Zeitung Heute : Augenblicke im All

Forscher analysieren auf der ISS den Zusammenhang zwischen Sehsinn und Gleichgewichtsorganen

Fred Winter

Aus Berlin ins All: Forscher der Charité nutzen die Schwerelosigkeit auf der Internationalen Raumstation ISS, um das Zusammenspiel der Gleichgewichtsorgane und des menschlichen Auges zu untersuchen. Eine Wissenschaftlergruppe um den Mediziner Andrew Clarke entwickelte zu diesem Zweck einen speziellen Helm, der mit einem Laptop verbunden ist. Dieser „3D Eye Tracker“ wurde im April 2004 vom holländischen Astronauten Kuipers zur ISS gebracht. „Seitdem nehmen alle europäischen und russischen Astronauten an unseren Experimenten teil“, erzählt Clarke. Koordiniert und unterstützt wird das Projekt von der Europäischen Weltraumorganisation ESA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Unter irdischen Bedingungen sind der Gleichgewichtssinn und die Augen gut eingespielt. Das Gehirn verarbeitet die Informationen der beiden Sinnesorgane und ermittelt daraus beispielsweise die Position von Kopf und Körper im Raum, Distanzen oder die Ausrichtung zu anderen Objekten in der Nähe. Wichtigster Teil des menschlichen Navigationssystems sind die Gleichgewichtsorgane im Innenohr. „Sie haben spezielle Schwerkraftsensoren, die so genannten Gravizeptoren, die uns selbst bei geschlossenen Augen spüren lassen, wo oben und unten ist“, erklärt Clarke. Zugleich sind die Gleichgewichtsorgane über einen Blickfixierungsreflex mit den Augen verbunden. „Wenn man den Kopf bewegt, melden diese Sensoren die Bewegung ans Gehirn. Innerhalb von zehn bis zwölf Millisekunden ergeht ein Nervensignal an die Augen, die sich automatisch in die entgegengesetzte Richtung bewegen." Die Bewegungen der Augen kompensieren die Bewegungen des Kopfes, um das Blickfeld stabil zu halten.

Diesen Reflex machen sich die Forscher um Clarke in ihrem Experiment zunutze. Die Astronauten müssen die stirnbandähnliche Kopfeinheit des Eye-Tracker-Systems anlegen und eine vorgegebene Sequenz von Kopfbewegungen ausführen. Dabei zeichnet das System die Kopfbewegungen und die reflexhaften Augenbewegungen auf. Digitale Minikameras tasten die Augen hunderte Mal pro Sekunde ab, so dass selbst geringste Bewegungen des Augapfels erfasst werden. Ein Laptop speichert die Datenflut für die Auswertung. Damit Vergleichsdaten zur Verfügung stehen, müssen die Astronauten auch unmittelbar vor und nach ihrem Aufenthalt im All entsprechende Sitzungen absolvieren. Hinzu kommen Untersuchungen an der Charité.

Andrew Clarke hofft, durch die engmaschigen Daten mehr darüber zu erfahren, wie das menschliche Orientierungssystem reagiert, wenn seine wichtigste Bezugsgröße, die Schwerkraft, wegfällt. „Wir können beobachten, wie sich das Navigationsvermögen in der Schwerelosigkeit verändert“, meint der Wissenschaftler. Offensichtlich kompensiert das Gehirn die fehlende Schwerkraft dadurch, dass es andere Sinne stärker nutzt: beispielsweise die Informationen der Augen oder der Muskeln.

Durch die Experimente auf der ISS fand das Forscherteam der Charité heraus, dass auch die Steuerung der Augen der Schwerkraft unterliegt. In der Schwerelosigkeit torkelt der Blick umher. Zwar kann ein Raumfahrer lesen, doch muss er dafür mehr Willen und Kraft aufbringen. Kehrt er auf die Erde zurück, passen sich die Sinne und das Gehirn schnell wieder der irdischen Schwerkraft an. „Das geschieht zum großen Teil in den ersten Stunden nach dem Wiedereintritt ins Schwerefeld“, analysiert Clarke. „Eigentlich müssten wir die Astronauten stündlich durchmessen.“

Diese Erkenntnisse helfen unter anderem, die so genannte Raumkrankheit zu bekämpfen, unter der rund sechzig Prozent aller Raumfahrer in den ersten Tagen im All leiden, ähnlich der Seekrankheit. Außerdem entpuppte sich der Eye Tracker als Exportschlager: „Wir haben inzwischen mehr als 40 Exemplare an namhafte Laboratorien in Europa und in den USA verkauft“, freut sich Clarke. Das Gerät wird in Kliniken eingesetzt, beispielsweise in der Diagnostik oder zur Steuerung des Laserstrahls bei Augenoperationen.

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