Die Gehirne von Astronauten werden während Weltraummissionen „neu verdrahtet“.

Eine neue Studie wurde in veröffentlicht Grenzen in neuronalen Schaltkreisen Er analysiert als Erster Die strukturelle Konnektivität, die im Gehirn auftritt, ändert sich nach einem langen Raumflug. Die Ergebnisse zeigen signifikante Veränderungen in der Mikrostruktur in vielen Bahnen der weißen Substanz, wie den sensorischen Bahnen. Die Studie könnte die Grundlage für die zukünftige Erforschung der gesamten Bandbreite von Gehirnveränderungen während der Erforschung des menschlichen Weltraums bilden.

Unser Gehirn kann sich im Laufe unseres Lebens in Struktur und Funktion verändern und anpassen. Da die Erforschung des Weltraums durch den Menschen neue Höhen erreicht, ist es von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen der Raumfahrt auf das menschliche Gehirn zu verstehen. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Raumfahrt das Aussehen und die Funktion eines erwachsenen Gehirns verändern kann.

Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts zwischen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und Roscosmos hat ein Team internationaler Forscher unter der Leitung von Dr. Floris Wittes von der Universität Antwerpen die Gehirne von Menschen untersucht, die im Weltraum reisen.

Wuyts und Kollegen haben zum ersten Mal strukturelle Veränderungen im Gehirn nach einem Weltraumflug auf der Ebene der Bahnen der weißen Substanz tief im Gehirn untersucht.

Weiße Substanz bezieht sich auf die Teile des Gehirns, die für die Kommunikation zwischen grauer Substanz und dem Körper und zwischen verschiedenen Regionen der grauen Substanz verantwortlich sind. Kurz gesagt, die weiße Substanz ist der Kommunikationskanal des Gehirns und die graue Substanz der Ort, an dem Informationen verarbeitet werden.

das gebildete Gehirn

Um die Gehirnstruktur und -funktion nach dem Weltraumflug zu untersuchen, verwendeten die Forscher eine Bildgebungstechnologie für das Gehirn, die als Faseroptik bezeichnet wird.

Die Abbildung des Trakts mit Fasern ergibt eine Art Schaltplan des Gehirns. Unsere Studie ist die erste, die diese spezifische Methode verwendet, um Veränderungen in der Gehirnstruktur nach einem Weltraumflug zu erkennen, erklärte Yates.

Wuyts und sein Team erstellten kurz vor und nach ihren Raumflügen dMRI-Scans (Propagation Magnetic Resonance Imaging) von 12 männlichen Astronauten. Sie sammelten auch acht Folgescans, sieben Monate nach Beginn des Raumflugs. Die Astronauten nahmen alle an Langzeitmissionen mit einer durchschnittlichen Dauer von 172 Tagen teil.

Forscher haben Beweise für das Konzept eines „erlernten Gehirns“ gefunden. Mit anderen Worten, das Niveau der Neuroplastizität muss sich an die Raumfahrt anpassen. „Wir fanden Veränderungen in den neuronalen Verbindungen zwischen mehreren motorischen Bereichen im Gehirn“, sagte der Erstautor Andrei Doroshin von der Drexel University. „Motorareale sind die Zentren des Gehirns, in denen Bewegungsbefehle initiiert werden. Im Zustand der Schwerelosigkeit muss der Astronaut seine Bewegungsstrategien im Vergleich zur Erde radikal anpassen. Unsere Studie zeigt, dass ihr Gehirn sozusagen neu verdrahtet wird.“

Nachuntersuchungen ergaben, dass diese Veränderungen sieben Monate nach der Rückkehr zur Erde noch sichtbar waren.

„Aus früheren Studien wissen wir, dass diese motorischen Regionen nach dem Weltraumflug Anzeichen einer Anpassung zeigen. Jetzt haben wir den ersten Hinweis darauf, dass sich dies auch auf der Ebene der Verbindungen zwischen diesen Regionen widerspiegelt“, so Wuyts weiter.

Die Autoren fanden auch eine Erklärung für die nach dem Weltraumflug beobachteten anatomischen Gehirnverschiebungen.

„Anfangs dachten wir, wir hätten Veränderungen in festgestellt Corpus callosumdie die zentrale Autobahn ist, die die beiden Gehirnhälften verbindet“, erklärte Wyatt Corpus callosum Sie grenzen an die Ventrikel des Gehirns, ein zusammenhängendes Netzwerk flüssigkeitsgefüllter Kammern, die sich durch die Raumfahrt ausdehnen.

„Die strukturellen Veränderungen, die wir zunächst vorgefunden haben Corpus callosum Es wird tatsächlich durch die Erweiterung der Ventrikel verursacht, die anatomische Verschiebungen des benachbarten Nervengewebes verursacht“, sagte Wuyts. „Während man ursprünglich dachte, dass es echte strukturelle Veränderungen im Gehirn gibt, bemerken wir nur Formänderungen. Dadurch werden die Ergebnisse in eine andere Perspektive gerückt. „

Die Zukunft der Raumfahrtforschung

Die Studie zeigt die Notwendigkeit zu verstehen, wie sich die Raumfahrt auf unseren Körper auswirkt, insbesondere durch langfristige Forschung zu den Auswirkungen auf das menschliche Gehirn. Es gibt derzeit Gegenmaßnahmen für Muskel- und Knochenschwund, wie z. B. mindestens zwei Stunden Sport am Tag. Zukünftige Forschungen könnten Hinweise darauf liefern, dass Gegenmaßnahmen für das Gehirn notwendig sind.

„Diese Ergebnisse liefern uns zusätzliche Teile des gesamten Puzzles. Da diese Forschung so bahnbrechend ist, wissen wir noch nicht, wie das gesamte Puzzle aussehen wird. Diese Ergebnisse tragen zu unserem Gesamtverständnis dessen bei, was in den Gehirnen vor sich geht Es ist wichtig, diese Forschungsrichtung beizubehalten, indem man nach Gehirnveränderungen sucht, die durch die Raumfahrt aus verschiedenen Perspektiven und unter Verwendung verschiedener Techniken verursacht werden.

Referenz: „Änderungen der Gehirnkonnektivität bei Raumfahrern nach einem Langzeit-Raumflug“ von Andrei Doroshin, Stephen Gillings, Ben Goresin, Elena Tomilovskaya, Ekaterina Pechenkova, Inna Nosikova, Alina Rumchiskaya, Lyudmila Litvinova, Ilya Rukavishnikov, Chloe Kathuen und Jan Siberis. Viktor Petrovichev, Angelique van Ombergen, Jitka Anen, Stefan Sonnaert, Paul M. Parzel, Valentin Sinitsyn, Peter zu Jullenberg, Karol Osipovich und Floris L. Yates, 18. Februar 2022, Grenzen in neuronalen Schaltkreisen.
DOI: 10.3389 / fncir.2022.815838