Es ist mehr als 50 Jahre her, seit Menschen unseren Planeten zum ersten Mal verlassen und sich in die Weiten des Weltraums gewagt haben. Hunderte von Astronauten und Kosmonauten haben die Erde umkreist und einige wenige sind zum Mond gereist, um diesen trostlosen Globus zu umkreisen oder Stiefel auf seine Oberfläche zu setzen.
In den Jahrzehnten seit Beginn des Weltraumrennens haben wir viel darüber gelernt, wie der menschliche Körper mit der Umgebung des Weltraums interagiert und welchen Herausforderungen wir bei Langzeitmissionen zu anderen Welten begegnen könnten. Trotz all unseres Wissens wissen wir jedoch sehr wenig darüber, wie sich die Raumfahrt auf das Gehirn auswirkt.
Eine neue Studie, die in der Zeitschrift Frontiers in Neural Circuits veröffentlicht wurde, ist die erste, die untersucht, wie der Weltraum die Struktur und Verdrahtung des Gehirns verändert. Floris Wuyts vom Lab for Equilibrium Investigations and Aerospace an der Universität Antwerpen und Kollegen maßen strukturelle Veränderungen im Gehirn von Astronauten und Kosmonauten vor und nach Flügen zur Internationalen Raumstation.
„Das ist wirklich Pionierarbeit. Wir erforschen nicht den Weltraum selbst, sondern was der Weltraum mit der Menschheit anstellt“, sagte Wuyts gegenüber SYFY WIRE. „Es geht nicht nur um Muskeln, es geht nicht nur um Knochen und kardiovaskuläres Zeug und das Innenohr. Wir haben ein Gehirn, und es wurde bisher nicht wirklich berührt.“
Wuyts interessierte sich zum ersten Mal für die Untersuchung struktureller Veränderungen im Gehirn von Raumfahrern, nachdem er 2009 an der Gehirnkonferenz mitten im Winter in Copper Mountain teilgenommen hatte. Dort sah er eine Präsentation, in der die Gehirne von Soldaten analysiert wurden, die Explosionsverletzungen erlitten hatten. Diese Studie verwendete eine als Traktographie bekannte Methode, bei der MRT-Scans verwendet werden, um Nervenbahnen im Gehirn sichtbar zu machen.
„Ich dachte, es wäre eine interessante Sache, Astronauten und Kosmonauten zu machen. Damals hatte ich keine Ahnung, was wir finden würden“, sagte Wuyts.
Das Sammeln von Daten darüber, wie der Weltraum das Gehirn in Echtzeit verändert, ist eine besondere Herausforderung. MRT-Geräte wiegen Tausende von Kilogramm, und es wäre ein beträchtliches Unterfangen, eines in die Umlaufbahn zu bringen. Stattdessen führte das Team vor und nach dem Flug Gehirnscans durch, um nach Veränderungen in den Nervenbahnen zu suchen. Bei ihrer Rückkehr zur Erde stellten sie fest, dass Astronauten und Kosmonauten erhebliche Veränderungen in den Gehirnstrukturen im Zusammenhang mit der Motorik aufwiesen.
„Der Weltraum ist eine extreme Umgebung. Es ist ähnlich, als ob Sie in die Antarktis oder in die Tiefsee gegangen wären. Es gibt keine andere Möglichkeit, als sich anzupassen, und anscheinend ist unser Gehirn ziemlich gut darin, sich anzupassen“, sagte Wuyts. „Um in den Weltraum zu gehen, muss man sich an die Tatsache anpassen, dass die Art und Weise, wie man sich fortbewegt, völlig anders ist als die Art und Weise, wie man sich auf der Erde fortbewegt.“
Derzeit ist unklar, wie lange es dauert, bis sich das Gehirn neu verdrahtet, um im Weltraum zu funktionieren, aber die daraus resultierenden Veränderungen scheinen Monate oder länger nach der Rückkehr zur Erde anzuhalten.
Wissenschaftler führten acht Monate nach der Rückkehr der Kosmonauten zur Erde zusätzliche Scans durch und stellten fest, dass die neuen Nervenbahnen immer noch vorhanden waren. Sie glauben, dass sich diese Bahnen dauerhaft oder semipermanent in das Gehirn einprägen, sodass sich Astronauten bei nachfolgenden Flügen leichter an die Umgebung anpassen als bei ihrem ersten Besuch.
„Wir denken, es ist wie ein bimodales System. Sie können untereinander tauschen. Was wir sehen, ist Konnektivität, aber selbst wenn eine Verbindung besteht, bedeutet das nicht, dass sie verwendet wird. Es ist, als ob Sie Fahrrad oder Motorrad fahren, auch wenn Sie es nur ab und zu tun, die Verkabelung ist da, sobald Sie es gelernt haben “, sagte Wuyts.
Die Auswirkungen der Forschung haben das Potenzial, bessere Trainingssysteme für zukünftige Astronauten zu entwickeln, indem sie ihnen helfen, die erforderlichen Nervenbahnen schneller zu entwickeln. Es hat auch hier vor Ort Anwendungsmöglichkeiten.
Wuyts fand Ähnlichkeiten in der Art und Weise, wie die Gehirne von Astronauten nach dem Flug verdrahtet sind, und der Gehirnverdrahtung von Patienten, die unter Schwindel leiden. Patienten mit erdgebundenem Schwindel haben nicht den Vorteil von Vorher-Nachher-Gehirnscans, aber die Analyse der strukturellen Veränderungen bei Raumfahrern kann eine Art Fahrplan liefern, der Ärzten und Wissenschaftlern sagt, wo sie suchen müssen und wie sich das Gehirn unter verschiedenen Umständen anpasst oder nicht anpasst.
Das Verständnis der Auswirkungen der Raumfahrt auf das Gehirn wird ein entscheidender Schritt in die Zukunft der bemannten Raumfahrt sein, insbesondere wenn wir uns auf bemannte Missionen zum Mars zubewegen. Unsere ersten Schritte auf dem roten Planeten werden nicht sehr beeindruckend sein, wenn wir dort nicht einmal aufstehen können.