Loading article…
空間識失調とは、位置や相対的な動きを判断できない状態であり、視覚が方向感覚において主要な感覚であるため、視界が困難な状況でよく発生します。聴覚系、前庭系（内耳）、固有受容系（皮膚、筋肉、腱、関節にある感覚受容器）は、協調して運動とバランスを調整する働きをしますが、視覚的な手がかりが弱い場合、錯覚的な非視覚的感覚を生み出し、空間識失調を引き起こすこともあります。
航空において、空間識失調は、水平線に対する航空機の姿勢の認識を誤らせる原因となります。パイロットがこの誤った認識に頼ると、意図しない旋回、上昇、または下降につながる可能性があります。パイロットにとって、航空機の姿勢を正しく認識することは、水平線が見えない夜間や悪天候時に最も重要です。このような状況では、パイロットは姿勢指示器を参照して航空機の姿勢を判断することがあります。空間識失調は、潜水作業など、視界が悪化する他の状況でも発生する可能性があります。
飛行中の空間定位は、多数の感覚刺激（視覚、前庭感覚、固有受容感覚）が大きさ、方向、頻度において変化するため、達成が困難である。視覚、前庭感覚、固有受容感覚の入力に差異や不一致が生じると、感覚の不一致が生じ、錯覚を引き起こし、空間的方向感覚の喪失につながる可能性がある。視覚は方向定位に最も大きく寄与すると考えられている。[ 1 ]： 4
1918年に友人のエルマー・スペリーが考案した初期の旋回および横滑り指示器をテストしていたアメリカ陸軍航空隊のパイロット、ウィリアム・オッカーは、視覚的な参照がない状態で雲の中を飛行中に墓場螺旋に陥った。旋回指示器は旋回中であることを示したが、オッカーの感覚は水平飛行中であることを告げていた。雲から抜け出したオッカーは、急降下から回復することができた。[ 2 ] 1926年、オッカーはクリッシー飛行場でデイビッド・A・マイヤーズ博士によるバラニー椅子平衡テストを受けた。その結果、彼が経験した体性回転錯覚が再現され、旋回指示器を使用して再テストに合格したことから、[ 3 ]計器飛行の開発と推進に至った。[ 4 ]スペリーは後にジャイロコンパスと姿勢指示器を発明し、どちらも1930年までに試験運用されていた。[ 5 ]： 8オッカーはカール・クレーン中尉とともに、 1932年に教則本『盲目飛行の理論と実践』を出版した。 [ 4 ]計器飛行訓練の有力な提唱者には、アルバート・ヘーゲンバーガーとジミー・ドゥーリトルがいた。[ 5 ]： 8
1965年、米国連邦航空局は、視界不良の状況下で有視界飛行規則に基づいて運航した場合に発生する可能性のある空間識失調の危険性についてパイロットに警告する勧告通達AC 60-4を発行した。 [ 6 ] 1983年には、この勧告の新しいバージョンであるAC 60-4Aが発行され、空間識失調を「どちらが上か分からない状態」と定義した。[ 7 ]
統計によると、一般航空事故の5%から10%は空間識失調に起因し、そのうち90%が死亡事故である。[ 8 ]空間識失調とGフォース誘発性意識喪失（g-LOC）は、軍用航空における人的要因による死亡原因として最も一般的なものの2つである。[ 8 ]空間識失調の発生率に関する研究では、「パイロットが十分に長く飛行すれば、少なくとも1回の空間識失調を経験せずに済む可能性はない。別の言い方をすれば、パイロットは2つのグループに分けられる。空間識失調を経験した者と、これから経験する者だ」と結論付けられている。[ 1 ]： 2
訓練や啓発キャンペーンでは、計器気象状態（IMC）への視覚飛行の継続に伴う空間識失調のリスクについても取り上げています。米国では、米国ヘリコプター安全チーム（USHST）が、意図しないIMC（UIMC）に関する訓練ビデオ「56 Seconds to Live」と関連資料を作成しました。このビデオでは、雲に入った後に制御を失うVFRヘリコプターパイロットが描かれています。このキャンペーンは、安全教育において、早期の回避判断と、適切な場合の計器飛行への迅速な移行を強調するために使用されています。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
人間が空間内で自分の位置を把握するためには、4つの生理学的システムが相互に作用し合っている。視覚は方向感覚において最も重要な感覚であるが、前庭系、固有受容系、聴覚系も重要な役割を果たしている。
空間定位（その逆は空間失調、別名空間D）とは、静止時および運動時に、周囲の環境（物理空間）に対する身体の向きと姿勢を維持する能力のことである。人間は地上での空間定位を維持するように進化してきた。地上での良好な空間定位は、視覚、聴覚、前庭感覚、および固有受容感覚の情報を利用することによって成り立っている。直線加速度、角加速度、および重力の変化は、前庭系と固有受容受容体によって検出され、その後、脳内で視覚情報と比較される。
飛行の三次元環境は人間の身体にとって馴染みのないものであり、感覚の矛盾や錯覚を生み出し、空間定位を困難にし、時には不可能にする。これらの様々な視覚的および非視覚的錯覚の結果、空間的方向感覚の喪失が生じる。[ 12 ] [ 13 ]既知の航空機の加速度に関連する方向感覚の喪失を定量的に予測するための様々なモデルが開発されている。[ 14 ]
前庭系は、内耳にある特殊な器官を用いて、直線加速度と角加速度（回転加速度）を感知します。直線加速度は耳石器によって感知され、角加速度は半規管によって感知されます。
視界に地平線などの視覚的な基準や手がかりがない場合、人間は非視覚的な感覚に頼って運動感覚と平衡感覚を確立します。飛行中の異常な加速環境では、前庭系と固有受容感覚が誤作動を起こし、空間識失調につながる可能性があります。航空機が操縦されているとき、機体の速度変化（直線加速度）や方向変化（回転加速度と遠心力）によって慣性力が生じ、重力と慣性の複合力が前庭系が想定する重力の垂直方向（地球の中心方向）と一致しないため、垂直方向の知覚的な誤判断につながります。
理想的な条件下では、視覚的な手がかりが錯覚的な前庭入力を上回るのに十分な情報を提供しますが、夜間や悪天候では、視覚入力がこれらの錯覚的な非視覚的感覚に圧倒され、空間的方向感覚の喪失につながる可能性があります。低視界飛行条件には、夜間[ 6 ]、水上または空に溶け込むその他の単調で特徴のない地形上[ 6 ] 、ホワイトアウト天候[ 6 ] 、霧や雲の中を飛行した後に意図せず計器気象条件に突入することなどが含まれます。
例えば、航空機が協調旋回（バンク旋回）を行っている場合、傾斜がどれほど急であっても、水平線が見えない限り、乗員は空中で傾いている感覚をほとんど、あるいは全く感じません。これは、揚力と重力の合力が乗員を座席に押し付けるように感じられるだけで、左右に滑らせるような横方向の力が働かないためです。[ 15 ]同様に、座席にかかる圧力の変化をほとんど感じることなく、徐々に上昇または下降することも可能です。一部の航空機では、マイナスのGフォースをかけずにループを実行できるため、視覚的な参照がない場合、パイロットは逆さまになっていることに気づかない可能性があります。あらゆる方向への緩やかな変化は、前庭系を活性化させるほど強くない場合があるため、パイロットは航空機が加速、減速、またはバンクしていることに気づかない可能性があります。
姿勢指示器（人工水平儀）や旋回・横滑り指示器などのジャイロスコープ式飛行計器は、視覚以外の感覚による誤った感覚を打ち消すための情報を提供するように設計されている。
耳石器は、耳石嚢と卵形嚢の 2 つで、それぞれ耳にあり、互いに直角に配置されています。卵形嚢は水平面内の直線加速度の変化を検出し、卵形嚢は垂直面内の直線加速度を検出します。人間は、垂直方向の加速度は重力によって引き起こされると考えるように進化してきました。しかし、重力が垂直面に限定されない場合、または車両の速度と加速度によって重力に匹敵する慣性力が生じる場合、耳石は加速度のみを検出し、慣性力と重力を区別できないため、卵形嚢と卵形嚢は誤った感覚知覚をもたらす可能性があります。[ 8 ]この例としては、ヘリコプターの垂直離陸時や自由落下後のパラシュートの急展開時に経験する慣性力などが挙げられます。
耳石器によって引き起こされる錯覚は体性重力錯覚と呼ばれ、反転錯覚、ヘッドアップ錯覚、ヘッドダウン錯覚などがある。反転錯覚は、急上昇の後に急に水平飛行に戻ることで生じる。その結果生じる相対的な前進速度の増加により、航空機が反転しているように見える錯覚が生じる。[ 8 ]ヘッドアップ錯覚とヘッドダウン錯覚は類似しており、急激な直線加速（ヘッドアップ）または減速（ヘッドダウン）によって、航空機の機首が上向き（ヘッドアップ）または下向き（ヘッドダウン）になっているという誤った認識が生じる。操縦士はこれに騙されて機首を下げ（ヘッドアップ）または上げ（ヘッドダウン）してしまい、それぞれ墜落または失速につながる可能性がある。[ 8 ]
通常、ヘッドアップ錯覚は離陸時に発生します。これは、翼とフラップに揚力を発生させるために強い直線加速度が用いられるためです。視覚的な基準がない場合、パイロットは前庭系から機首が上がったと判断し、急降下を指示する可能性があります。離陸中にこのような錯覚が発生すると、機体は地面に墜落する前に回復するのに十分な高度を得られない可能性があります。[ 1 ]： 7
さらに、内耳には半規管と呼ばれる回転加速度計があり、ピッチ、ロール、ヨー軸の回転加速度に関する情報を下位脳に伝達します。角速度の変化は、半規管内の液体と頭部に固定されている半規管自体との相対運動から検出されます。慣性のため、頭部が動くと半規管内の液体は遅れる傾向があり、回転加速度を信号として伝えます。しかし、半規管の出力は長時間の回転（1000 度を超えると）後に停止します。15〜20 秒）摩擦によって流体が動き始め、頭の動きと一致する。回転が停止すると、管が停止しても流体は動き続けるため、内耳からの知覚される動き信号は、飛行士が実際の進行方向とは逆方向に回転していることを示す。[ 8 ]さらに、流体の慣性により、回転加速度の検出閾値は約 2°/秒2に制限され、この値より小さい角加速度は検出できない。[ 1 ]： 5半規管によって誘発される一般的な体回転錯覚には、リーンズ、グレイブヤード スピン、グレイブヤード スパイラル、コリオリ錯覚がある。
航空機が気づかれないうちに徐々に長時間旋回に入り、その後突然水平飛行に戻ると、傾きが生じる可能性がある。緩やかな旋回によって半規管内の流体が動き出し、毎秒2度（またはそれ以下）の回転加速度は感知できない。航空機が突然水平飛行に戻ると、流体の動きが継続するため、航空機が直前に終了した旋回とは逆方向に傾いているような感覚が生じる。操縦士は、垂直方向の誤認識を修正しようとして、元の旋回方向に傾くことがある。[ 8 ]傾きは、最も一般的な空間識失調の形態と考えられている。[ 1 ]： 9
墓場スパイラルと墓場スピンはどちらも、半規管が長時間の回転に順応することによって発生します。約 20 秒間のバンク旋回 (墓場スパイラルの場合) またはスピン (墓場スピンの場合) の後、半規管内の流体は摩擦によって動き始め、前庭系はもはや回転加速度を感知しません。パイロットが旋回またはスピンを終了して水平飛行に戻ると、流体の継続的な動きにより、航空機が反対方向に旋回または回転している感覚が生じ、パイロットは意図せず元の旋回またはスピンに再び入ってしまう可能性があります。パイロットは、航空機が高度を大きく失う前に錯覚に気づかず、その結果、地形との衝突[ 8 ]または航空機にかかるG 力が機体の構造強度を超え、壊滅的な故障につながる可能性があります。航空史上、墓場スパイラルに関連する最も悪名高い事故の1つは、1999年のジョン・F・ケネディ・ジュニアの墜落事故である。 [ 16 ]
航空機がパイロットが明確な視界の水平線を見ることができなくなる状況に入ると、内耳のドリフトは修正されずに継続します。あらゆる軸周りの旋回率の知覚誤差は、毎秒0.2～0.3度の割合で蓄積されます。 パイロットがジャイロスコープ式飛行計器の使用に習熟していない場合、これらの誤差は航空機の制御を失う地点まで蓄積され、通常は墓場スパイラルと呼ばれる急降下旋回に陥ります。この操縦に至るまで、そして操縦中も、パイロットは旋回していることに気づかず、航空機が直線飛行を維持していると信じています。[ 17 ]： 125
1954年の研究（180度旋回実験）で、イリノイ大学航空研究所は、計器飛行資格を持たない被験者パイロット20人のうち19人が、模擬計器飛行状態に入った直後に墓場スパイラルに陥ったことを発見した。20人目のパイロットも航空機の制御を失ったが、それは別の操縦によるものだった。計器飛行状態の開始から制御喪失までの平均時間は178秒だった。[ 18 ]
空間識失調は、特定の条件下では計器飛行資格を持つパイロットにも影響を及ぼす可能性があります。計器飛行中にパイロットが頭を過度に動かすと、強い回転感覚（めまい）が生じることがあります。これはコリオリ錯覚と呼ばれます。半規管は3つの異なる回転軸上に配置されているため、パイロットが回転加速中に突然頭を動かすと、一方の半規管が角加速度を感知し始める一方で、もう一方の半規管は感知を停止し、回転感覚が生じるのです。[ 1 ]： 9
視界が良好であっても、傾斜した雲層、見慣れない滑走路の勾配、偽の水平線などの誤解を招く視覚入力によって錯視が生じ、パイロットが垂直方向、航空機の速度や高度、距離や奥行きの知覚を誤って判断する結果となることがあります。これらは、前庭系や固有受容系からの非視覚的な錯視と組み合わさって、さらに強力な錯視を生み出す可能性もあります。[ 19 ]
機体は一時130度以上左に傾いたが、外が暗かったため、搭乗者の多くは機体がほぼひっくり返っていることに気づかなかった。