宇宙飛行が人間の健康に与える影響について学ぶとき、通常は放射線の危険性、骨密度の減少、視力の変化などについて耳にするだろう。これらの長期的なリスクは重要であるが、あまり頻繁には議論されない懸念事項として乗り物酔いがある。
子どもの頃、筆者の一人(Taylor)は乗り物酔いにかかりやすかった——車の後部座席であろうと、電車に座っていようと、バスに乗っていようと。当時、彼女はそれを残酷な運命のいたずらだと考えていたが、大人になって——しかも科学者として——Taylorは今、それが完全に自分のせいだったと確信を持って言える。
というのも、長時間のドライブ中のほとんどの子どもたちと同様に、Taylorは退屈していたのである。そこで、この退屈と闘うために、彼女は本を読むかGameboyで遊ぶかしていた。彼女はその日膝の上にあった何らかの娯楽を見つめ続け、やがてお馴染みの吐き気がじわじわと忍び寄ってくるのだった。
時には横の窓を見ることで楽になることもあったが、多くの場合、Taylorの父親は次のガソリンスタンドで短い休憩のために車を停めなければならなかった。さもなければ、全員がその結果に苦しむことになるからだ。
今では、彼女はより根本的なレベルで何が起きていたのかを理解している。子どもの頃、私たちは五感について教わる:視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚である。しかし、体がどのように動いているかを理解するのを助ける、隠された第六の感覚がある——前庭系である。脳はこれらすべての感覚から情報を取り込み、過去の経験に基づいて、移動しているときに予想されることと比較する。
理想的には、前庭感覚と脳の予想との間の不一致は小さいはずである。しかし、大きく持続的な葛藤があると、人は気分が悪くなる。
車の中で読書をしている間、Taylorはページ上の動かない文字を見つめていた一方で、前庭系は脳に道路を移動していると伝えていた。この食い違いが脳を混乱させたのである。なぜなら、通常Taylorが動きを感じるときは、同じように世界が自分の周りで移動しているのを見るはずだからである——それゆえに乗り物酔いになったのだ。もし彼女が窓の外を見て世界が通り過ぎるのを眺めていたら、彼女は問題なかっただろう。さらに良いことに、もし彼女が前の座席にいたら、前方の道路を見て、将来どのように動くかを予測することができただろう。
経験することと脳が予想することとの間の感覚的葛藤は、車酔いだけを引き起こすわけではない。それはまた、バーチャルリアリティヘッドセットの使用によるVR酔いの主要な原因と疑われており、船での船酔いや宇宙飛行による乗り物酔いとも関連している。私たち航空宇宙工学者のチームは特に後者に関心を持っている。
宇宙飛行中の乗り物酔い
これまでのところ、すべての宇宙飛行士は地球上で育ってきた。そのため、彼らの脳は、あらゆる動きの手がかりに地球の重力が含まれることを予想している。しかし、宇宙の軌道に到達すると、もはやそうではなくなる。
地球周回軌道の微小重力環境では、前庭系には重力入力がない。地球の重力という脳の予想と、重力がないという現実との葛藤が宇宙乗り物酔いを引き起こす。
ありがたいことに、脳の予想は時間とともに、新しい環境への十分な露出の後に変化する可能性がある。航海コミュニティでは「sea legs(船酔いしない体質)を獲得する」と呼ばれることが多いが、宇宙飛行士も宇宙にいる間に最終的には宇宙乗り物酔いを克服する。しかし、それを克服することで、帰還時に別の問題が生じる。
宇宙飛行士の脳が微小重力を予想するようになった場合、地球に戻ってきたときに何が起こるだろうか。予想されるとおり、プロセスは再び始まり、宇宙飛行士は地球再適応乗り物酔いにかかりやすくなる。さらに悪いことに、スペースシャトルの退役以来、クルー用の宇宙船は頻繁に海に着水するため、宇宙飛行士はカプセルが回収されるまで荒波に対処しなければならない可能性がある。船酔いは地球再適応乗り物酔いを悪化させる可能性がある。
これらの状態は珍しくない。すべての宇宙飛行士の半数以上が、宇宙に到着して最初の頃に宇宙乗り物酔いの何らかの症状を経験しており、地球再適応乗り物酔いは地上に戻ってきたときに同様の発生率で起こる。
宇宙飛行士への危険性
乗り物酔いを経験したことがある人なら、目を閉じて深呼吸をして忍び寄る嘔吐の衝動を抑える以外には何もできないことがいかに困難かを知っているだろう。車の乗客としてなら、すぐに行動を起こすことを期待されていないので、それでも構わないかもしれない。しかし、帰還カプセル内の海上で孤立している間、宇宙飛行士は集中力を保ち、頭を冴えた状態に保つ必要がある。緊急事態の場合、彼らは迅速に対応する必要がある。
回収チームに拾われる前に宇宙飛行士がカプセルから出る必要がある場合、彼らが持つ乗り物酔いは反応時間を遅らせ、避難の試みを妨げる可能性がある。
潜在的な解決策
現在、ほとんどの宇宙飛行士は、脳がホルモンを使って乗り物酔いを引き起こす能力を妨げる薬剤に頼っている。しかし、多くの市販製品と同様に、これらの薬は眠気などの副作用を引き起こし、時間とともに効果が失われる可能性がある。
私たちの研究チームは2つの実験を完了し、医薬品に頼らずに視覚情報を操作して宇宙飛行士の乗り物酔いを軽減する方法を調査した。
参加者は、重力環境間の移行をシミュレートすることを意図した動きと、その後海の波のような動きに曝された。1時間の波のような動きの間、「バーチャルウィンドウ」が乗り物酔いの発生を減らすことができるかどうかを調査した。
海上のカプセル内では、宇宙飛行士は座席に固定されており、カプセルに組み込まれた小さな窓から外を見ることができない可能性が高い。窓の代わりに、私たちはバーチャルリアリティヘッドセットを使用して、全視野のバーチャルウィンドウを作成した。
対照群では、被験者は動きの視覚的手がかりを受け取らなかった——Taylorの不適切な後部座席での読書に似ている。一方、ある対策群は、自分の動きと自然に連動する視覚シーンを見ることができた。これは車の横の窓から周囲の世界を見るようなものである。もう一つの対策群は、適切に動くシーンを見て、将来の動きを示すオーバーレイが提供された。これは前方の窓を見て前方の道路を見るようなものである。
予想どおり、動きの手がかりがないグループが最も気分が悪くなった。被験者の3分の2が、過度の吐き気のため、1時間の波のような動きを終える前に停止する必要があった。横窓ビューを与えられたグループでは、約5分の1のみが早期に停止する必要があった。現在と将来の視覚的手がかりを受け取った前窓グループでは、10分の1のみが脱落した。
これらの結果は、カプセルの動きを追跡し、それを内部の宇宙飛行士のヘッドセットに投影することで、私たちのチームが衰弱させる乗り物酔いを約半分に減らすことができる可能性があることを意味する。もしカプセルがどのように動くかを予測する方法を見つけることができれば、彼らにその前窓の体験を提供し、着陸をさらに改善できるだろう。緊急事態の場合、彼らはいつでもヘッドセットを外すことができる。
この研究は、現在これらの影響と闘うために使用されている医薬品に頼らない乗り物酔い介入の可能性を示している。私たちの解決策には、保存期間、安定性、副作用に関する同じ懸念がない。宇宙飛行士への利点に加えて、このようなアプローチは、地球上で乗り物酔いにかかりやすい人々、特に飛行機、電車、バス、高速輸送機関など、道路の前方の窓を見ることが実現不可能なシナリオで役立つ可能性がある。
