Wissenschaftliche Forschung kann auf den ersten Blick manchmal etwas seltsam aussehen. Doch so ungewöhnlich Experimente auch erscheinen mögen, für diese seltsamen Methoden gibt es in der Regel einen guten Grund. Ein Beispiel ist, wie Wissenschaftler eine Kohorte von 13 gesunden Männern 60 Tage lang mit dem Kopf nach unten liegen ließen. Ziel war es, zu simulieren, wie sich die Schwerelosigkeit während eines Raumflugs auf das Gehirn auswirkt. Diese Wissenschaftler fanden heraus, dass das menschliche Gehirn erhebliche Veränderungen im Liquorvolumen, in der Gehirnaktivität und in der Stoffwechselfunktion durchläuft, die das Gedächtnis und andere kognitive Funktionen beeinflussen könnten.
Langfristige Raumflüge haben bekanntermaßen vielfältige Auswirkungen auf den menschlichen Körper, was teilweise auf die Mikrogravitation zurückzuführen ist. In der Schwerelosigkeit können Knochen und Muskeln geschwächt werden, weshalb Astronauten im Weltraum strenge Trainingsroutinen einhalten. Studien haben jedoch gezeigt, dass die Schwerelosigkeit auch Auswirkungen auf das Gehirn haben kann. Wir verlassen uns auf die Schwerkraft, um herauszufinden, wo wir uns befinden und wie wir uns bewegen können. Ohne diesen Hinweis muss sich das Gehirn anpassen, damit der Körper normal funktionieren kann. Gleichzeitig verschieben sich Flüssigkeiten im Körper in der Schwerelosigkeit. Scans der Gehirne von Astronauten haben Veränderungen in der Zusammensetzung und Konnektivität des Gehirngewebes sowie in der Verteilung der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit gezeigt. Unser Verständnis darüber, wie lange es dauert, bis sich Astronauten von diesen Veränderungen erholt haben und was sie für die Funktionsfähigkeit des Gehirns bedeuten, ist jedoch noch begrenzt.
Wir bleiben der Wissenschaft treu
Während das Scannen der Gehirne von Astronauten viel über die Auswirkungen der Raumfahrt aufdecken kann, gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Astronauten, die untersucht werden können. Aus diesem Grund lassen Wissenschaftler Menschen mit dem Kopf nach unten liegen, um die Auswirkungen der Schwerelosigkeit zu simulieren. Frühere Studien mit dieser Methode waren jedoch relativ kurz: 90 % waren kürzer als 30 Tage. Eine Reise zum Mars dauert jeweils mehrere Monate, was bedeutet, dass sie der Mikrogravitation viel länger ausgesetzt sind. Gleichzeitig waren frühere Studien hinsichtlich der Verwendung bildgebender Verfahren des Gehirns etwas eingeschränkt.
Um dem entgegenzuwirken, nutzten die Forscher hinter der in npj Miocrogravity veröffentlichten Studie einen 60-tägigen Studienzeitraum, um die Auswirkungen einer längeren Raumfahrt herauszuarbeiten. Für die Studie rekrutierten sie 13 gesunde männliche Freiwillige im Alter zwischen 25 und 45 Jahren. Der Zweck der Studie bestand darin, Veränderungen im Gehirn zu identifizieren, die durch Bettruhe mit dem Kopf nach unten hervorgerufen werden, zu untersuchen, wie diese Veränderungen mit der kognitiven Funktion zusammenhängen könnten, und mögliche physische Mechanismen für alle festgestellten Veränderungen zu untersuchen. Die Forscher nutzten mehrere verschiedene Neuroimaging-Techniken, darunter strukturelle MRT und funktionelle MRT im Ruhezustand, sowie neuropsychologische Untersuchungen und Genomanalysen, um nach möglichen biochemischen Anpassungen zu suchen.
Pumpen Sie die Flüssigkeitsmenge auf
Gehirnscans ergaben einen deutlichen Anstieg des Liquorvolumens im Gehirn der Freiwilligen als Reaktion auf die simulierte Schwerelosigkeit. Sie beobachteten auch Veränderungen in der Aktivität im rechten präfrontalen Kortex, einem Teil der Gehirnanatomie, der für Aufmerksamkeit, Gedächtnis und Entscheidungsfindung verantwortlich ist. Zusätzlich zur Bildgebung ließen die Forscher die Freiwilligen vor und nach dem 60-tägigen Bettruheprotokoll mit dem Kopf nach unten neuropsychiatrische Untersuchungen durchführen, um mögliche kognitive Veränderungen zu messen.
Diese Untersuchungen ergaben einen unerwarteten Anstieg der Gedächtniswerte. Die Forscher vermuten jedoch, dass dies daran liegen könnte, dass die Teilnehmer denselben Test zweimal absolvierten. Um dies zu berücksichtigen, ließen sie zusätzlich 26 gesunde männliche Freiwillige die gleichen Untersuchungen im Abstand von 60 Tagen durchführen, ohne simulierte Schwerelosigkeit zu erleben. Sie fanden keine signifikanten Unterschiede in den Gedächtniswerten zwischen der Kopf-nach-unten-Gruppe und der Kontrollgruppe. Darüber hinaus fanden Genomanalysen der 13 Freiwilligen Veränderungen in Signalwegen im Zusammenhang mit der Proteintranslation. Dies deutet darauf hin, dass Gehirngewebe ungewöhnliche Stoffwechselanforderungen stellt, da es sich an die Schwerelosigkeit anpasst.
Die Ergebnisse dieser Studie tragen zu unserem Verständnis darüber bei, wie sich langfristige Raumfahrten auf das menschliche Gehirn auswirken. Weitere Forschungen, die eine detailliertere Bildgebung und Überwachung durchführen, könnten mehr über die Art und Weise aufdecken, wie das Gehirn auf die Schwerelosigkeit reagiert. Diese Informationen könnten Astronauten dabei helfen, sich auf einige der möglichen negativen Auswirkungen langer Weltraummissionen vorzubereiten und ihnen möglicherweise entgegenzuwirken.
