Здоровье

ИИ помогает астронавтам сохранять здоровье в космосе

К 2025 году NASA планирует отправить экспедицию на астероид, а к 2030 – на Марс. «Путешествие на Марс» официально названо самой длинной космической миссией в истории Земли, она потребует от людей проживания в космосе в течение 3-х или более лет. И хотя астронавты способны акклиматизироваться в космическом пространстве, длительные путешествия за земную орбиту создают стресс для человеческого тела. И, возвращаясь на землю, участники экспедиций испытывают проблемы с координацией, силой, кровяным давлением, зрением и т.д.

На Земле мышцы человеческого тела противостоят гравитации, но в космосе в невесомости мышцы атрофируются, и космонавты постепенно теряют мышечную массу. В результате отсутствия гравитации астронавты теряют до 50% мышечной массы за 6 месяцев. В космосе минералы выводятся из организма быстрее, чем на Земле, в результате плотность костей снижается на 1% в месяц. Для сравнения, потеря костной массы для пожилого человека на Земле составляет 1% в год. Вот почему астронавты подвержены риску развития остеопороза, и как следствие – переломам и гиперкифозу. Из-за описанных факторов риск общего упадка сил составляет 40%, перелома бедра – 25%, летального исхода – 82%.

NASA сотрудничает с Научно-исследовательским институтом космического здоровья (TRISH) с целью разработки инновационных подходов к сохранению здоровья человека в космосе. TRISH – консорциум, возглавляемый Медицинским колледжем Baylor, в состав которого входят CalTech и MIT. Консорциум использует результаты передовых биомедицинских исследований для стабилизации состояния космонавтов.

В 2019 году консорциум TRISH получил грант на исследование ASTRO3DO (Space-Feasibility Body Composition and Body Shape Analysis for Long Duration Missions). В процессе него учёные из NASA, UCSF, AI Института точного здоровья (AI Precision Health Institute) и Онкологического центра Университета Гавайев провели анализ тела астронавтов для длительных миссий. Самым явным признаком снижения функциональности организма является изменение физической формы, поскольку она – продукт атомных процессов. В ходе исследования эксперты изучили силовые показатели, соотношение мышц и жировой ткани, биомаркеры крови астронавтов. С помощью трёхмерных моделей и нейросетей также была произведена оценка костей.

Специалисты разработали индивидуальные оптические 3D-сканеры с AI для такого же анализа состава тела космонавтов, но уже для космического корабля, чтобы определить оптимальную производительность каждого участника полёта.
.
Внутри космической капсулы установят несколько маленьких видеокамер для сбора данных. Астронавты в невесомости поворачиваются, поэтому камерам будет удобно создавать трёхмерный «слепок» тела. Таким образом будут определять участников полёта, имеющих общие признаки саркопении (дистрофии скелетных мышц) и кахексии (истощение организма) с поправкой на неравномерное распределение жидкости в организме.

Чтобы симулировать пространство внутри космического корабля, учёные выберут специальное аппаратное обеспечение, зададут необходимые алгоритмы и создадут микрогравитационную модель – прототип настоящего полёта.

Цели исследования:

  • определить оптимальную производительность и пространственные возможности трехмерных оптических камер для создания изображений тела;
  • изучить и достоверно определить общий состав тела (процент жира, мышц, количество висцерального и подкожного жира, состояние позвонков), автоматически
  • измерить антропометрические показатели человека в разных условиях (под водой, в перевёрнутом состоянии, в скафандре и без и т.д.);
  • построить и описать характеристики космического прототипа в условиях микрогравитации во время параболических полетов.