Da die Zahl der bemannten suborbitalen Raumflüge voraussichtlich steigen wird, wächst auch die Notwendigkeit, deren Auswirkungen auf das menschliche Gehirn zu verstehen. Wie sich herausstellt, ist es nicht leicht, ein suborbitaler Weltraumpilot zu sein, besonders wenn die Dinge schiefgehen. Diese neue Studie der Embry-Riddle Aeronautical University untersucht das Potenzial des Einsatzes kabelloser EEG-Headsets zur Überwachung der kognitiven Leistungsfähigkeit von suborbitalen Piloten im Flug. Die Gehirnwellenaktivität während suborbitaler Flugsimulationen gab Aufschluss über die kognitiven Funktionen in Notfällen und liefert wichtige Erkenntnisse für zukünftige Studien zur Verbesserung der Pilotensicherheit.

Die Ergebnisse wurden im Journal of Aviation/Aerospace Education & Research der Embry-Riddle Aeronautical University veröffentlicht. Der Autor, Erik Seedhouse, PhD, betont die Bedeutung menschlicher Faktoren für die Sicherheit eines Piloten beim Fliegen eines suborbitalen Raumfahrzeugs (2024).

Vier Teilnehmer, drei männliche und eine weibliche, wurden vom College of Aviation der Embry-Riddle Aeronautical University (ERAU) rekrutiert. Die Teilnehmer hatten ein Durchschnittsalter von 20,4 Jahren. Im Vergleich dazu, so stellt der Autor fest, war im Jahr 2023 keiner der SpaceShipTwo-Piloten unter 40 Jahre alt. Jeder College-Student wurde mit einem Emotiv EPOC Series 14-Kanal-EEG-Headset ausgestattet und bei einer Reihe von Flugsimulationen unter normalen Tag- und Nachtbedingungen überwacht. Die Simulation wurde mit zusätzlichen unvorhergesehenen Ereignissen wie dem Verlust des HUDs oder Triebwerksausfällen wiederholt. Der Autor legte bei jeder Sitzung ein besonderes Augenmerk auf Theta-Bänder, die auf mentale Erschöpfung und mentale Arbeitsbelastung hinweisen.

„Der kognitive Zustand eines Piloten ist ein wesentlicher Faktor, der seine Leistung beim Fliegen eines suborbitalen Raumfahrzeugs beeinflussen kann, insbesondere bei der Reaktion auf unvorhergesehene Ereignisse“, schreibt Seedhouse (2024). „In einem solchen Fall können die Reflexe, die Entscheidungsfindung und die Steuerung des Raumfahrzeugs durch den kognitiven Zustand des Piloten beeinflusst werden.“

Die Ergebnisse ermöglichten es Seedhouse, die geistig anspruchsvollsten Abschnitte jeder suborbitalen Flugsimulation zu identifizieren. Sie demonstrierten die Bedeutung von kontextuellem EEG in der Erforschung menschlicher Faktoren, insbesondere beim Training von Notfallszenarien.

Seedhouse (2024) hofft, dass diese Forschung ein Schritt zur Entwicklung eines „kognitiven Überwachungsverfahrens und einer Neuromrik ist, die dabei hilft, die neurophysiologische Arbeitsbelastung von suborbitalen Piloten und möglicherweise von Piloten in der Ausbildung zu verfolgen.“

Abbildung 2. Hinweis. Suborbitaler Raumflugsimulator von E. Seedhouse, o. D. Urheberrecht o. D. von Erik Seedhouse.

„Die Forschung zur Anwendung von Neurophysiologie und Raumfahrt ist unvollständig, und nur wenige Studien haben potenzielle Neurometriken für die kognitive Leistung von Piloten identifiziert“, sagte Seedhouse (2024) und empfahl weitere Forschungen in dynamischen Simulatoren und VR-Umgebungen.

Die Studie kam zu dem Schluss, dass das EPOC Series EEG-System „nicht störend ist, angenehm zu tragen ist und eine präzise Messung der kognitiven Arbeitsbelastung mit guter Auflösung bietet.“ Zudem berichteten die Teilnehmer, dass das Headset bequem zu tragen war.

Nik Williams, Senior Research Scientist bei Emotiv, äußerte sich zur Bedeutung dieser Pilotstudie und ihren Auswirkungen auf die Zukunft.

„Diese Pilotstudie unterstützt die Machbarkeit der Integration von EEG-Neurotechnologie in die Luft- und Raumfahrtindustrie als Instrument zur Entwicklung sichererer und anpassungsfähigerer Luftfahrtpraktiken“, sagte Williams. „Durch das Angebot von personalisiertem Training für Studenten und verbessertem Situationsbewusstsein für erfahrene Piloten wird die nicht-invasive EEG-Technologie eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung der Zukunft der Branche spielen.

„Ich freue mich auf Folgestudien, die diese Ergebnisse mit einer größeren Teilnehmerzahl, feiner abgestuften neuronalen Messungen der mentalen Arbeitsbelastung und einem verbesserten Versuchsaufbau weiter untermauern.“

Seedhouse, E. (2024). Evaluating the Potential of Using EEG to Monitor Cognitive Workload in Simulated Suborbital Flight. Journal of Aviation/Aerospace Education & Research, 33(1). DOI: https://doi.org/10.58940/2329-258X.1989