Nicel araştırma makalesi incelemesi

Uluslararası Uzay İstasyonunda 6 Aylık Alçak Dünya Yörüngesi Görevlerinde Bulunan Astronotların Bilişsel Performansı

Uzun süreli uzay uçuşları sırasında astronotlar radyasyon, değişen yerçekimi, izolasyon, kapalı ortam ve Dünya'dan uzaklık gibi çevresel tehlikelerin yanı sıra aşırı iş yükü ve sirkadiyen ritim kaymaları gibi operasyonel stres faktörlerine maruz kalmaktadır.

Makalenin anahtar kelimeleri

Yazar: Sheena I. Dev et al.
Yayın: Frontiers in Physiology
Tarih: 2024-11-19
DOI: 10.3389/fphys.2024.1451269

Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği

Uzay araştırmalarında astronotların karmaşık operasyonel görevleri hatasız bir şekilde yürütebilmeleri için bilişsel işlevlerin tam kapasiteyle korunması kritik bir gerekliliktir. Ancak Alçak Dünya Yörüngesinde bulunan Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) mürettebatı; mikroyerçekimi, radyasyon, izolasyon, sirkadiyen ritim bozuklukları ve yüksek iş yükü gibi çok sayıda çevresel ve operasyonel stres faktörüne maruz kalmaktadır. Mevcut literatürde sınırlı örneklemler ve dar kapsamlı nöropsikolojik araçlar nedeniyle astronotların farklı görev evrelerindeki bilişsel profilleri yeterince karakterize edilememiştir. Bu çalışma, söz konusu bilgi açığını kapatmak üzere 6 aylık ISS görevlerinde bulunan astronot grubunda bilişsel performansın görev aşamalarına göre nasıl bir seyir izlediğini nicel yöntemlerle ortaya koymaktadır.

Araştırma kapsamında NASA İnsan Araştırmaları Programı Standart Ölçümler Projesi dahilinde 25 profesyonel astronota (yaş ortalaması 45,12; %32 kadın) bilgisayar tabanlı Cognition Test Battery uygulanmıştır. Değerlendirmeler görev öncesi (baseline), erken uçuş (fırlatmadan sonraki ilk 30 gün), geç uçuş (dönüşten önceki son 30 gün), erken uçuş sonrası (inişten sonraki ilk 10 gün) ve geç uçuş sonrası (inişten sonraki 30 gün) olmak üzere beş farklı zaman diliminde gerçekleştirilmiştir. Pratik ve öğrenme etkilerini düzeltmek amacıyla z-skorları hesaplanmış, rastgele denek kesişimli lineer karma modeller (Linear Mixed Models) ve Tukey HSD düzeltmeli ikili karşılaştırmalar kullanılarak zaman ve görev evrelerinin 10 bilişsel alan üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Ayrıca öz bildirime dayalı uyku süresi ve canlılık puanları ile performans arasındaki ilişkiler keşfedici olarak incelenmiştir.

Elde edilen bulgular, 6 aylık ISS görevleri boyunca astronotların genel bilişsel performansında sistemik bir gerileme veya merkezi sınır sistemi hasarına işaret eden yaygın bir kayıp olmadığını göstermiştir. Bununla birlikte, spesifik görev evrelerinde belirli bilişsel alanlarda geçici ve durumsal hassasiyetler tespit edilmiştir. Erken uçuş evresinde işlem hızı (DSST), görsel çalışma belleği (F2B) ve sürdürülen dikkat (PVT) görevlerinde reaksiyon sürelerinde yavaşlama gözlenmiştir; işlem hızı ve çalışma belleğindeki bu yavaşlama uçuş sonrası döneme de yansımıştır. Risk alma eğilimi (BART) ise erken uçuş sonrasında belirgin bir düşüş göstermiştir. Tüm uçuş ve uçuş sonrası veri noktalarının %11,8'inin baseline ortalamasının 1,5 standart sapma altında kaldığı belirlenmiştir. Uyku süresi ve canlılık derecelendirmeleri ile bilişsel skorlar arasında belirgin bir kalıp bulunamamıştır.

Bu çalışma, uzay uçuşu nöropsikolojisi literatürüne bugüne kadar yayınlanmış en geniş astronot veri seti ve ilk önnormatif veri tabanını sunarak özgün ve temel bir katkı sağlamaktadır. Bulgular, 6 aylık Alçak Dünya Yörüngesi görevlerinin genel bilişsel yapıyı koruduğunu, ancak adapte olunması gereken erken uçuş ve uçuş sonrası evrelerde işlem hızı ile çalışma belleğinin hassaslaştığını kanıtlamaktadır. Araştırmacılar için bu sonuçlar, gelecekteki Ay ve Mars gibi derin uzay görevlerinde astronotların operasyonel performans kriterlerini ve risk sınırlarını belirlemek açısından kıymetli bir referans oluşturmaktadır. Ayrıca uzay simülasyonları ve yüksek performanslı mesleki gruplar üzerine yürütülecek tez ve makale çalışmalarında Cognition bataryasının standartlaştırılmasına doğrudan zemin hazırlamaktadır.

Araştırmanın amacı

Bu çalışmanın temel amacı, 6 aylık Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) görevlerinde yer alan 25 profesyonel astronotun bilişsel performansını 10 farklı bilişsel alanda görev öncesi, uçuş sırası ve uçuş sonrası aşamalarda nicel olarak değerlendirmek, zaman içindeki bilişsel değişimleri karakterize etmek ve düşük puan frekanslarını belirlemektir(Dev et al., 2024).

İnceleme ve modelleme yöntemi

Çalışmada, 6 aylık Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) görevlerine katılan astronotların bilişsel performanslarını görev öncesi, uçuş esnası ve uçuş sonrası dönemlerde standardize edilmiş bilgisayarlı bir test bataryası aracılığıyla ölçen ampirik ve boylamsal bir yaklaşım benimsenmiştir(Dev et al., 2024).

Kuramsal ve kavramsal çerçeve

Çalışma, çevresel ve operasyonel stres faktörlerinin (yerçekimi değişimi, izolasyon, uyku kısıtlaması, iş yükü) bilişsel süreçler üzerindeki etkilerini inceleyen nöropsikolojik değerlendirme modeline dayanmaktadır. Bilişsel işleme verimliliği kuramı (Processing Efficiency Theory) uyarınca, içsel ve dışsal dikkat dağıtıcıların özellikle işlem hızı, çalışma belleği ve sürdürülen dikkat gibi durumsal durumlara hassas bilişsel alanlarda geçici yavaşlamalara yol açabileceği varsayılmaktadır.

Makalenin ele aldığı literatür

Çalışma, uzay uçuşlarında bilişsel performans kayıplarını ele alan sınırlı ISS literatürü (Jones et al., 2022; Tays et al., 2021; Takács et al., 2021; Burles & Iaria, 2023) ve tekil ikiz çalışması olan NASA Twins Study (Garrett-Bakelman et al., 2019) ile yer tabanlı izolasyon, baş aşağı yatak istirahati (HDBR) ve parabolik uçuş simülasyonu literatürünü (Basner et al., 2021a, 2021b; Stahn et al., 2020; Nasrini et al., 2020) kapsamlı biçimde tartışmaktadır.

Araştırma Tasarımı

Evren veya inceleme alanı: Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) görevlerine atanan ve ABD yörünge segmentinde görev yapan profesyonel astronotlar.
Örneklem veya araştırma materyali: Yaşları 33 ile 61 arasında değişen (ortalama 45,12), %32'si kadın olan ve 10'u daha önce uzay uçuşu deneyimine sahip toplam 25 profesyonel astronot.
Veri toplama süreci: Bilişsel performans verileri, NASA İnsan Araştırmaları Programı Standart Önlemler Projesi kapsamında, HP Z-Book dizüstü bilgisayarlar üzerinde çalışan ve 10 alt testten oluşan 'Cognition Battery' adlı bilgisayarlı yazılımla toplanmıştır. Veri toplama işlemi görev öncesi (ortalama L-116 gün), erken uçuş (L+28 gün), geç uçuş (R-30 gün), erken uçuş sonrası (R+9 gün) ve geç uçuş sonrası (R+29 gün) olmak üzere beş farklı görev aşamasında gerçekleştirilmiştir.
Veri analiz yöntemi: Veri analizinde, her alt test için uygulama sıklığı ve stimulus seti etkilerine karşı düzeltilmiş tepki süresi (hız) ve doğruluk skorları hesaplanmış, ardından tüm veriler bireysel görev öncesi baz çizgisine göre z-skorlarına dönüştürülmüştür. Zaman ve görev aşamaları arasındaki ilişkileri analiz etmek amacıyla, yaş, cinsiyet ve önceki uçuş deneyimi sabit etkiler olarak kontrol edilerek rastgele kesişimli doğrusal karma modeller (LMM) kullanılmış, çoklu karşılaştırmalar için Yanlış Keşif Oranı (FDR) ve Tukey HSD düzeltmeleri uygulanmıştır.

işlem hızıgörsel çalışma belleğisürdürülen dikkatrisk alma eğilimibilişsel doğrulukmotor becerileruyku süresicanlılık düzeyi

Araştırmanın Bulguları

Astronotların genel bilişsel performansları görev aşamaları boyunca stabil bir seyir izlemiş, yaygın veya sistemik bir bilişsel gerileme gözlenmemiştir(Dev et al., 2024).

Uçuşun erken aşamalarında işlem hızı (DSST), görsel çalışma belleği (F2B) ve sürdürülen dikkat (PVT) gibi belirli alanlarda hız bazında hafif yavaşlamalar meydana gelmiştir(Dev et al., 2024).

Geç uçuş ve uçuş sonrası aşamalarda astronotların risk alma eğilimlerinde (BART) görev öncesine ve erken uçuş dönemine kıyasla belirgin bir azalma tespit edilmiştir(Dev et al., 2024).

Uçuş esnası ve uçuş sonrası bilişsel test skorlarının %11,8'i, örneklem baz çizgisinin en az 1,5 standart sapma altında kalarak düşük performans kategorisinde sınıflandırılmıştır(Dev et al., 2024).

Astronotların kendi bildirdikleri uyku süreleri ile anlık canlılık derecelendirmeleri ve bilişsel test performansları arasında sistematik veya belirgin bir ilişki saptanmamıştır(Dev et al., 2024).

Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu

Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı

Astronotların genel bilişsel performanslarının 6 aylık alçak dünya yörüngesi görevleri boyunca büyük oranda kararlı kaldığı ve grup düzeyinde sistemik bir düşüş göstermediği anlaşılmaktadır. Bu durum, uzay uçuşunun getirdiği zorlu fiziksel ve çevresel koşullara rağmen, iyi eğitimli profesyonellerin temel bilişsel kapasitelerini koruyabildiğini göstermektedir.

Yazarlar, uçuşun erken safhalarında ortaya çıkan işlem hızı, dikkat ve çalışma belleğindeki yavaşlamaları, yerçekimi değişimine ve istasyon ortamına ilk uyum sağlama sürecinde yaşanan fizyolojik adaptasyon yükü ve olası 'beyin sisi' durumlarıyla açıklamaktadır. Bu hafif gerilemelerin kalıcı yapısal hasardan ziyade geçici adaptif süreçlerden kaynaklandığı düşünülmektedir.

Elde edilen sonuçlar, literatürdeki HDBR (baş aşağı yatak istirahati) simülasyonları ve benzer analog çalışmalarla paralellik göstermekte olup, özellikle dikkat ve karmaşık görsel-motor tarama görevlerinin mikro-yerçekimi ve ilişkili sefalik sıvı kaymalarından en çok etkilenen alanlar olduğunu doğrulamaktadır.

Çalışmada sunulan 25 astronotluk öncül normatif veri tabanı, gelecekteki daha uzun süreli derin uzay görevlerinde bireysel performans sapmalarını ve operasyonel risk eşiklerini belirlemek için kritik bir referans kaynağı sunmakta ve bilişsel dayanıklılığın izlenmesine zemin hazırlamaktadır.

Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması

Yazarlar, elde ettikleri bulguları meşhur NASA İkizler Çalışması ile karşılaştırarak, tek bir denek üzerinde yapılan 1 yıllık uçuşta görülen yaygın bilişsel gerilemelerin aksine, 6 aylık yörünge görevlerinde grup düzeyinde kalıcı bir bilişsel hasar veya sistemik düşüş olmadığını ortaya koymuştur(Dev et al., 2024).

Yazarlar, 5 saat veya daha az uyuyan astronotların sürdürülen dikkat görevlerinde daha kötü performans gösterdiğini bildiren önceki çalışmaların aksine, kendi örneklemlerinde öz bildirime dayalı uyku süresi ile bilişsel skorlar arasında doğrudan bir ilişki saptanamadığını tartışmıştır(Dev et al., 2024).

Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar

Uluslararası Uzay İstasyonu'nda 6 aylık alçak dünya yörüngesi görevinde bulunan profesyonel astronotların bilişsel performanslarında merkezi sınır sistemi hasarına işaret edecek yaygın ve sistemik bir gerileme kanıtı bulunmamaktadır. Ancak, işlem hızı, görsel çalışma belleği, sürdürülen dikkat ve risk alma eğilimleri gibi spesifik bilişsel alanların, uzay uçuşunun erken aşamalarındaki adaptasyon süreçlerine ve çevresel stresörlere karşı daha duyarlı olduğu ve bu hassasiyetlerin operasyonel risk analizlerinde dikkate alınması gerektiği sonuçuna varılmıştır(Dev et al., 2024).

Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve

Bu araştırma, Alçak Dünya Yörüngesinde bulunan Uluslararası Uzay İstasyonunda 6 ay boyunca görev yapan astronotların bilişsel performansını değerlendiren en kapsamlı boylamsal çalışmadır. Literatürde, uzay uçuşunun astronotların zihinsel kapasiteleri üzerindeki etkilerine dair var olan çelişkili veya sınırlı bulguları netleştirmek üzere kurgulanmıştır. Araştırma, astronotların genel bilişsel yapısında sistemik bir gerileme olmadığını ortaya koyarak uzay psikolojisi ve fizyolojisi yazınında önemli bir referans noktası teşkil etmektedir. Özellikle işlem hızı, görsel bellek ve dikkatin erken safhalardaki değişim dinamiklerini haritalandırarak uzay uçuşunun sınırlarını belirlemektedir.

Çalışma, literatürdeki benzer boylamsal tasarımlarla, özellikle de tekil bir vaka analizi sunan ve uzun vadeli uzay uçuşlarında kalıcı bilişsel düşüşler rapor eden ünlü NASA İkiz Çalışması (Garrett-Bakelman ve ark., 2019) ile doğrudan diyalog kurmaktadır. İkiz Çalışmasının tekil örneklem sınırlılığını aşan bu araştırma, 25 profesyonel astronottan oluşan en büyük kohortu incelemesi yönüyle öncekilerden ayrışmaktadır. Ayrıca, yatak istirahati (HDBR) gibi yer simülasyonlarında gözlenen hafif ve geçici işlem hızı yavaşlamalarının gerçek uzay ortamında da uçuşun erken aşamalarında benzer şekilde ortaya çıktığını ampirik olarak doğrulayarak önceki kuramsal kabulleri pekiştirmektedir.

Araştırmanın uzay bilişsel bilimleri literatürüne sunduğu en özgün katkı, gelecekteki derin uzay ve Mars görevleri için kritik bir zemin hazırlayan 25 astronotluk ilk ve en geniş kapsamlı öncül normatif veri tabanını kurmuş olmasıdır. Bu normatif taban sayesinde, uzay uçuşu stresörlerinin hangi bilişsel alanlarda (görsel çalışma belleği, işlem hızı ve sürdürülen dikkat) hassasiyet yarattığı grup düzeyinde kanıtlanmıştır. Buna ek olarak, uzay görevlerinde daha önce yeterince çalışılmamış olan risk alma davranışının (BART) görev aşamalarına göre nasıl azaldığı ilk kez bu düzeyde gösterilmiş ve bu durumun adaptif bir strateji olabileceği tartışılarak literatüre kazandırılmıştır.

Kaynakça

Garrett-Bakelman, F. E., Darshi, M., Green, S. J., Gur, R. C., Lin, L., Macias, B. R., et al. (2019). The NASA Twins Study: a multidimensional analysis of a year-long human space flight. Science, 364(6436), eaau8650. https://doi.org/10.1126/science.aau8650
Jones, C. W., Basner, M., Mollicone, D. J., Mott, C. M., Dinges, D. F. (2022). Sleep deficiency in space flight is associated with degraded neurobehavioral functions and elevated stress in astronauts on six-month missions aboard the International Space Station. Sleep, 45(3), zsac006. https://doi.org/10.1093/sleep/zsac006

Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım

Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

Uzun süreli uzay uçuşlarında astronotların genel bilişsel kapasiteleri korunmakla birlikte, erken dönemde işlem hızı ve dikkette geçici yavaşlamalar görülür.

Çalışmanın 25 astronot üzerinde gerçekleştirdiği boylamsal test bulguları, uzayda yaygın bir bilişsel yıkım olmadığını ancak erken adaptasyon evresinde performans hızında düşüşler yaşandığını temellendirmek için kullanılır(Dev et al., 2024).

Ekstrem Ortamlarda Görev Yapan Askeri Pilotların Erken Adaptasyon Sürecinde İşlem Hızı ve Çalışma Belleği Dinamikleri

Araştırma sorusu: Yoğun uçuş ve yüksek irtifa stresörlerine maruz kalan askeri jet pilotlarında, göreve başlama sonrası erken adaptasyon evresinde işlem hızı ve görsel çalışma belleği performanslarında geçici düşüşler meydana gelmekte midir?
Yöntem taslağı: Boylamsal ve tekrarlı ölçümler içeren ampirik araştırma tasarımı uygulanacaktır. Minimum 30 askeri jet pilotundan oluşan bir grup (örneklem büyüklüğü güç analizi ile belirlenecektir), uçuş öncesi, erken uçuş safhası ve uçuş sonrası aşamalarda standart Cognition Test Bataryası ile değerlendirilecektir. Veriler doğrusal karma modeller (LMM) kullanılarak analiz edilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin, astronotların erken uçuş aşamasında DSST ve F2B alt testlerinde gösterdiği geçici performans yavaşlaması bulgusu ile bu yavaşlamaların uçuş öncesi seviyelere zamanla geri döndüğü tespiti bu araştırmanın temel gerekçesini oluşturur(Dev et al., 2024).

Tez veya makalede kullanım · Tartışma

Uzay görevlerinin ilerleyen safhalarında ve dünyaya dönüş sürecinde astronotların risk alma eğilimlerinde belirgin bir azalma gözlenmektedir.

Uzayda karar verme ve operasyonel risk algısının zaman içindeki değişimini açıklayan tartışma bölümlerinde, BART risk puanındaki düşüşü referans göstererek hipotezler tartışılır(Dev et al., 2024).

Yüksek Riskli Operasyonel Görevlerde Bulunan Uzmanlarda Zaman İçinde Risk Alma Eğilimi ve Karar Verme Stratejilerinin Değişimi

Araştırma sorusu: Zorlu ve tehlikeli ortamlarda uzun süreli görev yapan arama kurtarma personellerinde, görev süresi uzadıkça risk alma eğilimi ve karar verme stratejileri nasıl değişmektedir?
Yöntem taslağı: Uzunlamasına deneysel tasarım uygulanacaktır. Aktif afet bölgelerinde görev yapan ve veri doygunluğuna ulaşana dek belirlenen en az 40 profesyonel arama kurtarma personeli, görevlerinin birinci haftasında, dördüncü haftasında ve görev dönüşünde Balon Analog Risk Testi (BART) ile test edilecektir. Risk alma skorları sirkadiyen ritim kaymaları kontrol edilerek varyans analizi ile incelenecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalede, astronotların geç uçuş ve uçuş sonrası aşamalarda risk alma eğilimlerinde (BART) gözlenen belirgin azalmanın, operasyonel taleplere karşı geliştirilen adaptif bir strateji veya yörgünluk birikimi olabileceği yönündeki yazar tartışmasından türetilmiştir(Dev et al., 2024).

Tez veya makalede kullanım · Kavramsal çerçeve

Ekstrem çevre koşullarında çalışan yüksek performanslı profesyonellerde bilişsel performansı izlemek için standardizasyonu yüksek ve pratik etkisinden arındırılmış test bataryalarının kullanımı kritiktir.

Uzay psikolojisi ve insan faktörleri çalışmalarında metodolojik çerçevenin kurulmasında, Cognition bataryasının sunduğu düzeltilmiş z-skorları yaklaşımını temellendirmek amacıyla kullanılır(Dev et al., 2024).

Sirkadiyen Ritim Kayması Yaşayan Nöbetçi Sağlık Çalışanlarında Sürdürülen Dikkat ve İpucu Tepki Sürelerinin İzlenmesi

Araştırma sorusu: Gece nöbeti tutan acil servis hekimlerinde, nöbet öncesi ve sonrası saptanan anlık sübjektif uyanıklık derecelendirmeleri ile nesnel sürdürülen dikkat performansı arasında anlamlı bir korelasyon var mıdır?
Yöntem taslağı: Gözlemsel ve korelasyonel tasarım. En az 50 acil servis hekiminin (güç analizi ile doğrulanmış) 24 saatlik nöbet döngülerinde nöbet öncesi, nöbet ortası ve nöbet sonrasındaki anlık sübjektif uyanıklık ve 3 dakikalık PVT reaksiyon süreleri ölçülecektir. Sübjektif uyanıklık ile nesnel reaksiyon süreleri arasındaki ilişki çok seviyeli doğrusal modellerle analiz edilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin bulgularında yer alan, astronotların kendi bildirdikleri uyku süresi ve uyanıklık düzeyleri ile bilişsel test performansları (PVT vb.) arasında belirgin bir ilişkinin bulunamamış olması ve bu durumun yüksek performanslı profesyonellerin kompansatuar mekanizmalarıyla açıklanması bu araştırmaya esin kaynağı olmuştur(Dev et al., 2024).