Мозг в невесомости

Ученые выяснили, что меняется в мозгу при длительном нахождении в невесомости 31 Май 2015, 10:02
Долгое нахождение в невесомости «выключает» гены в тех областях мозга, которые контролируют движения, выяснили сотрудники лаборатории нейрогеномики поведения Института цитологии и генетики СО РАН в Новосибирске.
Можно долго спорить, освоит человек другие планеты или нет, долетят космонавты до Марса или погибнут по дороге, но факт остается фактом: уже полвека мы медленно, но верно осваиваем космос и в процессе узнаем много нового о том, как он влияет на живые организмы.
Один из ключевых факторов в космосе — отсутствие земного притяжения. Все системы человека и животных рассчитаны на существование в условиях гравитации. Это касается не только мышц или скелета: например, без сложной кровеносной системы вся кровь просто стекла бы вниз. Вопросам влияния невесомости на живые организмы посвящено много работ, однако в них редко рассматриваются изменения в мозгу, происходящие в отсутствие силы тяжести.
При планировании длительных космических путешествий небесполезно знать, как невесомость повлияет на работу мозга. Фото: Andrey Armyagovshutterstock
Длительное пребывание в космосе подавляет активность основного гена, необходимого для синтеза домафина, и активность дофаминовых рецепторов. Также подавляется образование двух основных ферментов, участвующих в процессах разрушения дофамина. В целом все это указывает, что, когда организм пребывает в невесомости, в мозгу изменяется обработка сигналов, поступающих от конечностей и органов чувств, потому что эти сигналы значительно ослабевают», — сказал научный сотрудник лаборатории Антон Цыбко.

Месяц в невесомости

Цыбко и его коллеги исследовали мышей, которые провели в невесомости месяц. Грызуны и еще около сотни различных животных и бактерий отправились в космос весной 2013 года на российском спутнике «Бион-М1». Большая часть «пассажиров» спутника не выжила из-за отказа техники: погибли восемь монгольских песчанок, 29 из 45 мышей, рыбы-цихлиды. Среди выживших, кроме 16 мышей, оказались гекконы и улитки.
Во время полета мыши находились в своих отсеках в состоянии свободного «плаванья» в невесомости. После приземления оказалось, что животные едва могут ходить из-за нарушений в координации, хотя со временем их состояние улучшилось.

Безработные нейроны

За контроль движений в мозгу отвечают, в первую очередь, черная субстанция и стриатум. В этих структурах вырабатывается дофамин — нейромедиатор, вещество, необходимое для передачи сигналов между нервными клетками. Когда организм длительное время находится в невесомости, сигналы, поступающие в эти области, ослабевают из-за того, что конечности не заняты своей обычной работой — противостоять гравитации, поддерживая тело.
Система получает сигнал к меньшей выработке дофамина, затем снижается экспрессия генов, которые отвечают за этот процесс, и генов, участвующих в его метаболизме. Также падает активность двух белков, нейротрофических факторов, GDNF и CDNF, которые участвуют в поддержании и росте дофаминовых нейронов мозга.

Состояние, подобное болезни Паркинсона

К чему может привести полное разрушение дофаминовой системы, известно на примере людей, страдающих болезнью Паркинсона: у них развивается тремор и нарушается координация движений. Во время пребывания в космосе дофаминовая система не отказывает полностью, а временно отключается за ненадобностью, и эффект от такой паузы получается весьма неприятным.

«Я думаю, если на орбите не выполнять никаких упражнений для снижения гиподинамии, то в конечном счете может развиться паркинсон-подобное состояние. Конечно, сейчас никто такого не допустит. А вот во время первого длительного советского полета, который совершили в июне 1970 года Андриян Николаев и Виталий Севастьянов, проведя в невесомости более двух недель, ничего для снижения гиподинамии не предпринималось. Космонавты вернулись в тяжелейшем состоянии и еще очень долго адаптировались к состоянию гравитации», — пояснил исследователь.

Результаты исследований опубликованы в научных журналах Neuroscience, Journal of Neuroscience Research и Molecular Neurobiology.