В 1878 году известный петербургский физиолог Е. П. Цион впервые объяснил значение полукружных каналов в формировании человеческих представлений о пространстве.

«Полукружные каналы, — писал он, — суть периферические органы пространственного чувства, то есть ощущения, вызываемые раздражением нервных окончаний в ампулах, служат для образования наших понятий о трех измерениях пространства».

Механизм этих раздражений связан с законами инерции. Когда голова неподвижна или вместе с телом перемещается прямолинейно и равномерно, эндолимфа остается относительно нее неподвижной. Но если голову повернуть или наклонить, жидкость в соответствующих канальцах начинает давить в сторону, противоположную повороту или наклону. Это вызывает раздражение окончаний вестибулярного нерва, и определенная информация поступает в мозг в виде нервных импульсов.

Отолитовый прибор — это, по существу, гравиторецептор, приспособленный для передачи в мозг информации в основном при изменении силы тяжести. Принцип его действия довольно прост. Дно небольшого мешочка покрыто нервными чувствительными клетками, снабженными волосками, на которых в студенистой жидкости как бы лежат кристаллики солей кальция — отолиты. Под действием силы тяжести они давят на окончания вестибулярного нерва. Естественно, при быстром подъеме или спуске давление это меняется. Какие при этом ощущения — хорошо известно людям, пользующимся скоростными лифтами.

Как отолитовый прибор помогает ориентироваться животным, когда меняется направление силы тяжести, показали следующие опыты. Из полости отолитового прибора маленького речного рачка извлекались песчинки — отолиты и заменялись железными опилками. Животное после этого сохраняло правильную ориентацию в пространстве и плавало, как всегда, спинкой вверх. Но стоило экспериментатору поднести магнит, моментально рачок изменял «позу» — в зависимости от силовых линий магнитного поля. Если магнит подносился сверху, рачок переворачивался спинкой вниз, а если сбоку — переворачивался на бок.

Вестибулярный анализатор тесно связан с органами зрения. Если долго кружиться на одном месте, а затем остановиться, человеку покажется в течение какого-то времени, что мир вращается вокруг него. В свою очередь, органы зрения тоже влияют на вестибулярный анализатор.

Однажды летчику предложили посмотреть панорамный кинофильм. Но усадили его в кресло с неустойчивой опорой, на котором до начала сеанса он свободно балансировал, не теряя равновесия. Начался просмотр, и «зритель» чувствовал себя уверенно и спокойно, когда появившийся на экране самолет летел в горизонтальном полете. Но едва самолет накренился и стал выполнять сложные маневры, равновесие летчика быстро нарушилось, и он «завалился» вместе с креслом. Известно также, что некоторые люди, увидев на киноэкране, как раскачивается корабль на волнах, начинают испытывать чувство укачивания, вплоть до тошноты.

Чтобы узнать, изменяется ли информация от полукружных каналов при невесомости, в самолете-лаборатории тоже установили вращающееся кресло. При горизонтальном полете космонавту завязывали глаза и предлагали определить, на сколько градусов повернется кресло, в котором он сидит. То же повторялось и при невесомости. В последнем случае ошибок было гораздо больше.

Сила земного притяжения сыграла определенную роль не только в формировании опорного скелета и мускулатуры живых существ, но и в развитии так называемого «мышечно-суставного чувства» (проприоцептивной чувствительности). Как показал И. М. Сеченов, выполнение любого строго направленного двигательного акта было бы невозможно при закрытых глазах без мышечно-суставных ощущений, или, говоря языком кибернетики, без обратной связи. Информация, поступающая от мышечно-суставного аппарата, который поддерживает тело в определенной позе, дает возможность человеку представить свое положение относительно плоскости Земли.

Немаловажную информацию дает и осязание. В вертикальном положении соответствующие сигналы идут от кожи ступней, в горизонтальном — от кожи спины, и т. д.

«Указателем» направления силы тяжести также являются рецепторы, находящиеся в стенках кровеносных сосудов и воспринимающие давление крови. Если, скажем, человек стоит, то кровь, стремясь вниз, вызывает большее напряжение стенок сосудов нижних конечностей. И тут же в мозг поступают соответствующие сведения.

В условиях невесомости ни один из органов чувств, кроме зрения, не дает полной и точной информации о положении тела в пространстве. Это и понятно: ведь все известные нам рецепторы формировались под воздействием лишь земных факторов, и только глаз развился под прямым влиянием космоса. С. И. Вавилов образно назвал человеческий глаз «солнечным» в том смысле, что он создан, помимо всего прочего, благодаря приспособлению организма к жизненно важным для него световым лучам, идущим из космоса. Именно зрительные ощущения и восприятия стали опорой теоретического мышления в исследованиях вселенной задолго до космических полетов.

Становится понятным, почему космонавты, закрывая глаза, неправильно представляли себе положение самолета. В условиях невесомости отолитовый аппарат либо вообще переставал давать нужную информацию, либо, что еще хуже, снабжал мозг ошибочными сведениями. И тогда у человека появлялись пространственные иллюзии.

В слепом полете, то есть ночью или в облаках, пилот не может полагаться на свое зрение, каким бы острым оно ни было, и вынужден обращаться к приборам.

Очутившись в сложных метеорологических условиях, летчик может спутать звезду с навигационным огнем или принять наземные огни за звезды, наклонные линии кромки облаков часто напоминают ему горизонт и т. д.

Но еще чаще возникают иллюзии кренов, вращения, планирования; пилоту нередко кажется, что самолет продолжает лететь, но в перевернутом виде.

В подобных ситуациях, когда собственные ощущения начинают вызывать сомнение, летчикам ничего другого не остается, как следовать совету Козьмы Пруткова и не верить глазам своим. Чему же тогда доверять?

Разумеется, приборам — и только им одним. А это не так уж легко — пилот должен прибегнуть буквально к самовнушению и убедить себя в том, что летит правильно. Он как бы говорит себе: «Самолет явно накренился. Но этого не может быть — ведь приборы показывают, что никакого отклонения нет. Значит, я ошибаюсь и полет проходит нормально».

Немалую пищу для иллюзий дает и космос. Когда Герман Титов очутился в состоянии невесомости, он почувствовал, что висит вверх ногами; ему показалось, что приборная доска сместилась и заняла не свойственное ей место в кабине — над головой. Правда, вскоре она возвратилась на свое место — иллюзия исчезла. Нечто подобное испытал с наступлением невесомости и американский космонавт Купер. Ему чудилось, будто сумка с инструментами около правой руки повернулась на 90 градусов. Но и здесь ощущение развеялось, когда космонавт привык к новому состоянию.

С чем же связаны такого рода иллюзии? Как известно, невесомости предшествуют перегрузки. Растет ускорение, увеличивается вес человека, которого неотвратимая сила прижимает к спинке кресла. Но организм сопротивляется этой силе, и возникает мышечная противоопора спинке. Потом наступает невесомость. А мышцы «по инерции» все еще напряжены. Тут-то и рождается закономерное, хотя и ложное, представление о том, что космонавт летит на спине или вниз головой. Если же мышцы спины расслабляются равномерно, переход к невесомости таких иллюзий не вызывает.

Представление о «верхе» и «низе» вырабатывается еще во время тренировок на учебном космическом корабле. Оно позволяет космонавтам свободно ориентироваться и тогда, когда иллюминаторы закрыты шторками, и тогда, когда глаза закрыты. В кабине корабля человек не только зрительно «опирается» на окружающие его предметы, но и добывает информацию с помощью обычного осязания — от кресла, от привязной системы, от приборов и т. д. Благодаря этому он способен «справиться» с извращенной информацией, полученной от отолитового прибора, и правильно ориентироваться в окружающей обстановке.