Optimizing Noisy Galvanic Vestibular Stimulation Frequency Range for Enhancing Vestibular Perception and Manual Control Performance

मानव शरीर के पास एक परिष्कृत आंतरिक नेविगेशन सिस्टम होता है, जो कान के भीतरी हिस्से में छिपे सेंसरों का एक नेटवर्क है जो लगातार इस बात की निगरानी करता है कि हम कैसे चलते हैं और अंतरिक्ष में हमारी स्थिति कहाँ है। यह प्रणाली, जिसे वेस्टिबुलर सिस्टम (vestibular system) कहा जाता है, हमें बिना नीचे देखे सीधे खड़े होने, एक सीधी रेखा में चलने और आँखें बंद होने पर भी अपने सिर के झुकाव का अंदाजा लगाने में सक्षम बनाती है। जब यह प्रणाली विफल होती है, चाहे वह उम्र बढ़ने, बीमारी या अंतरिक्ष उड़ान के विचलित करने वाले प्रभावों के कारण हो, तो इसका परिणाम संतुलन की गंभीर हानि और वाहनों या मशीनरी को नियंत्रित करने में खतरनाक अक्षमता के रूप में सामने आता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से 'नॉइजी गैल्वेनिक वेस्टिबुलर स्टिमुलेशन' (noisy galvanic vestibular stimulation) नामक तकनीक का उपयोग करके इस कमजोर होती इंद्रिय को बढ़ाने के तरीके खोजे हैं। इस पद्धति में कानों के पीछे इलेक्ट्रोड लगाए जाते हैं और त्वचा के माध्यम से एक बहुत ही हल्का, यादृच्छिक (random) विद्युत संकेत भेजा जाता है। विचार यह है कि यह सूक्ष्म विद्युत "स्टैटिक" मस्तिष्क के सेंसरों को गति का पता लगाने में अधिक स्पष्टता से मदद कर सकता है, ठीक वैसे ही जैसे पृष्ठभूमि का थोड़ा सा शोर कभी-कभी किसी व्यक्ति को उस मंद ध्वनि को सुनने में मदद कर सकता है जिसे वह अन्यथा नहीं सुन पाता। हालांकि यह दृष्टिकोण संतुलन विकारों वाले लोगों की मदद करने में आशाजनक रहा है, शोधकर्ता अभी तक सिग्नल को ट्यून करने के सबसे अच्छे तरीके पर सहमत नहीं हुए हैं। विशेष रूप से, वे इस बात को लेकर अनिश्चित थे कि विद्युत शोर को मानव गति की धीमी, प्राकृतिक लय की नकल करनी चाहिए या एक तेज़, उच्च-पिच वाला सिग्नल बेहतर काम करेगा।

नासा (NASA) और केबीआर (KBR) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने स्वस्थ वयस्कों के एक समूह पर इस विद्युत शोर के दो अलग-अलग संस्करणों का परीक्षण करके इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या केवल उच्च-आवृत्ति (high-frequency) वाली ध्वनियाँ, जो 10 से 30 हर्ट्ज़ के बीच होती हैं, केवल निम्न-आवृत्ति (low-frequency) वाली ध्वनियों, जो 0 से 2 हर्ट्ज़ तक होती हैं, की तुलना में अधिक प्रभावी होंगी। निम्न-आवृत्ति रेंज को इसलिए चुना गया क्योंकि यह लोगों के डगमगाने और झुकने की प्राकृतिक गति के साथ मेल खाती है, जबकि उच्च-आवृत्ति रेंज उन प्राकृतिक गतिविधियों से काफी ऊपर स्थित है। अध्ययन में अठारह स्वयंसेवक शामिल थे जो एक विशेष मोशन चेयर (motion chair) पर बैठे थे जो उन्हें अगल-बगल झुकाने और दाएं-बाएं खिसकाने में सक्षम थी। प्रतिभागियों ने विद्युत उत्तेजना (stimulation) पहनते हुए तीन अलग-अलग कार्य किए। पहले, उन्हें बहुत सूक्ष्म गतियों की दिशा का अनुमान लगाना था जो बिना सहायता के महसूस न की जा सकें। दूसरे, उन्होंने आँखें बंद करके एक चलते हुए प्लेटफॉर्म को जॉयस्टिक के माध्यम से ट्रैक करने का प्रयास किया। अंत में, उन्होंने जॉयस्टिक का उपयोग करके गति को पूरी तरह से रद्द करने का प्रयास किया, जिससे कुर्सी को बिल्कुल स्थिर रखा जा सके, भले ही प्लेटफॉर्म उसे झुकाने की कोशिश कर रहा हो। विद्युत उत्तेजना को 300 माइक्रोएम्पीयर की एक विशिष्ट शक्ति पर सेट किया गया था, जो स्तर अधिकांश लोगों द्वारा महसूस किए जाने के लिए पर्याप्त मजबूत था लेकिन दर्द या अनैच्छिक मांसपेशियों के फड़कने का कारण बनने के लिए पर्याप्त नहीं था।

परिणामों ने तेज़ सिग्नल के प्रति स्पष्ट प्राथमिकता दिखाई। जब शोधकर्ताओं ने प्रतिभागियों द्वारा सूक्ष्म गतियों की दिशा का पता लगाने की क्षमता का विश्लेषण किया, तो उच्च-आवृत्ति उत्तेजना ने उनके प्रदर्शन में महत्वपूर्ण सुधार किया। औसतन, स्वयंसेवक उन झुकावों और फिसलों का पता लगाने में पहले की तुलना में लगभग 32 प्रतिशत अधिक सक्षम थे जब उच्च-आवृत्ति सिग्नल सक्रिय था। इसके विपरीत, निम्न-आवृत्ति सिग्नल ने कोई मापने योग्य लाभ नहीं दिया; प्रतिभागियों की गति को महसूस करने की क्षमता वैसी ही रही जैसी बिना किसी उत्तेजना के थी। यह निष्कर्ष बताता है कि विद्युत शोर तब सबसे अच्छा काम करता है जब यह शरीर की अपनी गतिविधियों की प्राकृतिक लय की नकल नहीं करता है। सिर के धीमे डगमगाने से अलग एक आवृत्ति का उपयोग करके, उच्च-आवृत्ति सिग्नल मस्तिष्क के सेंसरों को भ्रमित होने से बचा सकता है, जिससे वे वास्तविक गति को अधिक प्रभावी ढंग से पकड़ पाते हैं।

उच्च-आवृत्ति सिग्नल के लाभ केवल पहचान (detection) से आगे सक्रिय नियंत्रण तक विस्तृत थे। जब स्वयंसेवकों ने कुर्सी को स्थिर रखने के लिए जॉयस्टिक का उपयोग करने का प्रयास किया, तो उच्च-आवृत्ति उत्तेजना ने उन्हें कम गलतियाँ करने और अधिक स्थिर स्थिति बनाए रखने में मदद की। उनकी गतिविधियाँ अधिक सटीक हो गईं, जिसमें बिना उत्तेजना या निम्न-आवृत्ति सिग्नल की तुलना में कम डगमगाहट और त्रुटि देखी गई। दिलचस्प बात यह है कि निम्न-आवृत्ति उत्तेजना ने इस मैनुअल कंट्रोल कार्य में भी सुधार नहीं किया। जबकि उच्च-आवृत्ति सिग्नल ने प्रतिभागियों को गति को महसूस करने और कुर्सी को स्थिर करने में बेहतर बनाया, इसने आँखें बंद करके केवल एक चलते हुए ऑब्जेक्ट को ट्रैक करने के तरीके को नहीं बदला। यह इंगित करता है कि उच्च-आवृत्ति सिग्नल का लाभ उन कार्यों के लिए विशिष्ट है जिनमें मस्तिष्क को गति की व्याख्या करने और सूक्ष्म समायोजन करने की आवश्यकता होती है, न कि केवल एक पथ का अनुसरण करने की।

ये निष्कर्ष मानव प्रदर्शन में सुधार के लिए एक नया направление प्रदान करते हैं जहाँ संतुलन महत्वपूर्ण होता है। अध्ययन सुझाव देता है कि धीमी, निष्क्रिय गतियों वाले कार्यों के लिए, जैसे कि अंतरिक्ष यात्रियों या पायलटों द्वारा अनुभव की जाने वाली स्थितियाँ, एक उच्च-आवृत्ति विद्युत सिग्नल प्राकृतिक डगमगाहट की धीमी गति की नकल करने वाले सिग्नल की तुलना में अधिक विश्वसनीय उपकरण है। शोधकर्ता प्रस्तावित करते हैं कि उच्च-आवृत्ति सिग्नल मस्तिष्क के प्रसंस्करण नेटवर्क के विभिन्न हिस्सों को संलग्न करके या उस हस्तक्षेप से बचकर काम कर सकता है जो तब होता है जब उत्तेजना शरीर की प्राकृतिक आवृत्तियों से मेल खाती है। हालांकि यह अध्ययन स्वस्थ वयस्कों पर किया गया था और इसमें उत्तेजना की एक निश्चित शक्ति का उपयोग किया गया था, परिणाम इस तकनीक के एक विशिष्ट ट्यूनिंग की ओर इशारा करते हैं जो अंततः अंतरिक्ष यात्रियों को चंद्र लैंडिंग के दौरान नियंत्रण बनाए रखने में मदद कर सकता है या पायलटों को कठिन उड़ान स्थितियों में सहायता कर सकता है। यह कार्य यह दावा नहीं करता है कि इसने सभी संतुलन समस्याओं को हल कर दिया है, लेकिन यह इस बात की ओर एक ठोस, साक्ष्य-आधारित कदम है कि हम दुनिया में अपनी स्थिति को समझने की अपनी इंद्रिय को तेज करने के लिए बिजली का उपयोग कैसे अनुकूलित कर सकते हैं।