"Cyborgs und Weltraum"

Quelle: Cyberneticzoo

(Nachdruck mit freundlicher Genehmigung der Zeitschrift Astronautics, Ausgabe September 1960)

Anstatt überall zu versuchen, den Anschein eines einheimischen Planeten zu erwecken, ist es viel logischer, sich in Übereinstimmung mit einer außerirdischen Umgebung zu verändern. Eine Möglichkeit, ein Ergebnis zu erzielen, können Systeme künstlicher Organe sein, die die Fähigkeit einer Person zur unbewussten Selbstkontrolle erhöhen.

Das Fliegen in den Weltraum forderte die Menschheit nicht nur im technologischen, sondern auch im moralischen Sinne heraus und gab jedem einen Grund, aktiv an der persönlichen biologischen Evolution teilzunehmen. Der wissenschaftliche Fortschritt in der Zukunft kann es Menschen ermöglichen, unter Bedingungen zu existieren, die völlig anders sind als wir es gewohnt sind, "natürlich" zu nennen.

Wir haben gerade angefangen zu verstehen, wie Homöostase funktioniert, und es wurde klar, wie sehr es notwendig sein würde, die Prinzipien seiner Selbstverwaltung besser zu verstehen, um das Problem der Anpassung einer Person an jede Umgebung zu lösen. Für viele Jahre konnte die Evolution jedoch keine andere Option als eine schrittweise Anpassung bieten. Jetzt ist es real, keine Gefälligkeiten von erblicher Variabilität zu erwarten, um zur nächsten Stufe überzugehen und die Lebensweise zu verändern, die den Menschen durch biochemische, physiologische und elektronische Zusätze vertraut ist. In vielerlei Hinsicht ist die Stabilität des inneren Gleichgewichts bekannter Organismen auf äußere Faktoren zurückzuführen. Aber wir und Sie, die Tiere im Winterschlaf und poikilotherme Fische halten, haben völlig unterschiedliche Möglichkeiten, die Arbeitstemperatur in Bezug auf die „Körper-Außenwelt“ aufrechtzuerhalten.

Auf verschiedene Weise löst das Leben auch ein anderes Problem - das Atmen. Säugetiere, Fische, Insekten und Pflanzen, jede Art ist perfekt an die Grenzen angepasst, in denen sie lebt. Aber wenn jemand über die Grenzen seiner Existenz hinausgehen will, steht er sofort vor einem "unüberwindlichen" Problem.

Aber so ein "unwiderstehlicher"? Es ist klar, dass der Fisch nicht aus dem Wasser kommen kann, wenn er es in dieser Sekunde will. Nehmen wir jedoch an, der Fisch verfügt über Intelligenz und ausreichende Ressourcen, versteht sich in Biochemie und Physiologie, hat einen Master-Abschluss in Ingenieurwesen und Kybernetik und verfügt auch über hervorragende Labors - ein solcher Fisch könnte wahrscheinlich ein Gerät konstruieren, mit dem Sie Luft atmen und ohne auf dem Boden laufen können das Vorhandensein von Lungen und Beinen.

Bald werden Wissenschaftler über genügend Informationen verfügen, um Geräte zu erstellen, mit denen eine Person ähnliche Tricks ausführen kann. Jetzt interessieren wir uns sehr für den Weltraum. Wie kann man sich ändern, um darin zu leben, ohne sich selbst Schaden zuzufügen? Eine winzige Kapsel mit künstlicher Atmosphäre wird als vorübergehender Schutz dienen, aber ein solcher Schutz ist äußerst gefährlich, weil wir wie Fische sind, die einen Eimer Wasser mitgenommen haben, um in der Hoffnung auf Überleben zu landen. Dieser "Ballon" ist zu verletzlich.

Bei dem Versuch, zumindest einen interplanetaren Flug zu planen, haben Biologen sofort viele verschiedene Fragen. Die Realität langer Expeditionen, nicht in Tagen, Monaten oder Jahren, sondern in mehreren Jahrtausenden, kann sich als so hart herausstellen, dass alle bestehenden Ansätze zur Psychologie und Physiologie der Besatzung überdacht werden sollten.

Dies ist in der Tat unser Artikel. Einige Lösungen können auf dem aktuellen Stand der Wissens- und Technologieentwicklung implementiert werden. Andere sind nur Projektionen einer wahrscheinlichen Zukunft und eher Science-Fiction. Zum Beispiel können die Funktionen des Atmungssystems viel weniger umständlich und gleichzeitig effektiver gehalten werden. Ein Rezept vom nächsten verfügbaren ist ganz einfach: Atme nicht!

Wenn Sie aufhören, überall eine erdähnliche Umgebung zu schaffen, und stattdessen versuchen, sich teilweise an den Weltraum anzupassen, eröffnen sich eine Reihe neuer Möglichkeiten. Eine davon führt zu der Idee, dass das innere biologische Gleichgewicht einer Person, die sich durch die Verbindung exogener Geräte verändert hat, die Möglichkeit bietet, im Weltraum zu Hause zu leben . Das autonome Nervensystem und die endokrinen Drüsen werden zusammenarbeiten und der Biochemie dienen, die sich für die neue Welt verändert hat. Ein solcher Prozess wird unbewusst, aber es wird möglich sein, bewusst einzugreifen. Aber um all diese Wunderautomatisierung richtig einzurichten, benötigen wir natürlich umfassende Kenntnisse auf dem Gebiet der Physiologie und Steuerungstheorie.

"Cyborg" - befreit den "Mann" vom Verstehen

Was ist für ein selbstregulierendes Mensch-Maschine-System erforderlich? Offensichtlich muss alles, was „eingebaut“ ist, den körpereigenen Kontrollmechanismen gehorchen und in Verbindung mit ihnen organisch interagieren. Für den Komplex, der aus lebendem Gewebe und künstlichen „Details“ besteht, aber gleichzeitig als Ganzes funktioniert und sich anfühlt, schlagen wir den Begriff „Cyborg“ vor. Cyborg fügt absichtlich zusätzliche externe Komponenten hinzu und erweitert so den Anpassungsbereich seiner eigenen Systeme an die neue Umgebung.

Wenn ein Astronaut zusätzlich zum Piloten ständig gezwungen ist, verschiedene Einstellungen und Überprüfungen der Ausrüstung vorzunehmen, wird er zum Sklaven der Technologie. Das Wesen des „Cyborg“ als homöostatisches System besteht darin, dass der „Roboter“ sich unabhängig und ohne unnötige Überwachung um die „mechanischen“ Angelegenheiten kümmert und die „Person“ für Forschung, Gedanken, Handlungen und Eindrücke entlädt.

Einige Geräte, mit denen Sie einen „Cyborg“ erstellen können, gibt es jetzt, beispielsweise eine Kapselpumpe auf einem osmotischen Antrieb von sehr witzigem Design, die von S. Rose für die schrittweise Verabreichung biochemischer Präparate mit einer bestimmten Intensität entwickelt wurde. Die Kapsel ist in den Körper eingebaut und ermöglicht es Ihnen, eine bestimmte Substanz mit einer vorgewählten Frequenz an ein bestimmtes Organ abzugeben, ohne die Funktion des gesamten Körpers zu beeinträchtigen. Derzeit sind Modelle erhältlich, die mit einem Volumen von etwa 0,01 Millilitern pro Tag arbeiten und mindestens 200 Tage lang funktionieren können, und es gibt keine Hindernisse, um diesen Zeitraum signifikant zu verlängern. Das Werkzeug wurde an Kaninchen, Ratten sowie für einige Zeit auf fortgesetzte Injektionen von Heparin in Menschen getestet. Bei der Implantation von Tieren wurden keine Nebenwirkungen festgestellt. Vor ungefähr fünf Jahren wurde ein Injektor mit einer Länge von 7 Zentimetern und einem Durchmesser von 1,4 Zentimetern und einem Gewicht von ungefähr 15 Gramm wiederholt ohne Probleme unter die Haut von Ratten mit einem Gewicht von 150 bis 250 Gramm eingeführt. Auf dem Foto unten eine zweihundertzwanzig Gramm schwere Ratte mit einem ähnlichen Injektor:


Quelle: Cyberneticzoo

(Anmerkung des Übersetzers: Der Originalartikel enthält keinen Rose-Nelson-Pumpenkreis, daher wurde er aus Gründen der Übersichtlichkeit hinzugefügt.)


Quelle: Openi.nlm.nih.gov


Wenn Sie eine osmotische Kapsel mit Sensoren und Aktoren kombinieren, ist es einfach, einen Kreislauf zu bilden, der die körpereigenen Mechanismen ergänzt. Die Leistung der Installation kann je nach Bedarf variieren. Wenn Sie wissen, was den "Cyborg" erwartet, können Sie heute die entsprechenden Wirkstoffe vorab auswählen.

Zum Beispiel kann der systolische Druck durch die Einführung von Vasodilatatoren oder Adrenostimulanzien reguliert werden, was ihn auf das gewünschte Niveau führt. Dies bedeutet natürlich, dass wir genau wissen, welche Art von Blutdruck für verschiedene Bedingungen des Weltraums erforderlich ist.

Da es schwierig ist zu sagen, was die „normale“ Grenze ist, wenn wir über die physiologischen und psychologischen Fähigkeiten von Menschen sprechen, können wir die Mindestgrenze basierend auf den Beobachtungen von Yogis und Hypnotiseuren festlegen. Sogar die Anfänger der Yoga-Schule zeigen eine erstaunliche Muskelkontrolle. Hypnose kann unter dem Gesichtspunkt nützlich sein, dass es schwer vorstellbar ist, wie sich Uneinigkeit im Team, die Gewohnheit, Anweisungen frei zu interpretieren, oder die mangelnde Bereitschaft, zugewiesene Aufgaben auszuführen, auf Langstreckenflügen manifestieren.

Da neue Produkte entwickelt werden, die die Hypnose erhöhen, erscheint die Verwendung von Hypnose gleichzeitig mit Arzneimitteln attraktiv.

Psychophysiologische Schwierigkeiten

Wenden wir uns nun einigen spezifischen physiologischen und psychologischen Problemen zu, die sich in Raumflügen manifestieren, und versuchen wir zu reflektieren, wie die Flexibilität des „Cyborgs“ dazu beitragen wird, die „menschlichen“ natürlichen Bedürfnisse zu verarbeiten.

Wachheit. Bei relativ kurzen Flügen von einigen Wochen bis Monaten ist es ratsam, den Astronauten ständig wach und in maximaler Bereitschaft für das Unerwartete zu halten. Bisher kann dies mit Hilfe von Psychostimulanzien in Kombination mit zusätzlichen Medikamenten erreicht werden. Wenn der Flug mindestens einen Monat oder länger dauert, reichen dank der Medikamente nur ein paar Stunden Schlaf pro Tag aus. Tests zeigen, dass in diesem Modus die Produktivität eher steigt als fällt, so dass diese Technik durchaus praktikabel erscheint.

Die Wirkung von Strahlung. Eines der Subsysteme des „Cyborg“ wird definitiv ein Strahlungsdetektor sein, der mit einer osmotischen Pumpe kombiniert wird, um Strahlenschutzmittel automatisch in den richtigen Dosen einzuführen. Experimente der US Air Force Military School für Luft- und Raumfahrtmedizin an Affen haben eine erhöhte Strahlenresistenz mit einer Mischung aus Aminoethylisothiourat und Cystein gezeigt.

Stoffwechsel und Kontrolle der Unterkühlung. Bei einem langen Flug beträgt der projizierte Verbrauch pro Person und Tag 5 Kilogramm - ein Kilogramm Sauerstoff, 2 Kilogramm Flüssigkeit und 2 Kilogramm Lebensmittel - was zu gewissen Schwierigkeiten führt. Für eine Dauer von mehr als einem Jahr ist es unter der Annahme, dass „alle Geräte ohne Ausfälle und Ausfälle funktionieren“, logisch, die Besatzung nur in Notsituationen einzuschlafen und aufzuwachen. Hypothermie ist eine gute Option, um den Stoffwechsel zu verlangsamen und den Verbrauch von "menschlichem Kraftstoff" zu reduzieren. Die Kombination aus Kühlung des Körpers, Blut durch arteriell-venöse Shunts und Winterschlaf (durch die Wirkung auf die Hypophyse) allein oder zusammen mit Arzneimitteln ermöglicht es, einzuschlafen und es für eine lange Zeit zu stabilisieren. Ein bevorzugterer Weg wäre, das Thermoregulationszentrum zu zwingen, die Körpertemperatur ohne externe Mittel selbst zu senken.

Sättigung mit Sauerstoff und Entfernung von Kohlendioxid. Seltsamerweise gibt es keinen Sauerstoff im Raum, so dass nicht nur nichts zu atmen ist, sondern auch Schwierigkeiten bei der Entfernung von Kohlendioxid, Wärme und Flüssigkeit, die sich dabei ansammeln. Wenn es eine "umgekehrte" elektrochemische Zelle gab (Anmerkung des Übersetzers: "gewöhnliche" elektrochemische Zelle, es ist auch eine "Brennstoffzelle", die Chemikalien in Elektrizität umwandelt, bedeutet "umgekehrt" chemische Umwandlungen unter dem Einfluss von Elektrizität) , die Kohlendioxid in Komponenten zerlegt Wenn Sie Kohlenstoff entfernen und Sauerstoff in den Atemzyklus zurückführen können, verschwindet die Notwendigkeit für die Lunge. Ein solches System, das mit Sonnen- oder Atomenergie betrieben wird, würde sogar das Atmen unnötig machen. Die Möglichkeit, gewöhnlich in einer geeigneten Atmosphäre zu atmen, könnte jedoch bestehen bleiben, indem die elektrochemischen Wandler einfach ausgeschaltet werden.

Zufuhr und Abgabe von Flüssigkeiten. Um den Flüssigkeitshaushalt insgesamt zu gewährleisten, können Sie Shunts von den Harnleitern zum venösen Kreislauf installieren und gleichzeitig schädliche Substanzen entfernen oder umwandeln. Durch die Sterilisation des Magen-Darm-Trakts zusammen mit einer intravenösen oder intragastrischen Ernährung wird die Menge an Fäkalien auf ein Minimum reduziert, und sie können auch recycelt werden.

Enzyme. Beim Abkühlen des Körpers unterscheidet sich die Aktivität verschiedener Enzyme von der nominalen. Natürlich war niemand an einer systematischen Untersuchung der Wirkung chemischer oder pharmakologischer Wirkstoffe auf die Enzymaktivität beteiligt, aber ohne Zweifel ist es von entscheidender Bedeutung, sie zu beeinflussen, wenn wir mit der Temperatur spielen. Aufgrund der Tatsache, dass der gesamte Stoffwechsel von Enzymen angetrieben wird, kommen wieder faszinierende Ideen in den Sinn. Beispielsweise werden einige Mikroorganismen im Labor unter dem Einfluss von Strahlung von aerob in anaerob umgewandelt, und die Analyse ihres Enzymsystems kann ein Verständnis dafür vermitteln, wie der Mensch entsprechend verändert werden kann. So können Forscher auf eine bestimmte Gaszusammensetzung der Atmosphäre vorbereitet werden.

Der Vestibularapparat. Desorientierung oder die üblichen Beschwerden, die durch Schwerelosigkeit verursacht werden, können mit Medikamenten, vorübergehender Drainage oder umgekehrt überwunden werden, indem das Innenohr vollständig mit Flüssigkeit gefüllt wird, und viele andere Methoden, einschließlich rein chemischer. Hypnose kann auch helfen.

Herz-Kreislauf-System. Bei der Untersuchung der Rolle des Herz-Kreislauf-Systems (im Folgenden: CCC) bei der Homöostase ergab die Anwendung der Kontrolltheorie auf diese Studien so fruchtbare Ergebnisse, dass wir sicher diskutieren können, wie CCC „cyborgisiert“ werden kann. Das Injizieren von Substanzen wie Adrenalin , Reserpin , Digitalis und Amphetamin mit Hilfe von Rose-Injektoren wird die Arbeit des CCC unter den gegebenen Umständen verändern. Es ist auch möglich, die Arbeit des CVS sowie spezifischer homöostatischer Ketten durch Anpassen der Herzfrequenz oder durch elektrische Stimulation bestimmter Nervenknoten unter Beteiligung des Gehirns oder eines externen Signals zu ändern.

Muskeltonus. Ein langer Aufenthalt in der Flüssigkeit (Anmerkung des Übersetzers: Anscheinend soll er Überlastungen durch Eintauchen des Astronauten in eine Kapsel mit Flüssigkeit ausgleichen) oder einfach ein Mangel an körperlicher Aktivität führen zu einer Abnahme des Muskeltonus. Trotz der Tatsache, dass eine Abnahme der Körpertemperatur und der Stoffwechselrate zweifellos die negativen Folgen verringern wird, sind weitere Studien erforderlich, um die Chemie des Prozesses zu verstehen und ein schützendes pharmazeutisches Produkt zu synthetisieren.

Wahrnehmungsverzerrung. Das Sehen in einer verdünnten Atmosphäre oder in seiner völligen Abwesenheit funktioniert etwas anders als wir es auf der Erde gewohnt sind. Daher sollten Sie auf die Erstellung von Testumgebungen achten, in denen Sie sich bereits vor dem Start an die Merkmale der Wahrnehmung gewöhnen können. Ein wichtiger Teil des Problems ist das Fehlen von Referenzpunkten im Raum, und dies führt zu Effekten wie einer autokinetischen Illusion . Wenn möglich, sollten solche Dinge auch mit Hilfe von Arzneimitteln unterdrückt werden.

Äußerer Druck. Bei einem Außendruck unter 60 mm Hg. Art. Selbst bei 36,6 Grad Celsius beginnt das Blut zu kochen. Wenn der Astronaut plant, auch ohne Ausgleichsanzug auf der Haut zu gehen, sind daher Methoden erforderlich, um die Arbeitstemperatur auf einen solchen Wert zu senken, dass der Dampfdruck der Flüssigkeiten im Inneren die Haltekapazität des Gewebes nicht überschreitet. Ein weiterer Grund, den Körper abzukühlen.

Schwankungen der Außentemperatur. Wenn Sie bei "extremen" Werten unweigerlich Zuflucht innerhalb des Raumfahrzeugs suchen müssen, können einige "akzeptable" Menschen auch außerhalb des Raumfahrzeugs ertragen. Komfort kann erreicht werden, indem die Reflexion und Absorption von Wärme durch Schutzkleidung aus porösem Material gesteuert wird und Substanzen verwendet werden, die ihre Farbe ändern und dadurch einen wirksamen Schutz gegen ultraviolette Strahlung bieten. Es wird ein lichtempfindlicher Anzug mit chemischer Regulierung des Reflexionsvermögens sein, um das gewünschte Mikroklima aufrechtzuerhalten.

Schwerkraft Ein weiteres Verhältnis von Gravitations- und Trägheitskräften zu molekularen Kräften wird unter anderem die Geschwindigkeit biochemischer Prozesse verändern. Wahrscheinlich werden wir in der Lage sein, die Lebensqualität eines Astronauten mit mehr oder weniger Schwerkraft als die Erde durch eine Kombination aus Regulierung der Körpertemperatur und Medikamenten zu verbessern.

Magnetfelder. Die Anpassung der Biochemie und der Thermoregulation kann auch bestimmte Konsequenzen, die durch die Magnetfelder des Weltraums verursacht werden, verlangsamen oder lindern.

Mangel an Reizstoffen und Aktivität. Als eine Art sensorische Deprivation gibt es sensorische Unveränderlichkeit, dh einen Mangel an Reizen, einen Bugbear von Astronauten. In den meisten Experimenten zur sensorischen Deprivation war es die Unveränderlichkeit, die Unbehagen verursachte, und in extremen Fällen das Auftreten von psychoseartigen Zuständen. Die Unveränderlichkeit, Unmöglichkeit oder Einschränkung von Handlungen kann jedoch viel gefährlicher sein als die Unveränderlichkeit von Empfindungen, da die meisten Versuchspersonen normalerweise den Wunsch erwähnten, „zumindest etwas zu tun“. Erstens kann hier die Entwicklung von Arbeitsszenarien helfen, in denen jede Aktion von einer signifikanten sensorischen Reaktion begleitet wird. Zweitens sind Medikamente auch hier nützlich, um die angesammelte Spannung zu lindern. Da bedeutungslose und nutzlos aussehende Handlungen sowie offensichtliche Versuche, zumindest ein gewisses Gefühl hervorzurufen, sehr alarmierende Symptome sind.

Psychosen.Trotz aller anfänglichen Besorgnis um Raumfahrer besteht natürlich die Gefahr, dass irgendwo in der Mitte der grenzenlosen interstellaren Weiten jemand seine Gedanken bewegt, und für diesen Fall wurde noch kein Servomechanismus erfunden. Und obwohl eine osmotische Pumpe, die mit hochwirksamen Phenothiazinen, die mit Reserpin gemischt sind , aufgeladen ist, in die Notfallausrüstung gelangen kann , erkennt ein schläfriger Patient häufig die Abnormalität seines Verhaltens, seiner Gefühle oder Gedanken nicht und weigert sich aus diesem Grund, Medikamente einzunehmen. In einer solchen Situation sollte es mit einer korrekten Einschätzung des Zustands des Subjekts möglich sein, die Versorgung mit Medikamenten von der Erde aus oder durch die Hände eines der Besatzungsmitglieder einzuschalten.

Zwischen Leben und Tod.Wir dürfen die Möglichkeit eines Off-Design-Notfalls nicht aus den Augen verlieren, der zu äußerst schmerzhaften Verletzungen für den Astronauten oder anderen Qualen führen wird. In diesem Fall sollte er in einen unbewussten Zustand geraten können, wenn er dies für notwendig hält. Der beste Ausweg ist ein längerer Schlaf, der elektronisch oder pharmakologisch induziert wird.

Andere Schwierigkeiten

Natürlich kann man mit Hilfe der Pharmakologie nicht weniger als eine Reihe von Problemen besiegen, die aufgrund von Beschränkungen des Veröffentlichungsvolumens nicht in diese Liste aufgenommen wurden. Dies sind Dinge wie Übelkeit, Schwindel, Reisekrankheit, sexuelle Bedürfnisse, Vibrationstoleranz und so weiter.

All dies ist jedoch nur ein Versuch, Sie darüber nachzudenken, was „Cyborg“ uns im Kontext der Raumfahrt bieten kann. Trotz einiger „Unwirklichkeit“ der zum Ausdruck gebrachten Ansätze werden viele Hinweise auf die sowjetische Fachliteratur bemerken, die über Forschung in denselben Bereichen berichtet. Die Russen bieten eine vorläufige Sättigung der Atmosphäre mit Sauerstoff in den frühen Stadien des Starts an; Bericht über die Wirkung auf den Vestibularapparat durch Kombination von Operationen mit Medikamenten; Studieren Sie die Merkmale der Wahrnehmung des Auges und die Prinzipien seiner Bewegung, wenn Sie ein visuelles Bild erstellen. Finden Sie heraus, wie sich ein Temperaturabfall auf den Druck in den Behältern auswirkt und so weiter.

Der Erfolg bei der Beantwortung vieler technischer Fragen im Zusammenhang mit Raumflügen durch Anpassung des Organismus an die Umwelt und nicht umgekehrt wird nicht nur einen bedeutenden Fortschritt für den wissenschaftlichen Fortschritt darstellen, sondern auch einen neuen, weiten Raum für menschliche Entschlossenheit eröffnen.

Die Scan-Version des Originalartikels im PDF-Format kann hier heruntergeladen werden .