Хабрахабр

Мозги на Марсе: как космические перелеты влияют на когнитивные функции

На удивление, не так и мало людей. Кто хочет на Марс? Причин тому много. Идея колонизировать красную планету циркулирует в обществе уже не первый год, но пока что картошку на Марсе никто не выращивает. Инженеры занимаются космическими кораблями, планетоходами, жилищами и скафандрами для будущих колонистов. Одной из основных является необходимость просчитать все аспекты столь длительного, опасного и непредсказуемого путешествия, не говоря уже о пребывании на планете с весьма недружелюбной средой. Посему ученые из университета Южной Каролины решили провести исследование мозга, его структуры и всех вероятных когнитивных изменений, которые могут в нем протекать, в случае путешествия на Марс. Но в центре всего этого технологического богатства стоит человек, и понимание того, как его организм будет себя чувствовать во время длительных космических перелетов и во время жизни на другой планете, является приоритетной задачей. Ответы на эти вопросы мы узнаем из доклада исследовательской группы. Как именно меняется мозг в зависимости от времени пребывания в космосе, как это влияет на поведение человека и стоит ли опасаться за будущее миссии по колонизации Марса? Поехали.

Основа исследования

Минимальное расстояние между планетами составляет 54. Загадочный и таинственный Марс, неоднократно побывавший в роли центральной локации научно-фантастических произведений, находится очень близко к нашей родной планете Земля, в масштабах Вселенной конечно. И все это в миллионах километров. 6, максимальное — 401, а среднее — около 225. Однако, для преодоления подобных расстояний с имеющимися у нас технологиями потребуется от 150 до 300 дней, в зависимости от скорости движения, положения Земли относительно Марса и траектории полета. Для обывателей это колоссальное расстояние, а для знатоков Космоса — короткая прогулка. Для многих космонавтов, побывавших на МКС, это не так и долго, однако между орбитальной станцией и пространством между планетами есть разница.

Результатом этих исследований было выявление вертикального смещения мозга, скопления красноречивых (Eloquent) тканей* мозга в области вертекса (макушки) и расширение желудочков головного мозга. Ранее исследования мозга после пребывания на МКС уже проводились.

Красноречивая ткань мозга* — данный термин обозначает область мозга, удаление которой приведет к потере лингвистических способностей, сенсорным проблемам, частичному или полному параличу.

Исследователи отмечают, что полученные ранее данные об изменениях, протекающих в теле астронавтов во время и после пребывания на орбите, хоть и известны ученым, однако до конца не изучены. Так, к примеру, пока остается неясной этиология и функциональная значимость структурных изменений мозга. В рассматриваемом нами сегодня труде, ученые решили детальнее рассмотреть такие аномалии и выяснить, насколько связаны между собой структурные изменения мозга до/после полета и когнитивные/моторные характеристики человека.

В 2017 году было установлено, что длительное пребывание на МКС вызвало у ряда астронавтов определенные офтальмологические изменения: изменение остроты зрения, «ватные» пятна и хориоидальные складки на сетчатке (ишемические изменения сетчатки), отек диска зрительного нерва. Кроме того, ученые решили связать изучение структуры мозга астронавтов и уже известного синдрома, связанного с космическими полетами. нейро-глазной синдром, связанный с космическими полетами. NASA дала этим изменениям общее название — SANS (spaceflight-associated neuro-ocular syndrome), т.е.

Исследователи считают, что изменения в головном мозге напрямую связаны с SANS и могут влиять на другие аспекты работы организма, в том числе и на когнитивные функции.

Результаты исследования

Изучение мозга астронавтов проводилось в несколько этапов, во время каждого из которых ученые уделяли внимание определенному показателю. Далее мы рассмотрим по пунктам результаты проведенных анализов и тестов.

Анализ объема по сегментам тканей головного мозга

Никаких существенных изменений до и после полета в общем объеме серого или белого вещества не было выявлено ни у космонавтов шаттла, ни у космонавтов с МКС.


Таблица №1: данные касательно изменений объема серого и белого вещества у космонавтов до/после полета на шаттле и на МКС.

7% — МКС и 0% — шаттл, ). Как и ожидалось, было обнаружено значительное увеличение общего объема желудочков у астронавтов после полета на МКС, но не у астронавтов после полета на шаттле (10.


Изображение №1

1% ± 6 7. Для астронавтов МКС процентное изменение объема желудочка для левого латерального, правого латерального, третьего и четвертого желудочков составило: 17. 2% ± 6 8. 3%, 15. 4% ± 6 4. 4%, 15. 83% ± 6 4. 9% и 0. Значение %∆VV (процентное изменение общего желудочкового объема) варьировалось до/после полета в зависимости от его продолжительности (1B). 57%, соответственно. Любопытно, что значение %∆VV у более молодых астронавтов было выше, чем у старших ().

Оценка локальных изменений границ мозга

Учитывая ранее установленный факт смещения тканей головного мозга ввиду пребывания на МКС, ученые провели анализ локального смещения тканей мозга в участке интерфейса между мозгом и спинномозговой жидкостью. У космонавтов, которые подвергались длительным космическим полетам, были отмечены значительные локальные изменения в структуре мозга (снимок ниже).


Изображение №2: МРТ снимок мозга астронавта, показывающий наличие скопления красноречивых тканей мозга в области вертекса (красный цвет) и локального смещения тканей (синий цвет).

Также было выявлено смещение тканей мозга вдоль краев желудочка, что соответствует предыдущим наблюдениям касательно увеличения желудочков. Во время исследования наблюдалась скученность паренхимальных* тканей головного мозга в макушке, которая сопровождалась скученностью моторных, премоторных и первичных сенсомоторных областей.

Травмы данного участка мозга могут привести к когнитивным расстройствам и даже к смерти. Паренхима* — функциональная ткань мозга, состоящая из нейронов и нейроглий.

В то же время, у астронавтов, которые испытали кратковременные космические полеты (шаттл) никаких отклонений не было выявлено.

Связь между структурными изменениями мозга и моторикой


Таблица №2: результаты тестов на моторику астронавтов до/после полетов на шаттле и до/после пребывания на МКС.

Тесты моторики показали, что локальные структурные изменения левого хвостатого ядра все же привели к снижению постурального* контроля ().

Постуральный рефлекс* — совокупность реакций и рефлексов, обеспечивающих сохранение определенного положения тела или части тела в пространстве.


Изображение №3: локальные изменения паренхимы головного мозга, влияющие на результаты тестов на моторику.

Тесты на восстановление положения тела после падения и на сохранение неподвижного положения также показали влияние на моторику со стороны локальных изменений паренхимы головного мозга ().

Время, затраченное астронавтами на выполнение тестов «ходьба» и «приседание» (), было больше нормы, что говорит о влиянии локальных изменений в поясной коре мозга, играющей важную роль в реализации исполнительных функций.

Данные отклонения нельзя назвать критическими или негативно влияющими на повседневные или профессиональные задачи, однако сам факт их наличия говорит о необходимости дальнейшего изучения данного аспекта работы мозга человека. Подводя промежуточный итог, изменения в головном мозге, вызванные длительным пребыванием на МКС (в контексте исследования) напрямую влияют на способность человека выполнять те или иные задачи, связанные с моторикой.

Ученые также решили проверить связь между значениями %∆VV и результатами моторных тестов (таблица ниже).


Таблица №3: корреляция между процентным изменением общего объема желудочка и процентным изменением в результатах тестирования моторики 8 астронавтов (7 человек — МКС и 1 — шаттл).

Это говорит о том, что подопытные с более значительным увеличением %∆VV ввиду космических полетов испытывали трудности с постуральным контролем. Значительная корреляция была выявлена в тестах на восстановление положения тела после падения и на сохранение неподвижного положения.

Связь между структурными изменениями мозга и когнитивными функциями

Все испытуемые до проведения исследования проходили стандартное для всех астронавтов тестирование WinSCAT (Windows Spaceflight Neuro-Cognitive Assessment Tool), оценивающее нейрокогнитивные функции.


Скриншот ранней версии программы WinSCAT (найден тут).

Данная программа состоит из различных вопросов и задач (логика, математика и т.д.).

Потому, как заявляют ученые, эту программу нельзя учитывать в данном исследовании. Однако результаты WinSCAT не показывают никакой корреляции с продолжительностью полета.


Таблица №4: статистика тестов WinSCAT астронавтов до и после полетов на МКС.

Однако при этом было замечено улучшение скорости выполнения теста CDS и теста на сохранение внимания. После полета астронавты продемонстрировали значительное снижение точности выполнения тестов на CDS (закодированные последовательности) и тестов на обучение.

Во время данного исследования было установлено 3 участка белого вещества, которые связаны с изменением времени реакции на CPT (когнитивные задачи). Далее ученые решили проверить объем мозга и когнитивные функции, а также связь между ними.


Изображение №4: локальная деформация паренхимы головного мозга, связанная с успешностью выполнения теста непрерывной производительности.

Снимки мозга астронавтов после полета, у которых время реакции на тест подверглось минимальному сокращению, показали наличие структурных изменений трех областей белого вещества, а именно изменение объема.

Астронавты, чьи желудочки увеличились в объеме после полета, демонстрировали снижение точности и скорости выполнения тестов. Объем желудочков, как и в случае с тестом на расшифровку закодированных последовательностей, также обладал негативной корреляцией с успешностью тестов непрерывной производительности.

Из 12 астронавтов, ранее пребывавших на МКС длительное время, было четверо, у которых были признаки SANS: у троих были хориоидальные складки на сетчатке, а у четвертого посредством люмбальной пункции было выявлено повышенное внутричерепное давление и отек диска зрительного нерва.

Однако ученые не готовы считать эти наблюдения на сто процентов верными и репрезентативными по отношению ко всем астронавтам, испытавших длительные космические полеты, так как число испытуемых в исследовании слишком мало. Любопытно, что у четверки астронавтов с SANS изменения объема желудочков мозга было значительно меньше, чем у восьмерых без SANS: 12,8% против 6,5%. Но в дальнейшем это необычное наблюдение получит более детальное изучение.

Если собрать воедино результаты всех тестов и МРТ, то вырисовывается определенная картина связи между космическими полетами и структурными изменениями мозга.

Во-вторых, возрастная — влияние длительных космических путешествий более выражено у молодых астронавтов. Во-первых, это временная корреляция — изменения в мозге становятся более выраженными с увеличением времени пребывания в космосе. В-третьих, когнитивная — все найденные изменения в мозге так или иначе влияли на когнитивные функции астронавтов, качество реализации которых снижалось после полетов.

7 ± 2. В исследовании принимали участие 19 астронавтов: 6 мужчин и 1 женщина (средний возраст 46. 7 ± 1. 1 лет), которые летали на шаттле (14. 5 ± 4. 6 дней), а также 10 мужчин и 2 женщины (средний возраст 47. 7 ± 21. 8 лет), которые пребывали на МКС (162. С одной стороны, такого числа испытуемых может быть недостаточно для описания всех аспектов влияния космоса на изменения в мозге человека, но этого вполне достаточно, чтобы однозначно утверждать, что подобного рода изменения есть. 8 дней). Следовательно, их необходимо учитывать при планировании длительных космических перелетов и возможной колонизации Марса.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В данном труде было установлено, что пребывание в космосе имеет непосредственное влияние на изменения в структуре мозга человека и, как следствие, на его когнитивные функции. Подобное утверждение можно было высказать и без проведения исследования, однако необходимо было установить какие именно изменения имеют место быть и как именно они влияют на астронавтов после длительных полетов.

Тесты моторики и мыслительных процессов показали снижение скорости и точности их выполнения, а МРТ дало возможность определить какие именно участки мозга были затронуты и являются источником подобных изменений когнитивных функций.

Если профессионалы были затронуты отрицательной корреляцией между космосом и когнитивными функциями, то что можно говорить о простых обывателях. Стоит также учесть, что участниками исследования были тренированные астронавты, которые перед полетами проводят уйму времени в подготовке, затрагивающей не только их физическое, но и ментальное состояние.

Раз уж рвение человека исследовать космос и колонизировать планеты нельзя унять, то необходимо быть максимально готовым к столь опасному и непредсказуемому занятию. Именно в этом и заключается важность данного исследования.

Прежде всего, по их мнению, нужно сосредоточиться на изучении адаптации мозга к космосу и разрабатывать новые методики, которые могут этот процесс усовершенствовать и ускорить. Авторы рассмотренного нами исследования считают, что необходимо уделить приоритетное внимание именно мозгу человека, если мы хотим успешно бороздить просторы галактики.

Это должно касаться не только технической составляющей, ибо в центре всех этих шаттлов, ракет, спутников, планетоходов и прочего удивительного оборудования всегда будет человек — существо со своими преимуществами и недостатками. Космические путешествия — дело непростое и требует учета всех деталей, всех возможных вариантов развития событий, всех проблем и всех путей решения.

Пятничный офф-топ:

Как простыми словами доказать, что Земля не плоская (да, в 2019 году все еще приходится доказывать очевидное).

Небольшой репортаж, в котором журналисты беседовали с теми, кто верит в плоскую Землю.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂

Вам нравятся наши статьи? Спасибо, что остаётесь с нами. Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4. Хотите видеть больше интересных материалов? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4). 99, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер?

6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2. 2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. Dell R420 — 2x E5-2430 2. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть