что объектами исследования будут только преподаватели и никоим образом не студенты! Поэтому места у пульта управления ускорителем заняли старшекурсники и аспиранты, а профессора выполняли роль подопытных кроликов.
Эксперименты Макналти подтвердили, что часть вспышек действительно можно объяснить черенковским излучением, но далеко не все. Так, в одном из экспериментов частицы были замедлены до скоростей, при которых черенковское излучение исчезает; фосфены, однако, наблюдались. Макналти предположил, что в этом случае частицы попадают в расположенные сзади глаза нервные клетки и становятся причиной возникновения кратковременного электрического тока небольшой интенсивности. Мозг же, вполне возможно, интерпретирует подобные токи как световые вспышки.
- Источник:
- NASA
Некоторые важные детали, не вошедшие в официальный отчет группы Макналти, удалось выяснить все тому же Ливио Наричи. В беседах с ним некоторые участники экспериментов с мюонными пучками признались, что, находясь под облучением, ощущали странные запахи, но этот эффект показался им несущественным в сравнении со световыми вспышками, и именно поэтому они не упоминали о нем в своих отчетах. По мнению Наричи, возникновение запахов может означать, что внешнее воздействие затронуло также обонятельную луковицу () в передней части мозга.
Надо отдать должное Ливио Наричи: роль комментатора чужих исследований его явно не удовлетворяла, и он начал новый этап в исследованиях фосфенов, перенеся их на борт космического корабля. Идея этих исследований была частично подсказана экспериментами Гилза Бриндли (Giles Brindley) и Уолпола Левина (Walpole Lewin) из Кембриджского университета (), проводивших сорок лет назад опыты по посредством стимулирования зрительной коры ослепших людей. Некоторые пациенты — после имплантации электродов в непосредственно прилегающую к зрительной коре область головного мозга и включения тока — заявляли о том, что видят вспышки света, «подобные звезде на ночном небосводе».
Громоздкие и неудобные в использовании электронные приборы конца 60-х годов не способствовали успеху медицинских экспериментов кембриджских ученых; однако, по мнению и самого Наричи, и его коллеги из университета Глазго Джеймса Моррисона (), Бриндль и Левин были на правильном пути. Полученные ими результаты показывают, что передача энергии в область зрительной коры может сопровождаться ощущением световой вспышки. Заметим, что в формировании зрительных образов принимает участие приблизительно четвертая часть головного мозга (в том числе, зрительный нерв и прилегающая к нему часть коры) — что повышает вероятность связи фосфенов с попаданием в головной мозг высокоэнергетических частиц.
Схема экспериментов, которые на протяжении многих лет ставят Наричи и его сотрудники, довольно проста. Участвующие в исследовании астронавты надевают специальный шлем, по окружности которого расположено шесть детекторов частиц. Каждый раз, когда астронавт видит вспышку света, он нажимает специальную кнопку. Детекторы при этом позволяют достаточно подробно выяснить траекторию движения частиц и установить, в каком направлении движется каждая из них. Исследователи анализируют полученные данные и выявляют (либо не выявляют) корреляции между наблюдением фосфенов и регистрацией частиц, а также и направление, в котором эти частицы движутся: непосредственно в глаз, в оптический нерв или в область зрительной коры.
Подобные эксперименты на станции «Мир» показали, что за 26 часов космонавт регистрирует в среднем 233 вспышки, а более поздний эксперимент на МКС зафиксировал только 20 вспышек в течение 7 часов. При этом через глаза астронавтов проходит в общей сложности около 20 частиц за одну минуту, а потому соотнести световую вспышку с какой-либо определенной частицей невозможно. Добавим, что в самой последней модификации шлем снабжен электродами, соединенными с электроэнцефалографом. Осуществляемый с его помощью постоянный мониторинг деятельности мозга должен показать, какие именно части мозга астронавтов переходят в возбужденное состояние при регистрации фосфена.
Судя по последним публикациям Наричи, работа в наземной лаборатории сочетается с экспериментами на орбите. Одной из таких лабораторий стал синхротрон Общества по изучению тяжелых ионов () — исследовательской организации, находящейся в Дармштадте (Германия ) и проводящей различные исследования по использованию ускоренных частиц для лечения опухолевых заболеваний мозга. Больные там проходят сеансы облучения пучками атомов углерода, и многие из прошедших курс лечения отметили, что видели фосфены.
- Источник:
- A. Zschau, GSI
Наричи подключил к исследованиям фосфенов также и химиков, поставив перед ними вопрос о том, могут ли химические реакции в светочувствительном белке родопсине, играющем ключевую роль в процессе зрительного восприятия, быть инициированы попадающими в белок заряженными частицами. И теперь им приходится признавать, что за невинными вспышками в глазу скрывалась «терра инкогнита» разнообразных фотохимических процессов в человеческом организме. Удастся ли начертить достаточно подробную её карту до начала лунных и марсианских экспедиций? Вопрос этот пока остается открытым, но надежды на это появились…
