Când se află în spaţiu, creierele astronauţilor se schimbă. „Este o neuroplasticitate frumoasă"

Spațiul le pune la încercare creierele astronauților, iar acest lucru ar putea fi o mare provocare pentru misiunile dincolo de Lună. Provocările fizice ale zborurilor spațiale asupra corpului uman, de la mușchi la oase și până la sinusurile blocate, sunt bine documentate în cei aproximativ 70 de ani de când omenirea a ajuns pentru prima dată pe orbită. Mai puțin cunoscute însă sunt efectele pe care gravitația zero le are asupra creierului, scrie BBC News.

Până la sfârșitul anilor 1950, o serie de zboruri cu șoareci, păianjeni și, în cele din urmă, câini, au dovedit că animalele pot într-adevăr supraviețui în spațiu. Iar când a venit vorba mai târziu de oameni, am demonstrat că nu numai că putem supraviețui, ci și că putem prospera.

„Există o adaptare care, în multe privințe, se simte ca o transformare”, a spus astronautul Luca Parmitano al Agenției Spațiale Europene (ESA) în 2019, în timpul antrenamentului pentru a doua sa misiune de lungă durată către Stația Spațială Internațională (ISS).

„După câteva săptămâni, corpul tău este diferit de ceea ce era pe Pământ. Vezi și simți cum corpul tău se schimbă, picioarele devin mai subțiri și fața ta se rotunjește”, explică el.

Fost pilot de testare al Forțelor Aeriene Italiene, Parmitano a fost recent selectat pentru a treia sa misiune spațială, fiind unul dintre cei patru membri ai echipajului navei Artemis III. Lansarea va avea loc în 2027, iar acest zbor provocator pe orbita Pământului va testa module de aselenizare și costume spațiale pentru o întoarcere pe Lună.

„Unul dintre motivele pentru care rasa umană are atât de mult succes pe Pământ este capacitatea noastră de a ne adapta. Dar să văd în intervalul de câteva săptămâni în spațiu schimbările fizice care se produc, m-a uimit cu adevărat cât de diferit mă simțeam și cât de mult mai confortabil se potrivea noul meu corp în mediul în care mă aflam”, a spus el.

Provocările fizice ale zborurilor spațiale asupra corpului uman, de la mușchi la oase și până la sinusurile blocate, sunt bine documentate în cei aproximativ 70 de ani de când omenirea a ajuns pentru prima dată pe orbită. Mai puțin cunoscute sunt efectele pe care gravitația zero le are asupra creierului nostru. 

În spațiu, corpurile noastre nu mai trebuie să depășească forța gravitațională cu fiecare acțiune sau mișcare. Drept urmare, oasele care ne susțin greutatea și mușchii pe care îi folosim pentru a ridica, căra, merge și alerga încep să se uzeze. După doar câteva zile în spațiu, oasele pierd calciu, iar mușchii încep să se deterioreze, ceea ce include modificări ale inimii. Motivul pentru care astronauții tind să aibă și fețele umflate este rezultatul faptului că lichidele nu mai sunt constrânse de gravitație și se acumulează în partea superioară a corpului.

Toate acestea ar fi în regulă dacă astronauții și-ar petrece restul vieții în spațiu, dar dacă vor vreodată să se întoarcă pe Pământ în formă fizică bună, trebuie să urmeze un regim riguros de exerciții. De obicei, acesta include două ore pe zi în sala de sport de pe ISS și, chiar și atunci, după doar șase luni în spațiu, sunt transportați de pe navele spațiale de întoarcere și așezați pe targă. Poate dura până la patru ani pentru ca oasele lor să revină la normal.

Mult mai puțin înțeles este însă ce se întâmplă în creierele astronauților. Și asta ar putea fi o problemă.

„Creierul este probabil cel mai important dintre organele noastre. Dacă nu aducem în spațiu un creier eficient și un creier funcțional, toate acestea vor fi inutil de luat în considerare”, spune chirurgul Alessandro Alcibiade de la ESA.

Cercetările privind efectele zborurilor spațiale asupra creierului s-au limitat la experimente efectuate pe doar câțiva astronauți în timpul misiunilor de lungă durată. Scott Kelly, de exemplu, a petrecut un an pe ISS în timp ce fratele său geamăn, astronaut Mark, a rămas pe Pământ. În studiul rezultat, cercetătorii au descoperit că abilitățile cognitive ale lui Scott au rămas în mare parte neschimbate în timpul misiunii în comparație cu cele ale lui Mark, dar au scăzut timp de aproximativ șase luni după întoarcerea sa.

Acum, o nouă cercetare publicată în revista Frontiers in Psychology de către oamenii de știință de la Birkbeck, Universitatea din Londra, Marea Britanie a reunit rezultatele a 15 studii de imagistică cerebrală la care au participat aproximativ 377 de persoane. Printre acestea s-au numărat astronauți, precum și voluntari în simulări de zboruri spațiale pe Pământ, cum ar fi studiile privind repausul la pat.

Prin combinarea tuturor acestor seturi de date, echipa Birkbeck consideră că a identificat schimbările care au loc în creier atunci când acesta este expus la microgravitație.

„Este o neuroplasticitate frumoasă. Am descoperit că există atât modificări structurale, cât și funcționale în creier. Am identificat un grup de zone ale creierului care suferă modificări atunci când gravitația nu este prezentă”, spune autoarea principală Elisa Raffaella Ferrè, profesor de neuroștiințe cognitive la Universitatea Birkbeck din Londra.

Așadar, așa cum corpul se schimbă în spațiu, cercetările arată că și creierul se adaptează fizic la absența gravitației.

„Observăm schimbări în părțile creierului care controlează mișcarea, echilibrul și conștientizarea corpului”, spune Silvia Seghezzi, coautoarea lucrării.

„De asemenea, am observat modificări la nivelul operculului: aici se întâlnesc toate aceste semnale și pot fi procesate într-un mod multisenzorial”, spune ea.

Asta înseamnă că și creierul a evoluat pentru a simți gravitația.

„Nu percepem gravitația în același mod în care percepem schimbările de culoare, de lumină, de temperatură, de sunete. Dar gravitația este o caracteristică constantă a mediului pe care creierul nostru o primește și o procesează. Dacă vrei să fii puțin tocilar, poți să te gândești la gravitație ca la primul semnal pe care îl primește fătul în curs de dezvoltare. Așadar, creierul nostru este construit pe detectarea gravitației”, spune Ferrè.

Ferrè folosește exemplul luării unei cești de cafea. Facem asta fără efort, explică ea, deoarece creierul nostru compensează automat gravitația Pământului și ne mișcă mușchii în consecință. 

La prima vedere, acestea sunt vești bune pentru astronauți. De fapt, dacă creierele umane nu s-ar adapta în spațiu, astronauții s-ar confrunta cu tot felul de dificultăți, inclusiv cu o mulțime de leziuni. Provocarea apare, însă, în ceea ce privește viteza cu care are loc această reprogramare neurologică.

„Uitați-vă la astronauții Apollo mergând pe suprafața lunară. Imaginile arată cât de incredibil de slabi erau în a menține postura corectă, și asta nu doar pentru că acele costumele erau foarte grele, ci pentru că echilibrul și locomoția lor erau alterate de lipsa gravitației terestre. Nu înseamnă că creierul nu se poate recalibra, dar este nevoie de timp și resurse”, spune Ferrè. 

În ultimii 50 de ani de la sfârșitul programului Apollo, nimic din toate acestea nu a reprezentat o problemă reală. Astronauții sosesc pe ISS și sunt puțin stângaci o vreme, lovindu-se de pereți sau mișcând obiecte cu prea multă forță, dar apoi se adaptează. Când echipajul se întoarce pe Pământ, sunt ajutați să iasă din capsulă, îngrijiți și reabiliți la viața în condiții de gravitație normală. Dar ce se întâmplă cu viitoarele misiuni de lungă durată pe Lună sau pe Marte, pe care NASA și China le au în vizor? Pentru acestea, astronauții vor trebui să treacă de la gravitație la absența gravitației.

Într-o misiune pe Marte, de exemplu, după aproximativ opt luni în spațiu, echipajul va fi atât de bine adaptat la microgravitație încât chiar și coborârea din nava spațială în condiții de gravitație marțiană (aproximativ o treime din cea a Pământului) ar putea reprezenta o provocare. În timp ce mușchii și oasele lor vor fi menținute în formă prin exerciții zilnice, creierul care îi controlează s-ar putea să nu fie. Schimbarea gravitației ar putea fi dezorientantă și periculoasă. Fără comunicare în timp real cu Pământul, echipajul va avea nevoie de inteligență pentru aterizare.

„Poți avea o rachetă uimitoare, dar dacă nu ești capabil să o pilotezi, dacă nu ești capabil să iei deciziile corecte din cauza acestor modificări senzorio-motorii, s-ar putea să apară probleme. Trebuie să ne asigurăm că oamenii sunt sprijiniți și că, eventual, facilitează procesul de adaptare”, spune Ferrè.

Soluția science fiction la această problemă a fost de obicei construirea unei nave spațiale care încorporează o centrifugă sau o roată gigantică pentru a simula microgravitația.

„Aceasta ar fi cea mai bună soluție, ar contracara pierderea osoasă și musculară și ar ajuta la condiționarea creierului. De ce nu facem asta? Pentru că ar costa mult. Totul se reduce la masă, iar masa înseamnă bani când vorbim despre spațiu”, spune Alcibiade de la ESA.

Ferrè este de acord și dezvoltă noi tehnici de utilizare a curenților electrici mici pentru a stimula zonele cheie ale creierului care simt gravitația, în speranța de a îmbunătăți flexibilitatea. 

Ea este încrezătoare că oamenii de știință vor găsi o modalitate de a depăși efectele schimbărilor gravitaționale, dar este dornică să sublinieze aspectele pozitive ale descoperirilor sale inițiale de cercetare, nu doar pentru astronauți, ci pentru întreaga omenire.

„Zborul spațial este o provocare. Dar poate fi și o fereastră foarte bună pentru a înțelege creierul nostru într-un mod în care nu putem face acest lucru aici, pe Pământ”, spune ea.