К осмосът променя човешкия мозък, и това може да се превърне в едно от големите предизвикателства при бъдещи мисии отвъд Луната, предава BBC.
След около четири милиарда години еволюция човешкото тяло е отлично приспособено към живот при нормална гравитация. Затова в началото на космическата ера учените се питали какво ще се случи, когато хората напуснат Земята и попаднат в състояние на безтегловност. Дали кръвта ще се промени, костите ще отслабнат, а мозъкът ще бъде засегнат от микрогравитацията?
До края на 50-те години поредица от полети с мишки, паяци и кучета показват, че живи организми могат да оцелеят в Космоса. По-късно хората доказват, че не само могат да оцеляват, но и да се адаптират към условията извън Земята.
„Има адаптация, която по много начини се усеща като трансформация“, разказва астронавтът на Европейската космическа агенция (ESA) Лука Пармитано през 2019 г., докато се подготвя за втората си дългосрочна мисия на Международната космическа станция.
„След няколко седмици тялото ви е различно от това, което е било на Земята, виждате и усещате как се променя, краката ви стават по-слаби, а лицето ви се закръгля“, обяснява той.
Бивш тестов пилот от италианските военновъздушни сили, Пармитано наскоро беше избран за една от четирите позиции в екипажа на мисията „Артемис III“. Полетът, планиран за 2027 г., ще тества лунни апарати и скафандри като част от подготовката за завръщане на хората на Луната.
Според астронавта способността за адаптация е една от основните причини човешкият вид да успее да се развие.
„Да видя как само за няколко седмици в Космоса настъпват физически промени, наистина ме изненада, колко различно се чувствах и колко по-комфортно новото ми тяло се приспособи към средата“, казва той.
Как микрогравитацията влияе на организма
Последиците от космическите полети върху човешкото тяло, от загубата на мускулна маса и костна плътност до проблеми със синусите, са добре изучени през десетилетията, откакто хората за първи път излязоха в орбита.
Много по-малко известно обаче е какво се случва с мозъка.
В Космоса човешкото тяло вече не трябва постоянно да преодолява силата на гравитацията при всяко движение. В резултат костите, които поддържат теглото ни, и мускулите, използвани за ходене, тичане и повдигане на предмети, започват да отслабват.
Само след няколко дни в Космоса костите губят калций, а мускулите започват да се променят. Това включва и промени в сърдечната функция. Подутите лица на астронавтите също са резултат от липсата на гравитация, течностите се преразпределят и се натрупват в горната част на тялото.
Ако астронавтите оставаха завинаги в Космоса, това не би било толкова голям проблем. Но за да се върнат на Земята в добро физическо състояние, те трябва да следват строг режим на тренировки.
Обикновено астронавтите на Международната космическа станция прекарват около два часа дневно във фитнес зоната. Въпреки това след шест месеца в орбита те често биват изваждани от капсулата след завръщането си и поставяни на носилки. Възстановяването на костната структура може да отнеме до четири години.
- Мозъкът се „пренастройва“ в Космоса
Какво се случва с мозъка обаче остава по-слабо проучено, а това може да се окаже сериозен проблем при бъдещи далечни мисии.
„Мозъкът вероятно е най-важният от нашите органи. Ако не изпратите ефективен и работещ мозък в Космоса, всичко останало няма значение“, казва лекарят от ESA Алесандро Алчибиаде.
Досегашните изследвания са били ограничени до малък брой астронавти, участвали в дългосрочни мисии. Например астронавтът Скот Кели прекарва една година на Международната космическа станция, докато неговият еднояйчен близнак Марк остава на Земята. Изследването показва, че когнитивните способности на Скот до голяма степен остават непроменени по време на мисията, но намаляват за около шест месеца след завръщането му.
Ново изследване на учени от Биркбек, Университет на Лондон, публикувано в списание „Frontiers in Psychology“, обединява данни от 15 изследвания с мозъчни изображения, включващи около 377 участници. Сред тях има астронавти, както и доброволци, участвали в симулации на космически полети на Земята.
Според учените анализът показва, че микрогравитацията води до структурни и функционални промени в мозъка.
„Това е впечатляваща невропластичност, открихме както структурни, така и функционални промени в мозъка“, казва водещият автор на изследването Елиза Рафаела Фере, професор по когнитивна невронаука в Биркбек.
Учените установили промени в области на мозъка, свързани с движението, равновесието и усещането за положението на тялото.
„Видяхме промени в частите на мозъка, които контролират движението, баланса и усещането за тялото“, обяснява съавторът на изследването Силвия Сегези.
- Гравитацията е част от начина, по който мозъкът работи
Според изследователите човешкият мозък е еволюирал така, че постоянно да усеща гравитацията.
„Не възприемаме гравитацията по същия начин, по който възприемаме промяна в цвета, светлината, температурата или звука. Но гравитацията е постоянна характеристика на средата, която мозъкът ни получава и обработва“, казва Фере.
Тя обяснява, че гравитацията е един от първите сигнали, които развиващият се плод получава, което означава, че мозъкът ни е изграден около способността да я отчита.
Като пример тя посочва обикновено действие като вдигането на чаша кафе. Човек го прави без усилие, защото мозъкът автоматично отчита гравитацията и регулира движението на мускулите.
Способността на мозъка да се адаптира е добра новина за астронавтите. Ако той не се променяше в Космоса, те биха имали още повече трудности. Проблемът обаче е колко бързо се случва тази промяна.
- Предизвикателството при полети до Марс
Досега астронавтите са успявали да се адаптират към условията на Международната космическа станция. Те са по-несръчни в началото, блъскат се в стените и преценяват неправилно силата на движенията си, но постепенно свикват.
При бъдещи мисии до Луната и Марс обаче ситуацията може да бъде по-сложна.
При пътуване до Марс, което би продължило около осем месеца, екипажът ще бъде силно адаптиран към микрогравитацията. Излизането от космическия кораб върху повърхността на Марс, където гравитацията е около една трета от земната, може да се окаже сериозно изпитание.
Макар мускулите и костите да могат да бъдат поддържани чрез ежедневни упражнения, мозъкът, който ги контролира, може да се нуждае от време за нова адаптация.
„Може да имате невероятна ракета, но ако не можете да я управлявате и не можете да вземате правилни решения заради тези сензорно-моторни промени, това може да доведе до проблеми“, предупреждава Фере.
- Възможни решения
Научната фантастика често предлага решение, космически кораби с центрофуги или огромни въртящи се конструкции, които създават изкуствена гравитация.
Според Алчибиаде това би било най-добрият вариант, тъй като би ограничило загубата на костна и мускулна маса и би помогнало на мозъка да се адаптира.
Причината това все още да не се използва е цената.
„Всичко се свежда до масата, а масата означава пари, когато говорим за Космоса“, обяснява той.
Фере разработва и нови методи за използване на малки електрически импулси, които да стимулират мозъчните области, свързани с усещането за гравитация, с надеждата да подобрят адаптивността.
Тя е убедена, че учените ще намерят начин да преодолеят ефектите от промените в гравитацията, но подчертава, че изследванията имат значение не само за астронавтите.
„Космическият полет е предизвикателство. Но той може да бъде и изключително полезен прозорец към разбирането на нашия мозък по начин, който не можем да постигнем на Земята“, казва тя.
