Cerebros en Marte: cómo el viaje espacial afecta la función cognitiva

¿Quién quiere ir a Marte? Sorprendentemente, no tan pocas personas. La idea de colonizar el planeta rojo ha estado circulando en la sociedad durante más de un año, pero hasta ahora nadie ha estado cultivando papas en Marte. Hay muchas razones para esto. Uno de los principales es la necesidad de calcular todos los aspectos de un viaje tan largo, peligroso e impredecible, sin mencionar estar en un planeta con un ambiente muy hostil. Los ingenieros se dedican a naves espaciales, rovers planetarios, viviendas y trajes espaciales para futuros colonos. Pero el hombre está en el centro de toda esta riqueza tecnológica, y es prioritario comprender cómo se sentirá su cuerpo durante los largos vuelos espaciales y durante la vida en otro planeta. Por lo tanto, los científicos de la Universidad de Carolina del Sur decidieron realizar un estudio del cerebro, su estructura y todos los posibles cambios cognitivos que pueden ocurrir en él, si viajan a Marte. ¿Cómo cambia exactamente el cerebro dependiendo del tiempo que pasa en el espacio, cómo afecta el comportamiento humano y existe algún temor por la futura misión de colonizar Marte? Las respuestas a estas preguntas las aprendemos del informe del grupo de investigación. Vamos

Base de estudio

El misterioso y misterioso Marte, que ha visitado repetidamente el papel de la ubicación central de las obras de ciencia ficción, está muy cerca de nuestro planeta Tierra, en la escala del Universo, por supuesto. La distancia mínima entre los planetas es de 54.6, la máxima es de 401 y el promedio es de aproximadamente 225. Y todo esto en millones de kilómetros. Para la gente común, esta es una distancia tremenda, y para los conocedores del espacio, una caminata corta. Sin embargo, para superar tales distancias con las tecnologías disponibles, tomará de 150 a 300 días, dependiendo de la velocidad de movimiento, la posición de la Tierra en relación con Marte y la ruta de vuelo. Para muchos astronautas que visitaron la ISS, esto no es tan largo, pero hay una diferencia entre la estación orbital y el espacio entre los planetas.

Ya se han realizado estudios anteriores del cerebro después de estar en la EEI. El resultado de estos estudios fue la identificación del desplazamiento vertical del cerebro, la acumulación de tejidos * elocuentes (elocuentes) del cerebro en el vértice (corona) y la expansión de los ventrículos del cerebro.

Tejido cerebral elocuente * : este término se refiere a una región del cerebro, cuya eliminación conducirá a la pérdida de habilidades lingüísticas, problemas sensoriales, parálisis parcial o completa.

Los investigadores señalan que los datos obtenidos previamente sobre los cambios que ocurren en el cuerpo de los astronautas durante y después de estar en órbita, aunque los científicos los conocen, aún no se comprenden completamente. Entonces, por ejemplo, la etiología y el significado funcional de los cambios estructurales en el cerebro aún no están claros. En el trabajo que estamos considerando hoy, los científicos decidieron examinar con más detalle tales anomalías y descubrir qué tan relacionados están los cambios estructurales en el cerebro antes / después del vuelo y las características cognitivas / motoras de una persona.

Además, los científicos decidieron vincular el estudio de la estructura del cerebro de los astronautas y el síndrome ya conocido asociado con los viajes espaciales. En 2017, se descubrió que una estadía prolongada en la EEI causó algunos cambios oftalmológicos en varios astronautas: cambios en la agudeza visual, manchas de "algodón" y pliegues coroidales en la retina (cambios isquémicos en la retina) e hinchazón de la cabeza del nervio óptico. La NASA dio a estos cambios el nombre común: SANS ( síndrome neuro-ocular asociado a los vuelos espaciales ), es decir. síndrome neuroocular asociado con viajes espaciales.

Los investigadores creen que los cambios en el cerebro están directamente relacionados con SANS y pueden afectar otros aspectos del trabajo del cuerpo, incluidas las funciones cognitivas.

Resultados de la investigación

El estudio del cerebro de los astronautas se llevó a cabo en varias etapas, durante cada una de las cuales los científicos prestaron atención a un determinado indicador. A continuación, consideramos los puntos de los resultados de los análisis y pruebas.

Análisis de volumen por segmentos de tejido cerebral.

Los astronautas del transbordador o los astronautas con la EEI no detectaron cambios significativos antes y después del vuelo en el volumen total de materia gris o blanca.


Tabla 1: datos sobre cambios en el volumen de materia gris y blanca en astronautas antes / después del vuelo en el transbordador y en la EEI.

Como se esperaba, se encontró un aumento significativo en el volumen ventricular total en los astronautas después del vuelo en la ISS, pero no en los astronautas después del vuelo en el transbordador (10.7% - ISS y 0% - transbordador, 1A ).


Imagen No. 1

Para los astronautas de la EEI, el cambio porcentual en el volumen ventricular para los ventrículos lateral izquierdo, lateral derecho, tercero y cuarto fue: 17.1% ± 6 7.3%, 15.2% ± 6 8.4%, 15.4% ± 6 4.9% y 0.83% ± 6 4.57%, respectivamente. El valor de% ∆VV (cambio porcentual en el volumen ventricular total) varió antes / después del vuelo dependiendo de su duración ( 1B ). Curiosamente, el valor de% ∆VV en los astronautas más jóvenes fue mayor que en los astronautas mayores ( 1C ).

Evaluación de los cambios locales en los límites del cerebro.

Dado el hecho previamente establecido del desplazamiento del tejido cerebral debido a estar en la EEI, los científicos analizaron el desplazamiento local del tejido cerebral en la interfaz entre el cerebro y el líquido cefalorraquídeo. Los astronautas que se sometieron a largas misiones espaciales mostraron cambios locales significativos en la estructura del cerebro (imagen a continuación).


Imagen 2: Imagen de resonancia magnética del cerebro de un astronauta que muestra la acumulación de tejido cerebral elocuente en la región del vértice (color rojo) y el desplazamiento local del tejido (color azul).

Durante el estudio, se observó un apiñamiento del tejido cerebral parenquimatoso * en la corona, que se acompañó de apiñamiento de las regiones motora, premotora y sensorimotora primaria. También se reveló un cambio en el tejido cerebral a lo largo de los bordes del ventrículo, lo que es consistente con las observaciones anteriores sobre el agrandamiento ventricular.

Parénquima * : tejido cerebral funcional, formado por neuronas y neuroglia. Las lesiones en esta área del cerebro pueden conducir a un deterioro cognitivo e incluso a la muerte.

Al mismo tiempo, los astronautas que experimentaron vuelos espaciales a corto plazo (transbordador) no mostraron desviaciones.

La relación entre los cambios estructurales del cerebro y las habilidades motoras.

Tabla 2: resultados de las pruebas de habilidades motoras de astronautas antes / después de los vuelos del transbordador y antes / después de estar en la EEI.

Sin embargo, las pruebas de motilidad mostraron que los cambios estructurales locales en el núcleo caudado izquierdo condujeron a una disminución en el control postural * ( 3A ).

Reflejo postural * : un conjunto de reacciones y reflejos que aseguran la preservación de una determinada posición del cuerpo o parte del cuerpo en el espacio.

Imagen No. 3: Cambios locales en el parénquima cerebral que afectan los resultados de las pruebas motoras.

Las pruebas para restaurar la posición del cuerpo después de una caída y para mantener una posición estacionaria también mostraron un efecto sobre los cambios motores locales en el parénquima cerebral ( 3B ).

El tiempo dedicado por los astronautas en las pruebas de "caminar" y "ponerse en cuclillas" ( 3C ) fue más de lo normal, lo que indica la influencia de los cambios locales en la corteza cingulada, que desempeña un papel importante en la implementación de las funciones ejecutivas.

Resumiendo el resultado intermedio, los cambios en el cerebro causados ​​por una estadía prolongada en la EEI (en el contexto del estudio) afectan directamente la capacidad de una persona para realizar ciertas tareas relacionadas con la motilidad. Estas desviaciones no pueden llamarse críticas o que afectan negativamente las tareas cotidianas o profesionales, pero el hecho de su presencia indica la necesidad de seguir estudiando este aspecto del cerebro humano.

Los científicos también decidieron probar la relación entre los valores de% ∆VV y los resultados de la prueba motora (tabla a continuación).


Tabla 3: Correlación entre el cambio porcentual en el volumen ventricular total y el cambio porcentual en los resultados de las pruebas de la motilidad de 8 astronautas (7 personas - ISS y 1 - lanzadera).

Se encontró una correlación significativa en las pruebas para restaurar la posición del cuerpo después de una caída y para mantener una posición fija. Esto sugiere que los sujetos con un aumento mayor en% ∆VV experimentaron dificultades con el control postural debido a los vuelos espaciales.

La relación entre los cambios estructurales del cerebro y la función cognitiva.

Todos los sujetos antes del estudio aprobaron la prueba estándar WinSCAT ( Herramienta de evaluación neurocognitiva de Windows Spaceflight ) para todos los astronautas, que evalúa las funciones neurocognitivas.


Captura de pantalla de una versión anterior de WinSCAT (que se encuentra aquí ).

Este programa consta de varias preguntas y tareas (lógica, matemáticas, etc.).

Sin embargo, los resultados de WinSCAT no muestran correlación con la duración del vuelo. Por lo tanto, como dicen los científicos, este programa no se puede tener en cuenta en este estudio.


Tabla No. 4: estadísticas de las pruebas de los astronautas de WinSCAT antes y después de los vuelos a la ISS.

Después del vuelo, los astronautas mostraron una disminución significativa en la precisión de realizar pruebas de CDS (secuencias codificadas) y pruebas de entrenamiento. Sin embargo, se observó una mejora en la velocidad de la prueba de CDS y la prueba para salvar la atención.

Luego, los científicos decidieron verificar el volumen cerebral y las funciones cognitivas, así como la relación entre ellos. Durante este estudio, se identificaron 3 sitios de sustancia blanca que están asociados con un cambio en el tiempo de respuesta a CPT (tareas cognitivas).


Imagen 4: Deformación local del parénquima cerebral asociada con el éxito de la prueba de rendimiento continuo.

Las imágenes cerebrales de los astronautas después del vuelo, en las cuales el tiempo de reacción a la prueba experimentó una reducción mínima, mostraron la presencia de cambios estructurales en tres regiones de la materia blanca, a saber, un cambio en el volumen.

El volumen ventricular, como con la prueba para decodificar secuencias codificadas, también tuvo una correlación negativa con el éxito de las pruebas de rendimiento continuo. Los astronautas cuyos ventrículos aumentaron de volumen después del vuelo mostraron una disminución en la precisión y la velocidad de las pruebas.

De los 12 astronautas que habían estado en la EEI durante mucho tiempo, cuatro tenían signos de SANS: tres tenían pliegues coroidales en la retina y el cuarto, por punción lumbar, reveló un aumento de la presión intracraneal y la hinchazón del disco óptico.

Curiosamente, los cuatro astronautas con SANS tuvieron significativamente menos cambios en el volumen ventricular del cerebro que los ocho sin SANS: 12.8% versus 6.5%. Sin embargo, los científicos no están preparados para considerar que estas observaciones sean cien por ciento correctas y representativas con respecto a todos los astronautas que han experimentado vuelos espaciales largos, ya que el número de sujetos en el estudio es demasiado pequeño. Pero en el futuro esta observación inusual recibirá un estudio más detallado.

Si combina los resultados de todas las pruebas y la resonancia magnética, surge una imagen definitiva de la conexión entre el viaje espacial y los cambios estructurales en el cerebro.

En primer lugar, esta es una correlación temporal: los cambios en el cerebro se vuelven más pronunciados con un aumento en el tiempo que pasan en el espacio. En segundo lugar, la edad: el efecto de los viajes espaciales largos es más pronunciado entre los jóvenes astronautas. En tercer lugar, cognitivo: todos los cambios encontrados en el cerebro de una forma u otra influyeron en las funciones cognitivas de los astronautas, cuya calidad de implementación disminuyó después de los vuelos.

En el estudio participaron 19 astronautas: 6 hombres y 1 mujer (edad promedio 46.7 ± 2.1 años) que volaron en el transbordador (14.7 ± 1.6 días), así como 10 hombres y 2 mujeres (edad promedio 47.5 ± 4.8 años) que se quedaron en la EEI (162.7 ± 21.8 días). Por un lado, tal cantidad de sujetos puede no ser suficiente para describir todos los aspectos de la influencia del espacio en los cambios en el cerebro humano, pero esto es suficiente para afirmar inequívocamente que existen tales cambios. Por lo tanto, deben tenerse en cuenta al planificar vuelos espaciales largos y la posible colonización de Marte.

Para una familiarización más detallada con los matices del estudio, le recomiendo que examine el informe de los científicos y materiales adicionales .

Epílogo

En este trabajo, se descubrió que permanecer en el espacio tiene un efecto directo sobre los cambios en la estructura del cerebro humano y, como resultado, sobre sus funciones cognitivas. Se podría hacer una declaración similar sin realizar una investigación, pero fue necesario establecer exactamente qué cambios están teniendo lugar y cómo afectan exactamente a los astronautas después de largos vuelos.

Las pruebas de habilidades motoras y procesos de pensamiento mostraron una disminución en la velocidad y precisión de su ejecución, y la resonancia magnética permitió determinar qué partes del cerebro se vieron afectadas y son la fuente de tales cambios en las funciones cognitivas.

También vale la pena considerar que los participantes en el estudio eran astronautas entrenados, que pasan mucho tiempo en preparación antes de los vuelos, lo que afecta no solo su estado físico sino también mental. Si los profesionales se vieron afectados por la correlación negativa entre el cosmos y las funciones cognitivas, entonces, ¿qué podemos decir de la gente común?

Esta es precisamente la importancia de este estudio. Dado que el entusiasmo de una persona por explorar el espacio y colonizar planetas no puede ser apaciguado, es necesario estar lo más preparado posible para una ocupación tan peligrosa e impredecible.

Los autores de nuestro estudio consideran que es necesario dar prioridad al cerebro humano si queremos arar con éxito las extensiones de la galaxia. En primer lugar, en su opinión, es necesario centrarse en el estudio de la adaptación del cerebro al espacio y desarrollar nuevos métodos que puedan mejorar y acelerar este proceso.

El viaje espacial no es una tarea fácil y requiere tener en cuenta todos los detalles, todas las opciones posibles para el desarrollo de eventos, todos los problemas y todas las soluciones. Esto debería referirse no solo al componente técnico, porque en el centro de todos estos transbordadores, cohetes, satélites, planetas y otros equipos asombrosos siempre habrá un hombre, una criatura con sus propias ventajas y desventajas.


Gracias por su atención, tengan curiosidad y tengan un gran fin de semana a todos, muchachos. :)

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