Вчера мы опубликовали новость о том, как изменяется пространство вокруг сосудов головного мозга космонавтов после космического полета. Но это — не единственная «космическая» нейроновость. В рамках международного проекта при участии Роскосмоса и Европейского космического агентства ученые (в том числе и авторы первой статьи) впервые проанализировали данные, полученные с помощью диффузионной магнитно-резонансной томографии с трактографией головного мозга космонавтов. Исследователи увидели существенные изменения в связях между различными отделами головного мозга, причем некоторые изменения сохранялись даже спустя 7 месяцев после возвращения на Землю. Статья опубликована в журнале Frontiers in Neural Circuits.
Пребывание на орбите — большое испытание для организма человека. Отсутствие земной гравитации приводит к сбоям в работе вестибулярного аппарата, заставляет иначе работать мышцы, влияет на зрение и другие органы восприятия. Однако о том, как меняется мозг человека под воздействием невесомости, известно довольно мало. При этом космическая отрасль развивается такими темпами, что миссии на Марс могут стать реальностью уже очень скоро, а это значит, что космонавты должны будут проводить в полетах еще больше времени, возможно, несколько лет. Ученые стремятся получить более полную картину влияния невесомости на организм человека, что в дальнейшем поможет найти способы обезопасить здоровье космонавтов.
В своем недавнем исследовании ученые из России, Бельгии, Германии, США и Австралии (с российской стороны участвовали специалисты Институт медико-биологических проблем РАН, ВШЭ, ЛРЦ Минздрава, МГУ им. М.В. Ломоносова, НИИ ЦПК им.Ю.А. Гагарина) проанализировали изменения в проводящих путях (трактах) белого вещества головного мозга космонавтов. Белое вещество представляет собой пучки нервных волокон, которые соединяют участки серого вещества, состоящего из клеточных тел нейронов. Серое вещество — это процессор, место обработки информации, а белое вещество — проводник, канал коммуникации, по которому сигналы передаются между различными зонами мозга, а также от мозга к телу.
Чтобы увидеть изменения в трактах белого вещества, участникам сделали диффузионную магнитно-резонансную томографию головного мозга (дМРТ), а для анализа данных применялась техника дифференциальной трактографии. Метод дМРТ лишь недавно стал использоваться среди космонавтов, а трактография головного мозга им была сделана впервые. Метод уникален тем, что позволяет получить точное трехмерное изображение трактов, изучить их на микроструктурном уровне. Кроме того, диффузионная МРТ чувствительна к изменениям циркуляции внеклеточной воды в белом веществе. Это важно, поскольку предыдущие исследования мозга показали, что в космосе жидкость внутри черепа перераспределяется.
Ученым было интересно проследить динамику изменений в мозге космонавтов. Поэтому участники прошли томографию до полета, через 10 дней после полета и спустя 7 месяцев после возвращения на Землю. Всего в проекте приняли участие 12 российских космонавтов, которые провели на МКС в среднем 172 дня.
В результате ученые обнаружили множественные изменения в трактах белого вещества мозга, связанных с сенсомоторными, зрительными и речевыми функциями. Ранее исследователи уже отмечали изменения, например, в моторных зонах коры головного мозга, но то, что изменения происходят и на более глубинном уровне, в самих связях между участками мозга, было продемонстрировано впервые.
Такая способность мозга меняться и перестраивать свои связи под воздействием опыта называется нейропластичностью. Благодаря этому человек способен хотя бы частично адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды. Правда, пока нет достоверных данных о том, как эти изменения влияют на здоровье и когнитивные способности человека.
С другой стороны, авторы исследования отмечают, что изменения в мозге объясняются не только нейропластичностью. Часть трактов перестраивается из-за изменений формы некоторых отделов мозга и перераспределения жидкости внутри черепа под воздействием невесомости. Например, мозолистое тело — главная нервная магистраль, соединяющая два полушария мозга, — изменяется под давлением соседствующих с ним желудочков. Это полости в мозге, наполненные жидкостью, которые в космосе расширяются.
Интересно, что при повторной томографии через 7 месяцев после полета часть изменений в мозге космонавтов все еще сохранялась.
«Наше исследование — один из важных шагов к пониманию того, что происходит с мозгом в космосе. Многое нам еще предстоит узнать: какова природа наблюдаемых изменений — какие из них обусловлены нейропластичностью, а какие перераспределением жидкости и связанными с ним анатомическими изменениями мозга в полете. Какова их динамика — почему одни быстро исчезают после полета, а другие сохраняются. Наконец, как эти изменения связаны с успешностью адаптации человека к условиям космического полета. Все это перспективы для дальнейших исследований», — считает Екатерина Печенкова, один из авторов работы и ведущий научный сотрудник Научно-учебной лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ.
Такие исследования помогут понять, какая система тренировки и поддержания работоспособности необходима для мозга космических путешественников наряду с уже существующими комплексами упражнений и тренажерами для опорно-двигательного аппарата.
Текст: пресс-служба ВШЭ
Doroshin Andrei, Jillings Steven, Jeurissen Ben, Tomilovskaya Elena, Pechenkova Ekaterina, Nosikova Inna, Rumshiskaya Alena, Litvinova Liudmila, Rukavishnikov Ilya, De Laet Chloë, Schoenmaekers Catho, Sijbers Jan, Laureys Steven, Petrovichev Victor, Van Ombergen Angelique, Annen Jitka, Sunaert Stefan, Parizel Paul M., Sinitsyn Valentin, zu Eulenburg Peter, Osipowicz Karol, Wuyts Floris L. Brain Connectometry Changes in Space Travelers After Long-Duration Spaceflight. Frontiers in Neural Circuits, 2022. DOI=10.3389/fncir.2022.815838
