Космическая радиация оказывает и положительное влияние на мозг тоже

Коллектив российских исследователей  изучил влияние галактических космических лучей на психоэмоциональное состояние и умственные способности крыс, и отследили изменение уровня отдельных нейромедиаторов в их мозге. Оказалось, что ионизирующее излучение, сопоставимое в дозах и составе космическому, кроме негативных эффектов может вызывать также ряд положительных. Эти эффекты и гипотетические механизмы их возникновения исследователи описали на крысах и опубликовали в журнале Neuroscience. Исследование было поддержано Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ). 

В современной научной парадигме считается, что ионизирующее излучение (с точки зрения физики представляющее не только гамма-лучи, но и поток ядер атомов), характерное для межпланетного пространства, негативно влияет на организмы. Это излучение способно проникать через физические преграды, и средств эффективной защиты от него пока не выработано. По этим причинам космическая радиация становится основным фактором, создающим преграды для дальних космических миссий с участием человека. На Земле же от космической радиации защищают плотная атмосфера и магнитосфера планеты.
Натуральное изучение эффектов галактических космических лучей невозможно, так как орбитальные полёты человека не моделируют радиационную среду межпланетного пространства.  На сегодняшний день, для изучения эффектов галактических космических лучей существует ряд моделей, применимых в лабораторных условиях, а работы выполняются преимущественно на грызунах. И ранее ученые выяснили, что космическая радиация помимо негативных эффектов может оказывать и положительное воздействие. Так, экспериментально выяснили, что облученные грызуны демонстрируют высокие результаты в когнитивных тестах и лучше ориентируются в пространстве, чем их собратья из контрольной группы. Однако механизм этого явления оставался неизвестным.
«В свете последних данных, о галактических космических лучах уместно говорить как об одном из факторов космического полёта, тогда как совсем недавно считалось, что из-за радиационного воздействия, межпланетные полёты человека невозможны в принципе. Настоящее исследование представляет собой endpoint в вопросе лимитирующей роли радиационного фактора и снимает «биологический» лимит с дальних космических миссий. Наиболее интересным представляется раскрытие механизмов позитивных эффектов ионизирующего излучения на функции ЦНС, ведь они могут быть использованы для новых терапевтических подходов к лечению нейродегенеративных и психиатрических заболеваний, в частности, фармрезистентной формы клинической депрессии. Коллектив работает в этом направлении и скоро будут представлены данные об эффектах облучения тяжёлыми заряженными частицами на течение нейродегенеративного процесса (как, например, при болезни Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз)»,— рассказывает ведущий автор исследования старший научный сотрудник лаборатории психофармакологии ФГБУ «НМИЦПН им. В. П. Сербского» Минздрава России Виктор Кохан.
Группа российских ученых  решила выяснить механизмы этого явления. В качестве модельных объектов исследователи выбрали крыс, подвергли их воздействию радиации, сравнимой по составу и дозам с той, что получили бы астронавты за время 860-дневной межпланетной миссии. Для сравнения полет до Марса в одну сторону занял бы около 180 дней). Контрольную группу грызунов содержали в идентичных условиях по влажности, температуре, световому дню и кормлению, но воздействию радиации их не подвергали.
Облучение крыс проводили по наиболее прогрессивной модели: комбинированным воздействием тяжёлых заряженных частиц и гамма-лучей. Ядра углерода были выбраны как разумный компромисс между лёгкими протонами и ядрами гелия — наиболее распространёнными тяжёлыми заряженными частицами в межпланетной среде — и такими массивными частицами, как ядра железа и никеля, передающими значительно большее количество энергии бомбардируемому объекту, однако встречающимися на несколько порядков реже. Гамма-излучение было призвано моделировать как дельта-лучи (вторичную радиацию), так и хронический аспект радиационного воздействия в ходе реального полёта.
Обучение экспериментальных групп животных в водном лабиринте Морриса. Су — группа молодых контрольных крыс; Ry — группа молодых облучённых крыс. Звёздочками отмечены статистически значимые различия: * p<0.05; ** p<0.01; апостериорный тест Дункана // Источник: Виктор Кохан 

Сразу после облучения исследователи разделили контрольную и экспериментальную группу животных на две подгруппы и провели серию когнитивных тестов с одной из групп. Сразу после когнитивных тестов молодых особей исследовали с помощью МРТ. На 25-й день после облучения ученые отобрали образцы мозга у всех молодых крыс. Вторую группу животных тестировали уже в зрелом возрасте — на 211-ом дне после облучения, а на 242-ом — отобрали образцы их мозга для дальнейших молекулярных исследований.
Как показали когнитивные тесты, после облучения крысы стали более тревожными, однако этот эффект нивелировался у зрелых животных. Подвергшиеся радиации крысы демонстрировали более высокие показатели в тестах на ориентирование в пространстве в сравнении с контрольными группами. Как показали молекулярные исследования мозга, у крыс из контрольной и опытной групп отличались концентрации глутамата и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в мозге. Эти молекулы выполняют функцию нейромедиаторов в центральной нервной системе: глутамат — возбуждает, а ГАМК — затормаживает. По мнению ученых, разница в поведенческих тестах обусловлена изменением баланса этих нейромедиаторов-антагонистов.
Магнитно-резонансный спектр, снятый в области фронтальной коры молодой крысы Wistar из группы облучённых животных // Источник: Виктор Кохан

«Снижение уровня ГАМК вызывает так называемое растормаживание ЦНС (активацию серотонинергической и глутаматергической систем в неокортексе), что сопровождается усилением двигательной активности, ситуативной тревоги и повышением производительности обучения в ряде когнитивных тестов,— поясняет Виктор Кохан. — Мы предполагаем, что повышение уровня фермента ГАМК-аминотрансферазы ответственно за этот эффект. В то же время изменение баланса глутамат/ГАМК является патофизиологическим звеном ряда нейродегенеративных и психиатрических заболеваний. В свете этого, очень важно подчеркнуть, что с течением времени баланс глутамат/ГАМК у облучённых животных восстанавливается, однако не за счёт нормализации уровня ГАМК, как можно было бы предположить, но за счёт снижения уровня глутамата. Таким образом, с одной стороны, мы не выявили серьезных нарушений в функционировании глутаматэргической и ГАМК-эргической систем, но с другой стороны ионизирующее излучение всё же вызывает глубокое ремоделирование нервной ткани. Так уж сложилось, что функционально это сказывается положительно на ЦНС».
В исследовании принимали участие сотрудники ФГБУ «НМИЦПН им. В. П. Сербского» Минздрава России, Объединенного института ядерных исследований (Дубна) и МГУ имени М.В. Ломоносова.

Текст: МГУ

Cortical Glutamate/GABA Imbalance after Combined Radiation Exposure: Relevance to Human Deep-Space Missions

Желудочки головного мозга увеличиваются после длительного пребывания в космосе

Группа ученых из России, Бельгии и Германии обнаружила у космонавтов Роскосмоса увеличение объема боковых  и третьего желудочков мозга. Статья об исследовании была опубликована в журнале…

Как космос меняет мозг астронавта

Пребывание в космосе перестраивает мозг космонавта. Таков основной вывод исследования, которое провели нейробиологи из Мичиганского университета. Их данные опубликованы в журнале Microgravity. Фото: Stockvault Участниками…

Космическое излучение влияет на психику, но не на умственные способности космонавтов

Научная группа из Института медико-биологических проблем РАН пришла к выводу, что длительное нахождение в открытом космосе (за пределами магнитосферы Земли) напрямую не влияет на когнитивные…

Гиппокамп в Солнечной системе

M. R. Showalter et. al, Nature, 2019 На снимке показано движение внутренних спутников Нептуна вокруг него за 2004-2016 годы на снимках космического телескопа Hubble Нет,…

Долговременное влияние космического полета на мозг

В новом выпуске New England Journal of Medicine (к слову, журнал с Impact Factor 2017/18 год  вдвое больше чем у Science/Nature — 79.258) вышло короткое…

Как нейтронное облучение влияет на мозг

Группа российских исследователей изучила влияние низких доз нейтронного излучения на головной мозг мышей. Ученые обнаружили, что оно подавляет образование новых нервных клеток у животных, но…

Картинка дня: космическое излучение перезагружает иммунную систему мозга

Credit: Rosi lab / UCSF Что произойдет с мозгом астронавта, если он покинет пределы земной орбиты и выйдет за пределы магнитного поля Земли? Исследователи этого достоверно…

Лекарство будущего сможет предохранять мозг от космической радиации

Что ждет наш мозг в космосе? Полный ответ на этот вопрос дать пока не может никто, как бы активно эта тема не разрабатывалась. Однако, некоторые…

Почему в Антарктиде могут впадать в состояние «психологической гибернации»?

Новое исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Psychology, проливает свет на механизмы адаптации у людей, долгое время пребывающих в изоляции при экстремальных природных условиях. Исследователи…