Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), показывает, что пребывание в условиях микрогравитации непосредственно влияет на положение и форму головного мозга у людей, проводящих длительные миссии в космосе. Эти изменения фиксируются у астронавтов после возвращения на Землю и зависят от длительности пребывания в невесомости, что имеет значение для планирования будущих долговременных полётов, в том числе к Луне и Марсу.
Как проводилось исследование
Ученые под руководством Рэйчел Сайдлер (Rachael Seidler) из Университета Флориды проанализировали МРТ-сканы головного мозга 26 астронавтов, снятые до и после их миссий на Международной космической станции (МКС). Для сравнения были также использованы данные 24 добровольцев, участвовавших в наземном эксперименте, имитирующем микрогравитацию — длительном лежании с наклоном головы вниз под углом шесть градусов.
Исследователи сопоставили изменения положения и формы мозга у астронавтов и участников эксперимента, чтобы отделить специфические эффекты микрогравитации от общих физиологических изменений, связанных с неподвижным положением тела.
Основные результаты исследования
1. Перемещение мозга внутри черепа
Анализ показал, что головной мозг астронавтов смещается в черепной коробке под влиянием микрогравитации. Этот сдвиг происходит в нескольких направлениях:
- в основном вверх, в сторону верхней части черепа;
- назад относительно исходного положения;
- наблюдаются также небольшие поворотные движения и повороты части мозга, особенно чувствительных моторных и сенсорных отделов.
Степень сдвига зависит от продолжительности пребывания в космосе: наибольшие изменения фиксируются у астронавтов, находившихся в космосе около года, тогда как у участников коротких миссий сдвиги были менее выражены.
2. Деформация и компрессия
Сдвиг мозга сопровождается различными деформациями:
- головной мозг сжимается в верхней и задней частях,
- одновременно он растягивается в других областях.
Такие изменения не являются равномерными и могут отражать перераспределение жидкости внутри черепа и адаптацию тканей к условиям невесомости.
3. Связь с балансом и координацией
Практическое значение этих изменений заметно на примере нарушений баланса и координации у астронавтов после возвращения на Землю. Те, у кого наблюдались наиболее заметные изменения положения мозга, чаще испытывали трудности с устойчивостью и равновесием сразу после посадки, что подтверждает связь между анатомическими изменениями и физиологическим состоянием.
Механизмы, объясняющие изменения
На Земле гравитация помогает удерживать мозг в стабильном положении внутри черепа, а окружающая его спинномозговая жидкость создаёт амортизирующую «подушку». В условиях космоса этого удерживающего эффекта нет, поэтому жидкие и мягкие ткани перераспределяются. Отсутствие гравитационного давления вызывает смещение жидкостей в теле и внутри черепа, что отражается и на положении мозга.
Сравнение с моделями на Земле
Эксперимент с длительным наклоном головы вниз (симуляция микрогравитации на Земле) показал изменения, похожие на те, что наблюдаются у астронавтов. Однако у последних сдвиги были сильнее, что подтверждает влияние именно условий космоса, а не только малоподвижного положения тела.
Временные рамки и восстановление
Исследователи отмечают, что большинство изменений возвращаются к норме в течение нескольких месяцев после возвращения на Землю, но часть модификаций может сохраняться дольше. Эти эффекты необходимо изучать далее, поскольку они связаны с адаптацией нервной системы к гравитационным изменениям и могут влиять на долгосрочные миссии.
Физиологические и практические последствия
Изменения положения и формы мозга относятся к более широкой картине влияния микрогравитации на организм:
- перераспределение жидкости по телу;
- атрофия мышц;
- потеря костной массы;
- изменения в зрении и глазных структурах.
Понимание того, как микрогравитация влияет на мозг, важно не только для здоровья астронавтов на орбитальных станциях, но и для планирования более длительных миссий, например к Марсу или Луне, где пребывание в невесомости будет длиться значительно дольше.
Ограничения нынешних исследований
Несмотря на продвинутые данные, полученные в исследовании, учёные подчёркивают, что размер выборки по астронавтам невелик, поскольку число людей, летавших в космос на длительные сроки, ограничено. Для более точного понимания механизмов изменений необходимо:
- увеличить число участников исследований;
- расширить наблюдения для разных длительностей миссий;
- изучить влияние возраста, пола и других факторов на изменения мозга.
Значение для будущих исследований
Учитывая планы космических агентств на длительное пребывание людей в космосе и перспективы пилотируемых полётов на Марс, понимание воздействия микрогравитации на мозг становится критически важным фактором. Это позволит:
- разрабатывать защитные меры и тренировки;
- корректировать медицинское сопровождение астронавтов;
- проектировать условия обитаемых модулей, минимизирующие негативные эффекты микрогравитации.
Вывод
Современные исследования подтверждают, что космический полёт приводит к измеримым изменениям положения и формы человеческого мозга, вызванным отсутствием гравитации и перераспределением жидкостей в организме. Эти изменения отражаются в физиологии астронавтов и требуют дальнейшего изучения для обеспечения безопасности и эффективности будущих долговременных космических миссий.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
