Rumrejser kan pirre din hjerne, forårsager permanente indlærings- og hukommelsesproblemer

I løbet af en dyb rummission, astronauter er rutinemæssigt i forskellige grader af fare. Afhængigt af hvilke Hollywood sci-fi thrillere du vælger, disse uforfærdede opdagelsesrejsende er prisgivet ondsindede rumvæseners nåde, psykotiske computere, eller kollisioner med asteroider eller rumaffald. Selvom disse alle kan være mulige bekymringer, fjernbetjening eller andet, den største reelle fare for astronauter kan faktisk være en, der ikke kan ses:rumstråling.

Jordens atmosfære og magnetfelt, beskytter i høj grad livet på planeten mod kosmisk stråling. Når astronauter rejser ud over den beskyttende boble, energiske partikler kaldet galaktiske kosmiske stråler bombarderer deres kroppe. Galaktiske kosmiske stråler menes at være resterne af supernovaer og bidrage til rumstrålingsmiljøet sammen med protoner og heliumkerner, der udstødes fra vores sol.

Vores gruppe undersøger, hvordan eksponering for stråling påvirker menneskers sundhed. Den mest bekymrende konsekvens af disse strålingseksponeringer er de negative virkninger på astronauternes hjerner. Ifølge resultaterne af vores nye undersøgelse i mus, udsættelse for kosmiske stråler forringer hjernens funktion, hvilket forårsager problemer med indlæring, hukommelse og humør, der kan, hvis resultaterne holder stik for mennesker, påvirke en persons evne til at tilpasse sig og reagere i uventede eller stressende situationer. Dette resultat kan bringe astronautens sikkerhed og missionssucces i fare.

Simulering af rumstråling på Jorden

Vi sammen med andre strålingsbiologer, er specielt bekymrede over astronauter, fordi med vores nuværende teknologi, der er ingen måde at beskytte eller beskytte dem mod rumstråling.

De kosmiske strålingspartikler, der rejser tæt på lysets hastighed, kolliderer med rumfartøjet og genererer fragmenteringsprodukter, herunder neutroner. Disse fragmenteringsprodukter har stadig energien til at passere gennem den menneskelige krop. Når neutronerne interagerer med andre kerner i kroppen, producerer de frie radikaler, reaktive molekyler, der kan beskadige cellemembraner, DNA og andre fine strukturer i organer. I hjernen, mine medforskere og jeg tror, de beskadiger de mikroskopiske strukturer i hjernens celler, eller neuroner. Disse omfatter områder af dendritterne, trådlignende fremspring, der forbinder til andre hjerneceller, myelin og synapser, der alle er afgørende for at danne netværk og kommunikere.

Mange efterforskere finansieret af NASA har undersøgt virkningen af ​​strålingseksponering på astronauter, og beviser tyder på, at hjernen vil blive beskadiget af udsættelse for rumstråling. Nuværende resultater vil fremme forskernes forståelse af farerne ved udsættelse for rumstråling på hjernefunktionen og vil give os mulighed for at udvikle strategier til at forhindre disse problemer og lette sikker menneskelig udforskning af rummet.

I det dybe rum, strålingseksponeringer sker lidt efter lidt i løbet af hele turen. Det var et element af rumrejser, som vi ikke havde nogen data for indtil for nylig. I de tidligere undersøgelser, strålingseksponeringer blev leveret til gnavere i løbet af få minutter. Det simulerer ikke nøjagtigt, hvad en astronaut ville opleve på en mission til Mars.

Fysikere ved Colorado State University har nu udviklet en facilitet, der gør det muligt for forskere at levere en meget langsom og meget mere realistisk strålingseksponering i dybt rum - 1 milligrå stråling hver dag.

Ved at bruge Colorados neutronanlæg, vi brugte denne simulerede rumstrålingseksponering til at måle dens effekt på musenes hjerner.

Brudte forbindelser og mistede minder

Efter at have udsat musene for denne lave neutronstråling i seks måneder, vi undersøgte deres neuroner. Disse er de specialiserede celler, der bruger elektriske strømme til at kommunikere information og gemme minder i hele hjernen. Mine medforfattere og jeg opdagede, at i hjernen på de bestrålede mus, kredsløbene, der forbinder neuronerne til netværk, kunne ikke længere kommunikere effektivt. Dette kan skyldes beskadigelse af fine strukturer på neuronerne, eller forbindelser i nogle neurale kredsløb, der kan være fuldstændigt brudt. Begge ændringer kan forringe den kognitive funktion negativt.

Vi brugte også de bestrålede mus til at se, om stråling inducerede neuronale ændringer korrelerede med adfærdsproblemer, der kunne udgøre en risiko for astronauter på en dyb rummission.

Resultatet af vores adfærdsundersøgelser viste, at mus udsat for neutroner i seks måneder havde problemer med at lære, tilpasning og lagring af minder. For eksempel, disse mus var mindre tilbøjelige til at være interesserede i et nyt legetøj, der var blevet placeret i deres testarena sammenlignet med et legetøj, som de allerede havde set før. Kontrolmusene, på den anden side, ville tage meget længere tid at udforske det nye legetøj end det gamle legetøj. Tilsvarende i en anden test, de bestrålede mus var mindre tilbøjelige til at bekymre sig om, at et af legetøjet var blevet flyttet til et andet sted. Disse adfærd tyder på nedsat hukommelsesfunktion.

Sociale problemer

De bestrålede mus, sammenlignet med deres ubestrålede modstykker, var også mere tilbøjelige til at undgå sociale interaktioner og havde svært ved at dissociere eller glemme en uønsket hændelse, der skete i fortiden. Disse rumstrålingsinducerede ændringer indikerer øgede angstniveauer.

Alt i alt, ved at sammenligne adfærden af ​​normale ueksponerede mus med mus, der modtog de seks måneders neutronstråling, afslørede ændringer i hjernefunktionen, der er repræsentative for, hvad der ville ske med menneskelige hjerner i rummet, og som betydeligt kunne forringe astronauternes evne til at reagere under stress eller i uventede situationer . Faktisk, da vi udførte beregninger, der oversatte resultaterne af vores undersøgelser af gnaveradfærd til menneskelig risiko, vi vurderede, at i en besætning på fem astronauter, der rejste til Mars og tilbage, vi ville forvente, at mindst ét ​​medlem udviser alvorlige underskud i kognitiv funktion, når de vender tilbage til Jorden.

Vores arbejde er kun én undersøgelse, og resultaterne skal replikeres, men det rejser den nøgterne mulighed for, at eksponering for galaktisk kosmisk stråling kan udgøre en væsentlig hindring for dyb rumrejse. Som med de andre teknologiske udfordringer, selvom, Vi håber, at forskere finder en løsning. Måske vil dette være udviklingen af ​​nye materialer, der på en eller anden måde beskytter astronauter mod denne stråling. Måske vil dette være gennem kosttilskud eller farmakologiske tilskud.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.