В одной из лабораторий Германии добровольцам платят за то, что они помогают исследовать одну из самых серьезных проблем космических путешествий: как обеспечить космонавтам лучший сон по ночам? Подземная научно-исследовательская лаборатория окружена лесом возле немецкого Кельна. Стены белые, мягко освещенные, нет никаких окон и лишь несколько картин. В комнате стоит одна кровать, компьютер и висит тревожная картина с неземным пейзажем, с гигантским цветочным растением и странной футуристической космической землей. На потолке закреплены камеры, отслеживающие каждый шаг.

Оказавшись в такой лаборатории изолированным от всего мира, можно совершенно потерять распорядок дня и ночи. Все становится оторванным от реальности, будто происходит не на Земле. Собственно, этого и добивались создатели лаборатории, принадлежащей Германскому космическому агентству. Envihab — идеальная среда для ученых и врачей, где те могут проверить воздействие космического полета на тело человека.

В одном из последних экспериментов изучается влияние недостатка сна — реальной проблемы для астронавтов на Международной космической станции (МКС). «В принципе, они могли бы достаточно спать, около восьми часов в сутки», говорит Эва-Мария Эльменхорст, проводящая исследование. «Но большинство астронавтов спит по пять-шесть часов, и этого недостаточно».

Многие из нас целыми днями хотят спать, и только крепкий кофе позволяет нам держаться на ногах. Одно дело — встать в 4:15 утра, чтобы прилететь в Германию и пообщаться с Эльменхорст, и другое — быть астронавтом, летящим вокруг планеты на скорости 27 000 км/ч в нескольких сантиметрах от холодного вакуума космоса. Любое неверное решение, оплошность или потеря концентрации может означать выбор между жизнью и смертью астронавта и остальных членов экипажа. Каково это — точно пристыковать космическое судно весом в несколько тонн, поспав всего пять часов?

Однако хорошо поспать в космосе не так просто. Нет ни кроватей, ни подушек — спящий космонавт привязан к стене в спальном мешке. И это еще не все. «Вероятно, есть несколько причин, по которым они не спят как положено», говорит Эльменхорст. «Изоляция, восход солнца через каждые 90 минут и шум системы вентиляции — все это мешает. Зачастую астронавты вынуждены работать посменно, наблюдая за экспериментами или захватывая корабли снабжения».

Чтобы исследовать, как этот недостаток сна влияет на работу космонавтов, команда Эльменхорст подвергла группы платных добровольцев экспериментам с лишением сна. «Мы хотим показать, как нехватка сна влияет на когнитивные функции, и почему некоторые люди справляются с этим лучше других».

Как и астронавты, она надеется, что исследование принесет пользу посменным работникам на Земле и другим — врачам и медсестрам — которые работают долгими часами, принимая решения о жизни и смерти, борясь с нехваткой сна. В одной только Германии, по словам Эльменхорст, около 16% сотрудников регулярно работают по сменам, а многие работники, часто работающие на ответственных местах, спят меньше рекомендуемых восьми часов в сутки.

Добровольцам в экспериментах Эльменхорст давали целый ряд ежедневных заданий, включая упражнения с памятью, тесты на время реакции и повторяющиеся компьютерные игры. В течение пяти ночей им позволяли спать всего по пять часов. За этим следовал период восстановления с восемью часами сна, а затем сумасшедший марафон в тридцать восемь часов без сна.

Врачи контролировали активность головного мозга своих субъектов, используя множество электродов, забирали образцы крови и проводили МРТ-сканирование.

«Нам интересны фундаментальные механизмы мозга, которые управляют сном», говорит Эльменхорст. «Даже одна ночь без сна приводит к гормональным изменениям в организме».

Волонтерам, которые были мотивированы в первую очередь деньгами, сидеть, глядя в телевизор и переписываясь в чате в течение двух недель, оказалось сложнее, чем они представляли. «Бодрствовать было сложно», говорит Лукас, студент, принявший участие в исследовании. «Кто-то постоянно не давал нам уснуть».

«Единственное, что мы могли сделать, это поговорить друг с другом, посмотреть телевизор или поиграть с ноутбуком», говорит другой волонтер Магдалена, которая готовится стать учителем. «Всегда был кто-то, кто говорил: Магдалена, ты спишь? Проснись, Магдалена!».

Чтобы гарантировать, что волонтеры не дремлют, их постоянно контролировали члены исследовательской группы — которые сидели с ними или наблюдали за ними на мониторах лаборатории. Если глаза волонтера были закрыты слишком долго, ученые его будили.

Шли дни, и Лукас осознавал, что его память и ловкость ухудшаются. «Я заметил, что мы стали хуже сдавать тесты», говорит он. «Теперь я стараюсь спать как можно больше — больше никаких ночных посиделок».

Помимо выявления ожидаемого снижения умственной производительности, исследовательская группа обнаружила еще более тревожные биологические изменения у добровольцев. «Мы показали, что пять часов сна ночью в течение пяти дней замедляют метаболизм глюкозы, и в организме происходят гормональные изменения», говорит Эльменхорст. Это коррелирует с исследованиями, предполагающими, что люди, регулярно работающие в сменах, непропорционально страдают от диабета и высокого кровяного давления.

Конечная цель текущего исследования состоит в разработке наилучших ежедневных расписаний для астронавтов, чтобы они не слишком уставали. По мере того, как длительные миссии становятся все более распространенными и человечество движется к космической цивилизации, обеспечение достаточного количества сна для астронавтов становится очень важным.

Май 15, 2017Геннадий

Исследователи из Беркли подвели теоретическую базу под одну из острейших проблем современности, ответив на вопрос о том, почему развязываются шнурки. Для этого движение частей узелка записали на видео, просмотрели в замедленной съемке и рассчитали динамическую нагрузку, приходящуюся на шнурок.

Исследователи из Беркли подвели теоретическую базу под одну из острейших проблем современности, ответив на вопрос о том, почему развязываются шнурки. Для этого движение частей узелка

Оказалось, что завязанные шнурки живут жизнью мифологических атлантов, с каждым шагом принимая на себя колоссальные нагрузки. В ходе серии экспериментов с участием бегуна на беговой дорожке и механической ноги в кроссовке, умеющей топать и дёргаться, учёные изучили силы, действующие на концы шнурка и на узел, и пришли к выводу, что настоящее чудо — в том, что они иногда не развязываются.

Когда нога бегущего человека касается поверхности, на кончики шнурков действует сила, в семь раз превышающая силу притяжения, действующую на неподвижный шнурок. Это вызывает растяжение материала, из которого сделан шнурок, а последующий за ударом о землю маневр по воздуху вытягивает петли и свободные концы шнурков, ослабляя узел. С каждым таким циклом сила трения, удерживающая узел, слабеет, а свободные концы узла становятся длиннее и принимают всё болшую динамическую нагрузку до тех пор, пока узел окончательно не развязывается.

Люди, владеющие искусством вязания узлов, альпинисты, моряки и хирурги, давно знают, что завязывать шнурки бантиком — это далеко не лучший подход к делу. Теперь у этого мнения есть вполне научное обоснование.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society A.

Апр 16, 2017Геннадий

Скоро отпуск!!!!!