Как невесомость влияет на мозг космонавтов

Ученые изучили мозг тринадцати российских космонавтов, которые совершали полеты на МКС с 2014 по 2020 год. Выяснилось, что под длительным воздействием микрогравитации у космонавтов перестраиваются связи между структурами мозга, отвечающими за адаптацию к незнакомым условиям. И эти связи не всегда возвращаются к исходному состоянию после полета.

О том, что длительное пребывание в космосе вызывает в организме человека определенные физические изменения, ученые знают уже давно. Скажем, ухудшается состояние костей и мышц. Исследования, которые проводились ранее учеными разных стран, показали: за месяц пребывания в условиях невесомости космонавты и астронавты теряют от 1% до 2% плотности костей. И это только один пример.

Вот почему здоровье космонавтов пристально изучается медиками и учеными. Однако о том, как такие экстремальные условия влияют на мозг, по-прежнему известно немного.

Мозг человека обладает нейропластичностью - высокой адаптивностью к изменениям среды. Это свойство помогает учиться новому и восстанавливаться после травм. Один из механизмов нейропластичности - изменение силы связей между отделами мозга, утрата этих связей и приобретение новых.

Так, в полете космонавты постепенно привыкают к отсутствию земной гравитации. Но до сих пор мало известно о том, какие мозговые структуры обеспечивают это привыкание. Также неизвестно, возвращаются ли системы мозга в прежнее состояние по возвращении на Землю.

Подобные исследования очень важны с точки зрения будущих межпланетных полетов, которые имеют принципиальные отличия от полетов по земной орбите.

Вот что говорил, например, в интервью "РГ" директор Института медико-биологических проблем РАН академик Олег Орлов:

- Мы знаем: на этапе Луны радиационная нагрузка у космонавтов будет выше, чем на орбите Земли, хотя и в пределах профессиональной нормы в отсутствие вспышек на Солнце. Однако мы имеем дело уже с галактическим излучением. Частицы, обладающие очень высокой энергией, могут нанести тяжелый биологический вред. Более того, сталкиваясь с конструкциями космической станции, они формируют еще и вторичное излучение. Сложно сделать техническую защиту? Думаю, нет. Но ни один корабль не выдержит вес такой защиты. Поэтому решающими становятся вопросы значимости биологических повреждений, восстановления функций. Мы в первую очередь говорим о мозге. Еще одна серьезная проблема - пребывание человека вне магнитного поля Земли. Это мало исследовано. Те научные данные, которые есть, не систематизированы, противоречивы. Поэтому необходимо разработать надежную систему медицинского обеспечения межпланетных полетов и создать задел для обеспечения планетных баз.

Итак, тринадцати космонавтам сделали сканирование мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) трижды: до полета в космос, а также сразу после него и спустя восемь месяцев. Двое космонавтов прошли диагностику дважды за весь период исследования - после двух своих полетов.

Используя фМРТ-данные, ученые оценили, как изменилась сила связей между различными участками мозга до и после полета. Активность мозга космонавтов в состоянии покоя сравнивали с результатами сканирования четырнадцати человек в контрольной группе. В результате исследователи обнаружили изменения в связях мозга космонавтов, влияющих на адаптацию к новым ощущениям.

По словам ведущего научного сотрудника Научно-учебной лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ Екатерины Печенковой, эти изменения функциональные, они опасны не более, чем любая другая адаптация к сложным условиям. У людей с наземными экстремальными профессиями и увлечениями существуют такие же риски с точки зрения работы мозга. "Поэтому основное направление работы с этими изменениями у космонавтов - использовать полученные знания для разработки упражнений. Они сделают подготовку к еще более длительным (в перспективе - межпланетным) космическим полетам легче и при этом позволят быстро адаптироваться по возвращении на Землю", - подчеркивает ученый.

Статья опубликована в журнале Communications Biology.