Проблема дальних космических миссий: что происходит с мозгом астронавтов

Космос оказывает влияние на мозг астронавтов — и это может стать серьезной проблемой для более дальних миссий, чем полеты к Луне, - передает Almaty.tv со ссылкой на BBC.

За четыре миллиарда лет эволюции человек хорошо приспособился к жизни в условиях земной гравитации. Представьте себе страхи на заре эры космических полетов и о чем думали участники первых миссий. Что произойдет, когда мы впервые покинем Землю и окажемся в условиях невесомости? Загустеет ли наша кровь? Разрушатся ли наши кости? Взорвется ли наш мозг в условиях микрогравитации? Не пора ли отказаться от космонавтов на МКС? Да и вообще от людей в космосе?

К концу 1950-х серия космических полетов с живыми существами — мышами, пауками, а позже с собаками — доказала, что животные могут выживать в космосе. А когда дело дошло до людей, оказалось, что человек может не только выживать, но и меняться.

«Происходит адаптация, которая во многом ощущается как трансформация», — сказал астронавт Европейского космического агентства Лука Пармитано во время подготовки к своей второй длительной миссии на Международной космической станции ​​(МКС).

«Через несколько недель ваше тело меняется по сравнению с тем, каким оно было на Земле. Вы видите и чувствуете, как меняется ваше тело, ноги становятся тоньше, а лицо — круглым», — рассказывал астронавт.

Луку Пармитано, бывшего летчика-испытателя ВВС Италии, недавно выбрали для пилотируемого полета на Луну в рамках миссии «Артемида III». Он станет одним из четырех членов экипажа «Артемиды III». Для Луки Пармитано это будет третья космическая миссия.

Лунная миссия, как планируется, стартует в 2027 году. В ее ходе будет осуществлена проверка лунных посадочных модулей и скафандров для высадки на Луну. То, что выбор пал на Пармитано — ничего удивительного: когда вы разговариваете с ним, создается впечатление, что космические полеты даются ему легко.

«Одна из причин успеха человечества на Земле — наша способность адаптироваться», — говорит он. «Но наблюдая за физическими изменениями, происходящими за несколько недель [в космосе], я действительно был поражен — насколько иначе я себя чувствовал и насколько комфортнее мое новое тело вписывалось в новую окружающую среду», — признается астронавт.

Трудности, с которыми сталкивается человеческий организм во время космического полета — от изменения мышц и костей до заложенности носа — хорошо задокументированы за 65 лет с момента первого полета человека в космос. Менее изучен вопрос влияния невесомости на наш мозг. В космосе нашим телам не нужно преодолевать силу гравитации при каждом действии или движении. В результате кости, поддерживающие наш вес, и мышцы, которые мы используем для подъема тяжестей, переноски грузов, ходьбы и бега, начинают атрофироваться. Всего за несколько дней в космосе кости теряют кальций, а мышцы начинают разрушаться, и изменения наблюдаются в том числе в работе сердца. Причина отечности лица у астронавтов также заключается в том, что жидкость больше не удерживается гравитацией и скапливается в верхней части тела.

Все это было бы нормально, если бы астронавты провели остаток своей жизни в космосе, но если они хотят вернуться на Землю в хорошей физической форме, им необходимо соблюдать строгий режим тренировок. Обычно для астронавтов это два часа в день в тренажерном зале МКС, но даже после шести месяцев в космосе с ежедневными тренировками их все равно буквально выносят из вернувшегося космического корабля и кладут на носилки. На полное восстановление костей может уйти до четырех лет. Однако гораздо меньше известно о том, какие процессы происходят с мозгом астронавтов. И это может стать проблемой в будущем.

«Мозг, видимо, самый важный из наших органов, — говорит врач-астронавт Европейского космического агентства Алессандро Альчибиаде. — Если вы не возьмете в космос эффективный мозг, работающий мозг, все будет бесполезно».

Исследования влияния космических полетов на мозг ограничивались экспериментами лишь на нескольких астронавтах во время длительных миссий. Например, Скотт Келли провел год на МКС, в то время как его брат-близнец, астронавт Марк, оставался на Земле. В результате исследования ученые обнаружили, что когнитивные способности Скотта в значительной степени не изменялись во время миссии по сравнению с Марком, но после приземления снизились — и восстанавливались на протяжении примерно шести месяцев. Новое исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Psychology учеными из лондонского университета Биркбек, объединило результаты 15 исследований с использованием методов нейровизуализации, в которых приняли участие около 377 человек. В их число вошли астронавты, а также добровольцы, участвовавшие в симуляциях космических полетов на Земле.

Команда исследователей из Биркбека считает, что им удалось выявить изменения, происходящие в мозге при воздействии микрогравитации.

«Это прекрасная нейропластичность — мы обнаружили как структурные, так и функциональные изменения в мозге», — говорит ведущий автор Элиза Раффаэлла Ферре, одна из ведущих исследователей в области когнитивной нейронауки университете Биркбек.

«Мы выявили те области мозга, которые претерпевают изменения при отсутствии гравитации», — отмечает она.

Исследование показывает, что мозг, подобно тому как тело меняется в космосе, также физически адаптируется к отсутствию гравитации, перестраиваясь под новую среду.

«Мы видим изменения в тех частях мозга, которые контролируют движение, равновесие и осознание собственного тела», — говорит Сильвия Сегецци, соавтор исследования.

Это означает, что мозг эволюционировал, чтобы ощущать гравитацию.

«Мы не воспринимаем гравитацию так же, как изменения цвета, света, температуры, звуков», — говорит Ферре. «Но гравитация — это постоянная характеристика окружающей среды, которую наш мозг получает и обрабатывает».

«Если вы хотите немного углубиться в детали, вы можете представить гравитацию как первый сигнал, который получает развивающийся плод — таким образом, наш мозг построен на обнаружении гравитации», — говорит она.

Ферре приводит пример с поднятием чашки кофе. Мы делаем это без усилий, объясняет она, потому что наш мозг автоматически компенсирует земную гравитацию и соответствующим образом управляет мышцами.

На первый взгляд, это хорошая новость для космонавтов. На самом деле, если бы человеческий мозг не адаптировался к условиям космоса, астронавты столкнулись бы со всевозможными трудностями, в том числе и с травмами, связанными с поднятием чашки кофе. Однако проблема заключается в том, насколько быстро происходит эта перестройка.

Хотя их мышцы и кости должны поддерживаться в форме ежедневными упражнениями, мозг, который ими управляет, может быть не готов к таким быстрым переменам.

«Посмотрите на астронавтов „Аполлона“, ходящих по лунной поверхности. Кадры показывают, насколько плохо у них получается сохранять правильную осанку, и это не только потому, что скафандры очень тяжелые, но и потому, что их равновесие и передвижение были нарушены из-за отсутствия земной гравитации», — говорит Ферре. «Это не говорит о том, что мозг не может перенастроиться, но это требует времени и ресурсов», — подчеркивает она.

За последние 50 лет, прошедших с момента окончания программы «Аполлон», больших проблем с адаптацией астронавтов в космосе не было. Астронавты прибывают на МКС и некоторое время немного неуклюжи, натыкаются на стены или слишком много сил прикладывают для перемещения предметов, чем это необходимо, но затем адаптируются. Когда члены экипажа возвращаются на Землю, им помогают выйти из капсулы, о них заботятся, им помогают вернуться к жизни в условиях земной гравитации.

Но как насчет будущих длительных миссий на Луну или Марс, которые НАСА и Китай планируют осуществить? Для этого астронавтам потребуется переходить из состояния невесомости в состояние, когда есть гравитация, отличающаяся от земной. Например, во время миссии на Марс, после примерно восьми месяцев в космосе, экипаж будет настолько хорошо адаптирован к микрогравитации, что даже выход из космического корабля в условиях марсианской гравитации (примерно одна треть земной) может представлять собой проблему. Хотя мышцы и кости должны поддерживаться в форме ежедневными упражнениями, мозг, который ими управляет, может быть не готов. Изменение гравитации может дезориентировать. Без связи с Землей в режиме реального времени им потребуется сохранять бдительность в момент посадки на поверхность планеты.

«У вас может быть потрясающая ракета, но если вы не можете ею управлять, если вы не можете принимать правильные решения из-за сенсомоторных нарушений, могут возникнуть проблемы», — говорит Ферре.

«Нам нужно убедиться, что людям оказывается поддержка, и тогда, возможно, процесс адаптации будет более легким», — подчеркивает эксперт.

В научной фантастике решение этой проблемы (например, в фильмах «Космическая одиссея 2001 года» и «Марсианин») обычно заключалось в создании космического корабля с центрифугой для создания искусственной гравитации — с помощью имитации земной гравитации.

«Это было бы лучшим решением, оно бы противодействовало потере костной и мышечной массы и помогло бы улучшить работу мозга», — соглашается Алессандро Альсибиаде из Европейского космического агентства. «Почему мы этого не делаем? Потому что это будет стоить дорого — все сводится к массе, а масса — это деньги, когда речь идет о космосе», — подчеркивает он.

Ферре разрабатывает новые методы использования малых электрических токов для стимуляции ключевых областей мозга, которые воспринимают гравитацию.

Она уверена, что ученые найдут способ преодолеть последствия изменений гравитации. При этом исследователь подчеркивает, что их исследования важны не только для астронавтов, но и для всего человечества.

«Космические полеты — это сложная задача. Но это [изучение влияния космоса на мозг] также может стать отличным способом понять наш мозг так, как мы не можем сделать это здесь, на Земле», — говорит она.

Читайте также: Из-за жары Эйфелева башня будет работать по сокращённому графику