Τι συμβαίνει στον εγκέφαλο των αστροναυτών και γιατί επιστρέφουν με φορεία στη Γη

Η μεγαλύτερη πρόκληση για αποστολές πέρα από τη Σελήνη είναι ο ανθρώπινος εγκέφαλος ο οποίος επηρεάζεται στο διάστημα, όπως συμβαίνει και με το σώμα.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1950, μια σειρά πτήσεων με ποντίκια, αράχνες και τελικά σκύλους απέδειξε ότι τα ζώα μπορούσαν πράγματι να επιβιώσουν στο διάστημα. Αργότερα αποδείχθηκε ότι και οι άνθρωποι όχι μόνο μπορούν να επιβιώσουν, αλλά και να προσαρμοστούν εξαιρετικά καλά.

«Υπάρχει μια διαδικασία προσαρμογής που, από πολλές απόψεις, μοιάζει με μεταμόρφωση» είχε πει στο BBC το 2019 ο αστροναύτης της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA), Λούκα Παρμιτάνο, κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσής του για τη δεύτερη μακράς διάρκειας αποστολή του στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). «Ύστερα από λίγες 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 πρώην δοκιμαστικός πιλότος της Ιταλικής Πολεμικής Αεροπορίας επιλέχθηκε πρόσφατα για την τρίτη του διαστημική αποστολή ως ένα από τα τέσσερα μέλη του πληρώματος της αποστολής Artemis III. Η εκτόξευση προγραμματίζεται για το 2027 και η απαιτητική αυτή αποστολή θα δοκιμάσει σε τροχιά γύρω από τη Γη τις σεληνιακές ακάτους και τις διαστημικές στολές που θα χρησιμοποιηθούν για την επιστροφή του ανθρώπου στη Σελήνη.

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

Οι επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα

Οι επιπτώσεις της διαστημικής πτήσης στο ανθρώπινο σώμα – από τους μύες και τα οστά μέχρι την καρδιά και τα ιγμόρεια – είναι καλά τεκμηριωμένες στα περίπου 70 χρόνια από τότε που ο άνθρωπος ταξίδεψε για πρώτη φορά στο διάστημα. Πολύ λιγότερο γνωστές, όμως, είναι οι επιδράσεις της έλλειψης βαρύτητας στον εγκέφαλο.

Στο διάστημα, το σώμα μας δεν χρειάζεται πλέον να υπερνικά τη δύναμη της βαρύτητας σε κάθε κίνηση. Ως αποτέλεσμα, τα οστά που στηρίζουν το βάρος μας και οι μύες που χρησιμοποιούμε για να σηκώνουμε, να μεταφέρουμε, να περπατάμε και να τρέχουμε αρχίζουν να ατροφούν. Μέσα σε λίγες μόνο ημέρες στο διάστημα, τα οστά χάνουν ασβέστιο και οι μύες αρχίζουν να εξασθενούν, συμπεριλαμβανομένου του καρδιακού μυός. Ο λόγος που οι αστροναύτες εμφανίζουν συχνά πρησμένα πρόσωπα είναι ότι τα υγρά του σώματος δεν συγκρατούνται πλέον από τη βαρύτητα και συσσωρεύονται στο πάνω μέρος του σώματος.

Όλα αυτά δεν θα αποτελούσαν πρόβλημα αν οι αστροναύτες ζούσαν για πάντα στο διάστημα. Αν όμως θέλουν να επιστρέψουν στη Γη σε καλή φυσική κατάσταση, πρέπει να ακολουθούν ένα αυστηρό πρόγραμμα άσκησης. Συνήθως γυμνάζονται περίπου δύο ώρες την ημέρα στο γυμναστήριο του Διεθνή Διαστημικού Σταθμού και, παρ' όλα αυτά, ύστερα από μόλις έξι μήνες στο διάστημα μεταφέρονται εκτός του διαστημοπλοίου τους πάνω σε φορεία όταν επιστρέφουν στη Γη. Μπορεί να χρειαστούν έως και τέσσερα χρόνια για να επανέλθει πλήρως η οστική τους πυκνότητα.

Τι συμβαίνει στον εγκέφαλο των αστροναυτών

Αυτό που παραμένει πολύ λιγότερο κατανοητό είναι τι ακριβώς συμβαίνει στον εγκέφαλο των αστροναυτών.

«Ο εγκέφαλος είναι πιθανότατα το σημαντικότερο όργανό μας», λέει ο γιατρός πτήσεων της ESA, Αλεσάντρο Αλτσιμπιάντε. «Αν δεν μεταφέρεις έναν αποτελεσματικό και πλήρως λειτουργικό εγκέφαλο στο διάστημα, όλα τα υπόλοιπα χάνουν την αξία τους.»

Η έρευνα σχετικά με τις επιπτώσεις των διαστημικών πτήσεων στον εγκέφαλο μέχρι σήμερα βασιζόταν σε πειράματα με πολύ μικρό αριθμό αστροναυτών που συμμετείχαν σε αποστολές μεγάλης διάρκειας. Για παράδειγμα, ο Σκοτ Κέλι πέρασε έναν ολόκληρο χρόνο στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, ενώ ο δίδυμος αδελφός του και επίσης αστροναύτης, Μαρκ, παρέμεινε στη Γη. Η μελέτη που ακολούθησε έδειξε ότι οι γνωστικές ικανότητες του Σκοτ παρέμειναν σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητες κατά τη διάρκεια της αποστολής, αλλά μειώθηκαν για περίπου έξι μήνες μετά την επιστροφή του.

Τώρα, νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Frontiers in Psychology από επιστήμονες του Πανεπιστημίου Birkbeck του Λονδίνου και παρουσιάστηκε στο BBC συγκέντρωσε τα αποτελέσματα από 15 μελέτες απεικόνισης του εγκεφάλου, στις οποίες συμμετείχαν περίπου 377 άτομα. Μεταξύ αυτών ήταν τόσο αστροναύτες όσο και εθελοντές που συμμετείχαν σε προσομοιώσεις διαστημικών πτήσεων στη Γη, όπως μελέτες παρατεταμένης κατάκλισης.

Συνδυάζοντας όλα αυτά τα δεδομένα, οι ερευνητές πιστεύουν ότι εντόπισαν συγκεκριμένες αλλαγές που συμβαίνουν στον εγκέφαλο όταν εκτίθεται στη μικροβαρύτητα.

«Εντυπωσιακό παράδειγμα νευροπλαστικότητας»

«Πρόκειται για ένα εντυπωσιακό παράδειγμα νευροπλαστικότητας – διαπιστώσαμε ότι υπάρχουν τόσο δομικές όσο και λειτουργικές μεταβολές στον εγκέφαλο», λέει η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, καθηγήτρια γνωστικής νευροεπιστήμης Ελίζα Ραφαέλα Φερέ. «Εντοπίσαμε ένα σύνολο περιοχών του εγκεφάλου που αλλάζουν όταν απουσιάζει η βαρύτητα».

Με άλλα λόγια, όπως αλλάζει το σώμα στο διάστημα, έτσι και ο εγκέφαλος προσαρμόζεται σωματικά στην απουσία βαρύτητας, αναδιοργανώνοντας τις νευρωνικές του συνδέσεις ώστε να ανταποκρίνεται στο νέο περιβάλλον.

«Βλέπουμε αλλαγές στις περιοχές του εγκεφάλου που ελέγχουν την κίνηση, την ισορροπία και την επίγνωση του σώματος», εξηγεί η συν-συγγραφέας της μελέτης, Σίλβια Σεγκέτσι. «Παρατηρήσαμε επίσης μεταβολές στο εγκεφαλικό οπέρκουλο, όπου συγκεντρώνονται και επεξεργάζονται πολυαισθητηριακά όλα αυτά τα σήματα.»

Αυτό σημαίνει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει εξελιχθεί ώστε να «αντιλαμβάνεται» τη βαρύτητα.

«Δεν αντιλαμβανόμαστε τη βαρύτητα όπως αντιλαμβανόμαστε τις αλλαγές στο χρώμα, στο φως, στη θερμοκρασία ή στους ήχους», λέει η Φερέ. «Ωστόσο, η βαρύτητα αποτελεί ένα μόνιμο χαρακτηριστικό του περιβάλλοντος, το οποίο ο εγκέφαλός μας λαμβάνει και επεξεργάζεται συνεχώς».

«Αν θέλετε να το δείτε λίγο πιο επιστημονικά», προσθέτει, «η βαρύτητα είναι το πρώτο ερέθισμα που δέχεται το αναπτυσσόμενο έμβρυο. Ο εγκέφαλός μας ουσιαστικά "χτίζεται" πάνω στην ικανότητα ανίχνευσής της».

Η Φερέ χρησιμοποιεί ως παράδειγμα το να σηκώσουμε ένα φλιτζάνι καφέ. Το κάνουμε χωρίς καμία προσπάθεια, επειδή ο εγκέφαλός μας υπολογίζει αυτόματα τη βαρύτητα της Γης και δίνει τις κατάλληλες εντολές στους μυς.

Με μια πρώτη ματιά, αυτό είναι ενθαρρυντικό για τους αστροναύτες. Αν ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν προσαρμοζόταν στο διάστημα, θα αντιμετώπιζαν κάθε είδους δυσκολίες, ακόμη και στο να πιουν έναν καφέ χωρίς ατυχήματα. Το πρόβλημα, όμως, είναι ο χρόνος που απαιτείται για να ολοκληρωθεί αυτή η νευρολογική αναπροσαρμογή.

«Δείτε τους αστροναύτες του προγράμματος Apollo να περπατούν στη σεληνιακή επιφάνεια. Τα πλάνα δείχνουν πόσο δύσκολο ήταν να διατηρήσουν σωστή στάση σώματος. Και αυτό δεν οφειλόταν μόνο στο βάρος των στολών τους, αλλά και στο ότι η ισορροπία και η κίνησή τους είχαν επηρεαστεί από την απουσία της γήινης βαρύτητας», λέει η Φερέ. «Δεν σημαίνει ότι ο εγκέφαλος δεν μπορεί να επαναπροσαρμοστεί. Απλώς χρειάζεται χρόνο και πόρους».

Τα τελευταία 50 χρόνια, μετά το τέλος του προγράμματος Apollo, αυτό δεν αποτέλεσε ιδιαίτερο πρόβλημα. Οι αστροναύτες φτάνουν στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, είναι λίγο αδέξιοι στην αρχή – χτυπούν στους τοίχους ή μετακινούν αντικείμενα με υπερβολική δύναμη – αλλά σύντομα προσαρμόζονται. Όταν επιστρέφουν στη Γη, βγαίνουν με βοήθεια από την κάψουλα, λαμβάνουν ιατρική φροντίδα και ακολουθούν πρόγραμμα αποκατάστασης μέχρι να προσαρμοστούν ξανά στη φυσιολογική βαρύτητα.

Τι θα συμβεί όμως στις μελλοντικές αποστολές μεγάλης διάρκειας προς τη Σελήνη ή τον Άρη, που σχεδιάζουν τόσο η NASA όσο και η Κίνα; Σε αυτές τις αποστολές οι αστροναύτες θα πρέπει να μεταβαίνουν επανειλημμένα από περιβάλλοντα με βαρύτητα σε περιβάλλοντα χωρίς βαρύτητα και αντίστροφα.

Σε μια αποστολή στον Άρη, για παράδειγμα, ύστερα από περίπου οκτώ μήνες ταξιδιού στο διάστημα, το πλήρωμα θα έχει προσαρμοστεί τόσο καλά στη μικροβαρύτητα ώστε ακόμη και η έξοδος από το διαστημόπλοιό του στη βαρύτητα του Άρη – που είναι περίπου το ένα τρίτο της γήινης – θα μπορούσε να αποτελέσει πρόκληση. Παρότι οι μύες και τα οστά τους θα διατηρούνται σε καλή κατάσταση χάρη στην καθημερινή άσκηση, ο εγκέφαλος που τα ελέγχει ίσως να μην έχει προσαρμοστεί εξίσου γρήγορα. Η μετάβαση στη διαφορετική βαρύτητα θα μπορούσε να προκαλέσει αποπροσανατολισμό και να αποδειχθεί επικίνδυνη. Και χωρίς άμεση επικοινωνία με τη Γη, θα πρέπει να βασιστούν αποκλειστικά στις δικές τους ικανότητες κατά την προσεδάφιση.

«Μπορεί να έχεις έναν εκπληκτικό πύραυλο», καταλήγει η Φερέ, «αλλά αν δεν μπορείς να τον χειριστείς ή να πάρεις τις σωστές αποφάσεις εξαιτίας αυτών των αισθητικοκινητικών μεταβολών, τότε μπορεί να υπάρξουν σοβαρά προβλήματα. Πρέπει να διασφαλίσουμε ότι οι άνθρωποι θα υποστηρίζονται κατάλληλα και, όπου είναι δυνατόν, να διευκολύνουμε τη διαδικασία της προσαρμογής τους».