العقول على المريخ: كيف يؤثر السفر في الفضاء على الوظيفة الإدراكية

من يريد أن يذهب إلى المريخ؟ والمثير للدهشة ، ليس عدد قليل من الناس. إن فكرة استعمار الكوكب الأحمر تنتشر في المجتمع منذ أكثر من عام ، لكن حتى الآن لم يزرع أحد البطاطس على المريخ. هناك العديد من الأسباب لهذا. واحدة من أهمها هي الحاجة إلى حساب جميع جوانب هذه الرحلة الطويلة والخطيرة والتي لا يمكن التنبؤ بها ، ناهيك عن كونك على كوكب مع بيئة غير ودية للغاية. ويشارك المهندسون في المركبات الفضائية وعربات كوكب الأرض والمساكن والبدلات الفضائية للمستعمرين في المستقبل. لكن الإنسان في قلب كل هذه الثروة التكنولوجية ، وفهم كيف سيشعر جسمه خلال رحلات الفضاء الطويلة وخلال الحياة على كوكب آخر هو أولوية. لذلك ، قرر علماء من جامعة ساوث كارولينا إجراء دراسة للمخ وهيكله وجميع التغييرات المعرفية المحتملة التي قد تحدث فيه ، إذا كان السفر إلى المريخ. كيف بالضبط يتغير الدماغ تبعا للوقت الذي يقضيه في الفضاء ، وكيف يؤثر على سلوك الإنسان ، وهل هناك خوف على المهمة المستقبلية لاستعمار المريخ؟ الإجابات على هذه الأسئلة التي نتعلمها من تقرير مجموعة الأبحاث. دعنا نذهب.

أساس الدراسة

المريخ الغامض والغامض ، الذي زار مرارًا وتكرارًا دور الموقع المركزي لأعمال الخيال العلمي ، قريب جدًا من كوكبنا الأرض ، على نطاق الكون بالطبع. الحد الأدنى للمسافة بين الكواكب هو 54.6 ، والحد الأقصى هو 401 ، والمعدل هو حوالي 225. وكل هذا بملايين الكيلومترات. بالنسبة للأشخاص العاديين ، هذه مسافة هائلة ، ولخبراء الفضاء - مسافة قصيرة. ومع ذلك ، للتغلب على هذه المسافات من خلال التقنيات المتاحة لنا ، سوف يستغرق من 150 إلى 300 يوم ، وهذا يتوقف على سرعة الحركة ، وموقع الأرض بالنسبة إلى المريخ ومسار الرحلة. بالنسبة إلى العديد من رواد الفضاء الذين زاروا المحطة الفضائية الدولية ، فإن هذا لم يمض وقت طويل ، ولكن هناك فرق بين المحطة المدارية والمسافة بين الكواكب.

وقد أجريت بالفعل دراسات سابقة للدماغ بعد أن أجريت على محطة الفضاء الدولية. وكانت نتيجة هذه الدراسات هي تحديد النزوح العمودي للمخ ، وتراكم الأنسجة البليغة (الدماغية) للمخ في الرأس (التاج) وتوسيع البطينين في الدماغ.

أنسجة المخ البليغة * - يشير هذا المصطلح إلى منطقة من الدماغ ، تؤدي إزالتها إلى فقدان القدرات اللغوية ، والمشاكل الحسية ، والشلل الجزئي أو الكامل.

يلاحظ الباحثون أن البيانات التي تم الحصول عليها سابقًا حول التغييرات التي تحدث في جسم رواد الفضاء أثناء وبعد المدار ، على الرغم من أنها معروفة للعلماء ، لا تزال غير مفهومة تمامًا. لذلك ، على سبيل المثال ، لا تزال غير واضحة المسببات والأهمية الوظيفية للتغيرات الهيكلية في الدماغ. في العمل الذي نفكر فيه اليوم ، قرر العلماء دراسة مثل هذه الحالات الشاذة ومعرفة مدى ارتباطها بالتغيرات الهيكلية في الدماغ قبل / بعد الرحلة والخصائص المعرفية / الحركية للشخص.

بالإضافة إلى ذلك ، قرر العلماء ربط دراسة بنية دماغ رواد الفضاء والمتلازمة المعروفة بالفعل المرتبطة بالسفر إلى الفضاء. في عام 2017 ، وجد أن الإقامة الطويلة في محطة الفضاء الدولية تسببت في بعض التغيرات في العيون في عدد من رواد الفضاء: التغيرات في حدة البصر ، والبقع "القطنية" والطيات المشيمية على شبكية العين (التغيرات الدماغية في شبكية العين) ، وتورم رأس العصب البصري. أعطت ناسا هذه التغييرات الاسم الشائع - SANS ( متلازمة العين العصبية المرتبطة بفضاء الفضاء ) ، أي متلازمة العين العصبية المرتبطة بالسفر إلى الفضاء.

يعتقد الباحثون أن التغييرات في الدماغ ترتبط مباشرة بـ SANS ويمكن أن تؤثر على جوانب أخرى من عمل الجسم ، بما في ذلك الوظائف المعرفية.

نتائج البحوث

وقد أجريت دراسة دماغ رواد الفضاء على عدة مراحل ، وخلال كل واحدة منها ، اهتم العلماء بمؤشر معين. بعد ذلك ، ننظر في نقاط نتائج التحليلات والاختبارات.

تحليل الحجم حسب شرائح أنسجة المخ

لم يتم اكتشاف أي تغييرات كبيرة قبل وبعد الرحلة في الحجم الكلي للمادة الرمادية أو البيضاء إما من قبل رواد مكوك الفضاء أو رواد الفضاء مع المحطة الفضائية الدولية.


الجدول 1: البيانات المتعلقة بالتغييرات في حجم المادة الرمادية والبيضاء في رواد الفضاء قبل / بعد الرحلة على متن المكوك وعلى محطة الفضاء الدولية.

كما هو متوقع ، تم العثور على زيادة كبيرة في إجمالي حجم البطين لدى رواد الفضاء بعد الرحلة على متن محطة الفضاء الدولية ، ولكن ليس على رواد الفضاء بعد الرحلة على متن المكوك (10.7 ٪ - محطة الفضاء الدولية و 0 ٪ - خدمة النقل ، 1A ).


الصورة رقم 1

بالنسبة إلى رواد الفضاء في المحطة الفضائية الدولية ، كانت النسبة المئوية للتغير في حجم البطين في البطينين الأيسر والجانبي الأيمن والثالث والرابع: 17.1 ٪ ± 6 7.3 ٪ ، 15.2 ٪ ± 6 8.4 ٪ ، 15.4 ٪ ± 6 4.9 ٪ و 0.83 ٪ ± 6 4.57 ٪ ، على التوالي. تباينت قيمة٪ ∆VV (التغير في المئة في إجمالي حجم البطين) قبل / بعد الرحلة حسب مدتها ( 1B ). ومن المثير للاهتمام ، أن قيمة٪ ∆VV لدى رواد الفضاء الأصغر سناً كانت أعلى من رواد الفضاء الأكبر سناً ( 1C ).

تقييم التغيرات المحلية في حدود الدماغ

نظرًا للحقيقة المحددة مسبقًا لتهجير أنسجة المخ بسبب وجودها في محطة الفضاء الدولية ، قام العلماء بتحليل النزوح المحلي لأنسجة المخ في التفاعل بين الدماغ والسائل النخاعي. أظهر رواد الفضاء الذين خضعوا لبعثات فضائية طويلة تغيرات محلية كبيرة في بنية الدماغ (الصورة أدناه).


الصورة 2: صورة التصوير بالرنين المغناطيسي لدماغ رائد فضاء تظهر تراكم أنسجة المخ بليغة في منطقة الرأس (اللون الأحمر) ونزوح الأنسجة المحلي (اللون الأزرق).

خلال الدراسة ، لوحظ ازدحام أنسجة المخ * اللانهائي في التاج ، والذي رافقه ازدحام في المناطق الحركية والحركية والحركية الأولية. كما تم الكشف عن تحول في أنسجة المخ على طول حواف البطين ، وهو ما يتسق مع الملاحظات السابقة المتعلقة بتوسيع البطين.

حمة * - أنسجة المخ الوظيفية ، وتتألف من الخلايا العصبية و neuroglia. يمكن أن تؤدي إصابات هذه المنطقة من الدماغ إلى ضعف إدراكي وحتى الموت.

في الوقت نفسه ، لم يظهر رواد الفضاء الذين عانوا من الرحلات الفضائية الفضائية (المكوك) أي انحرافات.

العلاقة بين التغيرات الهيكلية في الدماغ والمهارات الحركية

الجدول 2: نتائج اختبار المهارات الحركية لرائد الفضاء قبل / بعد رحلات المكوك وقبل / بعد التواجد في محطة الفضاء الدولية.

أظهرت اختبارات الحركية أن التغييرات الهيكلية المحلية في نواة المذنبة اليسرى أدت مع ذلك إلى انخفاض في التحكم في الوضع * ( 3A ).

رد الفعل الوضعي * - مجموعة من ردود الفعل وردود الفعل التي تضمن الحفاظ على موقف معين من الجسم أو جزء من الجسم في الفضاء.

الصورة رقم 3: التغيرات المحلية في حمة الدماغ التي تؤثر على نتائج الاختبارات الحركية.

الاختبارات لاستعادة وضع الجسم بعد السقوط وللحفاظ على وضعية ثابتة أظهرت أيضًا تأثيرًا على التغيرات الحركية المحلية في حمة الدماغ ( 3B ).

كان الوقت الذي يقضيه رواد الفضاء في اختبارات "المشي" و "القرفصاء" ( 3C ) أكثر من المعتاد ، مما يدل على تأثير التغييرات المحلية في القشرة الحزامية ، والتي تلعب دورًا مهمًا في تنفيذ الوظائف التنفيذية.

تلخيص للنتيجة الوسيطة ، والتغيرات في الدماغ الناجمة عن البقاء لفترات طويلة على محطة الفضاء الدولية (في سياق الدراسة) تؤثر بشكل مباشر على قدرة الشخص على أداء مهام معينة تتعلق بالتنقل. لا يمكن تسمية هذه الانحرافات بالمهام الحرجة أو التي تؤثر سلبًا على المهام اليومية أو المهنية ، ولكن حقيقة وجودها تشير إلى الحاجة إلى مزيد من الدراسة لهذا الجانب من الدماغ البشري.

قرر العلماء أيضًا اختبار العلاقة بين قيم٪ ∆VV ونتائج الاختبار الحركي (الجدول أدناه).


الجدول 3: الارتباط بين النسبة المئوية للتغير في الحجم الكلي للبطين والنسبة المئوية للتغيير في نتائج اختبار حركية 8 رواد فضاء (7 أشخاص - محطة الفضاء الدولية و 1 - مكوك).

تم العثور على ارتباط كبير في الاختبارات لاستعادة وضع الجسم بعد السقوط والحفاظ على وضع ثابت. هذا يشير إلى أن الأشخاص الذين يعانون من زيادة أكبر في٪ ∆VV واجهوا صعوبات في التحكم في الوضع بسبب رحلة الفضاء.

العلاقة بين التغيرات الهيكلية في الدماغ والوظيفة المعرفية

اجتازت جميع المواد قبل الدراسة اختبار WinSCAT القياسي ( أداة التقييم المعرفي لنظام Windows Spaceflight ) لجميع رواد الفضاء ، الذين يقومون بتقييم الوظائف المعرفية العصبية.


لقطة شاشة لإصدار سابق من WinSCAT (موجود هنا ).

يتكون هذا البرنامج من العديد من الأسئلة والمهام (المنطق ، الرياضيات ، إلخ).

ومع ذلك ، لا تظهر نتائج WinSCAT أي ارتباط مع مدة الرحلة. لذلك ، كما يقول العلماء ، لا يمكن أخذ هذا البرنامج في الاعتبار في هذه الدراسة.


الجدول رقم 4: إحصائيات اختبارات رواد الفضاء في وينسكات قبل وبعد الرحلات الجوية إلى المحطة الفضائية الدولية.

بعد الرحلة ، أظهر رواد الفضاء انخفاضًا كبيرًا في دقة إجراء اختبارات CDS (متواليات مشفرة) واختبارات التدريب. ومع ذلك ، لوحظ تحسن في سرعة اختبار CDS واختبار إنقاذ الانتباه.

بعد ذلك ، قرر العلماء التحقق من حجم المخ والوظائف المعرفية ، وكذلك العلاقة بينهما. خلال هذه الدراسة ، تم تحديد 3 مواقع للمادة البيضاء المرتبطة بتغيير في وقت الاستجابة لـ CPT (المهام الإدراكية).


شكل 4: التشوه المحلي لحمة الدماغ المرتبطة بنجاح اختبار الأداء المستمر.

أظهرت الصور الدماغية لرواد الفضاء بعد الرحلة ، والتي خضع فيها زمن رد الفعل للاختبار الحد الأدنى ، وجود تغييرات هيكلية في ثلاث مناطق من المادة البيضاء ، وهي التغير في الحجم.

كان للحجم البطيني ، كما هو الحال في اختبار فك تشفير التتابعات المشفرة ، علاقة سلبية مع نجاح اختبارات الأداء المستمر. أظهر رواد الفضاء الذين زادت البطينات في حجمهم بعد الرحلة انخفاضًا في دقة وسرعة الاختبارات.

من بين رواد الفضاء الاثني عشر الذين كانوا في السابق على محطة الفضاء الدولية لمدة طويلة ، كان هناك أربعة من لديهم علامات على SANS: ثلاثة منهم لديهم طيات مشيمية على شبكية العين ، والرابع ، من خلال ثقب أسفل الظهر ، كشف عن زيادة الضغط داخل الجمجمة وتورم القرص البصري.

من الغريب أن رواد الفضاء الأربعة الذين يعانون من SANS لديهم تغيرات أقل بكثير في حجم البطين في المخ مقارنة بالثمانية بدون SANS: 12.8 ٪ مقابل 6.5 ٪. ومع ذلك ، فإن العلماء ليسوا مستعدين للنظر في هذه الملاحظات على أنها صحيحة وممثلة بنسبة مئة في المائة فيما يتعلق بجميع رواد الفضاء الذين عانوا من الرحلات الفضائية الطويلة ، لأن عدد الموضوعات في الدراسة صغير جدًا. لكن في المستقبل ، ستتلقى هذه الملاحظة غير العادية دراسة أكثر تفصيلاً.

إذا قمت بتجميع نتائج جميع الاختبارات والتصوير بالرنين المغناطيسي ، تظهر صورة محددة للعلاقة بين السفر إلى الفضاء والتغيرات الهيكلية في الدماغ.

أولاً ، هذه علاقة مؤقتة - تصبح التغيرات في الدماغ أكثر وضوحًا مع زيادة الوقت الذي تقضيه في الفضاء. ثانياً ، العمر - تأثير السفر لمسافات طويلة أكثر وضوحًا بين رواد الفضاء الشباب. ثالثًا ، المعرفي - جميع التغييرات التي تم العثور عليها في الدماغ بطريقة أو بأخرى أثرت على الوظائف المعرفية لرواد الفضاء ، حيث انخفضت جودة التنفيذ بعد الرحلات الجوية.

شملت الدراسة 19 من رواد الفضاء: 6 رجال وامرأة واحدة (متوسط ​​العمر 46.7 ± 2.1 سنة) الذين طاروا المكوك (14.7 ± 1.6 يوم) ، بالإضافة إلى 10 رجال وامرأتين (متوسط ​​العمر 47.5 ± 4.8 سنوات) الذين بقوا في المحطة الفضائية الدولية (162.7 ± 21.8 يومًا). من ناحية ، قد لا يكون مثل هذا العدد من الموضوعات كافياً لوصف جميع جوانب تأثير الفضاء على التغيرات في الدماغ البشري ، لكن هذا يكفي تمامًا لتوضيح أن هناك مثل هذه التغييرات. لذلك ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند التخطيط للرحلات الفضائية الطويلة واحتمال استعمار المريخ.

للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بأن تنظر في تقرير العلماء ومواد إضافية إليه.

خاتمة

في هذا العمل ، وجد أن البقاء في الفضاء له تأثير مباشر على التغيرات في بنية الدماغ البشري ، ونتيجة لذلك ، على وظائفه المعرفية. يمكن تقديم بيان مماثل دون إجراء البحوث ، ولكن كان من الضروري تحديد التغييرات التي تحدث بالضبط وكيف تؤثر بدقة على رواد الفضاء بعد الرحلات الطويلة.

أظهرت اختبارات المهارات الحركية وعمليات التفكير انخفاضًا في سرعة ودقة تنفيذها ، وأتاح التصوير بالرنين المغناطيسي تحديد أجزاء الدماغ التي تأثرت ومصدر هذه التغييرات في الوظائف الإدراكية.

تجدر الإشارة إلى أن المشاركين في الدراسة كانوا من رواد الفضاء المدربين ، الذين يقضون الكثير من الوقت في التحضير قبل الرحلات الجوية ، مما يؤثر ليس فقط على حالتهم البدنية ، ولكن أيضًا على حالتهم العقلية. إذا تأثر المهنيون بالارتباط السلبي بين الكون والوظائف المعرفية ، فماذا يمكن أن نقول عن الأشخاص العاديين.

هذا هو بالضبط أهمية هذه الدراسة. بما أنه لا يمكن استرضاء حرص أي شخص على استكشاف الفضاء واستعمار الكواكب ، فمن الضروري أن نكون مستعدين قدر الإمكان لمثل هذا الاحتلال الخطير الذي لا يمكن التنبؤ به.

يرى مؤلفو دراستنا أنه من الضروري إعطاء أولوية لعقل الإنسان إذا أردنا أن نحرث مساحات المجرة بنجاح. بادئ ذي بدء ، في رأيهم ، من الضروري التركيز على دراسة تكيف الدماغ مع الفضاء وتطوير أساليب جديدة يمكنها تحسين هذه العملية وتسريعها.

إن السفر إلى الفضاء ليس مهمة سهلة ويتطلب مراعاة جميع التفاصيل وجميع الخيارات الممكنة لتطوير الأحداث وجميع المشاكل وجميع الحلول. لا ينبغي أن يتعلق هذا بالمكون التقني فحسب ، لأنه في وسط كل هذه المكوكات ، ستظل هناك دائمًا رجل - مخلوق له مميزاته وعيوبه في وسط كل هذه المكوكات.


شكرا لكم على اهتمامكم ، ابقوا فضوليين واستمتعوا بعطلة نهاية أسبوع رائعة ، شباب! :)

شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية لأصدقائك ، سحابة VPS للمطورين من 4.99 دولار ، خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من الخوادم على مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 النوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 دولار أو كيفية مشاركة خادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا 2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجا بايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت ذاكرة DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟