Blå visar områden med minskad volym av grå substans, troligtvis reflekterande förskjutning av cerebrospinalvätska. Orange visar regioner med ökad volym av grå substans, i de regioner som styr rörelser av benen. Detta återspeglar sannolikt hjärnans plasticitet förknippad med att "lära sig hur man rör sig i mikrogravitation". Detta är den första bilden av hur rymdfärder förändrar hjärnans struktur hos människor! Kredit:University of Michigan
MRI före och efter rymduppdrag avslöjar att astronauternas hjärnor komprimeras och expanderar under rymdfärd, enligt en studie från University of Michigan.
Fynden kan ha tillämpningar för att behandla andra hälsotillstånd som påverkar hjärnans funktion, säger chefsutredaren Rachael Seidler, U-M professor i kinesiologi och psykologi.
Studien, tros vara den första att undersöka strukturella förändringar som äger rum i astronauternas hjärnor under rymdfärd, fann att volymen av grå substans ökade eller minskade, och omfattningen av förändringen berodde på hur lång tid som tillbringades i rymden.
Seidler och kollegor undersökte strukturella MRI hos 12 astronauter som tillbringade två veckor som skyttelbesättningsmedlemmar, och 14 som tillbringade sex månader på den internationella rymdstationen. Alla upplevda ökningar och minskningar av grå substans i olika delar av hjärnan, med mer uttalade förändringar ju längre tid astronauterna tillbringade i rymden.
"Vi fann stora regioner med minskad volym av grå substans, som kan relateras till omfördelning av cerebrospinalvätska i rymden, " Sa Seidler. "Gravity är inte tillgänglig för att dra ner vätskor i kroppen, vilket resulterar i så kallat svullet ansikte i rymden. Detta kan resultera i en förändring av hjärnans position eller kompression."
Den här figuren visar dosresponseffekter – blå områden är där det finns fler minskningar av grå substans hos internationella rymdstationsastronauter än hos de som bara tillbringade några veckor på rymdfärjan. Kredit:University of Michigan
Forskarna fann också ökningar i volymen av grå substans i regioner som styr benrörelser och bearbetar sensorisk information från benen, vilket kan spegla förändringar relaterade till att hjärnan lär sig hur man rör sig i mikrogravitation. Dessa förändringar var större hos rymdstationsastronauter eftersom deras hjärnor lärde sig och anpassade sig 24/7.
"Det är intressant för även om du älskar något kommer du inte att träna mer än en timme om dagen, sa Seidler.
Men de hjärnförändringar som forskare observerade var likvärdiga med att någon utövade en ny färdighet dygnet runt.
"I rymden, det är ett extremt exempel på neuroplasticitet i hjärnan eftersom du befinner dig i en mikrogravitationsmiljö 24 timmar om dygnet, sa Seidler.
Den översta raden visar hjärnförändringar med långvarigt sängläge; den nedre raden visar hjärnförändringar med rymdfärd. Orange visar regioner med ökning; blå =minska. Det finns viss överlappning men också anmärkningsvärda skillnader med rymdfärder som visar fler förändringar i lillhjärnan, en struktur som är involverad i motorisk inlärning. Kredit:University of Michigan
Även om de inte har fastställt förändringarnas exakta karaktär ännu, fynden kan leda till nya sätt att tänka kring vissa hälsotillstånd – t.ex. personer i långvarig sängläge eller personer som har normal tryckhydrocefalus, ett tillstånd där cerebrospinal ryggmärgsvätska ansamlas i ventriklarna i hjärnan och orsakar tryck.
Seidler sa att hjärnförändringarna kan återspegla nya kopplingar mellan neuroner, och hon leder en annan långtidsstudie som kommer att hjälpa till att bestämma återverkningarna på kognition och fysisk prestation, samt hur länge hjärnförändringarna varar. Till exempel, även efter att saldot återkommer, hjärnan kan fortfarande rekrytera olika vägar för att kompensera för de strukturella förändringar i hjärnan som orsakas av rymdfärd.
"Beteendet kan återgå till det normala, men hur hjärnan kontrollerar beteendet kan förändras, " Hon sa.
Dessa resultat är i stort sett parallella fynd från en långtidsstudie i sängläge som Seidler leder, där volontärer tillbringade upp till tre månader i nedåtlutad position, och hjärnorna växlade upp.
