La desorientación espacial es la incapacidad para determinar la posición o el movimiento relativo, y ocurre comúnmente durante períodos de visibilidad desafiante, ya que la visión es el sentido dominante para la orientación. El sistema auditivo , el sistema vestibular (dentro del oído interno ) y el sistema propioceptivo (receptores sensoriales ubicados en la piel, músculos, tendones y articulaciones) trabajan colectivamente para coordinar el movimiento con el equilibrio y también pueden crear sensaciones no visuales ilusorias, lo que resulta en desorientación espacial. en ausencia de señales visuales fuertes.
En la aviación, la desorientación espacial puede dar lugar a una percepción inadecuada de la actitud de la aeronave, en referencia a la orientación de la aeronave con respecto al horizonte. Si un piloto confía en esta percepción inadecuada, esto puede resultar en un giro, ascenso o descenso involuntario. Para los aviadores, el reconocimiento adecuado de la actitud de la aeronave es más crítico de noche o con mal tiempo, cuando no hay un horizonte visible; En estas condiciones, los aviadores pueden determinar la actitud de la aeronave con referencia a un indicador de actitud . La desorientación espacial puede ocurrir en otras situaciones donde la visibilidad es reducida, como en operaciones de buceo.
La orientación espacial durante el vuelo es difícil de lograr porque numerosos estímulos sensoriales (visuales, vestibulares y propioceptivos) varían en magnitud, dirección y frecuencia. Cualquier diferencia o discrepancia entre las entradas sensoriales visuales, vestibulares y propioceptivas da como resultado un desajuste sensorial que puede producir ilusiones y conducir a desorientación espacial. Se considera que el sentido visual es el que más contribuye a la orientación. [1] : 4
Mientras probaba un indicador de giro y deslizamiento temprano ideado por su amigo Elmer Sperry en 1918, el piloto del Cuerpo Aéreo del Ejército de los Estados Unidos, William Ocker, entró en una espiral de cementerio mientras volaba a través de nubes sin referencias visuales; el indicador de giro mostró que estaba en una curva, pero sus sentidos le dijeron que estaba en vuelo nivelado. Al salir de las nubes, Ocker pudo recuperarse de la inmersión. [2] En 1926, Ocker fue sometido a una prueba de equilibrio en silla de Bárány por el Dr. David A. Myers en Crissy Field ; la duplicación resultante de la ilusión somatogiral que había experimentado y una nueva prueba posterior, que pasó usando el indicador de giro, [3] lo llevaron a desarrollar y defender el vuelo instrumentado. [4] Sperry inventaría el girocompás y el indicador de actitud , los cuales estaban siendo probados en 1930. [5] : 8 Con el teniente Carl Crane, Ocker publicó el texto instructivo Blind Flying in Theory and Practice en 1932. [ 4] Entre los defensores influyentes del entrenamiento de vuelo instrumentado se encuentran Albert Hegenberger y Jimmy Doolittle . [5] : 8
En 1965, la Agencia Federal de Aviación de los Estados Unidos emitió la Circular Asesora AC 60-4, advirtiendo a los pilotos sobre los peligros de la desorientación espacial, que puede resultar de la operación bajo reglas de vuelo visual en condiciones de visibilidad marginal. [6] En 1983 se emitió una nueva versión del aviso como AC 60-4A, definiendo la desorientación espacial como "la incapacidad de saber en qué dirección está 'arriba ' " .
Las estadísticas muestran que entre el 5% y el 10% de todos los accidentes de aviación general pueden atribuirse a la desorientación espacial, el 90% de los cuales son mortales. [8] La pérdida de conciencia inducida por la fuerza D espacial y la fuerza G (g-LOC) son dos de las causas más comunes de muerte por factores humanos en la aviación militar. [9] Un estudio sobre la prevalencia de incidentes de desorientación espacial concluyó que "si un piloto vuela el tiempo suficiente... no hay posibilidad de que evite experimentar al menos un episodio de [desorientación espacial]. Visto de otra manera, Se puede considerar que los pilotos están en uno de dos grupos: los que han estado desorientados y los que lo estarán". [1] : 2
Hay cuatro sistemas fisiológicos que interactúan para permitir a los humanos orientarse en el espacio. La visión es el sentido dominante para la orientación, pero el sistema vestibular, el sistema propioceptivo y el sistema auditivo también desempeñan un papel. [ cita necesaria ]
La orientación espacial (lo contrario es la desorientación espacial, también conocida como D espacial ) es la capacidad de mantener la orientación y la postura del cuerpo en relación con el entorno circundante (espacio físico) en reposo y durante el movimiento. Los humanos han evolucionado para mantener la orientación espacial en el suelo. Una buena orientación espacial en el suelo depende del uso de información sensorial visual, auditiva, vestibular y propioceptiva. El sistema vestibular y los receptores propioceptivos detectan los cambios en la aceleración lineal, la aceleración angular y la gravedad, y luego los comparan en el cerebro con la información visual. [ cita necesaria ]
El entorno tridimensional del vuelo es desconocido para el cuerpo humano, lo que crea conflictos sensoriales e ilusiones que hacen que la orientación espacial sea difícil y, a veces, imposible de lograr. El resultado de estas diversas ilusiones visuales y no visuales es la desorientación espacial. [10] [9] [11] Se han desarrollado varios modelos para producir predicciones cuantitativas de la desorientación asociada con aceleraciones conocidas de las aeronaves. [12]
El sistema vestibular detecta la aceleración lineal y angular (rotacional) utilizando órganos especializados en el oído interno. Las aceleraciones lineales son detectadas por los órganos otolíticos , mientras que las aceleraciones angulares son detectadas por los canales semicirculares .
Sin una referencia visual o señales, como un horizonte visible, los humanos dependerán de sentidos no visuales para establecer su sentido de movimiento y equilibrio. Durante el ambiente acelerado anormal del vuelo, los sistemas vestibular y propioceptivo pueden ser engañados, lo que resulta en desorientación espacial. Cuando una aeronave está maniobrando, se pueden crear fuerzas de inercia mediante cambios en la velocidad del vehículo (aceleración lineal) y/o cambios de dirección (aceleración rotacional y fuerza centrífuga ), lo que resulta en un error de percepción de la vertical, ya que las fuerzas combinadas de gravedad e inercia no se alineen con lo que el sistema vestibular supone que es la dirección vertical de la gravedad (hacia el centro de la Tierra).
En condiciones ideales, las señales visuales proporcionarán suficiente información para anular las entradas vestibulares ilusorias, pero de noche o con mal tiempo, las entradas visuales pueden verse abrumadas por estas sensaciones no visuales ilusorias, lo que resulta en desorientación espacial. Las condiciones de vuelo de baja visibilidad incluyen la noche, [6] sobre el agua u otro terreno monótono/sin rasgos característicos que se confunde con el cielo, [6] clima nublado , [6] o la entrada inadvertida a condiciones meteorológicas instrumentales después de volar en medio de niebla o nubes.
Por ejemplo, en una aeronave que está realizando un giro coordinado (inclinado) , sin importar cuán pronunciado sea, los ocupantes tendrán poca o ninguna sensación de estar inclinados en el aire a menos que el horizonte sea visible, ya que se sienten las fuerzas combinadas de sustentación y gravedad. como presionar al ocupante contra el asiento sin que una fuerza lateral lo deslice hacia cualquier lado. [13] De manera similar, es posible subir o descender gradualmente sin un cambio notable en la presión contra el asiento. En algunos aviones, es posible ejecutar un bucle sin ejercer fuerzas g negativas, de modo que, sin referencia visual, el piloto podría estar boca abajo sin darse cuenta. [ cita necesaria ] Un cambio gradual en cualquier dirección de movimiento puede no ser lo suficientemente fuerte como para activar el sistema vestibular, por lo que es posible que el piloto no se dé cuenta de que la aeronave está acelerando, desacelerando o inclinándose.
Los instrumentos de vuelo giroscópicos , como el indicador de actitud (horizonte artificial) y el indicador de giro y deslizamiento, están diseñados para proporcionar información para contrarrestar sensaciones engañosas de los sentidos no visuales.
Dos órganos otolíticos, el sáculo y el utrículo, se encuentran en cada oído y están dispuestos en ángulo recto entre sí. El utrículo detecta cambios en la aceleración lineal en el plano horizontal, mientras que el sáculo detecta aceleraciones lineales en el plano vertical; Los humanos han evolucionado para asumir que la aceleración vertical es causada por la gravedad. Sin embargo, el sáculo y el utrículo pueden proporcionar una percepción sensorial engañosa cuando la gravedad no se limita al plano vertical, o cuando las velocidades y aceleraciones de los vehículos dan como resultado fuerzas de inercia comparables a la fuerza de la gravedad, ya que los otolitos solo detectan la aceleración y no pueden distinguir las fuerzas de inercia. de la fuerza de gravedad. [8] Algunos ejemplos de esto incluyen las fuerzas de inercia experimentadas durante un despegue vertical en un helicóptero o después de la apertura repentina de un paracaídas después de una caída libre. [ cita necesaria ]
Las ilusiones causadas por los órganos otolitos se denominan ilusiones somatográvicas e incluyen las ilusiones de inversión, cabeza arriba y cabeza abajo. La ilusión de inversión resulta de un ascenso pronunciado seguido de un retorno repentino a un vuelo nivelado; el aumento relativo resultante en la velocidad de avance produce la ilusión de que el avión está invertido. [8] Las ilusiones Head-Up y Head-Down son similares e implican una aceleración lineal repentina (Head-Up) o una desaceleración (Head-Down), lo que lleva a una percepción errónea de que el morro del avión está inclinando hacia arriba (Head-Up) o abajo (cabeza abajo); se podría engañar al aviador para que inclinara el morro hacia abajo (Head-Up) o hacia arriba (Head-Down) en respuesta, lo que provocaría un accidente o una pérdida, respectivamente. [8]
Normalmente, la ilusión Head-Up ocurre durante el despegue, ya que se utiliza una fuerte aceleración lineal para generar sustentación sobre el ala y los flaps. Sin una referencia visual, el piloto puede suponer por el sistema vestibular que el morro se ha inclinado hacia arriba y ordenar un descenso; Si esto ocurre durante el despegue, es posible que la aeronave no tenga suficiente altitud para recuperarse antes de estrellarse contra el suelo. [1] : 7
Además, el oído interno contiene acelerómetros rotacionales , conocidos como canales semicirculares, que proporcionan información a la parte inferior del cerebro sobre las aceleraciones rotacionales en los ejes de cabeceo, balanceo y guiñada . Los cambios en la velocidad angular se detectan a partir del movimiento relativo entre el fluido en los canales y el propio canal, que está fijado a la cabeza; Debido a la inercia, el líquido en los canales tiende a retrasarse cuando la cabeza se mueve, lo que indica una aceleración rotacional. Sin embargo, la salida del canal semicircular cesa después de una rotación prolongada (más allá de15 a 20 s ) ya que el fluido ahora se ha puesto en movimiento mediante la fricción, igualando el movimiento de la cabeza. Si luego se detiene la rotación, la señal de movimiento percibida desde el oído interno indica que el aviador ahora está girando en la dirección opuesta a la del viaje real, ya que el líquido continúa moviéndose mientras el canal se ha detenido. [8] Además, la inercia del fluido significa que el umbral de detección de la aceleración rotacional está limitado a aproximadamente 2°/seg 2 ; Las aceleraciones angulares por debajo de este valor no se pueden detectar. [1] : 5 Las ilusiones somatogirales comunes específicas inducidas por los canales semicirculares son Leans, Graveyard Spin, Graveyard Spiral y Coriolis.
Si la aeronave entra gradualmente en un giro prolongado y desapercibido y luego regresa repentinamente a un vuelo nivelado, pueden producirse inclinaciones . El giro gradual pone en movimiento el líquido que ingresa a los canales semicirculares y no se puede detectar una aceleración de rotación de dos grados por segundo (o menos). Una vez que el avión regresa repentinamente al vuelo nivelado, el movimiento fluido continuo da la sensación de que el avión se inclina en la dirección opuesta al giro que acaba de terminar; el aviador puede intentar corregir la percepción errónea de la vertical inclinándose hacia el giro original. [8] La inclinación se considera la forma más común de desorientación espacial. [1] : 9
La espiral del cementerio y el giro del cementerio son causados por la aclimatación de los canales semicirculares a una rotación prolongada; Después de un giro inclinado (en el caso de la espiral del cementerio) o un giro (en el caso de la espiral del cementerio) de aproximadamente 20 segundos, el líquido en los canales semicirculares se pone en movimiento por fricción y el sistema vestibular ya no percibe una aceleración rotacional. . Si el aviador luego finaliza el giro o giro y regresa al vuelo nivelado, el movimiento continuo del fluido causará la sensación de que la aeronave está girando o girando en la dirección opuesta, y el piloto puede volver a entrar en el giro o giro original sin darse cuenta; Es posible que el aviador no reconozca la ilusión antes de que la aeronave pierda demasiada altitud, lo que resultará en una colisión con el terreno [8] o las fuerzas G en la aeronave pueden exceder la resistencia estructural de la estructura del avión , lo que resultará en una falla catastrófica. Uno de los percances más infames en la historia de la aviación que involucra la espiral del cementerio es el accidente que involucró a John F. Kennedy Jr. en 1999. [14]
Una vez que una aeronave entra en condiciones en las que el piloto no puede ver un horizonte visual distinto, la deriva en el oído interno continúa sin corregirse. Los errores en la velocidad de giro percibida alrededor de cualquier eje pueden acumularse a una velocidad de 0,2 a 0,3 grados por segundo. [ cita necesaria ] Si el piloto no domina el uso de instrumentos de vuelo giroscópicos, estos errores se acumularán hasta el punto de perder el control de la aeronave, generalmente en un giro pronunciado y en picada conocido como espiral de cementerio . Durante todo el tiempo previo y avanzada la maniobra, el piloto permanece inconsciente del giro, creyendo que la aeronave mantiene el vuelo recto. [15] : 125
En un estudio de 1954 (Experimento de giro de 180 grados), el Instituto de Aviación de la Universidad de Illinois descubrió que 19 de 20 pilotos sujetos sin calificación de instrumentos entraron en una espiral de cementerio poco después de entrar en condiciones de instrumentos simuladas. El piloto número 20 también perdió el control de su avión, pero en otra maniobra. El tiempo promedio entre el inicio de las condiciones del instrumento y la pérdida de control fue de 178 segundos. [dieciséis]
La desorientación espacial también puede afectar a los pilotos con habilitación por instrumentos en determinadas condiciones. Puede producirse una poderosa sensación de caída ( vértigo ) si el piloto mueve demasiado la cabeza durante el vuelo por instrumentos. Esto se llama ilusión de Coriolis . Debido a que los canales semicirculares están colocados en tres ejes de rotación diferentes, si el aviador mueve repentinamente su cabeza durante una aceleración rotacional, un canal puede comenzar abruptamente a detectar una aceleración angular mientras que otro cesa, lo que resulta en una sensación de caída. [1] : 9
Incluso con buena visibilidad, información visual engañosa, como cubiertas de nubes inclinadas, pendientes de pista desconocidas u horizontes falsos, también pueden formar ilusiones ópticas , lo que hace que el piloto juzgue mal la orientación vertical, la velocidad o altitud de la aeronave y/o la percepción de la distancia y la profundidad ; estos podrían incluso combinarse con ilusiones no visuales de los sistemas vestibular y propioceptivo para producir una ilusión aún más poderosa. [17]
El avión se inclinó más de 130 grados hacia la izquierda en un momento, pero la oscuridad afuera hizo que muchos de los que estaban a bordo no se dieran cuenta de que la nave casi se había volcado.