Космическая деформация: как долгие полеты заставляют мозг «парить» и смещаться внутри черепа

Пребывание в космосе тяжело сказывается на человеческом организме. Как показало новое исследование нашей научной группы, после космического полета мозг смещается вверх и назад, а также деформируется внутри черепа.

Степень этих изменений была тем больше, чем дольше астронавты находились в космосе. Поскольку НАСА планирует более длительные миссии, а космические путешествия выходят за пределы узкого круга профессиональных астронавтов, эти выводы становятся все более актуальными.

Почему это важно

На Земле гравитация постоянно притягивает жидкости организма и мозг к центру планеты. В космосе эта сила исчезает. Жидкости тела устремляются к голове, придавая астронавтам одутловатое лицо. В условиях нормальной гравитации мозг, спинномозговая жидкость и окружающие ткани достигают стабильного равновесия. В микрогравитации это равновесие нарушается.

Без гравитации, тянущей вниз, мозг буквально всплывает и парит внутри черепа, испытывая различные воздействия со стороны окружающих мягких тканей и самой черепной коробки. Более ранние исследования показали, что после космических полетов мозг занимает более высокое положение в черепе. Однако большинство этих работ фокусировались на усредненных показателях всего мозга, что могло скрывать важные изменения в отдельных его областях.

Наша цель состояла в том, чтобы изучить вопрос детальнее.

Как мы проводили исследование

Мы проанализировали МРТ-снимки мозга 26 астронавтов, которые провели в космосе разное время — от нескольких недель до более чем года. Чтобы сосредоточиться именно на перемещении мозга, мы выровняли положение черепа каждого испытуемого на снимках, сделанных до и после полета.

Такое сравнение позволило нам измерить, насколько сместился мозг относительно самого черепа. Вместо того чтобы рассматривать мозг как единый объект, мы разделили его более чем на 100 областей и отследили, как сместилась каждая из них. Такой подход дал нам возможность увидеть закономерности, которые упускались при взгляде на весь мозг в среднем.

Мы обнаружили, что мозг неуклонно смещался вверх и назад при сравнении снимков после полета со снимками до него. Чем дольше человек находился в космосе, тем значительнее было смещение. Одним из самых поразительных результатов стало изучение отдельных областей мозга.

У астронавтов, проведших на борту Международной космической станции около года, некоторые зоны в верхней части мозга сместились вверх более чем на 2 миллиметра, в то время как остальная часть мозга почти не двигалась. Это расстояние может показаться небольшим, но в условиях плотно заполненного пространства внутри черепа оно весьма существенно.

Наибольшие смещения наблюдались в областях, отвечающих за движение и чувствительность. Структуры в двух полушариях мозга смещались к средней линии, то есть в каждом полушарии они двигались в противоположном направлении. Эти разнонаправленные паттерны взаимно уничтожаются при усреднении показателей всего мозга, что объясняет, почему предыдущие исследования их пропускали.

Большинство смещений и деформаций постепенно возвращались к норме в течение шести месяцев после возвращения на Землю. Однако заднее смещение восстанавливалось хуже — вероятно, потому, что гравитация тянет вниз, а не вперед. Это значит, что некоторые последствия космического полета для положения мозга могут сохраняться дольше, чем другие.

Лунная программа НАСА «Артемида» (Artemis) ознаменует новую эру исследования космоса. Понимание того, как реагирует мозг, поможет ученым оценить долгосрочные риски и разработать меры противодействия.

Наши выводы не означают, что люди не должны летать в космос. Хотя мы обнаружили корреляцию между значительным смещением сенсорной области мозга и изменениями равновесия у астронавтов после полета, сами члены экипажа не испытывали явных симптомов (таких как головные боли или «туман» в голове), связанных с изменением положения мозга.

Наши данные не указывают на немедленные риски для здоровья. Знание того, как мозг движется в космосе и как впоследствии восстанавливается, позволяет исследователям понять влияние микрогравитации на физиологию человека. Это поможет космическим агентствам проектировать более безопасные миссии.

Полученные данные подчеркивают необходимость индивидуального подхода к медицинскому обеспечению космических полетов. Учитывая, что скорость и характер восстановления мозга могут варьироваться, будущие программы реабилитации астронавтов, возвращающихся после длительных миссий (например, на Марс), должны будут включать более длительные и специализированные курсы нейрореабилитации.

Кроме того, открытие разнонаправленного смещения полушарий ставит новые вопросы о влиянии микрогравитации на когнитивные функции и межполушарное взаимодействие. Если одни зоны сдавливаются, а другие растягиваются, как это сказывается на передаче нервных импульсов? Следующим этапом исследований станет изучение того, связаны ли эти физические деформации с какими-либо изменениями в когнитивных способностях, времени реакции или пространственном мышлении космонавтов. Ответы на эти вопросы будут критически важны для обеспечения безопасности экипажей в многолетних межпланетных экспедициях.