Wat sciencefiction zo verkeerd maakt over opgeschorte animatie – en waarom de waarheid zoveel wilder is

De nieuwste Avatar-film vervolgt die van James Cameron dominantie aan de kassamaar in 2009 moest Jake Sully de verre maan Pandora bereiken voordat hij dat kon bereiken zijn lucratieve avontuur erop. Dit probleem werd omzeild door een vroege scène waarin onze held wakker wordt 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 klootzak.’

Zwevende animatie is een hoofdbestanddeel van sciencefiction en wordt gebruikt om personages door grote uitgestrekte ruimte en tijd te transporteren. Er was eens het domein van magie (beide Doornroosje En Rip Van Winkle val van de feeën), begon sciencefiction zich te verenigen rond het idee om koude, slaap en algemeen technogebabbel te combineren om mensen op figuurlijk of letterlijk ijs te zetten. Maria Shelley En HP Lovecraft speelde met het idee en keek naar strips 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 Hallo. 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 25e getransporteerd^e eeuw van 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 Sloper letterlijk het bevriezen van criminelen. Normaal gesproken is een bevroren lichaam volledig inactief, in wezen comateus. En dat betekent meestal dat sciencefiction verkeerd is.

“Hoewel de winterslaap meestal in relatie wordt gezien met de winter of de kou, is dit absoluut niet nodig.” Professor Vladyslav Vjazovski verteller 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, evolueert snel en kan binnenkort de realiteit van de wetenschap 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 niet in de eerste plaats te maken heeft met temperatuur, maar met een vermindering van de stofwisseling.

“Opgeschorte animatie vereist geen onderkoeling”, 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 enige afkoeling zijn, maar dat is secundair. Beren koelen slechts een klein beetje af, maar hun metabolisme daalt met ongeveer 70%. Ze kunnen een hele winter besteden aan hun lichaamsvetvoorraden omdat hun metabolisme 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 binnen een fractie van een graad boven kamertemperatuur houden. Het is als een supernauwkeurige thermostaat.”

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

Torpor (in wezen winterslaap op uurschaal) en winterslaap zijn reacties op vijandige omgevingen; koud weer is gewoonweg vijandig. In sommige opzichten zijn mensen een buitenbeentje en moeten ze zich aanpassen 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 gebrek aan slaap. Slaap, legt Vyazovskiy uit, is een ‘hersengecentreerde’ toestand die wordt gedefinieerd door een mate van ongevoeligheid en veranderingen in je hersengolven. Hoewel de veranderingen in de stofwisseling tijdens de slaap klein zijn, zijn ze tijdens de slaap significant, omdat dit een mechanisme is om slecht weer of gebrek aan voedsel te overleven. Een hamster kan bijvoorbeeld in slaap vallen als hij een paar voedingen overslaat of in één keer wordt geknuffeld. tochtige kamer. Breng weken of maanden in verdoving door en je hebt een winterslaap.

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

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

“Ze brengen tijdens deze afleveringen veel tijd door met slapen”, zegt Vyazovskiy. “Ze komen uit een verdoving tevoorschijn, de theorie is dat ze het slapen beu worden.”

De hypothetische menselijke winterslaap zou er daarom heel anders uitzien dan Jake Sully zes jaar lang in een koelbox stoppen. Hoe zou dat 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 veroorzaken van verdoving bij astronauten zou verschillende voordelen hebben. Het meest voor de hand liggende is dat een persoon met een verminderde stofwisseling veel minder moet eten en drinken en waardevolle hulpbronnen moet sparen 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.”

Dat is de reden waarom schijndoodanimatie ook een aantal hypothetische toepassingen op aarde heeft, zoals het beschermen van een kankerpatiënt die bestralingstherapie ondergaat tegen de ergste bijwerkingen van hoge doses straling. Het kan ook toepassingen hebben 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 erg geïnteresseerd in deze zeer paradoxale toestand waarbij 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 beerachtige toestand zal zijn waarin je een beetje afkoelt, maar meestal gewoon een manier moet vinden om de stofwisseling te verminderen.”

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

Dus hoe zou Vyazovskiy voorstellen om schijndood te spelen als James Cameron om tips zou vragen? Avatar4?

“Slaap en verdoving bevinden zich op een continuüm, dus je kunt via de slaap in winterslaap 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 heel vroeg detecteren, waar je heel dichtbij bent, waar we erg in geïnteresseerd zijn. Stervend, omdat je heel weinig hersenactiviteit hebt, maar je bent ook erg gevoelig, ik zal het op de een of andere manier uitbeelden dat, tegelijkertijd verbonden en losgekoppeld zijn van de omgeving.

En Sully’s opmerking over niet dromen? Dat is misschien ook niet waar. Dromen zijn hun eigen terrein met veel onopgeloste mysteries, maar voor zover wij weten is er geen reden om te dromen kan niet vindt plaats tijdens de winterslaap. Als sciencefiction een nieuwe 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 geïmplanteerd, 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. 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 sluit niets over onze omvang of energiebehoeften deze mogelijkheid uit; het 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 in het hele dierenrijk voorkomt. Het verlegt de grenzen van waar we denken dat onze hersenen kunnen werken. En ik hoop echt dat er meer onderzoek komt, omdat het echt uniek en interessant is.’