Astronauten der Zukunft müssen potenzielle Gefahren für das Gehirn überwinden

Neue Forschungsergebnisse warnen davor, dass eine erweiterte Raumfahrt zukünftige Astronauten einem Risiko für eine Reihe von Komplikationen des Zentralnervensystems aussetzen könnte.

Forscher der Universität von Calfornia, Irvine (UCI), nehmen an, dass die galatischen kosmischen Strahlen, die Astronauten bei ausgedehnten Raumflügen bombardieren, Hirnschäden verursachen könnten.

In einer neuen Studie stellten Charles Limoli und Kollegen von UCI fest, dass experimentelle hochgeladene Teilchen, ähnlich wie die in der galaktischen kosmischen Strahlung gefundenen, bei Testnagetieren langfristig signifikante Hirnschäden verursachten. Im Labor hatten Nagetiere kognitive Beeinträchtigungen und Demenz.

Ihre Studie erscheint in Wissenschaftliche Berichte der Natur. Es folgt eine Studie aus dem letzten Jahr, die etwas kurzfristigere Gehirneffekte galaktischer kosmischer Strahlen zeigte. Die aktuellen Ergebnisse, sagte Limoli, lösen viel größere Besorgnis aus.

"Dies sind keine positiven Nachrichten für Astronauten, die auf einer zwei- bis dreijährigen Rundreise zum Mars stationiert sind", sagte der Professor für Radioonkologie an der School of Medicine der UCI.

„Die Weltraumumgebung birgt einzigartige Gefahren für Astronauten. Die Exposition gegenüber diesen Partikeln kann zu einer Reihe potenzieller Komplikationen des Zentralnervensystems führen, die während und nach der tatsächlichen Raumfahrt auftreten können, wie z. B. verschiedene Leistungseinbußen, Gedächtnisdefizite, Angstzustände, Depressionen und Entscheidungsstörungen. Viele dieser nachteiligen Folgen für die Wahrnehmung können sich während des gesamten Lebens fortsetzen und fortschreiten. “

Für die Studie wurden Nagetiere im NASA Space Radiation Laboratory des New Yorker Brookhaven National Laboratory einer Bestrahlung mit geladenen Teilchen (vollständig ionisierter Sauerstoff und Titan) unterzogen und anschließend an das UCI-Labor von Limoli geschickt.

Sechs Monate nach der Exposition stellten die Forscher immer noch signifikante Entzündungen des Gehirns und Schäden an Neuronen fest. Die Bildgebung ergab, dass das neuronale Netzwerk des Gehirns durch die Reduktion von Dendriten und Stacheln auf diesen Neuronen beeinträchtigt wurde, was die Übertragung von Signalen zwischen Gehirnzellen stört.

Diese Mängel waren mit einer schlechten Leistung bei Verhaltensaufgaben verbunden, mit denen Lernen und Gedächtnis getestet werden sollten.

Darüber hinaus entdeckte das Limoli-Team, dass die Strahlung das „Aussterben der Angst“ beeinflusst, einen aktiven Prozess, bei dem das Gehirn frühere unangenehme und stressige Assoziationen unterdrückt, als wenn jemand, der fast ertrunken wäre, wieder lernt, Wasser zu genießen.

"Defizite beim Aussterben der Angst könnten Sie anfällig für Angst machen", sagte Limoli, "was im Verlauf einer dreijährigen Reise zum und vom Mars problematisch werden könnte."

Vor allem, sagte er, spiegeln diese sechsmonatigen Ergebnisse die sechswöchigen Ergebnisse einer Studie von 2015 nach der Bestrahlung wider, die in einer früheren Ergänzung von veröffentlicht wurdeFortschritte in der Wissenschaft.

Ähnliche Arten schwerer kognitiver Dysfunktion treten häufig bei Hirntumorpatienten auf, die hochdosierte Bestrahlungsbehandlungen auf Photonenbasis erhalten haben. In anderen Untersuchungen untersucht Limoli die Auswirkungen von Chemotherapie und Schädelbestrahlung auf die Wahrnehmung.

Während es Monate dauern würde, bis sich demenzähnliche Defizite bei Astronauten manifestieren, reicht die für eine Mission zum Mars erforderliche Zeit aus, um solche Beeinträchtigungen zu entwickeln. Menschen, die längere Zeit auf der Internationalen Raumstation arbeiten, werden jedoch nicht in gleichem Maße mit galaktischen kosmischen Strahlen bombardiert, da sie sich immer noch in der schützenden Magnetosphäre der Erde befinden.

Limolis Arbeit ist Teil des Human Research Program der NASA. Die Untersuchung der Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf Astronauten und das Erlernen von Methoden zur Abschwächung dieser Effekte sind für die weitere Erforschung des Weltraums durch den Menschen von entscheidender Bedeutung. Die NASA muss diese Risiken berücksichtigen, wenn sie Missionen zum Mars und darüber hinaus plant.

Teillösungen werden derzeit untersucht, stellte Limoli fest. Raumfahrzeuge könnten so konstruiert sein, dass sie Bereiche mit erhöhter Abschirmung umfassen, wie sie beispielsweise zum Ausruhen und Schlafen verwendet werden. Diese hochenergetisch geladenen Teilchen werden das Schiff jedoch dennoch durchqueren, fügte er hinzu, "und es gibt wirklich kein Entkommen ihnen."

Vorbeugende Behandlungen geben Hoffnung. Limolis Gruppe arbeitet an pharmakologischen Strategien mit Verbindungen, die freie Radikale abfangen und die Neurotransmission schützen.

Quelle: Universität von Calfornia, Irvine