Тайны работы животных-космонавтов

Обезьяна может изменить судьбу. И для этого не обязательно быть рожденным в Год Красной или Черной Обезьяны по китайскому гороскопу. Важно интересоваться этим животным, изучать его, привлекать к решению общечеловеческих задач, как это делают сотрудники Научного приматологического центра Института медико-биологических проблем РАН.

Мало кто знает, что:
• обезьяны сыграли важную роль
• в подготовке полетов на российском шаттле «Буран»;
• вопреки устоявшимся представлениям, обезьяны прекрасно жили и работали в космических полетах и становились после их завершения лидерами среди сородичей;
• уже сейчас благодаря обезьянам ученые знают, что в марсианский полет лучше выбирать существо сангвинического психотипа.
Итак, мы в институте, где все начиналось, где знают, любят обезьян и относятся к ним как к людям — ни больше, ни меньше. В экспериментах, которые длятся сутками, а порой и неделями, операторы ночуют в центре вместе со своими подопечными. Не знаю, почему макаке-резусу до сих пор не поставили памятник, как когда-то первой собаке-космонавту Лайке, ведь именно благодаря обезьяне полет людей в космос стал более безопасным и комфортным.
А начиналось все в далеком 1976 году, когда генеральному конструктору Глебу Лозино-Лозинскому поручили работу над проектом первого советского многоразового космического корабля «Буран». До него космонавты уже летали в космос, и уже было известно, что первые 12 дней полета, как правило, уходят на адаптацию к невесомости.
— Вы не представляете, какие странные ощущения испытывают космонавты, особенно новички, по прибытии на орбитальную станцию, — рассказывает завотделом профилактики ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем РАН» физиолог, академик РАН Инеса КОЗЛОВСКАЯ. — О некоторых из них ранее даже не знало человечество. Одними из первых в невесомости возникают иллюзии перевернутого пространства, когда космонавту кажется, что голова у него внизу, а ноги наверху, когда ему представляется, что он асимметричен, наклонен влево или вправо и т.д. Это иллюзии положения. Кроме известного всем укачивания картина осложняется иллюзиями движения своего тела и окружающих предметов. Вам может показаться, что на вас падает шкаф, а простые движения становятся трудновыполнимы. В космосе, извините, на надевание брюк космонавт тратит в 4 раза больше времени, чем на Земле.
Сегодня, в том числе и благодаря экспериментам с обезьянами, ученые уже знают, как подготовить организм к необычным для него условиям, как включить его в работу на станции, гораздо быстрее преодолеть неприятное чувство неопределенности в пространстве. А в далекие 1970-е — не знали.
Оттого Лозино-Лозинский рассуждал так, обращаясь к физиологам из ИМБП: «Хорошо, сегодня вы доказали, что человек может жить в невесомости, что его сердце, легкие, пищеварение в невесомости работают. А как насчет головы, центральной нервной системы? Мы строим корабль, на котором космонавт должен включаться в работу сразу, управлять им в течение 7–10 суток. А у него в это время будет болезнь движения. Зачем тратить деньги на создание корабля, если управлять им будет некому…»
— После этого обращения и начался интенсивный поиск животных для проведения нейрофизиологических исследований, чтобы дать необходимые рекомендации проектировщикам и вообще доказать, что человека можно адаптировать к невесомости еще на Земле, — говорит Инеса Бенедиктовна. — Я в 1966–1971 годах работала по обмену в США от Института высшей нервной деятельности, занимаясь изучением проблем физиологии движения на обезьянах, чья организация ЦНС, включая и высшие когнитивные функции, близка к таковой у человека. Так совпало, что туда же, в США, на сессию ООНпо мирному использованию космического пространства, приехал Олег Георгиевич Газенко, который тогда возглавлял ИМБП РАН. Понаблюдав за нашими экспериментами, Газенко с ходу пригласил меня по возвращении в СССР перейти из академии в его институт.

Абрек лучше минестрины
Условия для работы были почти идеальными. В СССР уже тогда запустили программу биологических спутников серии «БИОН», направленной на изучение факторов космического полета на живые системы. В Сухуми процветал Приматологический центр, директор которого, крупнейший в мире специалист-приматолог Борис Лапин, с энтузиазмом включился в эту работу. Он же помогал и с выбором вида экспериментального животного, ведь среди нескольких тысяч питомцев Лапина были и маленькие обезьянки, и мартышки, и макаки, и павианы. К слову, этот выдающийся ученый и по сей день, после переезда его центра в Сочи, ведет огромную работу с обезьянами. Без Лапина, говорят его коллеги, не было бы никаких экспериментов с обезьянами.
— Однако следует отметить, что в вопросе выбора вида нам помогли и американцы, — вспоминает Козловская. — Они свою первую обезьяну запустили в 1969 году, и на 5-е сутки полета она погибла, как и все ее дублеры из группы контроля на Земле. Причиной смерти животных была инфекция, развившаяся в результате использования в эксперименте открытых датчиков регистрации кровяного давления. Но когда Конгресс США проводил разбор этого неудавшегося эксперимента, американские физиологи не захотели признать своей ошибки, и специально назначенная комиссия выделила не одну, а ряд причин, которые могли привести к смерти обезьян. Среди них были две причины, которые мы потом учли в своей работе: согласно первой из них, это фактор стресса, связанный с тем, что обезьяна находилась в полете одна, а она животное групповое. Согласно второй, агрессивные обезьяны, как и агрессивные люди, легче адаптируются к сложным условиям среды. А выбранная для полета macaca minestrina была добрейшей из макак.
Поэтому московские космические физиологи отобрали для полета самых агрессивных макак-резусов — и, чтобы им не было одиноко, посылали на орбиту парами. Первый биоспутник с обезьянами на борту «БИОН-6» полетел в космос 14 декабря 1983 года. В полете обезьяны (в первом полете это были Абрек и Бион) размещались в индивидуальных модулях, установленных так, что они все время видели друг друга.
— Обезьяны трогательно заботились друг о друге, — вспоминает Козловская. — Мы наблюдали за ними с помощью видеоконтроля. Бион с первого дня страдал болезнью движения: не ел, не пил, сидел неподвижно, прижавшись головой к спинке кресла, закрыв глаза. Видя это, напарник чуть не вылез из фиксирующего костюма, все рвался на помощь…
Все обезьяны — и первопроходцы, и последовавшие за ними пары: Верный и Гордый, Дрема и Ероша, Жаконя и Забияка, Иваша и Крош, которых мы отправляли в космос вплоть до 1996 года, — возвращались на Землю живыми. Несмотря на то что каждому на время полета вживляли большое число электродов — в рецепторные волокна вестибулярного аппарата, мозжечок, где идет обработка вестибулярных сигналов, в кору головного мозга, в мышцы, возле артерии на шейке — для регистрации частоты сердечных сокращений и давления, — по прибытии на Землю обезьяны быстро восстанавливались и чувствовали себя хорошо, доживая свой обезьяний век кто в зоопарках, кто в живых уголках школ. Кстати, именно школьники в рамках специальных радиоконкурсов и давали нашим «космонавтам» все клички по алфавиту.
Одну обезьяну после полета мы подарили Фиделю Кастро, другую отдали в школу биологического профиля — за нашими воспитанниками стояла очередь из желающих. Только одного Абрека нам вернули обратно из Московского зоопарка: загордился он там, начал завоевывать лидерство, сородичей в клетке «строить», в общем, проявил себя как настоящий разбойник.
Немаловажную роль в самооценке играли у обезьян их «короны» — металлические шапочки, скрывавшие и защищавшие все размещенные на голове датчики.

Борис Лапин (слева) и Олег Газенко с будущими космонавтами. Архив ИМБП РАН.
Зачем космонавтам рисуют пол и потолок
В полетах «Бурана» физиологи должны были получить ответы на вопросы, касающиеся двух важных проблем: работы вестибулярного аппарата космонавта в невесомости и качества операторской деятельности в этих условиях. На основе результатов работ с макаками Лозино-Лозинскому были выданы рекомендации по ряду вопросов, включая даже устройство пульта управления «Бурана».
— Мы посоветовали главному конструктору все критические сигналы на пульте управления расположить в центре, чтобы космонавт не тратил время на отслеживание периферических мишеней, — говорит Инеса Козловская. — Вроде бы мелочь, а от миллисекунд, затрачиваемых на установку взора, в космосе порой зависит жизнь экипажа.
В качестве примера Инеса Бенедиктовна приводит нештатную ситуацию, возникшую однажды на борту станции «Мир»: «Отказала автоматическая система стыковки, и космонавт не смог правильно управлять подходящим грузовым кораблем. Очень нервничал и, интенсивно вращая головой и перемещаясь от одного люка к другому, не мог правильно определить дистанцию до мишени. А когда он спохватился, было ясно, что предотвратить удар «Прогресса» о станцию не удастся. Командир экипажа в последний момент успел развернуть его так, что тот со всего маху ударился только о боковой модуль. Модуль был потерян, а станция и жизни трех космонавтов — сохранены. Из-за чего произошло ЧП? Да из-за того, что мы, врачи, ошибочно считали, что зрительный процесс в невесомости не страдает, и не проводили соответствующей подготовки космонавтов. Эксперименты с обезьянами показали, что скорость «схватывания» мишени в невесомости страдает, и очень сильно. Если на Земле обезьяна умудрялась сделать 256 правильных реакций выбора мишени за 20 минут, то в невесомости те же 256 реакций она совершала за 100 минут. Длительность в 300 миллисекунд в невесомости превращалась в 3 секунды. А за три секунды при имеющихся скоростях корабль легко может разбиться.
В опытах с макаками-резусами было показано также, что следует заранее готовить организм и к «морской болезни», и к выполнению операторских задач в условиях измененного пространственного поля. Перенеся этот опыт на человека, специалистам удалось добиться довольно быстрой его адаптации на борту космического корабля. Сегодня многие покорители космического пространства включаются в работу на станции в первые же часы после прибытия.
Кстати, бывал ли кто-нибудь из вас в перевернутом доме? Такие иллюзионы сейчас набирают популярность по всему миру. Даже на Земле их посетителям становится плохо. А теперь представьте космонавта, который, оказавшись в невесомости, вообще не может понять, где низ, где верх. Опыты с обезьянами подсказали, как можно облегчать эту ситуацию. Оказалось, что если в жилом модуле космической станции условно обозначить места «пола» и «потолка» соответствующими рисунками, то иллюзии перевернутого пространства будут менее ярко выражены.
«8-летний самец — это уже 30-летний мужчина»
Сегодня в центре ИМБП РАН — всего с десяток обезьян. Лучшие животные — 4-летние макаки-резусы, которым по человеческим меркам лет по 20 (век обезьяны короче нашего в 5–6 раз). В этом возрасте они еще не заматерели, не стали излишне агрессивными и помещаются в созданные для них специальные кресла и костюмы.
— Бывает, что некоторые макаки живут в Московском приматологическом центре по 7–8 лет, — говорит Козловская. — Был у нас такой герой, вы бы видели этого гиганта. Здоровый агрессивный самец, соответствующий по возрасту 30-летнему мужчине!

— А бывали нападения обезьян на сотрудников центра?
— Ни одного! У нас никто голыми руками обезьян не берет, только в переносных устройствах. Обычно в переноску из клетки и обратно обезьяны переходят сами. Во время опыта наши питомцы решают задачи и работают за поощрение. Как правило, это сладкий сок, который по капельке капает им в рот за каждый правильный ответ, или банановые конфетки, также автоматически выдаваемые специальной катапультой.
Вот на специальных кроватках проводится эксперимент с постельной гипокинезией, при которой обезьяны только и делают, что лежат да попивают свой сок, — так имитируется пребывание живых существ в невесомости. Вот их уже крутят в центрифуге — той самой, чей уменьшенный аналог в ближайшее время ученые хотят доставить на МКС для создания там эффекта гравитации.
— Некоторые думают, что обезьяны не любят купаться… Это не совсем так. Они не любят купаться в холодной воде, а в теплой — кайфуют, — опровергает миф Козловская. — Мы разработали для них, как и для человека, модели сухой иммерсии (когда погружение в воду происходит в специальном водонепроницаемом костюмчике) и мокрой, когда нам надо всего за 3–6 часов оценить влияние модулируемой в воде невесомости на основные функции.
— Когда обезьянам приходится лежать в постели или сидеть в воде в своих костюмчиках подолгу, вы их не оставляете одних?
— Конечно, нет. С ними день и ночь дежурят специально обученные люди.
Удивляюсь, как старательно выполняют эти вроде бы непоседливые животные свои задачи. Шутка ли — месяц пролежать в кровати?! На что в который раз получаю восторженные характеристики питомцев со стороны их опекунов: «Они очень быстро обучаются, успешнее, чем некоторые люди!»; «Животные понимают выгоду от своего положения, им интересно выполнять когнитивные задачи, за которые они получают вознаграждение!»
Сангвинику легче долететь до Марса
Одна из передовых задач, стоящих сейчас перед хвостатыми испытателями ИМБП РАН, — помочь человеку долететь до Марса.
Космонавты, работающие на земной орбите, нередко жалуются на яркие вспышки в космосе, периодически возникающие в глазах. Это так называемые «радиационные фосфены», вызываемые попаданием в сетчатку тяжелых заряженных частиц. С той частотой и в тех условиях, как это происходит сейчас, они не оказывают патологического влияния на здоровье. Но что будет в условиях, когда плотность такого излучения будет возрастать, к примеру, при полетах к другим планетам? Проблема радиации называется сейчас самой главной преградой на пути к далеким мирам. Ведь космическое излучение может повлиять на структуры мозга не отдаленно, через несколько лет, а прямо во время полета, лишив космонавтов способности управлять кораблем.
Чтобы узнать, как обезьяны могут быть использованы в подготовке полета на Красную планету, мы связались с заведующим отделом экспериментальной биологии и медицины ИМБП РАН Андреем Штембергом.
— Как только корабль выйдет за пределы магнитного поля Земли, он попадет в зону галактического космического излучения, которое состоит из протонов высоких энергий, тяжелых ионов железа, углерода и других частиц — там весь спектр, — комментирует Андрей Сергеевич. — Энергия там колоссальная — до 10 в 20-й степени МэВ (мегаэлектронвольт), и как защищаться от нее, пока не знает никто. Наращивать толщину обшивки корабля — это дополнительные тонны, корабль может просто не взлететь. Электромагнитная защита, отклоняющая все потоки… Но здесь еще конь не валялся.
Поэтому нам со своей стороны надо пока изучать и изучать нейробиологические эффекты тяжелых ионов. В опытах американцев, которые облучали крыс ионами железа-56 в течение нескольких секунд, выяснилось, что при самых ничтожных дозах у крыс полностью нарушается пространственная ориентация. Это показал тест с водным лабиринтом: в обычном бассейне сделан островок, который скрыт под водой. В норме крыса быстро находила его, а после облучения ионами железа начинала долго-долго петлять в поисках.
То же самое, по мнению Штемберга, может быть и в далеком космосе с людьми, где таких частиц море, они там составляют фон. Пространственная ориентация пострадает точно, но насколько, как долго продлится такой «эффект»? С крысы на человека «перенести» данные сложно — надо моделировать подобное на обезьянах. И нечто подобное в ИМБП уже сделали.
— Чтобы смоделировать условия полета к Марсу, нужны длительное фоновое облучение, которое имитировало бы постоянный радиационный фон, присутствующий в космосе, а также эффект от воздействия на космонавтов тяжелых ионов, — говорит Андрей Сергеевич. — Длительное мы смоделировали в специальной облучательской, а для воздействия тяжелыми частицами возили наших питомцев в Дубну, в Объединенный институт ядерных исследований, где такие получают на ускорителях. Мы облучали наших обезьян протонами высоких энергий и ионами углерода. В результате получили интересные эффекты. Начну с положительного: после облучения протонами у всех обезьян… улучшилась способность к обучению. Это либо из-за того, что радиация подавляет исполнительный механизм ориентировочной реакции в некоторых структурах мозга, и у обезьяны просто происходит сужение внимания на конкретной задаче, либо из-за активации на первых порах компенсаторных возможностей центральной нервной системы. Теперь — об отрицательном результате, который возник после облучения ионами углерода. Но не у всех, а только у макак возбудимого типа, этаких холериков. У обезьян сильного, уравновешенного типа ухудшения не наблюдалось.
— Получается, у сангвиника больше шансов долететь живым до Марса, чем у холерика?
— Получается, что так. Думаю, при отборе космонавтов надо это обязательно учитывать. Тип высшей нервной деятельности имеет очень большое значение.
В будущем радиобиологи собираются провести абсолютно уникальный опыт: к радиационному фактору добавить обезьянам эффект невесомости, перегрузку, измененную газовую среду, гиподинамию, шумы и вибрацию. Но и это еще не все. В течение двух недель, пока будет длиться эксперимент, испытуемые должны будут выполнять «операторскую деятельность». На деле — просто играть в компьютерные игры, совмещая крестик на экране с различными мишенями. И так изо дня в день, с последовательным усложнением задач, за банановую или малиновую таблеточку, за вкусный сок, поступающий из трубочки прямо в рот.
В завершение разговора прошу Андрея Сергеевича дать совет читателям, чему им стоит поучиться у обезьян.
— Вот вы, например, знаете, что из самых близких к человеку антропоидных обезьян классические шимпанзе — наиболее агрессивные, они ведут настоящие войны, — начинает Штемберг издалека. — Не пищевые, не территориальные, просто нападают друг на друга, убивают и самок, и детенышей… Самые мирные, как это ни покажется странным, — гориллы. Но существуют еще карликовые шимпанзе, или бонобо. Их не так давно выделили в отдельный вид. Так вот, в отличие от классических шимпанзе, бонобо совершенно не агрессивны — это единственный вид, у которых агрессия сублимируется в половое поведение. Они делают это даже не ради продолжения рода, а просто из удовольствия. Такие обезьяньи хиппи. Так что людям можно пожелать поучиться у бонобо любви, а спокойствию и миролюбию — у горилл.
АНЕКДОТ ДНЯ
Запускают космический корабль с человеком и обезьяной на борту, перед полетом каждому из них вручив конверт с заданием. На конверте обезьяны написано: «Открыть немедленно по прибытии на станцию». У человека: «Открыть в шесть часов вечера». По прилете на станцию обезьяна открывает свой конверт, видит задание, засучивает рукава и начинает работать: включает систему управления кораблем, совершает другие манипуляции — в общем, пашет в поте лица. А человек ждет шести часов… Ровно в шесть он открывает конверт и видит единственную строчку: «Не забудь покормить обезьяну».