Мозг в космосе

В то время как Роскосмос обсуждает возможные пилотируемые полеты на Марс, NASA планирует организацию туристических полетов на МКС, а SpaceX тестирует прототип марсианского корабля Starship, ученые всерьез обеспокоены безопасностью длительного пребывания в космосе. И если влияние невесомости на кости, мышцы и вестибулярный аппарат уже хорошо известно, как меняется мозг космонавтов пока не изучено до конца. IQ.HSE собрал самые свежие исследования об этом.

Отсутствие гравитации меняет нейронные связи

Во время полетов космонавты постоянно пребывают в невесомости, которая ухудшает их здоровье и перестраивает организм. Жизнь на колонизированных планетах и спутниках, к которой с большой вероятностью человечество все-таки придет в будущем — довольно небезопасно для нашего организма. Последние исследования с использованием современных методов нейровизуализации доказывают, что космические путешествия не проходят бесследно и для мозга.

Большая международная команда ученых, среди которых были исследователи из ВШЭ, МГУ, Центра подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина и Института медико-биологических проблем РАН впервые изучила изменения связей между различными областями мозга космонавтов, используя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ). Оказалось, что адаптация к условиям невесомости и изменения двигательной активности перестраивают нейронные связи.

Ученые сделали фМРТ головного мозга одиннадцати космонавтам до и после полета, который длился в среднем шесть месяцев. Затем они сравнили данные томографии космонавтов с результатами добровольцев, которые не покидали Землю. Исследователей интересовали изменения в связях между зонами мозга, отвечающими за сенсомоторные функции — движение и восприятие положения тела. Для активизации этих зон использовалась стимуляция подошвы стоп, имитирующая походку.

Выяснилось, что у космонавтов перестраиваются связи мозга, отвечающие за восприятие и движение. Чтобы компенсировать недостаток информации от органа равновесия, развивается вспомогательная система соматосенсорного контроля: мозг чаще обращается к зрительным и тактильным системам, чем к вестибулярному аппарату. Поэтому усиливаются нейронные пути, координирующие их работу. Так, фМРТ показало увеличение связи островковых долей с другими отделами. Островковые доли отвечают за интеграцию ощущений, поступающих из разных систем.

Что же касается связей мозжечка и вестибулярных ядер с полушариями, — в условиях земного притяжения эти структуры обеспечивают обработку ощущений, поступающих из вестибулярного аппарата. Ученые предполагают, что в космосе мозг тормозит активность этой системы, так как от нее поступает противоречивая информация об окружающем мире.

Это не первая попытка изучить влияние невесомости на мозг с помощью нейровизуализации. Более ранние исследования посвящены рискам для здоровья, с которыми сталкиваются космонавты.

Мозг смещается

Исследователи Медицинского университета Южной Каролины обнаружили, что в невесомости полушария начинают подниматься вверх к своду черепа. Из-за этого смещения в зоне макушки уплотняются ткани, покрывающие череп изнутри.

Ученые предполагают, что такое смещение может сжимать мозговые вены и тем самым вызвать повышение внутричерепного давления. В свою очередь, из-за повышенного давления отекает головка зрительного нерва — зона выхода нервных волокон к сетчатке глаза, что приводит к нарушениям зрения.

Увеличивается объем спинномозговой жидкости

Спинномозговая жидкость окружает головной и спинной мозг, предохраняя нервную систему от травм и обеспечивая ее необходимыми веществами. Нормальная циркуляция жидкости нарушается под влиянием невесомости. Изменяется и размер желудочков — основных пространств мозга, содержащих эту жидкость.

Так в одном из исследований для имитации условий невесомости ученые попросили добровольцев соблюдать постельный режим в течение 11–14 дней. Изменения в размере желудочков испытуемых варьировались от 10%-ного увеличения до 20%-ного уменьшения — похожую реакцию наблюдали и у космонавтов после полета.

Накопление жидкости внутри черепа может быть еще одной причиной ухудшения зрения. Две трети космонавтов страдают от затуманенного зрения, и это нарушение может сохраняться и после возвращения на Землю.

Серое и белое вещество уменьшаются

Ранее российско-бельгийская команда ученых выяснила, что у космонавтов снижается объем серого и белого вещества головного мозга в областях, которые контролируют движение и обрабатывают сенсорную информацию. Максимальное уменьшение составляло 3,3% в правой средней височной извилине.

Тем не менее, через семь месяцев после полета объем мозговой ткани восстановился почти полностью. Причины этого уменьшения и его влияние на когнитивные способности пока не ясны.

Искусственное притяжение

И хотя организм космонавтов восстанавливается после возвращения на Землю, неизвестно, как на постоянное пребывание человека в условиях микрогравитации может воздействовать на мозг. Космонавты проводят на орбите несколько месяцев, а миссии по колонизации будут длиться годы.

Исследователи полагают, что избежать рисков для здоровья можно, создавая на космических станциях искусственное притяжение, аналогичное земному.
IQ