Ohne Schwerkraft bewegt sich die Flüssigkeit um das Gehirn eines Astronauten auf seltsame Weise. 

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In einer neuen Studie mit 11 Kosmonauten, die die Internationale Raumstation (ISS) besuchten, wurde festgestellt, dass sich die Flüssigkeit um das Gehirn während der Raumfahrt im Schädel neu verteilt.

Die Studie, die frühere Erkenntnisse über die Auswirkungen der Mikrogravitation auf das menschliche Gehirn bestätigt, wurde von Steven Jillings geleitet, einem Doktoranden am Labor für Gleichgewichtsuntersuchungen und Luft- und Raumfahrt (LEIA) der Universität Antwerpen in Belgien. Zuvor war Jillings Mitautor von zwei Studien, in denen die Auswirkungen der Raumfahrt auf das Gehirn russischer Kosmonauten untersucht wurden. Vor kurzem übernahm Jillings das analytische Ruder, um das Thema weiter zu untersuchen.

Jillings und das Team untersuchten das Gehirn von 11 Kosmonauten vor ihren Raumflügen, dann erneut neun Tage nach der Landung und dann erneut sechs bis sieben Monate nach ihrer Rückkehr zur Erde. Jillings nahm an früheren Arbeiten an Raumfliegergehirnen teil, die eine Standardart der Magnetresonanztomographie (MRT) verwendeten, und diese neue Arbeit verwendete eine bestimmte Art der MRT-Untersuchung, die eine Reihe von Diffusions-MRT-Bildern (dMRI) umfasste. Dies ermöglichte einen tieferen Blick auf die Gehirnlandschaft, um zu sehen, wie die Raumfahrt sie verändert hat.

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Jillings interessierte sich mit Hilfe seines Vorgesetzten Floris Wuyts für die Auswirkungen der Raumfahrt auf das menschliche Gehirn. Er hat einen Hintergrund in der Untersuchung des Vestibularsystems – einer Reihe von Sinnesorganen im Innenohr, die für das Gleichgewicht und die räumliche Orientierung verantwortlich sind.

Im Jahr 2009 schrieb Wuyts einen Vorschlag zur MRT-Untersuchung von 11 Kosmonauten der russischen Weltraumbehörde Roscosmos, um die Neuroplastizität des Gehirns oder die Fähigkeit des Gehirns zur Anpassung an neue Umgebungen zu untersuchen. Diese Arbeit begann 2013 und Jillings trat 2016 bei. Die neuen Analysen basierten auf Beobachtungen des Gehirns der Kosmonauten, die 2017 begannen. Zu diesem Zeitpunkt verfügten die Forscher über genügend Daten, um einen formalen statistischen Test durchzuführen. Jillings analysierte und interpretierte hauptsächlich die Daten für diese Studie.

Der menschliche Körper ist so konstruiert, dass er unter der Schwerkraft der Erde funktioniert, und viele seiner Teile haben sich entwickelt, um auf diesen Zug nach unten zu reagieren. Diese biologischen Systeme ändern sich, wenn Menschen (und andere Säugetiere) einen längeren Zeitraum im Orbit verbringen, wo eine Mikrogravitationsumgebung ein Gefühl der Schwerelosigkeit hervorruft.

Auf der Erdoberfläche reagiert flüssiges und gelartiges Material in unserem Körper auf die Schwerkraft auf eine Weise, die für unser tägliches Funktionieren wichtig ist. Ein Ort, an dem dies geschieht, ist das Otolithenorgan, ein Teil des Vestibularsystems.

Der Otolith im Innenohr hilft dem Gehirn, Informationen zu erhalten, die ihm sagen, wie der Kopf ausgerichtet ist. Es besteht aus winzigen Kristallstrukturen, die Otokonie genannt werden und flach auf einem Gel im Innenohr liegen.

Wenn der Kopf eine Bewegung wie das Herunterkippen auf eine Schulter ausführt, zieht die Schwerkraft die Otoconia-Kristalle über die Haare im Innenohr nach unten und sendet ein Signal an das Gehirn, dass der Kopf geneigt ist. In der Schwerelosigkeit reicht die Anziehungskraft jedoch nicht aus, um dem Gehirn mitzuteilen, dass der Kopf seine Position geändert hat. Die ersten Tage im Weltraum sind für die Besatzungsmitglieder des Weltraums desorientiert, und eine längere Exposition gegenüber der Schwerelosigkeit bedeutet, dass sie eine Zeit der Anpassung an die Schwerkraft benötigen, wenn sie wieder auf die Erde zurückkehren.

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Jillings und sein Team stellten fest, dass sich die Flüssigkeit um das Gehirn und die Wirbelsäule während der Raumfahrt nicht so bewegt wie auf der Erde. Diese neue Arbeit ergab, dass Kosmonauten, die sechsmonatige Missionen auf der ISS absolviert hatten, eine Aufwärtsverschiebung ihres Gehirns erlebten und dass sich die Flüssigkeit um das Gehirn und die Wirbelsäule aufgrund der Schwerelosigkeit neu verteilte.

“Die Cerebrospinalflüssigkeit ist die gesamte Flüssigkeit, die um Ihr Gehirn und Ihr Rückenmark fließt. Sie umgibt sie”, sagte Jillings gegenüber Space.com. “[Die Flüssigkeit] hat mehrere Funktionen, aber die Tatsache, dass sie sich um Ihr Gehirn befindet, hilft auch [wenn Sie]Ihren Kopf stoßen. Sie fungiert als Pufferraum, [damit]Sie Ihr Gehirngewebe nicht sofort treffen.”

Neben der Dämpfung des Gehirns hilft die Liquor cerebrospinalis auch dabei, Abfallprodukte aus dem Geistesorgan zu entfernen. Und in den Körpern der Kosmonauten, die in dieser Studie überwacht wurden, schien sich diese Flüssigkeit in der Nähe des unteren Teils des Gehirns zu sammeln, nachdem sie aus dem Weltraum zurückgekehrt waren. Dies deutet darauf hin, dass sich das Gehirn angehoben hat. Dies ist jedoch vorübergehend und reversibel, da Follow-up-Scans zeigten, dass das Gehirn fast vollständig zu dem zurückgekehrt war, wie es in Scans vor dem Flug aussah.

Die Studie bestätigte, was frühere Studien ebenfalls feststellten, nämlich dass die offenen Strukturen tief im Gehirn, in denen Liquor cerebrospinalis produziert wird, sogenannte Ventrikel, sich im Raum erweitern. Und diese neue Arbeit ergab, dass die Ventrikel zwischen den Untersuchungen nach dem Flug und den 7-monatigen Nachuntersuchungen zwar schrumpften, sich jedoch immer noch mehr Liquor cerebrospinalis in den Kosmonautenventrikeln befand als vor dem Weltraum.

Die Forscher sahen, dass es tatsächlich eine Behinderung der normalen Zirkulation gibt

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