Uzayda Yaşamak – Astronotlar, uzayın sert ve vahşi koşullarına yabancı değiller. İyonlaştırıcı radyasyondan mikro yer çekimine kadar, uzay kâşifleri, psikolojik ve fizyolojik sistemlerine zarar veren sayısız strese maruz kalıyorlar.
Radyasyon hastalığını teşhis etmek için eğitimli bir profesyonel olmak gerekse de, neredeyse herkes “mikro yer çekimi” gibi diğer daha belirgin stres faktörlerinden bazılarını tanıyabilir.
Mikrogravite, yer çekiminin çok düşük olması durumudur. Uzayda yer çekimi oldukça düşüktür ve yer çekiminin sıfır olmasa da sıfıra yaklaştığı bu durumlar mikrogravite olarak isimlendirilir.
Örneğin, Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan (ISS) alınan videolar, Dünya’nın yer çekiminin yokluğunda meydana gelen yukarı doğru sıvı kaymasının bir sonucu olarak astronotlarda balon gibi şişmiş yüzler ve “tavuk bacakları” gibi görüntüsüyle etrafta dolaşan astronotları gösteriyor. Kaynak-1
Bu ağırlıksızlığın etkileri en çok astronotların kas-iskelet sistemlerinde belirgin olsa da (genellikle Dünya’ya indikten hemen sonra ayağa kalkmak veya yürümek için mücadele eden), uzay fizyolojisinde daha fazla araştırma, vücuttaki bütün bir değişim ağını ortaya çıkardı.
Uzayda Yaşamak – Bu değişikliklerin bazıları daha iyi belgelenmiştir ve mikro yer çekiminin astronotların bağışıklık sistemleri üzerindeki etkisi veya hormon düzenlemesi gibi diğerlerine göre daha geniş çapta rapor edilmiştir. Bununla birlikte, şaşırtıcı bir şekilde, ağırlıksızlık da insan beyninin gerçek yapısını etkiliyor gibi görünüyor.
2015 yılında bir grup nörobilim araştırmacısı, baş aşağı eğimli yatak istirahati (Head-Down Tilt Bed Rest, HDBR) adı verilen bir teknik kullanarak analog bir uzay uçuşu çalışması gerçekleştirdi.
Araştırmacılar, insanları yörüngeye göndermek yerine, katılımcıları yastık ucu birkaç derece aşağıya eğilmiş bir yatağa yatırdılar. Bu, esasen yörüngedeki astronotlarda gördüğümüz gibi sıvının başa doğru kaymasını sağlar.
Katılımcılar, sıvı değişimini sürdürmek ve uzun vadeli uzay uçuşunu simüle etmek için, bazen yoğun egzersizle yaklaşık bir ay kadar bu yataklarda tutuluyorlar.
Uzayda Yaşamak – Deney öncesi ve sonrası MR görüntüleri karşılaştırıldığında katılımcıların beyninde sinirsel hücre gövdelerinin (gri madde) hacminde belirgin bir değişim gözlendi. Örneğin araştırmacılar istemli hareket ve yüksek bilişsel işlemlerle ilişkilendirilen frontal loblardaki gri madde hacminde düşüş gördüler. Öte yandan uzuvların hareketi ve koordinasyonla ilişkilendirilen beyincikteki gri madde hacminde ise belirgin bir artış gözlediler.
Peki ya gerçek uzay uçuşu?
Uzayda Yaşamak – Dünya tabanlı analog çalışmalarımızda, simüle edilmiş ağırlıksızlık ile bu beyin değişimlerini birbirine bağlayan bazı gizemli değişkenler var mı, yoksa gerçek astronotlarda da benzer şeylerin gerçekleştiğini görüyor muyuz?
2016’daki bir başka çalışma, beyinlerinde meydana gelen herhangi bir yapısal değişikliği belirlemek için Uzay Mekiği ve ISS astronotlarının uçuş öncesi ve uçuş sonrası MRI taramalarını geriye dönük olarak analiz ederek bu soruyu inceledi.
Gerçekten de, bu astronotların beyinleri Dünya’ya indikten sonra tam olarak aynı değildi. Örneğin, daha yüksek bilişsel işleme (Nesneler, tanımlar ve gerçekler hakkında bilgi) ve anlam bilimsel bilgi ile bağlantılı beyin bölgelerinde gri madde hacminin azaldığı görüldü
Bu bulguların nörodejenerasyonun kesin işaretleri olup olmadığı hala kesin olmasa da, uzay uçuşu ortamının astronotların karmaşık düşünme becerilerini, hafızasını ve genel operasyonel yeteneklerini bir şekilde etkiliyor gibi görünüyor.
Somatoduyusal ve somatomotor korteks gibi beynin diğer bölgelerinde ise tam tersine gri maddede hacim artışı görüldü.
Beynin bu kısımları uzuv hareketi ve koordinasyondan sorumludur, ilginç olansa özellikle alt uzuvlar uzaydaki ağırlıksızlığın bir sonucu olarak kas körelmesi ve kalsiyum kaybı yaşamalarıyla bilinir. Belki de beyin, ağırlık eksikliğini yapısal nöronal yolları değiştirerek telafi ediyordur.
Uzayda Yaşamak – Araştırmacılar çalışmalarını bir adım daha ileri götürdüler ve gerçek uzay uçuşu verilerini kendi HDBR benzeri çalışmalarıyla, iki ortamı karşılaştırmaya karar verdiler.
Araştırmacıların buldukları şey, hem analog çalışmaların hem de uzay uçuşu çalışmalarının güvenilirliğini ve geçerliliğini destekleyen beyindeki ilginç bir değişim çakışmasıydı.
Beynin aynı bölgelerinin çoğu, hem analog hem de uzay uçuşu katılımcılarında gri madde hacminde artış ve azalma, ancak değişikliklerin analog katılımcılarda çok daha dramatik ve yaygın olduğu ve gerçek astronotlarda çok daha lokalize olduğu görüldü.
Bu eşitsizliğin nedeni, iki çalışmanın fiziksel ortamı ve iki grubun faaliyetleri arasındaki farklılıklardan kaynaklanıyor olabilir (örneğin astronotlar muhtemelen HDBR katılımcılarından daha aktiftir).
Bu bulguların pek çoğu mikrograviteye maruz kalan bireylerin beyninde ilginç ve bazen endişe verici değişiklikler olduğuna işaret ediyor.
Bu değişimler ne kadar kalıcı ve dış uzaydan gezegen yüzeylerine geçişte Mars kâşiflerini nasıl etkileyecek?
Belki de en önemlisi: Uzay yolculuğunun astronotlarımızın nörolojik sistemleri üzerindeki zararlı etkilerini azaltabilmek için ne yapabiliriz?
Uzay sinirbilimi bilinmeze doğru adım atarken, gelecek çalışmalar belki de beyinlerimizin sadece mikrograviteye karşı değil, bütünüyle dış uzaya karşı nasıl değiştiğini anlamamıza yardımcı olur.
Ve belki de en önemlisi, uzay uçuşunun astronotlarımızın nörolojik sistemleri üzerindeki zararlı etkilerini azaltmak için ne yapabiliriz?
Can alıcı soru ise, uzayda yaşamak için koloni kurmayı düşünenlerin uzay ve yer çekimi konusunda beyinleri için endişelenmeliler, değil mi?
Not: Bu yazı ilkin https://knowingneurons.com/ sitesinde yayınlanmıştır.
Referanslar:
Churchill, S. E. (Ed.). (1997). Fundamentals of space life sciences (Vol. 1 & 2). Krieger Publishing Company.
Clément, G., & Reschke, M.F. (2008). Neuroscience in space. Springer Science & Business Media.
Davis, J. R., Vanderploeg, J. M., Santy, P. A., Jennings, R. T., & Stewart, D. F. (1988). Space motion sickness during 24 flights of the space shuttle. Aviation, space, and environmental medicine.
Li, K., Guo, X., Jin, Z., Ouyang, X., Zeng, Y., Feng, J., … & Ma, L. (2015). Effect of simulated microgravity on human brain gray matter and white matter–Evidence from MRI. PloS one, 10(8), e0135835.
Manzey, D., Lorenz, B., Schiewe, A., Finell, G., & Thiele, G. (1995). Dual-task performance in space: results from a single-case study during a short-term space mission. Human factors, 37(4), 667-681.
Manzey, D., & Lorenz, B. (1998). Mental performance during short-term and long-term spaceflight. Brain research reviews, 28(1-2), 215-221.
Manzey, D. (2000). Monitoring of mental performance during spaceflight. Aviation, space, and environmental medicine, 71(9 Suppl), A69-75.
Koppelmans, V., Erdeniz, B., De Dios, Y. E., Wood, S. J., Reuter-Lorenz, P. A., Kofman, I., … & Seidler, R. D. (2013). Study protocol to examine the effects of spaceflight and a spaceflight analog on neurocognitive performance: extent, longevity, and neural bases. BMC neurology, 13(1), 205.
Koppelmans, V., Bloomberg, J. J., Mulavara, A. P., & Seidler, R. D. (2016). Brain structural plasticity with spaceflight. npj Microgravity, 2(1), 2.
Zatorre, R. J., Fields, R. D., & Johansen-Berg, H. (2012). Plasticity in gray and white: neuroimaging changes in brain structure during learning. Nature neuroscience, 15(4), 528.
