Wat er in sciencefiction misgaat over opgeschorte animatie, en waarom de waarheid zoveel wilder is

De nieuwste film Avatar vervolgt die van James Cameron dominantie aan de kassamaar in 2009 moest Jake Sully de verre maan van Pandora bereiken voordat hij dat kon doen zijn winstgevende avonturen erop. Dit probleem werd terzijde gelegd in een vroege scène waarin onze held wakker wordt uit een opgeschorte animatie. “Bij cryotherapie droom je helemaal niet”, zegt Sully’s voice-over. “Het voelt niet als zes jaar. Meer als een vijfde tequila en een schop onder je kont.”

Zwevende animatie is een hoofdbestanddeel van sciencefiction en wordt gebruikt om personages door grote uitgestrekte ruimte en tijd te transporteren. Ooit het domein van magie (beide Doornroosje EN Rip Van Winkle in conflict raken met de feeën), begon sciencefiction zich te verenigen rond het idee om koude, slaap en algemeen technogebabbel samen te voegen om mensen figuurlijk of letterlijk op het ijs te zetten. Maria Shelley EN HP Lovecraft speelde met het idee, en vervolgens strips en schrijvers als Arthur C. Clarke hij maakte er een punt van zowel zachte als harde sciencefiction.

Tegenwoordig is de trope overal aanwezig Futurama NAAR Halo. Soms staan ​​de hangende lichamen centraal in het plot, zoals in Passagiers of Kim Stanley Robinson Aurora. In andere verhalen is het een willekeurig detail dat wordt gebruikt om de uitdagingen van de ruimtevaart te overwinnen. Soms bedenken schrijvers nieuwe verklaringen: Buck Rogers wordt naar 25 getransporteerd^e eeuw als gevolg van een coma veroorzaakt door mijngassen, maar de verlaging van de lichaamstemperatuur wordt meestal aangetoond of geïmpliceerd, ongeacht of Sully’s vermelding van cryotherapie of De sloopman letterlijk het bevriezen van criminelen. Meestal is een bevroren lichaam volledig inactief, hoofdzakelijk in coma. En dit betekent dat science fiction meestal ongelijk heeft.

“Hoewel winterslaap meestal wordt gezien als gerelateerd aan de winter of kou, is dit niet absoluut noodzakelijk,” Professor Vladyslav Vjazovski vertelt Achteruit. “Dit is heel belangrijk om te verduidelijken. Er zijn dieren die in de tropen kunnen overwinteren.” En dit is nog maar het topje van de ijsberg. De wetenschap achter diepe slaap is heel reëel, ontwikkelt zich snel en kan binnenkort wetenschappelijke realiteit worden.

Een andere gemoedstoestand

Professor Vyazovskiy studeert slaapfysiologie in Oxford en maakt ook deel uit van een team van de European Space Agency dat werkt aan de uitdaging om mensen in een schijndood te brengen. Hij wijst erop dat stilstand in de eerste plaats niet over temperatuur gaat, maar over een vermindering van de stofwisseling.

“Voor opgeschorte animatie is geen onderkoeling nodig”, zegt Vyazovskiy. “Dit zijn vooral fysiologische functies, waarbij het lichaam minder zuurstof en voedingsstoffen verbruikt en voor alles minder energie gebruikt. Als het buiten koud is, zal er enige afkoeling zijn, maar dit is secundair. Beren koelen slechts een beetje af, maar hun stofwisseling neemt met ongeveer 70% af. Ze kunnen een hele winter doorbrengen met het verzamelen van lichaamsvet omdat hun stofwisseling erg langzaam is.”

En hoewel sciencefiction de neiging heeft om stilstand af te schilderen als een toestand met een aan/uit-schakelaar, heeft onderzoek naar beren, eekhoorns en vele andere dieren in winterslaap een heel continuüm van fysieke en mentale activiteit aan het licht gebracht.

“Verdoving en winterslaap waren zeer dynamisch”, zegt Vyazovskiy. “Het is niet zoiets als een coma, het wordt heel precies geregeld. Het dier kan zijn lichaamstemperatuur tot een fractie van een graad boven kamertemperatuur handhaven. Het is als een supernauwkeurige thermostaat.”

“De verdoving en de winterslaap waren erg dynamisch. Het is niet zoals een coma, het is heel nauwkeurig gereguleerd.”

Torpor (in wezen winterslaap op uurschaal) en winterslaap zijn reacties op vijandige omgevingen; de kou is notoir vijandig. In sommige opzichten hebben mensen de meeste pech als het gaat om het aanpassen met gereedschap en schuilplaatsen. Maar als je geen opponeerbare duimen en grote hersenen hebt, is gevoelloosheid, zegt Vyazovskiy, een ‘slimme’ strategie die ‘heel logisch’ is.

Dus hoewel je misschien hebt geleerd dat beren in de winter slapen, kan het eigenlijk meer op een lethargische toestand lijken slaapgebrek. Slaap, legt Vyazovskiy uit, is een ‘hersencentrische’ toestand die wordt gedefinieerd door een zekere mate van gevoelloosheid en veranderingen in hersengolven. Hoewel de veranderingen in de stofwisseling tijdens de slaap klein zijn, zijn ze tijdens de slaap significant, omdat het een mechanisme is om slecht weer of gebrek aan voedsel te overleven. Een hamster als huisdier kan bijvoorbeeld in slaap vallen als hij een paar maaltijden overslaat of in een slaaptoestand wordt gestopt tochtige kamer. Breng weken of maanden in verdoving door en je zult in winterslaap zijn.

“Je kunt slapen en overwinteren, maar wij zijn geïnteresseerd in de bewustzijnstoestanden tijdens verdoving”, zegt Vyazovskiy. “Je kunt wakker zijn en in winterslaap zijn, dieren kunnen bewegen en naar je kijken. Het is helemaal geen slaap.”

Grondeekhoorns overleven bijvoorbeeld de winter door in holen te overwinteren, maar Vyazovskiy legt uit dat “ze elke week of twee een enorme hoeveelheid energie verbruiken om een ​​normale temperatuur te bereiken.” Een deel van deze tijd gebruiken ze om te snacken, maar meestal slapen ze.

“Tijdens deze episoden brengen ze veel tijd door met slapen”, zegt Vyazovskiy. “Ze komen uit een verdoving tevoorschijn, er is een theorie dat ze de winterslaap beu worden.”

De hypothetische menselijke winterslaap zou er dus heel anders uitzien dan Jake Sully zes jaar lang in een ijskast te duwen. Hoe zou dit werken en waarom zouden we ons zorgen maken?

Dromend over onze weg naar Mars

De ruimte is de meest vijandige omgeving van allemaal, en het opwekken van verdoving bij astronauten zou talloze voordelen bieden. Het meest voor de hand liggende is dat een mens met een verminderde stofwisseling veel minder hoeft te eten en drinken, waardoor kostbare hulpbronnen worden bespaard in de dagen voordat Mars zijn eerste 7-Eleven krijgt. Vyazovskiy merkt op dat torpor ook zou beschermen tegen spierafbraak veroorzaakt door zwaartekracht, en tegen kosmische straling.

“Als de stofwisseling traag is, is er minder DNA-replicatie en celdeling. Deze processen kunnen worden beïnvloed door straling, die mutaties of giftige bijproducten kan veroorzaken”, zegt hij. “Als je je stofwisseling vertraagt, wordt je lichaam beter beschermd.”

Dat is de reden waarom schijndoodanimatie ook enkele hypothetische toepassingen op aarde heeft, zoals het beschermen van een kankerpatiënt die bestralingstherapie ondergaat tegen de ergste bijwerkingen van grote doses straling. Het kan ook worden gebruikt bij behandelingen in de geestelijke gezondheidszorg, als ‘een manier om de hersenen te resetten’.

“Torpor is een zeer dramatische toestand; we weten dat er veel synaptische reorganisatie plaatsvindt”, zegt Vyazovskiy. “Het komt bijna in de buurt van wat we op jonge leeftijd ontdekken, wanneer we kritische vensters hebben voor plasticiteit en leren. Als we gevoelloosheid en wat er in de hersenen gebeurt beter begrijpen, kunnen we het misschien in sommige klinische toepassingen gebruiken.”

“We zijn erg geïnteresseerd in deze paradoxale toestand waarin je heel dicht bij de dood bent, omdat je heel weinig hersenactiviteit hebt, maar je bent ook erg gevoelig.”

Maar het is de verkenning van de ruimte die het meest tot de verbeelding spreekt op het grote scherm. Vyazovskiy merkt op dat hoewel sciencefiction meestal laat zien dat lichamen bij zeer lage temperaturen worden gehouden, de realiteit waarschijnlijk “een beertoestand zal zijn, waarbij je een beetje afkoelt, maar meestal gewoon een manier moet vinden om je stofwisseling te verlagen.”

De popcultuur heeft een aantal interessante uitzonderingen op cryoslaap voortgebracht. “Het drielichamenprobleem“Vjazovski zegt: “beschrijft schijndood op een zeer creatieve manier waarbij het lichaam uitdroogt en al zijn water verliest. In werkelijkheid hebben dieren in winterslaap geen dorst, water is bijna aversief tegen hen om redenen die we niet begrijpen. Er is een interessant verband met het handhaven van een osmotisch evenwicht, hoewel het duidelijk niet tot het uiterste gaat, zoals beschreven in Drielichamenprobleem. Maar het is verre van cryo, cryo zal niet van toepassing zijn.”

Dus hoe zou Vyazovskiy voorstellen om schijndood te spelen als James Cameron naar mij toe kwam voor advies? Avatara4?

“Slaap en verdoving zijn een continuüm, dus je zou door de slaap in een winterslaap kunnen gaan. Het kan in sommige opzichten intenser en dieper zijn. Maar als dieren in verdoving zijn, zijn ze veel langzamer, en wat we nu ontdekken is dat ze erg gevoelig worden, want als een roofdier nadert, moeten ze het vroeg detecteren. We zijn echt geïnteresseerd in deze zeer paradoxale toestand waarin je heel dicht bij de dood bent, omdat je heel weinig hersenactiviteit hebt, maar je bent ook erg gevoelig. Ik zou het beschrijven het is op de een of andere manier tegelijkertijd verbonden en losgekoppeld van de omgeving.

En Sully’s opmerking over niet dromen? Dit is misschien ook niet waar. Dromen is een apart vakgebied met veel onopgeloste mysteries, maar voor zover wij weten is er geen reden waarom dromen Ik kan het niet optreden tijdens de winterslaap. Als sciencefiction een nieuwe kijk op het onderwerp wil, zal een interstellaire reis misschien niet worden onderbroken door kwaadaardige AI of bloeddorstige buitenaardse wezens, maar door vreemde dromen – of zelfs geïmplanteerde dromen, a la. Totale herinnering.

Als we de komende jaren de acht maanden durende reis naar Mars maken, zal de winterslaap daar waarschijnlijk nog geen deel van uitmaken. De gevoelloosheid was kunstmatig geïnduceerd bij rattendie het normaal gesproken niet ervaren, maar Vyazovskiy zegt dat er nog veel te ontdekken valt, waaronder hoe dieren ‘weten’ dat ze spontaan in een toestand van verdoving moeten komen en blijven, en hoe een mens er veilig uit kan komen. Er is echter niets aan onze omvang of onze energiebehoeften dat deze mogelijkheid uitsluit; het werd zelfs gesuggereerd misschien waren we in winterslaap voordat u het vuur dooft.

‘Ik denk dat een menselijke winterslaap mogelijk is’, zegt Vyazovskiy, ‘simpelweg omdat het een wijdverbreid fenomeen is in het hele dierenrijk. Het verlegt de grenzen van waar we denken dat onze hersenen kunnen functioneren. En ik hoop echt dat er meer onderzoek komt, omdat het absoluut uniek en interessant is.’