Brains on Mars: bagaimana perjalanan ruang angkasa mempengaruhi fungsi kognitif

Siapa yang mau pergi ke Mars? Anehnya, tidak sedikit orang. Gagasan menjajah planet merah telah beredar di masyarakat selama lebih dari setahun, tetapi sejauh ini belum ada yang menanam kentang di Mars. Ada banyak alasan untuk ini. Salah satu yang utama adalah kebutuhan untuk menghitung semua aspek dari perjalanan yang begitu panjang, berbahaya dan tidak terduga, belum lagi berada di planet dengan lingkungan yang sangat tidak ramah. Insinyur terlibat dalam pesawat ruang angkasa, penjelajah planet, tempat tinggal dan pakaian antariksa untuk penjajah masa depan. Tetapi manusia adalah pusat dari semua kekayaan teknologi ini, dan memahami bagaimana tubuhnya akan terasa selama penerbangan jarak jauh dan selama hidup di planet lain adalah prioritas. Oleh karena itu, para ilmuwan dari University of South Carolina memutuskan untuk melakukan studi tentang otak, strukturnya dan semua kemungkinan perubahan kognitif yang mungkin terjadi di dalamnya, jika bepergian ke Mars. Bagaimana tepatnya otak berubah tergantung pada waktu yang dihabiskan di ruang angkasa, bagaimana hal itu memengaruhi perilaku manusia, dan adakah ketakutan bagi misi masa depan untuk menjajah Mars? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini kita pelajari dari laporan kelompok penelitian. Ayo pergi.

Dasar studi

Mars yang misterius dan misterius, yang telah berulang kali mengunjungi peran lokasi sentral karya fiksi ilmiah, sangat dekat dengan planet asal kita, Bumi, pada skala Semesta tentu saja. Jarak minimum antara planet-planet adalah 54,6, maksimum 401, dan rata-rata sekitar 225. Dan semua ini dalam jutaan kilometer. Bagi orang awam, ini adalah jarak yang luar biasa, dan bagi para pecinta ruang - berjalan kaki singkat. Namun, untuk mengatasi jarak seperti itu dengan teknologi yang tersedia bagi kita, akan dibutuhkan 150 hingga 300 hari, tergantung pada kecepatan gerakan, posisi Bumi relatif terhadap Mars dan jalur penerbangan. Bagi banyak astronot yang mengunjungi ISS, ini tidak terlalu lama, tetapi ada perbedaan antara stasiun orbital dan ruang antara planet-planet.

Studi sebelumnya tentang otak setelah menggunakan ISS telah dilakukan. Hasil dari penelitian ini adalah identifikasi perpindahan otak vertikal, akumulasi jaringan * fasih (fasih) otak di verteks (mahkota) dan perluasan ventrikel otak.

Jaringan otak fasih * - istilah ini merujuk pada daerah otak, pengangkatan yang akan menyebabkan hilangnya kemampuan linguistik, masalah sensorik, kelumpuhan parsial atau lengkap.

Para peneliti mencatat bahwa data yang diperoleh sebelumnya tentang perubahan yang terjadi dalam tubuh astronot selama dan setelah berada di orbit, meskipun diketahui para ilmuwan, masih belum sepenuhnya dipahami. Jadi, misalnya, etiologi dan signifikansi fungsional dari perubahan struktural di otak masih belum jelas. Dalam pekerjaan yang sedang kita pertimbangkan saat ini, para ilmuwan memutuskan untuk memeriksa secara lebih rinci anomali tersebut dan mencari tahu bagaimana kaitannya dengan perubahan struktural di otak sebelum / sesudah penerbangan dan karakteristik kognitif / motorik seseorang.

Selain itu, para ilmuwan memutuskan untuk menghubungkan studi tentang struktur otak astronot dan sindrom yang sudah diketahui terkait dengan perjalanan ruang angkasa. Pada 2017, ditemukan bahwa lama tinggal di ISS menyebabkan beberapa perubahan mata di sejumlah astronot: perubahan ketajaman visual, bintik-bintik "kapas" dan lipatan koroid pada retina (perubahan iskemik di retina), dan pembengkakan cakram optik. NASA memberikan perubahan-perubahan ini nama umum - SANS ( sindrom neuro-okuler terkait-spaceflight ), yaitu sindrom neuro-okular yang terkait dengan perjalanan ruang angkasa.

Para peneliti percaya bahwa perubahan di otak berhubungan langsung dengan SANS dan dapat mempengaruhi aspek lain dari pekerjaan tubuh, termasuk fungsi kognitif.

Hasil penelitian

Studi tentang otak astronot dilakukan dalam beberapa tahap, di mana masing-masing ilmuwan memperhatikan indikator tertentu. Selanjutnya, kami mempertimbangkan poin-poin dari hasil analisis dan tes.

Analisis volume berdasarkan segmen jaringan otak

Tidak ada perubahan signifikan sebelum dan setelah penerbangan dalam volume total materi abu-abu atau putih yang terdeteksi baik oleh astronot ulang-alik atau astronot dengan ISS.


Tabel 1: data tentang perubahan volume materi abu-abu dan putih pada astronot sebelum / setelah penerbangan di pesawat ulang-alik dan pada ISS.

Seperti yang diharapkan, peningkatan yang signifikan dalam total volume ventrikel ditemukan pada astronot setelah penerbangan di ISS, tetapi tidak pada astronot setelah penerbangan di pesawat ulang-alik (10,7% - ISS dan 0% - shuttle, 1A ).


Gambar No. 1

Untuk astronot ISS, persentase perubahan volume ventrikel untuk ventrikel lateral, lateral kanan, ketiga dan keempat adalah: 17,1% ± 6 7,3%, 15,2% ± 6 8,4%, 15,4% ± 6 4,9% dan 0,83% ± 6 4,57%. Nilai% ∆VV (perubahan persen dalam total volume ventrikel) bervariasi sebelum / setelah penerbangan tergantung pada durasinya ( 1B ). Menariknya, nilai% ∆VV pada astronot yang lebih muda lebih tinggi daripada di astronot yang lebih tua ( 1C ).

Penilaian perubahan lokal dalam batas otak

Mengingat fakta sebelumnya perpindahan jaringan otak karena berada di ISS, para ilmuwan menganalisis perpindahan lokal jaringan otak dalam antarmuka antara otak dan cairan serebrospinal. Astronot yang menjalani misi luar angkasa menunjukkan perubahan lokal yang signifikan dalam struktur otak (gambar di bawah).


Gambar 2: Gambar MRI dari otak astronot yang menunjukkan akumulasi jaringan otak yang fasih di wilayah verteks (warna merah) dan perpindahan jaringan lokal (warna biru).

Selama penelitian, crowding dari jaringan otak parenkim di mahkota diamati, yang disertai dengan crowding motor, premotor dan daerah sensorimotor primer. Itu juga mengungkapkan pergeseran jaringan otak di sepanjang tepi ventrikel, yang konsisten dengan pengamatan sebelumnya tentang pembesaran ventrikel.

Parenchyma * - jaringan otak fungsional, terdiri dari neuron dan neuroglia. Cedera pada bagian otak ini dapat menyebabkan gangguan kognitif dan bahkan kematian.

Pada saat yang sama, para astronot yang mengalami penerbangan luar angkasa jangka pendek (shuttle) tidak menunjukkan penyimpangan.

Hubungan antara perubahan struktural otak dan keterampilan motorik

Tabel 2: hasil tes untuk keterampilan motor astronot sebelum / sesudah penerbangan ulang-alik dan sebelum / setelah berada di ISS.

Tes motilitas menunjukkan bahwa perubahan struktural lokal pada nukleus berekor kiri menyebabkan penurunan kontrol postural * ( 3A ).

Refleks postural * - serangkaian reaksi dan refleks yang memastikan pelestarian posisi tubuh tertentu atau bagian tubuh di luar angkasa.

Gambar No. 3: Perubahan lokal pada parenkim otak mempengaruhi hasil tes motorik.

Tes untuk mengembalikan posisi tubuh setelah jatuh dan mempertahankan posisi diam juga menunjukkan efek pada perubahan motorik lokal di parenkim otak ( 3B ).

Waktu yang dihabiskan oleh astronot pada tes "berjalan" dan "jongkok" ( 3C ) lebih dari normal, yang menunjukkan pengaruh perubahan lokal di korteks cingulate, yang memainkan peran penting dalam pelaksanaan fungsi eksekutif.

Meringkas hasil antara, perubahan dalam otak yang disebabkan oleh tinggal lama di ISS (dalam konteks penelitian) secara langsung mempengaruhi kemampuan seseorang untuk melakukan tugas-tugas tertentu yang berkaitan dengan motilitas. Penyimpangan-penyimpangan ini tidak bisa disebut kritis atau memengaruhi secara negatif tugas-tugas sehari-hari atau profesional, tetapi fakta kehadiran mereka menunjukkan perlunya studi lebih lanjut tentang aspek otak manusia ini.

Para ilmuwan juga memutuskan untuk menguji hubungan antara nilai% ∆VV dan hasil tes motorik (tabel di bawah).


Tabel 3: Korelasi antara perubahan persentase dalam volume ventrikel total dan perubahan persentase dalam hasil pengujian motilitas 8 astronot (7 orang - ISS dan 1 - pesawat ulang-alik).

Korelasi yang signifikan ditemukan dalam tes untuk mengembalikan posisi tubuh setelah jatuh dan mempertahankan posisi tetap. Ini menunjukkan bahwa subjek dengan peningkatan% ∆VV yang lebih besar mengalami kesulitan dengan kontrol postural karena spaceflight.

Hubungan antara perubahan struktural otak dan fungsi kognitif

Semua subjek sebelum penelitian lulus uji WinSCAT ( Windows Spaceflight Neuro-Cognitive Assessment Tool ) standar untuk semua astronot, yang mengevaluasi fungsi neurokognitif.


Cuplikan layar WinSCAT versi sebelumnya (ditemukan di sini ).

Program ini terdiri dari berbagai pertanyaan dan tugas (logika, matematika, dll.).

Namun, hasil WinSCAT tidak menunjukkan korelasi dengan durasi penerbangan. Karena itu, seperti yang dikatakan para ilmuwan, program ini tidak dapat diperhitungkan dalam studi ini.


Tabel No. 4: statistik uji astronot WinSCAT sebelum dan sesudah penerbangan ke ISS.

Setelah penerbangan, astronot menunjukkan penurunan yang signifikan dalam akurasi melakukan tes CDS (urutan kode) dan tes pelatihan. Namun, peningkatan dicatat dalam kecepatan tes CDS dan tes hemat-perhatian.

Selanjutnya, para ilmuwan memutuskan untuk memeriksa volume otak dan fungsi kognitif, serta hubungan di antara mereka. Selama penelitian ini, 3 situs materi putih diidentifikasi yang berhubungan dengan perubahan waktu respon terhadap CPT (tugas kognitif).


Gambar 4: Deformasi lokal parenkim otak yang terkait dengan keberhasilan tes kinerja berkelanjutan.

Gambar otak astronot setelah penerbangan, di mana waktu reaksi terhadap uji mengalami pengurangan minimal, menunjukkan adanya perubahan struktural di tiga wilayah materi putih, yaitu, perubahan volume.

Volume ventrikel, seperti halnya uji untuk penguraian decoding urutan yang dikodekan, juga memiliki korelasi negatif dengan keberhasilan tes kinerja berkelanjutan. Astronot yang volume ventrikelnya meningkat setelah penerbangan menunjukkan penurunan keakuratan dan kecepatan tes.

Dari 12 astronot yang sebelumnya telah berada di ISS untuk waktu yang lama, ada empat yang memiliki tanda-tanda SANS: tiga memiliki lipatan koroid pada retina, dan yang keempat, melalui tusukan lumbar, mengungkapkan peningkatan tekanan intrakranial dan pembengkakan cakram optik.

Anehnya, keempat astronot dengan SANS memiliki perubahan signifikan lebih sedikit dalam volume ventrikel otak daripada delapan tanpa SANS: 12,8% berbanding 6,5%. Namun, para ilmuwan tidak siap untuk menganggap pengamatan ini seratus persen benar dan representatif sehubungan dengan semua astronot yang telah mengalami penerbangan luar angkasa panjang, karena jumlah subjek dalam penelitian ini terlalu kecil. Tetapi di masa depan pengamatan yang tidak biasa ini akan menerima studi yang lebih rinci.

Jika Anda mengumpulkan hasil semua tes dan MRI, maka gambaran pasti muncul hubungan antara perjalanan ruang angkasa dan perubahan struktural di otak.

Pertama, ini adalah korelasi sementara - perubahan di otak menjadi lebih jelas dengan peningkatan waktu yang dihabiskan di luar angkasa. Kedua, usia - efek perjalanan ruang angkasa yang panjang lebih terasa di kalangan astronot muda. Ketiga, kognitif - semua menemukan perubahan di otak dalam satu atau lain cara mempengaruhi fungsi kognitif astronot, kualitas implementasi yang menurun setelah penerbangan.

Penelitian ini melibatkan 19 astronot: 6 pria dan 1 wanita (usia rata-rata 46,7 ± 2,1 tahun) yang menerbangkan pesawat ulang-alik (14,7 ± 1,6 hari), serta 10 pria dan 2 wanita (usia rata-rata 47,5 ± 4,8 tahun) yang tinggal pada ISS (162,7 ± 21,8 hari). Di satu sisi, sejumlah subjek seperti itu mungkin tidak cukup untuk menggambarkan semua aspek pengaruh ruang pada perubahan di otak manusia, tetapi ini cukup untuk secara tegas menyatakan bahwa ada perubahan tersebut. Karena itu, mereka harus diperhitungkan ketika merencanakan penerbangan jarak jauh dan kemungkinan kolonisasi Mars.

Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan dan bahan tambahan untuk itu.

Epilog

Dalam karya ini, ditemukan bahwa tinggal di ruang memiliki efek langsung pada perubahan struktur otak manusia dan, sebagai akibatnya, pada fungsi kognitifnya. Pernyataan serupa dapat dibuat tanpa melakukan penelitian, tetapi itu perlu untuk menetapkan perubahan apa yang sedang terjadi dan bagaimana tepatnya mereka mempengaruhi astronot setelah penerbangan panjang.

Tes keterampilan motorik dan proses berpikir menunjukkan penurunan kecepatan dan ketepatan pelaksanaannya, dan MRI memungkinkan untuk menentukan bagian otak mana yang terpengaruh dan merupakan sumber perubahan fungsi kognitif tersebut.

Perlu juga dipertimbangkan bahwa para peserta dalam penelitian ini adalah para astronot terlatih, yang menghabiskan banyak waktu dalam persiapan sebelum penerbangan, tidak hanya mempengaruhi fisik mereka, tetapi juga kondisi mental mereka. Jika para profesional dipengaruhi oleh korelasi negatif antara kosmos dan fungsi kognitif, lalu apa yang bisa kita katakan tentang orang biasa.

Inilah pentingnya penelitian ini. Karena keinginan seseorang untuk menjelajahi ruang angkasa dan menjajah planet tidak dapat ditenangkan, maka perlu dipersiapkan sebaik mungkin untuk tugas yang berbahaya dan tidak dapat diprediksi tersebut.

Para penulis penelitian kami menganggap bahwa perlu memberikan prioritas pada otak manusia jika kita ingin berhasil membajak hamparan galaksi. Pertama-tama, menurut pendapat mereka, perlu untuk fokus pada studi adaptasi otak ke ruang angkasa dan untuk mengembangkan metode baru yang dapat meningkatkan dan mempercepat proses ini.

Perjalanan ruang angkasa bukanlah tugas yang mudah dan membutuhkan mempertimbangkan semua detail, semua opsi yang memungkinkan untuk pengembangan acara, semua masalah dan semua solusi. Ini tidak hanya menyangkut komponen teknis, karena di tengah semua angkutan, roket, satelit, penjelajah planet, dan peralatan luar biasa lainnya akan selalu ada manusia - makhluk dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri.


Terima kasih atas perhatian Anda, tetap penasaran dan selamat berakhir pekan, semuanya! :)

Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman Anda, cloud VPS untuk pengembang mulai dari $ 4,99 , diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami ciptakan untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Core) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana cara berbagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?