Невесомость перестроила связи внутри мозга у космонавтов

Учёные изучили мозг у 13 российских космонавтов, совершивших полёты 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. Причём эти связи не всегда возвращаются к исходному состоянию после полёта. Статья опубликована в журнале Communications Biology.

Длительное пребывание в космосе вызывает в организме человека физические изменения. Например, ухудшается состояние костей и мышц. Поэтому здоровье космонавтов пристально изучается медиками и учёными. Однако о том, как такие экстремальные условия влияют на мозг, известно мало. 

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

Ключевое изменение среды, с которым сталкиваются космонавты на МКС, — воздействие невесомости. Постепенно космонавты привыкают к отсутствию земной гравитации. Вопрос в том, какие мозговые структуры обеспечивают это привыкание. Также неизвестно, возвращаются ли системы мозга в прежнее состояние по возвращении на Землю.

Чтобы оценить, как перестроились связи в мозге космонавтов после длительного воздействия невесомости, международная команда учёных изучила изменения у 13 российских космонавтов, которые совершали полёты на МКС с 2014 по 2020 год. Участникам сделали сканирование мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) трижды: до полёта в космос, а также сразу после него и спустя восемь месяцев. Двое космонавтов прошли диагностику дважды за весь период исследования — после двух своих полётов. 

Метод фМРТ позволяет визуализировать активность мозга как в состоянии покоя, так и во время выполнения разных задач. Когда определённый участок мозга активирован, обмен веществ в нём становится более интенсивным, и приток крови к нему увеличивается. Эти изменения и фиксирует фМРТ.

Активность мозга космонавтов в состоянии покоя сравнивали с результатами сканирования 14 человек в контрольной группе. В результате исследователи обнаружили изменения в связях мозга космонавтов, влияющих на адаптацию к новым ощущениям.

Так, количество связей с различными областями мозга снизилась у задней части поясной извилины. Эти изменения сохранились и спустя восемь месяцев после полёта. Поскольку поясная извилина вместе с областью предклинья является ключевым узлом так называемой сети работы мозга по умолчанию (default mode network), то изменения её связей могут сигнализировать об общемозговых эффектах адаптации к незнакомым сенсорным ощущениям в условиях космического полёта.

Меньше связей с различными зонами продемонстрировала и такая подкорковая структура мозга как таламус , в особенности — с префронтальной корой. Связи между префронтальной корой и таламусом обеспечивают адаптивное принятие решений и функционирование рабочей памяти. 

В угловой извилине правого полушария наблюдался рост связности с другими зонами мозга — как сразу по приземлении, так и спустя восемь месяцев после полёта. В условиях невесомости угловая извилина активно вовлечена в сравнение сенсорных ощущений с ожидаемыми результатами действия и в создание плавных двигательных паттернов в ответ на эти ощущения, поскольку привычные движения совершаются иначе, чем на Земле. Известно, что космонавты со временем адаптируются к новому состоянию, — именно эту адаптацию может отражать рост связей угловой извилины с другими структурами мозга.

Единственная структура, для которой связность вернулась к исходному состоянию спустя восемь месяцев, — островковая доля. Она относится к сети выявления значимости (salience network) — системе мозга, которая отвечает за поиск значимых стимулов в окружающей среде и выбор подходящего ответа на них. 

Учёные также заметили снижение связи островковой доли с поясной корой, что указывает на подавление вегетативных реакций в отсутствие привычной силы тяжести. В начале полета космонавты испытывают космическую болезнь движения — состояние укачивания, похожее на морскую болезнь, — однако затем она проходит. Перестройка связи между островковой долей и поясной корой может отражать эти изменения.

Вместе эти результаты говорят об устойчивых изменениях в сенсомоторных и вестибулярных системах мозга после длительного воздействия невесомости, которые могут отражать адаптацию человека при освоении им новой среды. 

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 ещё более длительным (в перспективе — межпланетным) космическим полётам легче и при этом позволят быстро адаптироваться по возвращении на Землю.

Екатерина Печенкова
Ведущий научный сотрудник Научно-учебной лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ

IQ

6 марта, 2023 г.