В рамках международного проекта при участии Роскосмоса и Европейского космического агентства ученые впервые проанализировали данные, полученные с помощью диффузионной магнитно-резонансной томографии с трактографией головного мозга космонавтов. Исследователи увидели существенные изменения в связях между различными отделами головного мозга, причем некоторые изменения сохранялись даже спустя 7 месяцев после возвращения на Землю. Статья опубликована в журнале Frontiers in Neural Circuits.
Пребывание на орбите — большое испытание для организма человека. Отсутствие земной гравитации приводит к сбоям в работе вестибулярного аппарата, заставляет иначе работать мышцы, влияет на зрение и другие органы восприятия. Однако о том, как меняется мозг человека под воздействием невесомости, известно довольно мало. При этом космическая отрасль развивается такими темпами, что миссии на Марс могут стать реальностью уже очень скоро, а это значит, что космонавты должны будут проводить в полетах еще больше времени, возможно, несколько лет. Ученые стремятся получить более полную картину влияния невесомости на организм человека, что в дальнейшем поможет найти способы обезопасить здоровье космонавтов.
В своем недавнем исследовании ученые из России, Бельгии, Германии, США и Австралии проанализировали изменения в проводящих путях (трактах) белого вещества головного мозга космонавтов. Белое вещество представляет собой пучки нервных волокон, которые соединяют участки серого вещества, состоящего из клеточных тел нейронов. Серое вещество — это процессор, место обработки информации, а белое вещество — проводник, канал коммуникации, по которому сигналы передаются между различными зонами мозга, а также от мозга к телу.
Чтобы увидеть изменения в трактах белого вещества, участникам сделали диффузионную магнитно-резонансную томографию головного мозга (дМРТ), а для анализа данных применялась техника дифференциальной трактографии. Метод дМРТ лишь недавно стал использоваться среди космонавтов, а трактография головного мозга им была сделана впервые. Метод уникален тем, что позволяет получить точное трехмерное изображение трактов, изучить их на микроструктурном уровне. Кроме того, диффузионная МРТ чувствительна к изменениям циркуляции внеклеточной воды в белом веществе. Это важно, поскольку предыдущие исследования мозга показали, что в космосе жидкость внутри черепа перераспределяется.
Ученым было интересно проследить динамику изменений в мозге космонавтов. Поэтому участники прошли томографию до полета, через 10 дней после полета и спустя 7 месяцев после возвращения на Землю. Всего в проекте приняли участие 12 российских космонавтов, которые провели на МКС в среднем 172 дня.
В результате ученые обнаружили множественные изменения в трактах белого вещества мозга, связанных с сенсомоторными, зрительными и речевыми функциями. Ранее исследователи уже отмечали изменения, например, в моторных зонах коры головного мозга, но то, что изменения происходят и на более глубинном уровне, в самих связях между участками мозга, было продемонстрировано впервые.
Такая способность мозга меняться и перестраивать свои связи под воздействием опыта называется нейропластичностью. Благодаря этому человек способен хотя бы частично адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды. Правда, пока нет достоверных данных о том, как эти изменения влияют на здоровье и когнитивные способности человека.
С другой стороны, авторы исследования отмечают, что изменения в мозге объясняются не только нейропластичностью. Часть трактов перестраивается из-за изменений формы некоторых отделов мозга и перераспределения жидкости внутри черепа под воздействием невесомости. Например, мозолистое тело — главная нервная магистраль, соединяющая два полушария мозга, — изменяется под давлением соседствующих с ним желудочков. Это полости в мозге, наполненные жидкостью, которые в космосе расширяются.
Интересно, что при повторной томографии через 7 месяцев после полета часть изменений в мозге космонавтов все еще сохранялась.
Екатерина Печенкова:
«Наше исследование — один из важных шагов к пониманию того, что происходит с мозгом в космосе. Многое нам еще предстоит узнать: какова природа наблюдаемых изменений — какие из них обусловлены нейропластичностью, а какие перераспределением жидкости и связанными с ним анатомическими изменениями мозга в полете. Какова их динамика — почему одни быстро исчезают после полета, а другие сохраняются. Наконец, как эти изменения связаны с успешностью адаптации человека к условиям космического полета. Все это перспективы для дальнейших исследований», — считает Екатерина Печенкова, один из авторов работы и ведущий научный сотрудник Научно-учебной лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ.
Такие исследования помогут понять, какая система тренировки и поддержания работоспособности необходима для мозга космических путешественников наряду с уже существующими комплексами упражнений и тренажерами для опорно-двигательного аппарата.