Gehirne auf dem Mars: Wie die Raumfahrt die kognitiven Funktionen beeinflusst

Wer will zum Mars gehen? Überraschenderweise nicht so wenige Menschen. Die Idee, den roten Planeten zu kolonisieren, kursiert seit mehr als einem Jahr in der Gesellschaft, aber bisher hat noch niemand Kartoffeln auf dem Mars angebaut. Dafür gibt es viele Gründe. Eine der wichtigsten ist die Notwendigkeit, alle Aspekte einer so langen, gefährlichen und unvorhersehbaren Reise zu berechnen, ganz zu schweigen davon, auf einem Planeten mit einer sehr unfreundlichen Umgebung zu sein. Ingenieure beschäftigen sich mit Raumfahrzeugen, Planetenrovern, Wohnungen und Raumanzügen für zukünftige Kolonisten. Aber der Mensch steht im Zentrum all dieses technologischen Reichtums, und es ist eine Priorität, zu verstehen, wie sich sein Körper während langer Weltraumflüge und während des Lebens auf einem anderen Planeten anfühlt. Daher beschlossen Wissenschaftler der University of South Carolina, eine Untersuchung des Gehirns, seiner Struktur und aller möglichen kognitiven Veränderungen durchzuführen, die bei einer Reise zum Mars auftreten können. Wie genau verändert sich das Gehirn in Abhängigkeit von der Zeit, die im Weltraum verbracht wird, wie wirkt es sich auf das menschliche Verhalten aus, und besteht Angst vor der zukünftigen Mission zur Kolonialisierung des Mars? Die Antworten auf diese Fragen entnehmen wir dem Bericht der Arbeitsgruppe. Lass uns gehen.

Studienbasis

Der mysteriöse und mysteriöse Mars, der wiederholt die Rolle des zentralen Ortes von Science-Fiction-Werken besucht hat, ist unserem Heimatplaneten Erde sehr nahe, natürlich im Maßstab des Universums. Die minimale Entfernung zwischen den Planeten beträgt 54,6, die maximale 401 und die durchschnittliche 225. Und das alles in Millionen von Kilometern. Für gewöhnliche Menschen ist dies eine enorme Entfernung und für Weltraumkenner ein kurzer Spaziergang. Um solche Entfernungen mit den uns zur Verfügung stehenden Technologien zu überwinden, werden jedoch 150 bis 300 Tage benötigt, abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit, der Position der Erde relativ zum Mars und der Flugbahn. Für viele Astronauten, die die ISS besucht haben, ist dies nicht so lange, aber es gibt einen Unterschied zwischen der Orbitalstation und dem Raum zwischen den Planeten.

Frühere Untersuchungen des Gehirns nach dem Aufenthalt auf der ISS wurden bereits durchgeführt. Das Ergebnis dieser Studien war die Identifizierung der vertikalen Hirnverschiebung, die Akkumulation von eloquenten (eloquenten) Geweben * des Gehirns im Scheitelpunkt (Krone) und die Ausdehnung der Ventrikel des Gehirns.

Eloquentes Gehirngewebe * - Dieser Begriff bezieht sich auf eine Gehirnregion, deren Entfernung zum Verlust von Sprachfähigkeiten, sensorischen Problemen, teilweiser oder vollständiger Lähmung führt.

Die Forscher stellen fest, dass zuvor erhaltene Daten zu Veränderungen im Körper von Astronauten während und nach dem Umlauf noch nicht vollständig verstanden sind, obwohl sie den Wissenschaftlern bekannt sind. So sind beispielsweise die Ätiologie und die funktionelle Bedeutung der strukturellen Veränderungen im Gehirn noch unklar. In der Arbeit, die wir heute betrachten, haben Wissenschaftler beschlossen, solche Anomalien genauer zu untersuchen und herauszufinden, in welcher Beziehung die strukturellen Veränderungen im Gehirn vor / nach dem Flug und die kognitiven / motorischen Eigenschaften einer Person stehen.

Darüber hinaus beschlossen die Wissenschaftler, die Untersuchung der Struktur des Gehirns von Astronauten und das bereits bekannte Syndrom im Zusammenhang mit der Raumfahrt zu verknüpfen. Im Jahr 2017 wurde festgestellt, dass ein längerer Aufenthalt auf der ISS bei einer Reihe von Astronauten ophthalmologische Veränderungen hervorrief: Veränderungen der Sehschärfe, „Baumwoll“ -Punkte und Aderhautfalten auf der Netzhaut (ischämische Veränderungen in der Netzhaut) und Schwellung des Sehnervenkopfes. Die NASA gab diesen Änderungen den allgemeinen Namen - SANS ( Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome ), d.h. Neuro-Okular-Syndrom im Zusammenhang mit der Raumfahrt.

Die Forscher glauben, dass Veränderungen im Gehirn in direktem Zusammenhang mit SANS stehen und andere Aspekte der Körperarbeit, einschließlich der kognitiven Funktionen, beeinflussen können.

Forschungsergebnisse

Die Untersuchung des Gehirns von Astronauten wurde in mehreren Phasen durchgeführt, in denen die Wissenschaftler jeweils auf einen bestimmten Indikator achteten. Als nächstes betrachten wir die Punkte der Ergebnisse der Analysen und Tests.

Volumenanalyse nach Segmenten des Gehirngewebes

Weder von den Shuttle-Astronauten noch von den Astronauten mit der ISS wurden vor und nach dem Flug signifikante Änderungen des Gesamtvolumens an grauer oder weißer Substanz festgestellt.


Tabelle 1: Daten zur Veränderung des Volumens der grauen und weißen Substanz in Astronauten vor / nach dem Flug im Shuttle und auf der ISS.

Wie erwartet wurde bei Astronauten nach dem Flug auf der ISS ein signifikanter Anstieg des gesamten Ventrikelvolumens festgestellt, nicht jedoch bei Astronauten nach dem Flug auf dem Shuttle (10,7% - ISS und 0% - Shuttle, 1A ).


Bild Nr. 1

Für ISS-Astronauten betrug die prozentuale Veränderung des Ventrikelvolumens für den linken lateralen, rechten lateralen, dritten und vierten Ventrikel: 17,1% ± 6, 7,3%, 15,2% ± 6, 8,4%, 15,4% ± 6, 4,9% bzw. 0,83% ± 6, 4,57%. Der Wert von% ∆VV (prozentuale Veränderung des gesamten Ventrikelvolumens) variierte vor / nach dem Flug in Abhängigkeit von seiner Dauer ( 1B ). Interessanterweise war der Wert von% ∆VV bei jüngeren Astronauten höher als bei älteren Astronauten ( 1C ).

Beurteilung lokaler Veränderungen der Hirngrenzen

Angesichts der zuvor festgestellten Tatsache, dass sich Hirngewebe auf der ISS befindet, analysierten die Wissenschaftler die lokale Verschiebung von Hirngewebe an der Grenzfläche zwischen Gehirn und Liquor cerebrospinalis. Astronauten, die lange Weltraummissionen absolviert hatten, zeigten signifikante lokale Veränderungen in der Struktur des Gehirns (Bild unten).


Bild 2: MRT-Aufnahme des Gehirns eines Astronauten, die die Ansammlung von beredtem Gehirngewebe im Scheitelbereich (rote Farbe) und die lokale Gewebeverschiebung (blaue Farbe) zeigt.

Während der Studie wurde eine Überfüllung des parenchymalen * Hirngewebes in der Krone beobachtet, die mit einer Überfüllung der motorischen, prämotorischen und primären sensomotorischen Regionen einherging. Es wurde auch eine Verschiebung des Hirngewebes entlang der Ränder des Ventrikels festgestellt, was mit früheren Beobachtungen bezüglich der Ventrikelvergrößerung übereinstimmt.

Parenchym * - funktionelles Hirngewebe, bestehend aus Neuronen und Neuroglia. Verletzungen in diesem Bereich des Gehirns können zu kognitiven Beeinträchtigungen und sogar zum Tod führen.

Gleichzeitig zeigten Astronauten, die kurzfristige Raumflüge (Shuttle) erlebten, keine Abweichungen.

Die Beziehung zwischen strukturellen Veränderungen des Gehirns und motorischen Fähigkeiten

Tabelle 2: Testergebnisse für die Astronautenmotorik vor / nach Shuttleflügen und vor / nach dem Aufenthalt auf der ISS.

Motilitätstests zeigten, dass lokale strukturelle Veränderungen im linken Caudatkern dennoch zu einer Abnahme der Haltungskontrolle führten ( 3A ).

Haltungsreflex * - eine Reihe von Reaktionen und Reflexen, die sicherstellen, dass eine bestimmte Position des Körpers oder eines Körperteils im Raum erhalten bleibt.

Bild Nr. 3: Lokale Veränderungen im Hirnparenchym, die sich auf die Ergebnisse von Motortests auswirken.

Tests zur Wiederherstellung der Körperposition nach einem Sturz und zur Aufrechterhaltung einer stationären Position zeigten auch einen Effekt auf lokale motorische Veränderungen im Gehirnparenchym ( 3B ).

Die Zeit, die Astronauten bei den Tests „Gehen“ und „Hocken“ ( 3C ) verbrachten, war mehr als normal, was auf den Einfluss lokaler Veränderungen in der cingulösen Kortikalis hinweist, die eine wichtige Rolle bei der Durchführung von Exekutivfunktionen spielen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Veränderungen im Gehirn, die durch einen längeren Aufenthalt auf der ISS (im Rahmen der Studie) verursacht werden, die Fähigkeit einer Person, bestimmte Aufgaben im Zusammenhang mit der Motilität auszuführen, direkt beeinflussen. Diese Abweichungen können nicht als kritisch oder negativ für alltägliche oder berufliche Aufgaben bezeichnet werden, aber die Tatsache, dass sie vorhanden sind, zeigt die Notwendigkeit, diesen Aspekt des menschlichen Gehirns weiter zu untersuchen.

Die Wissenschaftler beschlossen auch, die Beziehung zwischen% %VV-Werten und Motortestergebnissen zu testen (Tabelle unten).


Tabelle 3: Korrelation zwischen der prozentualen Veränderung des gesamten Ventrikelvolumens und der prozentualen Veränderung der Testergebnisse für die Motilität von 8 Astronauten (7 Personen - ISS und 1 - Shuttle).

In Tests wurde eine signifikante Korrelation gefunden, um die Körperposition nach einem Sturz wiederherzustellen und eine feste Position beizubehalten. Dies deutet darauf hin, dass Personen mit einem größeren Anstieg des% %VV aufgrund der Raumfahrt Schwierigkeiten mit der Haltungskontrolle hatten.

Die Beziehung zwischen strukturellen Veränderungen des Gehirns und kognitiven Funktionen

Alle Probanden bestanden vor der Studie die WinSCAT-Standardprüfung ( Windows Spaceflight Neuro-Cognitive Assessment Tool ) für alle Astronauten, mit der die neurokognitiven Funktionen bewertet werden.


Screenshot einer früheren Version von WinSCAT ( hier zu finden ).

Dieses Programm besteht aus verschiedenen Fragen und Aufgaben (Logik, Mathematik usw.).

Die WinSCAT-Ergebnisse zeigen jedoch keine Korrelation mit der Flugdauer. Daher kann dieses Programm, wie Wissenschaftler sagen, in dieser Studie nicht berücksichtigt werden.


Tabelle Nr. 4: Statistiken der Tests von WinSCAT-Astronauten vor und nach Flügen zur ISS.

Nach dem Flug zeigten Astronauten eine signifikante Abnahme der Genauigkeit bei der Durchführung von CDS-Tests (codierte Sequenzen) und Trainingstests. Es wurde jedoch eine Verbesserung der Geschwindigkeit des CDS-Tests und des Aufmerksamkeitsersparnis-Tests festgestellt.

Als nächstes beschlossen die Wissenschaftler, das Gehirnvolumen und die kognitiven Funktionen sowie die Beziehung zwischen ihnen zu überprüfen. Während dieser Studie wurden 3 Stellen mit weißer Substanz identifiziert, die mit einer Änderung der Reaktionszeit auf CPT (kognitive Aufgaben) verbunden sind.


Bild 4: Lokale Deformation des Gehirnparenchyms im Zusammenhang mit dem Erfolg des kontinuierlichen Leistungstests.

Gehirnbilder von Astronauten nach dem Flug, bei denen die Reaktionszeit auf den Test minimal verkürzt war, zeigten strukturelle Veränderungen in drei Bereichen der weißen Substanz, nämlich eine Volumenänderung.

Das Ventrikelvolumen korrelierte ebenso wie der Test zur Dekodierung kodierter Sequenzen negativ mit dem Erfolg kontinuierlicher Leistungstests. Astronauten, deren Ventrikel nach dem Flug an Volumen zunahmen, zeigten eine Abnahme der Genauigkeit und Geschwindigkeit der Tests.

Von den zwölf Astronauten, die sich zuvor lange Zeit auf der ISS befanden, wiesen vier Anzeichen von SANS auf: Drei hatten Aderhautfalten, und der vierte zeigte durch eine Lumbalpunktion einen erhöhten Hirndruck und eine Schwellung der Papille.

Interessanterweise hatten die vier Astronauten mit SANS signifikant weniger Veränderungen im Ventrikelvolumen des Gehirns als die acht ohne SANS: 12,8% gegenüber 6,5%. Die Wissenschaftler sind jedoch nicht bereit, diese Beobachtungen als hundertprozentig richtig und repräsentativ für alle Astronauten zu betrachten, die lange Weltraumflüge unternommen haben, da die Anzahl der Probanden in der Studie zu gering ist. Zukünftig wird diese ungewöhnliche Beobachtung jedoch genauer untersucht.

Wenn Sie die Ergebnisse aller Tests und der MRT zusammenfassen, ergibt sich ein eindeutiges Bild des Zusammenhangs zwischen Raumfahrt und strukturellen Veränderungen im Gehirn.

Erstens handelt es sich hierbei um eine vorübergehende Korrelation - Änderungen im Gehirn werden mit zunehmender Zeit im Raum deutlicher. Zweitens ist der Effekt der langen Raumfahrt bei jungen Astronauten im Alter ausgeprägter. Drittens, kognitiv - alle gefundenen Veränderungen im Gehirn beeinflussten auf die eine oder andere Weise die kognitiven Funktionen von Astronauten, deren Qualität nach Flügen abnahm.

An der Studie nahmen 19 Astronauten teil: 6 Männer und 1 Frau (Durchschnittsalter 46,7 ± 2,1 Jahre), die das Shuttle flogen (14,7 ± 1,6 Tage), sowie 10 Männer und 2 Frauen (Durchschnittsalter 47,5 ± 4,8 Jahre), die blieben auf der ISS (162,7 ± 21,8 Tage). Einerseits kann eine solche Anzahl von Subjekten nicht ausreichen, um alle Aspekte des Einflusses des Weltraums auf Veränderungen im menschlichen Gehirn zu beschreiben, aber dies ist völlig ausreichend, um eindeutig zu behaupten, dass es solche Veränderungen gibt. Daher müssen sie bei der Planung langer Raumflüge und der möglichen Besiedlung des Mars berücksichtigt werden.

Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich, dass Sie sich den Bericht der Wissenschaftler und weitere Materialien dazu ansehen.

Nachwort

In dieser Arbeit wurde festgestellt, dass der Aufenthalt im Weltraum einen direkten Einfluss auf Veränderungen in der Struktur des menschlichen Gehirns und infolgedessen auf seine kognitiven Funktionen hat. Eine ähnliche Aussage konnte ohne Recherche getroffen werden, aber es musste genau festgestellt werden, welche Veränderungen stattfinden und wie genau sie sich auf Astronauten nach langen Flügen auswirken.

Tests der motorischen Fähigkeiten und Denkprozesse zeigten eine Abnahme der Geschwindigkeit und Genauigkeit ihrer Ausführung, und die MRT ermöglichte es festzustellen, welche Teile des Gehirns betroffen waren und die Ursache für solche Veränderungen der kognitiven Funktionen sind.

Es ist auch zu bedenken, dass die Studienteilnehmer ausgebildete Astronauten waren, die vor dem Flug viel Zeit für die Vorbereitung aufwenden, was sich nicht nur auf ihren physischen, sondern auch auf ihren mentalen Zustand auswirkt. Wenn Fachleute von der negativen Korrelation zwischen Kosmos und kognitiven Funktionen betroffen waren, was können wir dann über normale Menschen sagen?

Dies ist genau die Bedeutung dieser Studie. Da der Drang einer Person, den Weltraum zu erkunden und Planeten zu kolonisieren, nicht besänftigt werden kann, ist es notwendig, auf eine solch gefährliche und unvorhersehbare Besetzung so gut wie möglich vorbereitet zu sein.

Die Autoren unserer Studie halten es für notwendig, dem menschlichen Gehirn Vorrang einzuräumen, wenn wir die Weiten der Galaxie erfolgreich pflügen wollen. Ihrer Meinung nach ist es zunächst notwendig, sich auf die Untersuchung der Anpassung des Gehirns an den Weltraum zu konzentrieren und neue Methoden zu entwickeln, die diesen Prozess verbessern und beschleunigen können.

Raumfahrt ist keine leichte Aufgabe und erfordert die Berücksichtigung aller Details, aller möglichen Optionen für die Entwicklung von Ereignissen, aller Probleme und aller Lösungen. Dies sollte nicht nur die technische Komponente betreffen, denn im Zentrum all dieser Shuttles, Raketen, Satelliten, Planetenrover und anderer erstaunlicher Ausrüstung wird immer ein Mensch stehen - eine Kreatur mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen.


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie ein tolles Wochenende, Jungs! :)

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