Wat sciencefiction zo fout doet aan opgeschorte animatie – en waarom de waarheid zoveel wilder is

De nieuwste Avatar-film is een vervolg op die van James Cameron dominantie aan de kassamaar in 2009 moest Jake Sully de verre maan van Pandora bereiken voordat hij dat kon bereiken zijn winstgevende avonturen erop. Dit probleem werd terzijde geschoven door een vroege scène waarin onze held ontwaakt uit een schijndood. “In cryo droom je helemaal niet”, zegt Sully’s voice-over. “Het voelt niet als zes jaar. Meer als een vijfde tequila en een kontschoppen.”

Zwevende animatie is een belangrijk onderdeel van sciencefiction en wordt gebruikt om personages door uitgestrekte ruimte en tijd te transporteren. Ooit het domein van magie (beide Doornroosje En Rip Van Winkle in botsing komen met feeën), begon sci-fi zich te verenigen rond het idee om koude, slaap en algemeen technogebabbel te combineren om mensen op figuurlijk of letterlijk ijs te plaatsen. Maria Shelley En HP Lovecraft speelde met het idee, en daarna stripboeken en schrijvers als Arthur C. Clarke maakte er een basis van van zowel zachte als harde sci-fi.

Tegenwoordig komt de trope overal vandaan Futurama naar Halo. Soms staan ​​hangende lichamen centraal in de plot, zoals in Passagiers of die van Kim Stanley Robinson Aurora. In andere verhalen is het een incidenteel detail dat wordt gebruikt om de uitdagingen van de ruimtevaart weg te nemen. Soms bedenken schrijvers nieuwe verklaringen – Buck Rogers wordt naar de 25 getransporteerd^e eeuw door een door mijngas veroorzaakte coma – maar het verlagen van onze lichaamstemperatuur wordt meestal getoond of geïmpliceerd, of het nu Sully’s vermelding van cryo is of Sloop mens letterlijk het bevriezen van criminelen. Meestal is een bevroren lichaam volledig inactief, in wezen comateus. En dat betekent dat sciencefiction het doorgaans bij het verkeerde eind heeft.

“Hoewel de winterslaap meestal in relatie tot de winter of de kou wordt bekeken, is dit absoluut niet nodig.” Professor Vladyslav Vjazovski vertelt Omgekeerd. “Dit is heel belangrijk om te verduidelijken. Er zijn dieren die in de tropen kunnen overwinteren.” En dat is nog maar het topje van de ijsberg. De wetenschap achter diepe slaap is heel reëel, ontwikkelt zich snel en zou binnenkort het onderwerp van de wetenschappelijke realiteit kunnen 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 uitdagingen van het in schijndood brengen van mensen. Hij benadrukt dat stilstand in de eerste plaats niet te maken heeft met temperatuur, maar met een vermindering van de stofwisseling.

“Voor opgeschorte animatie is geen onderkoeling nodig”, zegt Vyazovskiy. “Het gaat vooral om fysiologische functies, waarbij het organisme minder zuurstof en voedingsstoffen verbruikt en voor alles minder energie gebruikt. Als het buiten koud is, zal er wat afkoeling zijn, maar dat is secundair. Beren koelen slechts een klein beetje af, maar hun stofwisseling neemt met zo’n 70% af. Ze kunnen een hele winter besteden aan hun lichaamsvetopslag omdat hun stofwisseling zo 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.

‘Torpor en winterslaap zijn zeer dynamische toestanden’, zegt Vyazovskiy. “Het is niet zoiets als een coma, het wordt heel goed gereguleerd. Het dier kan zijn lichaamstemperatuur tot een fractie van een graad boven kamertemperatuur handhaven. Het is als een supernauwkeurige thermostaat.”

“Torpor en winterslaap zijn zeer dynamische toestanden. Het is niet zoiets als een coma, het is heel voortreffelijk gereguleerd.”

Torpor (in wezen winterslaap op urenschaal) en winterslaap zijn reacties op vijandige omgevingen; koud weer is gewoonweg vijandig. In sommige opzichten zijn mensen een vreemde eend in de bijt als het gaat om aanpassing met gereedschap en onderdak. Maar als je geen opponeerbare duimen en grote hersenen hebt, is verdoving, zegt Vyazovskiy, een ‘slimme’ strategie die ‘zo logisch’ is.

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

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

Grondeekhoorns overleven de winter bijvoorbeeld 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.” Ze gebruiken een deel van deze tijd 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 daarom heel anders uitzien dan Jake Sully zes jaar lang in een ijskast te stoppen. Hoe zou het werken, en waarom zouden we ons druk maken?

Dromen van onze weg naar Mars

De ruimte is de meest vijandige omgeving van allemaal, en het opwekken van verdoving bij astronauten zou verschillende voordelen met zich meebrengen. Het meest voor de hand liggende is dat een mens met een verminderde stofwisseling veel minder hoeft te eten en drinken, waardoor waardevolle hulpbronnen worden gespaard 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 je metabolisme 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 de stofwisseling vertraagt, wordt het organisme beter beschermd.”

Dit is de reden waarom schijndood ook enkele hypothetische toepassingen op aarde heeft, zoals het beschermen van een kankerpatiënt die radiotherapie ondergaat tegen de ergste bijwerkingen van hoge stralingsdoses. 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 verdoving en wat er in de hersenen gebeurt beter begrijpen, kunnen we het misschien in sommige klinische toepassingen gebruiken.”

“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.”

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

De popcultuur heeft een paar interessante uitzonderingen op cryoslaap voortgebracht. “Het drielichamenprobleem,‘Vyazovskiy zegt: “geeft op een heel creatieve manier schijndood weer, 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 uiteraard niet zo extreem gaat als beschreven in Drielichamenprobleem. Maar het is allesbehalve cryo, cryo zal niet van toepassing zijn.”

Dus, hoe zou Vyazovskiy voorstellen om een ​​opgeschorte animatie uit te beelden als James Cameron zou komen bellen voor tips? Avatar4?

“Slaap en verdoving bevinden zich op een continuüm, dus je zou via de slaap de winterslaap kunnen ingaan. Het zou in sommige opzichten intenser en dieper kunnen 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 staat, omdat je heel weinig hersenactiviteit hebt, maar je bent ook heel gevoelig, ik zou dit op de een of andere manier weergeven, terwijl ik tegelijkertijd verbonden en losgekoppeld ben van de omgeving.

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

Als we de komende jaren de acht maanden durende reis naar Mars maken, zal de winterslaap daar waarschijnlijk nog geen deel van uitmaken. Verdoving is kunstmatig geweest geïnduceerd bij rattendie dit 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 kunnen komen en blijven, en hoe een mens er veilig uit kan worden gehaald. Toch is er niets aan onze omvang of energiebehoeften dat deze mogelijkheid uitsluit; Dat is zelfs gesuggereerd Misschien hebben we een winterslaap gehouden voordat we het vuur temden.

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