Τι παθαίνει ο εγκέφαλος στο διάστημα και γιατί ανησυχούν οι επιστήμονες

Το διάστημα επηρεάζει τον εγκέφαλο των αστροναυτών και αυτή η αναδιοργάνωση μπορεί να εξελιχθεί σε μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις του μέλλοντος για τις επανδρωμένες αποστολές πέρα από τη Σελήνη.

Ύστερα από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, ο ανθρώπινος οργανισμός είναι σχεδιασμένος για να λειτουργεί υπό τη σταθερή επίδραση της γήινης βαρύτητας. Ωστόσο στο διάστημα αυτός ο κανόνας ανατρέπεται, αφού το σώμα δεν χρειάζεται πλέον να στηρίζει το βάρος του, οι μύες χρησιμοποιούνται διαφορετικά και τα υγρά μετακινούνται προς το άνω μέρος του σώματος, λόγω της απουσίας της βαρύτητας.

Ακόμη πιο σύνθετες και εντυπωσιακές παρουσιάζονται οι αλλαγές που πραγματοποιούνται στον εγκέφαλο, καθώς καλείται να μάθει, κατά έναν τρόπο, εκ νέου πώς να ελέγχει την κίνηση, την ισορροπία και την αντίληψη του σώματος σε ένα πρωτόγνωρο περιβάλλον σαν το διάστημα.

Όπως αναφέρει εκτενές δημοσίευμά του BBC, οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και δεκαετίες ότι οι διαστημικές πτήσεις επιβαρύνουν τους μυς και τα οστά. Μόλις τις τελευταίες χρονιές, όμως, αρχίζουν να κατανοούν με μεγαλύτερη ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο μεταβάλλεται ο ίδιος ο εγκέφαλος.

«Το σώμα σου γίνεται διαφορετικό»

Ο αστροναύτης της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος Λούκα Παρμιτάνο περιέγραψε την προσαρμογή στη μικροβαρύτητα ως μια διαδικασία που θυμίζει «μεταμόρφωση».

«Έπειτα από μερικές εβδομάδες το σώμα σου είναι διαφορετικό από αυτό που ήταν στη Γη. Βλέπεις και αισθάνεσαι το σώμα σου να αλλάζει. Τα πόδια σου γίνονται πιο αδύνατα και το πρόσωπό σου πιο στρογγυλό», είχε δηλώσει.

Στη μικροβαρύτητα, τα οστά και οι μύες δεν χρειάζεται να αντιστέκονται διαρκώς στη δύναμη που τους τραβά προς το έδαφος. Μέσα σε λίγες ημέρες αρχίζει η απώλεια ασβεστίου από τα οστά, ενώ οι μύες εξασθενούν. Μεταβολές μπορεί να εμφανιστούν ακόμη και στην καρδιά, η οποία είναι και αυτή μυς.

Ταυτόχρονα, τα υγρά του σώματος μετακινούνται προς το κεφάλι και τον θώρακα, καθώς δεν υπάρχει η βαρύτητα που κανονικά τα συγκρατεί στα χαμηλότερα σημεία του σώματος. Αυτός είναι και ο λόγος που οι αστροναύτες εμφανίζουν συχνά πιο πρησμένα και στρογγυλά πρόσωπα.

Για να περιορίσουν την απώλεια μυϊκής και οστικής μάζας, γυμνάζονται περίπου δύο ώρες την ημέρα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Παρά τη συστηματική άσκηση, ύστερα από πολύμηνες αποστολές μπορεί να μην είναι σε θέση να σταθούν ή να περπατήσουν χωρίς βοήθεια αμέσως μετά την επιστροφή τους στη Γη.

Η αποκατάσταση των οστών μπορεί, σύμφωνα με τα στοιχεία που παρουσιάζει το BBC, να χρειαστεί ακόμη και τέσσερα χρόνια.

Ο εγκέφαλος «ξαναγράφει» τους κανόνες

Σε αντίθεση με τις επιπτώσεις στους μυς και στα οστά, οι αλλαγές στον εγκέφαλο παραμένουν λιγότερο κατανοητές.

Νέα μελέτη επιστημόνων του Birkbeck, University of London, η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Frontiers in Psychology, συνδύασε δεδομένα από 15 έρευνες απεικόνισης του εγκεφάλου με περίπου 377 συμμετέχοντες. Στο δείγμα περιλαμβάνονταν αστροναύτες, αλλά και εθελοντές που συμμετείχαν σε προσομοιώσεις διαστημικών συνθηκών στη Γη.

Η ερευνητική ομάδα εντόπισε τόσο δομικές όσο και λειτουργικές μεταβολές στον εγκέφαλο, κυρίως σε περιοχές που σχετίζονται με την κίνηση, την ισορροπία και την αντίληψη της θέσης του σώματος.

«Πρόκειται για μια εντυπωσιακή νευροπλαστικότητα», δήλωσε η επικεφαλής της μελέτης, καθηγήτρια γνωστικής νευροεπιστήμης Ελίζα Ραφαέλα Φερέ. «Εντοπίσαμε μια ομάδα περιοχών του εγκεφάλου που αλλάζουν όταν η βαρύτητα δεν υπάρχει».

Μεταβολές εντοπίστηκαν επίσης στο operculum, μια περιοχή του εγκεφάλου στην οποία συναντώνται και συνδυάζονται διαφορετικά αισθητηριακά σήματα. Πρόκειται ουσιαστικά για ένα σημείο επεξεργασίας πληροφοριών που επιτρέπει στον εγκέφαλο να συνδέει όσα βλέπει, όσα αισθάνεται και τον τρόπο με τον οποίο κινείται το σώμα.

Η εικόνα που διαμορφώνεται είναι ότι ο εγκέφαλος δεν παύει απλώς να λαμβάνει υπόψη τη βαρύτητα. Αναγκάζεται να αναδιοργανώσει τον τρόπο με τον οποίο ερμηνεύει το περιβάλλον και δίνει εντολές στους μυς.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι «χτισμένος» πάνω στη βαρύτητα

Στην καθημερινή ζωή δεν αισθανόμαστε συνειδητά τη βαρύτητα όπως αισθανόμαστε μια μεταβολή στη θερμοκρασία ή έναν δυνατό ήχο. Παρ’ όλα αυτά, ο εγκέφαλος την υπολογίζει σε κάθε μας κίνηση.

Όταν σηκώνουμε ένα φλιτζάνι καφέ, για παράδειγμα, γνωρίζει ασυνείδητα πόση δύναμη απαιτείται ώστε το χέρι να κινηθεί προς τα πάνω χωρίς να χυθεί το περιεχόμενο. Οι υπολογισμοί αυτοί βασίζονται στη σταθερή παρουσία της γήινης βαρύτητας.

«Η βαρύτητα αποτελεί ένα μόνιμο χαρακτηριστικό του περιβάλλοντος, το οποίο ο εγκέφαλός μας λαμβάνει και επεξεργάζεται», εξηγεί η Φερέ. Κατά την ίδια, μπορεί να θεωρηθεί ακόμη και ένα από τα πρώτα σήματα που δέχεται το αναπτυσσόμενο έμβρυο.

Ο εγκέφαλος, επομένως, δεν χρησιμοποιεί απλώς τη βαρύτητα. Έχει αναπτυχθεί μέσα σε αυτήν και έχει οργανώσει γύρω της βασικές λειτουργίες, όπως η στάση, η ισορροπία και η κίνηση.

Η ικανότητά του να προσαρμόζεται στην απουσία της αποτελεί θετική ένδειξη για την ανθρώπινη παρουσία στο διάστημα. Εάν δεν μπορούσε να αλλάξει, ακόμη και οι απλούστερες κινήσεις θα γίνονταν ιδιαίτερα δύσκολες.

Το πρόβλημα δεν είναι αν μπορεί να προσαρμοστεί, αλλά πόσο χρόνο χρειάζεται για να το κάνει και πόσο γρήγορα μπορεί να επαναπροσαρμοστεί όταν αλλάξει ξανά η βαρύτητα.

Γιατί οι αστροναύτες του Apollo δυσκολεύονταν να περπατήσουν

Οι εικόνες των αστροναυτών του προγράμματος Apollo να κινούνται στη Σελήνη δείχνουν συχνά ανθρώπους που δυσκολεύονται να διατηρήσουν την ισορροπία τους, αναπηδούν αδέξια και πέφτουν στην επιφάνεια.

Οι βαριές διαστημικές στολές αποτελούσαν μέρος του προβλήματος. Δεν ήταν όμως η μοναδική αιτία.

«Όλη η ισορροπία και η κίνησή τους είχαν μεταβληθεί από την απουσία της γήινης βαρύτητας», σημειώνει η Φερέ. «Αυτό δεν σημαίνει ότι ο εγκέφαλος δεν μπορεί να επαναρυθμιστεί, αλλά χρειάζεται χρόνο και πόρους».

Στις σημερινές αποστολές προς τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό υπάρχει ο χρόνος και η υποστήριξη για αυτήν την προσαρμογή. Τις πρώτες ημέρες οι αστροναύτες μπορεί να πέφτουν πάνω στα τοιχώματα ή να σπρώχνουν αντικείμενα με περισσότερη δύναμη από όση χρειάζεται. Σταδιακά, όμως, μαθαίνουν να λειτουργούν στο νέο περιβάλλον.

Κατά την επιστροφή τους στη Γη, εξειδικευμένες ομάδες τούς βοηθούν να εγκαταλείψουν την κάψουλα, ενώ ακολουθούν προγράμματα αποκατάστασης έως ότου το σώμα και ο εγκέφαλος προσαρμοστούν ξανά στην κανονική βαρύτητα.

Η μεγάλη πρόκληση του Άρη

Οι αποστολές προς τη Σελήνη και, κυρίως, προς τον Άρη αλλάζουν τα δεδομένα. Σε ένα ταξίδι διάρκειας περίπου οκτώ μηνών, οι αστροναύτες θα έχουν προσαρμοστεί σχεδόν πλήρως στη μικροβαρύτητα.

Όταν φτάσουν στον Άρη, θα χρειαστεί να λειτουργήσουν αμέσως σε μια νέα συνθήκη, όπου η βαρύτητα αντιστοιχεί περίπου στο ένα τρίτο της γήινης. Θα πρέπει να ολοκληρώσουν την προσεδάφιση, να χειριστούν το διαστημόπλοιο, να αντιμετωπίσουν πιθανά τεχνικά προβλήματα και να βγουν στην επιφάνεια.

Οι μύες και τα οστά τους ενδέχεται να έχουν διατηρηθεί σε σχετικά καλή κατάσταση χάρη στη συστηματική άσκηση. Ο εγκέφαλος που ελέγχει τις κινήσεις τους, όμως, μπορεί να μην έχει προλάβει να προσαρμοστεί στη νέα βαρύτητα.

Ο αποπροσανατολισμός, η αδυναμία διατήρησης της ισορροπίας ή η λανθασμένη εκτίμηση της δύναμης που απαιτείται για μια κίνηση θα μπορούσαν να αποδειχθούν επικίνδυνα. Η κατάσταση γίνεται ακόμη πιο κρίσιμη επειδή, λόγω της απόστασης, δεν θα υπάρχει επικοινωνία σε πραγματικό χρόνο με τη Γη.

«Μπορεί να διαθέτεις έναν εκπληκτικό πύραυλο, αλλά εάν δεν μπορείς να τον χειριστείς ή να λάβεις τις σωστές αποφάσεις εξαιτίας αισθητικοκινητικών μεταβολών, μπορεί να υπάρξει πρόβλημα», προειδοποιεί η Φερέ στο δημοσίευμα του BBC.

Η προετοιμασία των μελλοντικών πληρωμάτων δεν θα αφορά, επομένως, μόνο την προστασία των μυών, των οστών και της καρδιάς. Οι διαστημικές υπηρεσίες θα πρέπει να αναπτύξουν μεθόδους που θα βοηθούν τον εγκέφαλο να περνά ταχύτερα από τη μία συνθήκη βαρύτητας στην άλλη.

Για τις αποστολές πέρα από τη Σελήνη, η μεγαλύτερη δοκιμασία ίσως να μην είναι μόνο η κατασκευή ενός ισχυρότερου πυραύλου. Θα είναι να διασφαλιστεί ότι, όταν οι αστροναύτες φτάσουν στον προορισμό τους, ο εγκέφαλός τους θα είναι έτοιμος να τους οδηγήσει με ασφάλεια στα επόμενα βήματα.