«Футурама», 1999-2013
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.
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.
На Земле восприятие пространства и положения тела регулирует вестибулярный аппарат — система мешочков и полукружных каналов во внутреннем ухе. Но в невесомости он работает со сбоями, так как для его работы необходима сила тяжести. Поэтому космонавты нередко испытывают головокружение и дезориентацию до тех пор, пока их тело не привыкнет к необычным условиям.
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.
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.
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.
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.
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