PowerLab和LabChart在微重力研究中迅速發展

PowerLab 和 LabChart 用於模擬零重力環境的特殊飛行情況，以幫助了解我們的大腦在太空中是如何運作的。

德國運動生理學研究員 Timo Klein 是德國Cologne Sport University運動與神經科學研究所和澳洲陽光海岸大學團隊的成員。

受歐洲航太局委託，該團隊的研究目的為找出為什麼人腦在微重力下似乎運作得更好。該團隊使用 ADInstruments 的 PowerLab 硬體和 LabChart 軟體在拋物線飛行研究中進行數據同步。

“我們（Wollseiffen et al 2017, Physiology & Behavior）最近表明，失重期間認知功能得到改善，但我們還不知道其確切原因。” Timo Klein說。” 因此，我們在這項研究中關注的一件事是，是否是大腦內血流的變化引發了這種改善。”

使用PowerLab 和LabChart

為了收集數據，團隊在客製化空中巴士 A-310中的安置了一台 8 通道 PowerLab。Timo說，” 為了確保零重力下的安全，每個設備都需要綁緊。 PowerLab 小巧便攜，但也可以收集我們需要的所有不同的生理訊號。”也已經安裝了LabChart 8 Pro的版本用於分析數據並且在整個飛行過程中持續運作。

在飛行過程中，受試者會戴上腦電圖 (EEG) 帽來測量他們的大腦皮質活動。同時，腦中的血流速度會使用顱內Dopplar測量。同時受試會配戴指套來量測血壓。這些資料都會經由PowerLab收集後傳送給LabChart軟體做分析。” LabChart 讓我們可以輕鬆比較不同的訊號並時間軸上做比較。如果沒有 Powerlab 和 LabChart，根本不可能對訊號進行與時間的比較”Timo說。

準備飛行

自 1999 年以來，德國航空航天中心 (DLR) 一直在運行定期飛行計劃，每年提供一定數量的拋物線飛行，專門用於科學實驗和太空設備技術測試，並資助德國Sport University的許多拋物線飛行研究計畫。大約十幾個研究小組和他們的受試者在法國Bordeaux的一個專業機構中度過了兩週的時間，為 3 小時的拋物線飛行做好準備和實驗。

“在第一個禮拜中，我們把所有的研究設備放在機上，然後一遍又一遍的做安全性檢查。所有設備都有栓好。我們需要確定所有我們需要的設備都有帶著，因為一旦飛機起飛了，就無法再回頭了，所以我們不能忘記任何東西！”Timo說。”我們為這次的航程計劃了1.5年，所以確保一切沒問題很重要”。

“在第二週，實驗參與者會參加很多有關安全性的簡報，安全是最重要的。我們請了很多的太空人和我們講述無重力的感覺，因為很多受試者無法想像會遇到什麼狀況。許多實驗都需要一個未曾經歷過失重的受試。”Timo解釋。

每次拋物線飛行載有大約 40 人：受試和”實驗操作者”都來自不同的研究項目。Timo說：“在我們的航班上，研究人員涉及從植物學到神經科學等各個學科。” 飛機的一端設有 45 個給參與者的座位。飛機內部的其餘部分，約 100 平方米的大空間，也被塞滿了。這是進行實驗的地方，也是研究團隊在飛行期間進行實驗的地方。

拋物線飛行和微重力

在飛行過程中，飛行員會進行稱為拋物線的特殊機動，這是一組重複的八字形，模擬微重力環境。從法國Bordeaux-Merignac機場起飛後，空中巴士 A-310 爬升至穩定的水平飛行高度。航班的起點和終點與通常的商業航班相同。但在 20,000 英尺高空，飛行軌跡非常的不一樣。

首先，飛行員用力拉控制裝置，將飛機推向陡峭的 45 度爬升。然後飛行員關閉發動機。飛機的動量使其不斷向上翱翔，直到其上升速度減慢並停止... 然後飛機開始從天上往下掉。在這個「自由落體」階段，飛機內的所有東西都會進入微重力狀態。

“當我們上升時，氣氛非常緊張，受試者不知道會發生什麼事。但是一旦我們進入零重力，他們就像小孩子一樣！太有趣了！”蒂莫說。

大約過了20秒的自由落體，飛行員會重新啟動引擎然後俯衝。然後他會一直重複此程序。大約經過了3小時的航程後，團隊會歷經約超過30個拋物線，每個人約有20秒微重力的時間來搜集數據。

“這是非常珍貴的時間，”Timo說。在每輪中只有幾秒的時間可以收集data，研究設備的可靠性和良好運作非常重要。”我們一直對PowerLab所展現的品質和可靠性非常滿意。它運作的非常好且收集到的data也很完美”Timo說。”而LabChart在這個情況中非常理想，因為它可以讓我們一次比較廣泛的數據訊號。”

結果

拋物線飛行使研究人員能夠進行與太空旅行和地球不同的重力環境相關的實驗。但這項研究不適用於太空人。”我們感興趣的是有關腦血流及其對認知功能的影響的訊息如何與阿茲海默症和癡呆症的研究相關，”Timo說。”如果我們清楚認知表現和大腦運作之間的關聯性機制，以及這種變化從何而來，我們也許能夠提出更好的計劃，例如運動計劃，來幫助這些人。”

研究團隊已經觀察到，大腦血流的確發生了某些改變，在重力改變的環境中迅速因應改變。研究團隊會回到德國進一步分析結果。

團隊之後會使用PowerLab和LabChart相同組合進一步收集和分析拋物線飛行的數據，屆時他們將複製在火星和月球重力的飛行過程中進行實驗。