Langfristige Raumflüge fordern einen Tribut von den Menschen, an dessen Verständnis wir noch arbeiten. Schwerelosigkeit, Strahlenexposition und die Isolation, die entsteht, wenn man monatelang oder länger in einem kleinen Raumschiff eingesperrt ist, sind nur einige der Gefahren, denen Menschen auf einer Reise zum Mars ausgesetzt sind. Im Jahr 2015 schickten Wissenschaftler 25 Menschen für eine simulierte einjährige Weltraummission in eine isolierte Forschungseinrichtung in der Antarktis. Sie erwarteten Veränderungen im Gehirn der simulierten Astronauten, die nach ihrer Rückkehr nach Hause verschwinden würden. Eine Nachuntersuchung fünf Monate später zeigte jedoch, dass die Veränderungen am Thalamus, dem Teil des Gehirns, der Aufmerksamkeit und Bewusstsein reguliert und sensorische Informationen an den Rest des Gehirns weiterleitet, weiterhin bestehen blieben.
Die simulierte Weltraummission fand an der Concordia-Station statt, einer gemeinsamen französisch-italienischen Einrichtung auf dem ostantarktischen Plateau, einem der kältesten Orte der Erde. Concordia liegt auf einer Höhe von 10.500 Fuß, hat aber einen durchschnittlichen Druck wie in 13.000 Fuß Höhe über dem Meeresspiegel am Äquator und eine Durchschnittstemperatur von -60 Grad Fahrenheit. Der Bahnhof liegt mehr als 350 Meilen vom nächstgelegenen Bahnhof entfernt und ist im Winter nicht zugänglich. Von Februar bis November sind die Menschen in Concordia ständiger Dunkelheit, extremer Kälte und Isolation ausgesetzt.
Die Isolation der Antarktis wirkt sich auf das Gehirn aus
Gehirnscans haben kurzfristige Veränderungen im Gehirn von Astronauten nach der Raumfahrt festgestellt, obwohl die meisten dieser Veränderungen auf die Schwerelosigkeit zurückzuführen sind. Andere Umweltstressoren wie niedriger Sauerstoffgehalt und Isolation, die Raumfahrt und Concordia gemeinsam haben, können sich ebenfalls auf das Gehirn auswirken. Gleichzeitig hat die Forschung mithilfe von Gehirnscans Schlafstörungen mit Veränderungen in der Gehirnstruktur in Verbindung gebracht. Astronauten auf der Internationalen Raumstation berichten, dass sie weniger als die empfohlene Schlafmenge bekommen, und Menschen, die den Winter in der Antarktis verbringen, haben oft gestörte Schlafzyklen, weil es an normalen Veränderungen des Tageslichts mangelt. Schlaflosigkeit, Aufwachen mitten in der Nacht und Schläfrigkeit am Tag kommen häufig vor.
Die Frage ist, inwieweit sich diese Belastungen auf das Gehirn von Astronauten auswirken würden. Die Forscher machten vor ihrer Mission, unmittelbar danach und noch einmal fünf Monate später MRT-Scans der Gehirne der simulierten Astronauten. Die Scans zeigten reduzierte Mengen an grauer Substanz, einer Art Gehirngewebe, das uns beim Denken, Erinnern und Verarbeiten von Sinnesdaten hilft. Das Volumen der grauen Substanz nahm im gesamten Gehirn ab; Am deutlichsten waren die Verluste jedoch im temporalen und parietalen Kortex, im Hippocampus und im Thalamus. Der Rückgang der grauen Substanz an sich war nicht überraschend, aber das Anhalten des Gewebeverlusts im Thalamus war unerwartet. Gleichzeitig stellten die Forscher fest, dass das Ausmaß des Verlusts der grauen Substanz zwischen den Probanden variierte, ebenso wie die kognitive Leistung.
Verlust der grauen Substanz und überraschende kognitive Effekte
Während ihrer Zeit an der Concordia Station wurden die Probanden kognitiven Tests unterzogen, um Dinge wie Gedächtnis, Empathie und logisches Denken zu messen. Die simulierten Astronauten übten außerdem das Fliegen eines Sojus-Raumfahrzeugsimulators und ließen ihre Koordination und Reaktionszeit messen. Während ihrer Antarktis-Exkursion überwachten die Teilnehmer auch genau ihre Schlafzeiten und -qualität sowie ihr körperliches Aktivitätsniveau. Die Analyse ergab, dass diejenigen, die besser schliefen und mehr Zeit im Fitnessstudio verbrachten, einen geringeren Rückgang der grauen Substanz aufwiesen. Dies unterstreicht die Bedeutung körperlicher Aktivität für Raumfahrer, von denen bereits erwartet wird, dass sie täglich Sport treiben, um Knochen und Muskeln zu erhalten.
Ein weiteres unerwartetes Ergebnis der Forscher war jedoch, dass die Probanden, die den größten Verlust an grauer Substanz aufwiesen, bei kognitiven Tests bessere Leistungen erbrachten als diejenigen, die weniger graue Substanz verloren hatten. Typischerweise ist ein besserer Erhalt der grauen Substanz mit einer besseren kognitiven Leistung verbunden. Die Forscher vermuten, dass es sich hierbei um einen adaptiven Mechanismus zur Bewältigung von Langzeitstress handeln könnte, bei dem der Körper Ressourcen schont. Es bedarf jedoch noch weiterer Forschung, um Veränderungen wie diese, ihre nachgelagerten Auswirkungen auf Kognition, Stimmung und Leistung besser zu verstehen und um zu erfahren, was getan werden kann, um die Gehirne von Astronauten auf der langen Reise in den Weltraum gesund zu halten.
