Cerebros que Giran Algún día, los astronautas podrían viajar a través del sistema solar a bordo de naves espaciales en rotación continua. ¿Pueden adaptarse los cerebros humanos a este movimiento?

Julio 23, 2004: La próxima vez que vaya al parque, intente esto: Traiga una pelota y un amigo y súbase al carrusel. Trate de lanzar la pelota a su amigo de forma que cruce el carrusel, o incluso a sólo unos metros al lado suyo, y vea si puede atraparla al primer intento.

Con seguridad que no podrá hacerlo. De hecho, su lanzamiento se desviará. Sentirá que su brazo es extrañamente jalado a un lado al efectuar el tiro, y una vez en vuelo, la pelota cambiará de rumbo erráticamente.

Los científicos llaman a esto el "efecto Coriolis", y ocurre en cualquier plataforma giratoria. Los huracanes se arremolinan debido al efecto Coriolis, siendo la Tierra misma la plataforma giratoria. Contrario a la creencia popular, las fuerzas de Coriolis no controlan el drenaje de su baño -- la Tierra no gira tan rápido. Pero jugar a la pelota en un carrusel es definitivamente una experiencia Coriolis.

Derecha: Jugando a la pelota sobre un carrusel. Haga clic para ver la película completa (2 MB), que ilustra elegantemente el efecto Coriolis. Crédito: Universidad de Illinois en Champagne-Urbana. [Más información]

Los viajes espaciales pudieran ser también una experiencia Coriolis.

Desde hace tiempo los investigadores saben que las naves espaciales girando como carruseles podrían resolver muchos problemas: En ingravidéz, los huesos y músculos de los astronautas se debilitan. Es difícil comer y beber, e incluso usar el baño. Por otra parte, dentro de una nave espacial giratoria, habría una gravedad artificial (debido a las fuerzas centrífugas) que mantiene fuertes a los cuerpos y hace más fácil la vida diaria.

El problema es que las naves espaciales giratorias vienen también con un fuerte efecto Coriolis. Los objetos lanzados cambian de rumbo. Al querer alcanzar un botón... su dedo tocaría en el punto equivocado. ¿Podrían los astronautas adaptarse a esto? Y de ser así, ¿podrían adaptarse lo suficientemente bien para desenvolverse con seguridad en el peligroso ambiente de vida en el espacio?

Esto es lo que los investigadores James Lackner y Paul DiZio están tratando de resolver. Con el apoyo de la Oficina de Investigaciones Físicas y Biológicas de la NASA, estos dos científicos están realizando una serie de experimentos con personas en cámaras en rotación, para determinar qué tan bien pueden adaptarse los astronautas a la vida a bordo de naves espaciales giratorias. Esperan también descubrir técnicas de entrenamiento que podrían facilitar la transición de ambiente normal a giratorio y viceversa.

"Los experimentos hechos en los años 60 parecían demostrar que las personas no se adaptaban bien a la rotación", dice Lackner, Profesor de Fisiología Meshulam y Judith Riklis en la Universidad Brandeis en Waltham, Massachusetts. "Pero en esos experimentos, los sujetos no tenían metas bien definidas para sus movimientos. Hemos descubierto que cuando se da una meta específica para un movimiento, las personas se adaptan más rápidamente".

Arriba: Concepto artístico de una nave espacial giratoria. Haga clic para ver una película de 300 Kb en formato Quicktime de la nave en movimiento en Marte. Crédito: John Frassanito & Associates, Inc.

Con metas específicas y predeterminadas de movimiento (tales como alcanzar a tocar un objetivo), las personas en su estudio aprendieron a moverse acertadamente después de solo 10 o 20 intentos. Una adaptación tan rápida sorprendió a los investigadores.

Comenta DiZio, profesor asociado de psicología en Brandeis, "suponemos que cuando se presenta una meta, el cerebro dicta a los músculos el movimiento deseado con mayor precisión. Los cambios de ese movimiento son detectados más fácilmente por retroalimentación sensorial al cerebro".

¿Porqué las personas deberían tener esta habilidad natural para adaptarse a la rotación?

Nuestros cuerpos y cerebros pudieron haber evolucionado, en cierto modo, para contrarrestar los efectos Coriolis. Cada vez que usted da vuelta y alcanza algo simultáneamente, tiene una breve experiencia Coriolis. Dando vueltas sobre una silla de oficina. Jugando básquetbol. ¡Al girar para ver de dónde proviene ese extraño ruido detras de usted! En cada caso, su cerebro hace sobre la marcha los ajustes Coriolis.

Derecha: Un cuarto rotante usado por Lackner y DiZio para sus experimentos en el Laboratorio de Orientación Espacial Ashton Graybiel, de la Uiversidad de Brandeis. [Más información]

Otros descubrimientos sorprendieron también a los investigadores. Por ejemplo, después de estar girando por un rato, las personas en estudio ya no percibían el efecto Coriolis. El jalón que recibían en sus brazos y piernas parecía desaparecer. Sus cerebros habían compensado por este efecto, así que sus mentes ya no lo notaban.

Aún más extraño, en cuanto los sujetos en prueba regresan a un ambiente no rotativo, reportan sentir un jalón Coriolis en dirección opuesta. Es solo un truco de la mente, comenta DiZio. Después de otros 10 o 20 intentos en un movimiento orientado a una meta, sus cerebros se reajustan al mundo sin rotación y el efecto fantasma desaparece.

DiZio y Lackner han descubierto que las personas pueden adaptarse a velocidades rotativas tan altas como 25 rpm, velocidad semejante a la de un tiovivo. Esto es más o menos tan rápido como las personas giran sus cuerpos en la vida diaria. En comparación, una nave espacial giratoria probablemente rotaría más despacio, tal vez a 10 rpm, dependiendo del tamaño y diseño de la nave.

Abajo: James Lackne (izquierda) y Paul DiZio (derecha) son codirectores del Laboratorio de Orientación Espacial Ashton Graybiel en la Universidad de Brandeis. [Más información]

Para ejercer más control sobre las condiciones de su experimento, los investigadores han intentado algo innovador: simular el efecto Coriolis con un brazo robótico. Personas sentadas tratarían de hacer movimientos seguros con sus brazos mientras el brazo robótico jala suavemente sus muñecas de manera que imite el efecto Coriolis.

La ventaja de este método es que el brazo robótico puede ser reprogramado para jalar de varias maneras, y así probar cómo responden las personas a las diferentes condiciones. Al usar el brazo, DiZio y Lackner han descubierto que las personas pueden adaptarse a una pequeña fuerza variable aún cuando esté enmascarada por una mayor fuerza constante. De ese modo, por ejemplo, los astronautas pudieran adaptarse a un variable efecto Coriolis a pesar de alguna fuerza constante de fondo, tal como el impulso constante de los propulsores a base de iones de una nave espacial.

Sin embargo, quedan muchas interrogantes sin contestar. ¿Los resultados basados en los movimientos de los brazos, se aplican a todo el cuerpo? ¿Cargar herramientas pesadas crea una diferencia? Después de adaptarse una vez, ¿puede una persona readaptarse luego más fácilmente? ¿Cuál es la mejor manera de entrenar a los astronautas para la vida en un hogar giratorio?

Lackner y DiZio planean afrontar éstas y más interrogantes mientras continúan su investigación en los próximos meses.