Eine neue Studie veröffentlicht in Grenzen in neuronalen Schaltkreisen ist der Erste, der analysiert die strukturellen Konnektivitätsänderungen, die nach einem Langzeit-Raumflug im Gehirn auftreten. Die Ergebnisse zeigen signifikante mikrostrukturelle Veränderungen in mehreren Bahnen der weißen Substanz, wie den sensomotorischen Bahnen. Die Studie kann eine Grundlage für die zukünftige Erforschung des gesamten Umfangs der Gehirnveränderungen während der Erforschung des 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 Horizonte erreicht, ist es von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen der Raumfahrt auf das menschliche Gehirn zu verstehen. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Raumfahrt das Potenzial hat, sowohl die Form als auch die Funktion eines erwachsenen Gehirns zu verändern.
Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts zwischen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und Roscosmos hat ein Team internationaler Forscher unter der Leitung von Dr. Floris Wuyts von der Universität Antwerpen die Gehirne von Menschen untersucht, die in den Weltraum reisen.
Wuyts und seine Kollegen haben zum ersten Mal strukturelle Veränderungen im Gehirn nach einem Weltraumflug auf der Ebene der Bahnen der weißen Substanz im tiefen 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 ist der Ort, an dem die Informationsverarbeitung erfolgt.
Das gelehrte Gehirn
Um die Gehirnstruktur und -funktion nach dem Weltraumflug zu untersuchen, verwendeten die Forscher eine Bildgebungstechnik des Gehirns namens Fasertraktographie.
„Die Fasertraktographie liefert 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 Wuyts.
Wuyts und sein Team erwarben Diffusions-MRT (dMRI)-Scans von 12 männlichen Kosmonauten vor und direkt nach ihren Raumflügen. Sie sammelten auch acht Folgescans, sieben Monate nach dem Weltraumflug. Die Kosmonauten waren alle an Langzeitmissionen mit einer durchschnittlichen Dauer von 172 Tagen beteiligt.
Die Forscher fanden Beweise für das Konzept des „gelehrten Gehirns“; Mit anderen Worten, das Niveau der Neuroplastizität, das das Gehirn an die Raumfahrt anpassen muss. „Wir fanden Veränderungen in den neuronalen Verbindungen zwischen mehreren motorischen Bereichen des Gehirns“, sagte Erstautor Andrei Doroshin von der Drexel University. „Motorareale sind Gehirnzentren, in denen Befehle für Bewegungen initiiert werden. In der Schwerelosigkeit muss ein Astronaut seine Bewegungsstrategien im Vergleich zur Erde drastisch anpassen. Unsere Studie zeigt, dass ihr Gehirn sozusagen neu verdrahtet wird.“
Die Folgescans zeigten, dass diese Veränderungen nach sieben Monaten Rückkehr zur Erde immer noch sichtbar waren.
„Aus früheren Studien wissen wir, dass diese motorischen Bereiche nach dem Weltraumflug Anzeichen einer Anpassung zeigen. Jetzt haben wir einen ersten Hinweis darauf, dass sich dies auch auf der Ebene der Verbindungen zwischen diesen Regionen widerspiegelt“, so Wuyts weiter.
Die Autoren finden auch eine Erklärung für anatomische Gehirnverschiebungen, die nach Raumflügen beobachtet wurden.
„Wir dachten zunächst, wir hätten Veränderungen in der festgestellt Corpus callosum, die die zentrale Autobahn ist, die beide Gehirnhälften verbindet“, erklärte Wuyts. Die Corpus callosum grenzt an die Hirnventrikel, ein kommunizierendes Netzwerk von mit Flüssigkeit gefüllten Kammern, die sich durch die Raumfahrt ausdehnen.
„Die strukturellen Veränderungen, die wir ursprünglich in der Corpus callosum werden tatsächlich durch die Dilatation der Ventrikel verursacht, die anatomische Verschiebungen des angrenzenden Nervengewebes induzieren“, sagte Wuyts. „Wo anfangs angenommen wurde, dass es echte strukturelle Veränderungen im Gehirn gibt, beobachten wir nur Formveränderungen. Das rückt die Erkenntnisse in eine andere Perspektive.“
Die Zukunft der Raumfahrtforschung
Die Studie zeigt, dass es notwendig ist, 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 ganze Puzzle aussehen wird. Diese Ergebnisse tragen zu unserem Gesamtverständnis dessen bei, was in den Gehirnen von Raumfahrern vor sich geht. Es ist von entscheidender Bedeutung, diese Forschungsrichtung beizubehalten, indem man aus verschiedenen Perspektiven und unter Verwendung verschiedener Techniken nach durch die Raumfahrt verursachten Gehirnveränderungen sucht“, schloss Wuyts.
Referenz: „Brain Connectometry Changes in Space Travelers After Long-Duration Spaceflight“ von Andrei Doroshin, Steven Jillings, Ben Jeurissen, Elena Tomilovskaya, Ekaterina Pechenkova, Inna Nosikova, Alena Rumshiskaya, Liudmila Litvinova, Ilya Rukavishnikov, Chloë De Laet, Catho Schoenmaekers, Jan Sijbers, Steven Laureys, Victor Petrovichev, Angelique Van Ombergen, Jitka Annen, Stefan Sunaert, Paul M. Parizel, Valentin Sinitsyn, Peter zu Eulenburg, Karol Osipowicz und Floris L. Wuyts, 18. Februar 2022, Grenzen in neuronalen Schaltkreisen.
DOI: 10.3389/fncir.2022.815838