Under loppet av ett djupt rymduppdrag, astronauter är rutinmässigt i olika grader av fara. Beroende på vilken Hollywood sci-fi thriller du väljer, dessa oförskämda upptäcktsresande är utlämnade till illvilliga utomjordingar, psykotiska datorer, eller kollisioner med asteroider eller rymdskräp. Även om dessa alla kan vara möjliga problem, fjärrkontroll eller annat, den största verkliga faran för astronauter kan faktiskt vara en som inte kan ses:rymdstrålning.

Jordens atmosfär och magnetfält, skyddar till stor del livet på planeten från kosmisk strålning. När astronauter reser bortom den skyddande bubblan, energiska partiklar som kallas galaktiska kosmiska strålar bombarderar deras kroppar. Galaktiska kosmiska strålar tros vara resterna av supernovor och bidra till rymdstrålningsmiljön tillsammans med protoner och heliumkärnor som stöts ut från vår sol.

Vår grupp studerar hur exponering för strålning påverkar människors hälsa. Den mest oroande konsekvensen av dessa strålningsexponeringar är de negativa effekterna på astronauternas hjärnor. Enligt resultaten från vår nya studie på möss, exponering för kosmisk strålning försämrar hjärnans funktion vilket orsakar problem med inlärning, minne och humör som kan, om resultaten stämmer för människor, påverka en persons förmåga att anpassa sig och reagera i oväntade eller stressiga situationer. Detta resultat kan äventyra astronautsäkerheten och uppdragets framgång.

Simulerar rymdstrålning på jorden

Vi tillsammans med andra strålningsbiologer, är särskilt bekymrade över astronauter eftersom, med vår nuvarande teknik, det finns inget sätt att skydda eller skydda dem från rymdstrålning.

De kosmiska strålningspartiklarna som färdas nära ljusets hastighet kolliderar med rymdfarkosten och genererar fragmenteringsprodukter inklusive neutroner. Dessa fragmenteringsprodukter har fortfarande energi att passera genom människokroppen. När neutronerna interagerar med andra kärnor i kroppen producerar de fria radikaler, reaktiva molekyler som kan skada cellmembran, DNA och andra fina strukturer i organ. I hjärnan, mina medutredare och jag tror, de skadar de mikroskopiska strukturerna i hjärnans celler, eller neuroner. Dessa inkluderar regioner av dendriterna, trådliknande projektioner som ansluter till andra hjärnceller, myelin och synapser som alla är viktiga för att bilda nätverk och kommunicera.

Många utredare finansierade av NASA har studerat effekten av strålningsexponering på astronauter och bevis tyder på att hjärnan kommer att skadas av exponering för rymdstrålning. De nuvarande resultaten kommer att främja forskarnas förståelse för farorna med exponering för rymdstrålning på hjärnans funktion och kommer att tillåta oss att utveckla strategier för att förebygga dessa problem och underlätta säker utforskning av människors rymd.

I rymden, strålningsexponeringar sker lite i taget under hela resan. Det var en del av rymdresor som vi inte hade några uppgifter om förrän nyligen. I de tidigare studierna, strålningsexponeringar levererades till gnagare på några minuter. Det simulerar inte exakt vad en astronaut skulle uppleva på ett uppdrag till Mars.

Fysiker vid Colorado State University har nu utvecklat en anläggning som gör det möjligt för forskare att leverera en mycket långsam och mycket mer realistisk strålningsexponering på djupet i rymden - 1 milligrå strålning varje dag.

Med hjälp av Colorados neutronanläggning, vi använde denna simulerade rymdstrålningsexponering för att mäta dess effekt på hjärnan hos möss.

Brutna förbindelser och förlorade minnen

Efter att ha exponerat mössen för denna lågnivå neutronstrålning i sex månader, vi undersökte deras nervceller. Dessa är de specialiserade celler som använder elektriska strömmar för att kommunicera information och lagra minnen i hela hjärnan. Mina medförfattare och jag upptäckte att i hjärnan på de bestrålade mössen, kretsarna som förbinder neuronerna till nätverk kunde inte längre kommunicera effektivt. Detta kan bero på skador på fina strukturer på nervcellerna, eller anslutningar i vissa neurala kretsar som kan vara helt trasiga. Båda förändringarna kan negativt minska den kognitiva funktionen.

Vi använde också de bestrålade mössen för att se om strålning inducerade neuronala förändringar korrelerade med beteendeproblem som kan utgöra en risk för astronauter på ett djupt rymduppdrag.

Resultatet av våra beteendestudier visade att möss exponerade för neutroner i sex månader hade problem med att lära sig, anpassa och lagra minnen. Till exempel, dessa möss var mindre benägna att vara intresserade av en ny leksak som hade placerats i deras testarena jämfört med en leksak som de redan hade sett tidigare. Kontrollmössen, å andra sidan, skulle ta mycket mer tid att utforska den nya leksaken än den gamla leksaken. På samma sätt i ett annat test, de bestrålade mössen var mindre benägna att bry sig om att en av leksakerna hade flyttats till en annan plats. Dessa beteenden tyder på nedsatt minnesfunktion.

Sociala problem

De bestrålade mössen, jämfört med deras obestrålade motsvarigheter, var också mer benägna att undvika sociala interaktioner och hade svårt att dissociera eller glömma en negativ händelse som hände i det förflutna. Dessa rymdstrålningsinducerade förändringar indikerar ökade ångestnivåer.

Sammanlagt, genom att jämföra beteendet hos normala oexponerade möss med möss som fått de sex månaderna av neutronstrålning avslöjade förändringar i hjärnans funktion som är representativa för vad som skulle hända med mänskliga hjärnor i rymden och avsevärt kan försämra astronauternas förmåga att reagera under stress eller i oväntade situationer . Faktiskt, när vi utförde beräkningar som översatte resultaten av våra gnagarbeteendestudier till mänsklig risk, vi uppskattade att i en besättning på fem astronauter som reser till Mars och tillbaka, vi skulle förvänta oss att minst en medlem skulle visa allvarliga brister i kognitiv funktion när de återvänder till jorden.

Vårt arbete är bara en studie och resultaten måste replikeras, men det höjer den nyktra möjligheten att exponering för galaktisk kosmisk strålning kan utgöra ett betydande hinder för djupa rymdresor. Precis som med andra tekniska utmaningar, fastän, vi hoppas att forskare hittar en lösning. Kanske kommer detta att vara utvecklingen av nya material som på något sätt skyddar astronauter från denna strålning. Kanske kommer detta att vara genom kosttillskott eller farmakologiskt tillskott.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.