Τι συμβαίνει στον εγκέφαλο των αστροναυτών στο Διάστημα

Έπειτα από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, ο ανθρώπινος οργανισμός είναι απόλυτα προσαρμοσμένος στη ζωή υπό την κανονική βαρύτητα της Γης. Τι θα συνέβαινε όμως όταν οι άνθρωποι θα εγκατέλειπαν για πρώτη φορά τον πλανήτη και θα βίωναν την έλλειψη βαρύτητας;

Στις απαρχές της διαστημικής εποχής υπήρχαν φόβοι ότι η απουσία βαρύτητας θα μπορούσε να προκαλέσει ακραίες συνέπειες: θα πήξει το αίμα μας; Θα καταρρεύσουν τα οστά μας; Θα επηρεαστεί ακόμη και ο εγκέφαλός μας;

Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1950, σειρά πειραμάτων με ποντίκια, αράχνες και τελικά σκύλους απέδειξαν ότι οι ζωντανοί οργανισμοί μπορούσαν να επιβιώσουν στο Διάστημα. Όταν ήρθε η σειρά των ανθρώπων, αποδείχθηκε ότι όχι μόνο μπορούμε να επιβιώσουμε, αλλά και να προσαρμοστούμε.

«Υπάρχει μια προσαρμογή που σε πολλές περιπτώσεις μοιάζει με μεταμόρφωση», είχε δηλώσει το 2019 ο αστροναύτης της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) Λούκα Παρμιτάνο, κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσής του για τη δεύτερη μακρά αποστολή του στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.

«Μετά από μερικές εβδομάδες το σώμα σου είναι διαφορετικό από ό,τι ήταν στη Γη. Βλέπεις και αισθάνεσαι το σώμα σου να αλλάζει: τα πόδια σου γίνονται πιο λεπτά και το πρόσωπό σου πιο στρογγυλό».

Ο Παρμιτάνο, πρώην πιλότος δοκιμών της ιταλικής Πολεμικής Αεροπορίας, έχει επιλεγεί για την τρίτη διαστημική αποστολή του ως μέλος του πληρώματος της Artemis III. Η αποστολή, που αναμένεται να πραγματοποιηθεί το 2027, θα δοκιμάσει τεχνολογίες για την επιστροφή του ανθρώπου στη Σελήνη, όπως νέους σεληνιακούς προσεδαφιστές και διαστημικές στολές.

«Ένας από τους λόγους που το ανθρώπινο είδος είναι τόσο επιτυχημένο στη Γη είναι η ικανότητά μας να προσαρμοζόμαστε», ανέφερε ο ίδιος. «Το να βλέπεις όμως μέσα σε λίγες εβδομάδες να συμβαίνουν τόσο μεγάλες σωματικές αλλαγές ήταν πραγματικά εντυπωσιακό. Ένιωθα διαφορετικός και το νέο μου σώμα ταίριαζε περισσότερο στο περιβάλλον όπου βρισκόμουν».

Οι επιπτώσεις των διαστημικών πτήσεων στο ανθρώπινο σώμα – από τους μύες και τα οστά μέχρι τα προβλήματα στα ιγμόρεια, είναι γνωστές εδώ και περισσότερα από 70 χρόνια, από τότε που η ανθρωπότητα άρχισε να ταξιδεύει σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Πολύ λιγότερο κατανοητό, ωστόσο, είναι τι συμβαίνει στον εγκέφαλο των αστροναυτών. Και αυτό μπορεί να αποτελέσει σοβαρό πρόβλημα για το μέλλον των διαστημικών αποστολών.

Ο εγκέφαλος πρέπει να «ξαναμάθει» να λειτουργεί χωρίς βαρύτητα

Στο Διάστημα το σώμα μας δεν χρειάζεται πλέον να αντιμετωπίζει συνεχώς τη δύναμη της βαρύτητας σε κάθε κίνηση. Ως αποτέλεσμα, τα οστά που στηρίζουν το βάρος μας και οι μύες που χρησιμοποιούμε για να σηκωνόμαστε, να μεταφέρουμε αντικείμενα, να περπατάμε και να τρέχουμε αρχίζουν να εξασθενούν.

Μέσα σε λίγες ημέρες στο Διάστημα, τα οστά χάνουν ασβέστιο και οι μύες αρχίζουν να υποχωρούν, ενώ επηρεάζεται ακόμη και η λειτουργία της καρδιάς. Τα χαρακτηριστικά πρησμένα πρόσωπα των αστροναυτών οφείλονται επίσης στη μετατόπιση υγρών προς το πάνω μέρος του σώματος, καθώς η βαρύτητα δεν τα συγκρατεί πλέον προς τα κάτω.

Αν οι αστροναύτες παρέμεναν για πάντα στο Διάστημα, αυτές οι αλλαγές δεν θα αποτελούσαν απαραίτητα πρόβλημα. Όμως, για να μπορέσουν να επιστρέψουν στη Γη σε καλή φυσική κατάσταση, χρειάζεται να ακολουθούν ένα αυστηρό πρόγραμμα άσκησης.

Στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό οι αστροναύτες γυμνάζονται περίπου δύο ώρες την ημέρα. Ακόμη κι έτσι, μετά από έξι μήνες σε τροχιά, συχνά χρειάζονται βοήθεια για να βγουν από το διαστημόπλοιο κατά την επιστροφή τους και μεταφέρονται με φορεία. Σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να χρειαστούν έως και τέσσερα χρόνια ώστε τα οστά τους να επανέλθουν πλήρως.

Το μεγάλο ερώτημα, ωστόσο, αφορά τον εγκέφαλο.

«Ο εγκέφαλος είναι πιθανότατα το σημαντικότερο από τα όργανά μας», λέει ο γιατρός πτήσης της ESA, Αλεσάντρο Αλτσιμπιάντε. «Αν δεν φέρεις μαζί σου έναν αποτελεσματικό και λειτουργικό εγκέφαλο στο Διάστημα, όλα τα υπόλοιπα δεν έχουν αξία».

Η έρευνα για τις επιπτώσεις των διαστημικών ταξιδιών στον εγκέφαλο παραμένει περιορισμένη, καθώς έχει βασιστεί σε μικρό αριθμό αστροναυτών που συμμετείχαν σε αποστολές μεγάλης διάρκειας.

Ένα από τα πιο γνωστά παραδείγματα είναι ο Σκοτ Κέλι, ο οποίος πέρασε έναν χρόνο στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, ενώ ο δίδυμος αδελφός του Μαρκ παρέμεινε στη Γη. Η μελέτη που ακολούθησε έδειξε ότι οι γνωστικές ικανότητες του Σκοτ παρέμειναν σε μεγάλο βαθμό σταθερές κατά τη διάρκεια της αποστολής, όμως παρουσίασαν πτώση για περίπου έξι μήνες μετά την επιστροφή του.

Νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Frontiers in Psychology από επιστήμονες του Birkbeck, University of London, συγκέντρωσε δεδομένα από 15 μελέτες απεικόνισης του εγκεφάλου, στις οποίες συμμετείχαν περίπου 377 άνθρωποι.

Στις μελέτες περιλαμβάνονταν τόσο αστροναύτες όσο και εθελοντές που συμμετείχαν σε προσομοιώσεις διαστημικών συνθηκών στη Γη, όπως πειράματα παρατεταμένης κατάκλισης.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι, συνδυάζοντας όλα αυτά τα δεδομένα, εντόπισαν τις αλλαγές που συμβαίνουν στον εγκέφαλο όταν το σώμα εκτίθεται σε συνθήκες μικροβαρύτητας.

Ο εγκέφαλος αλλάζει για να προσαρμοστεί στο Διάστημα

«Είναι μια εντυπωσιακή μορφή νευροπλαστικότητας», λέει η επικεφαλής της μελέτης, Ελίσα Ραφαέλα Φερέ, καθηγήτρια Γνωστικής Νευροεπιστήμης στο Birkbeck, University of London. «Διαπιστώσαμε ότι υπάρχουν τόσο δομικές όσο και λειτουργικές αλλαγές στον εγκέφαλο. Εντοπίσαμε μια ομάδα περιοχών του εγκεφάλου που μεταβάλλονται όταν απουσιάζει η βαρύτητα».

Όπως ακριβώς αλλάζει το σώμα στο Διάστημα, έτσι και ο εγκέφαλος προσαρμόζεται στην απουσία βαρύτητας, αναδιαμορφώνοντας τον τρόπο λειτουργίας του ώστε να ανταποκριθεί σε ένα εντελώς νέο περιβάλλον.

«Παρατηρούμε αλλαγές στις περιοχές του εγκεφάλου που ελέγχουν την κίνηση, την ισορροπία και την αντίληψη του σώματος», εξηγεί η Σίλβια Σεγκέτσι, μία από τις συντάκτριες της μελέτης.

Οι επιστήμονες εντόπισαν επίσης μεταβολές στο λεγόμενο εγκεφαλικό οπερκούλο, μια περιοχή όπου συγκεντρώνονται και επεξεργάζονται διαφορετικά αισθητηριακά σήματα.

Αυτό σημαίνει ότι ο εγκέφαλος του ανθρώπου έχει εξελιχθεί ώστε να «αισθάνεται» τη βαρύτητα.

«Δεν αντιλαμβανόμαστε τη βαρύτητα με τον ίδιο τρόπο που αντιλαμβανόμαστε μια αλλαγή στο χρώμα, στο φως, στη θερμοκρασία ή στους ήχους», αναφέρει η Φερέ. «Όμως η βαρύτητα αποτελεί ένα σταθερό χαρακτηριστικό του περιβάλλοντος που ο εγκέφαλός μας λαμβάνει και επεξεργάζεται συνεχώς».

Όπως σημειώνει, αν θέλουμε να το δούμε πιο επιστημονικά, η βαρύτητα είναι πιθανότατα το πρώτο σήμα που λαμβάνει ένα αναπτυσσόμενο έμβρυο. «Ο εγκέφαλός μας χτίζεται πάνω στην ανίχνευση της βαρύτητας».

Η Φερέ χρησιμοποιεί ως παράδειγμα μια απλή καθημερινή κίνηση: το να σηκώσουμε ένα φλιτζάνι καφέ.

Στη Γη το κάνουμε χωρίς να το σκεφτόμαστε, επειδή ο εγκέφαλος υπολογίζει αυτόματα τη δύναμη της βαρύτητας και προσαρμόζει ανάλογα τις κινήσεις των μυών μας.

Για τους αστροναύτες αυτό αποτελεί, σε πρώτη ανάγνωση, θετικό στοιχείο. Αν ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν μπορούσε να προσαρμοστεί στο Διάστημα, οι δυσκολίες θα ήταν τεράστιες.

Το πρόβλημα, όμως, είναι το πόσο γρήγορα πραγματοποιείται αυτή η νευρολογική αναπροσαρμογή.

«Δείτε τους αστροναύτες του προγράμματος Apollo όταν περπατούν στην επιφάνεια της Σελήνης. Το υλικό δείχνει πόσο δύσκολο ήταν για εκείνους να διατηρήσουν τη σωστή στάση του σώματος. Και αυτό δεν οφειλόταν μόνο στις βαριές στολές, αλλά και στο γεγονός ότι η ισορροπία και η κίνησή τους είχαν επηρεαστεί από την απουσία της γήινης βαρύτητας», λέει η Φερέ.

«Αυτό δεν σημαίνει ότι ο εγκέφαλος δεν μπορεί να προσαρμοστεί ξανά. Σημαίνει όμως ότι χρειάζεται χρόνο και ενέργεια».

Για περίπου πέντε δεκαετίες μετά το τέλος του προγράμματος Apollo, το ζήτημα δεν αποτελούσε μεγάλο πρόβλημα. Οι αστροναύτες έφταναν στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και για ένα διάστημα ήταν κάπως αδέξιοι, χτυπώντας στους τοίχους ή μετακινώντας αντικείμενα με μεγαλύτερη δύναμη από όση χρειαζόταν. Στη συνέχεια ο εγκέφαλός τους προσαρμοζόταν.

Κατά την επιστροφή τους στη Γη, είχαν υποστήριξη, ιατρική παρακολούθηση και χρόνο για αποκατάσταση.

Όμως οι μελλοντικές αποστολές στη Σελήνη και κυρίως στον Άρη δημιουργούν νέα δεδομένα.

Το μεγάλο στοίχημα των αποστολών στον Άρη

Για μια αποστολή στον Άρη, για παράδειγμα, το πλήρωμα θα περάσει περίπου οκτώ μήνες στο Διάστημα. Μέχρι να φτάσει στον κόκκινο πλανήτη, ο οργανισμός του θα έχει προσαρμοστεί σε μεγάλο βαθμό στη μικροβαρύτητα.

Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και η έξοδος από το διαστημόπλοιο στην επιφάνεια του Άρη – όπου η βαρύτητα είναι περίπου το ένα τρίτο εκείνης της Γης, μπορεί να αποτελέσει σοβαρή πρόκληση.

Οι μύες και τα οστά των αστροναυτών θα έχουν διατηρηθεί σε καλή κατάσταση χάρη στην καθημερινή άσκηση. Όμως ο εγκέφαλος που ελέγχει αυτές τις λειτουργίες μπορεί να χρειάζεται χρόνο για να προσαρμοστεί ξανά.

Η ξαφνική αλλαγή στη βαρύτητα θα μπορούσε να προκαλέσει αποπροσανατολισμό και να γίνει επικίνδυνη, ιδιαίτερα σε μια κρίσιμη στιγμή όπως η προσεδάφιση. Χωρίς άμεση επικοινωνία με τη Γη, οι αστροναύτες θα πρέπει να μπορούν να παίρνουν γρήγορες και σωστές αποφάσεις μόνοι τους.

«Μπορεί να έχεις έναν εκπληκτικό πύραυλο, αλλά αν δεν μπορείς να τον κυβερνήσεις ή αν δεν μπορείς να πάρεις τις σωστές αποφάσεις λόγω αυτών των αισθητικοκινητικών αλλαγών, τότε μπορεί να υπάρξει πρόβλημα», λέει η Φερέ.

«Πρέπει να διασφαλίσουμε ότι οι άνθρωποι θα υποστηρίζονται κατάλληλα και πιθανώς να βρούμε τρόπους να επιταχύνουμε τη διαδικασία προσαρμογής».

Μία από τις πιθανές λύσεις που έχουν παρουσιαστεί στη διαστημική επιστημονική φαντασία – όπως στις ταινίες 2001: Η Οδύσσεια του Διαστήματος και The Martian – είναι η κατασκευή διαστημοπλοίων με περιστρεφόμενες δομές ή φυγοκεντρικούς μηχανισμούς που θα δημιουργούν τεχνητή βαρύτητα.

«Αυτή θα ήταν η καλύτερη λύση», συμφωνεί ο Αλτσιμπιάντε της ESA. «Θα βοηθούσε στην αντιμετώπιση της απώλειας οστικής και μυϊκής μάζας και θα βοηθούσε επίσης την προσαρμογή του εγκεφάλου».

Γιατί όμως δεν εφαρμόζεται ήδη αυτή η τεχνολογία;

Η απάντηση είναι το κόστος. «Έχει να κάνει με τη μάζα. Και στο Διάστημα η μάζα σημαίνει χρήματα», εξηγεί.

Η Φερέ από την πλευρά της αναπτύσσει νέες τεχνικές που χρησιμοποιούν μικρά ηλεκτρικά ερεθίσματα για να ενεργοποιούν συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου οι οποίες σχετίζονται με την αντίληψη της βαρύτητας, με στόχο να ενισχυθεί η ικανότητα προσαρμογής.

Η ίδια εμφανίζεται αισιόδοξη ότι η επιστήμη θα βρει τρόπους να αντιμετωπίσει τις επιπτώσεις των αλλαγών στη βαρύτητα. Παράλληλα, όμως, τονίζει ότι η έρευνα αυτή δεν αφορά μόνο τους αστροναύτες.

«Η διαστημική πτήση είναι μια μεγάλη πρόκληση», λέει. «Αλλά μπορεί επίσης να αποτελέσει ένα εξαιρετικό παράθυρο για να κατανοήσουμε τον εγκέφαλό μας με τρόπους που δεν μπορούμε να μελετήσουμε στη Γη».