Не многим исследователям выпадает шанс парить в невесомости на высоте 9 000 км над Землей. Ученые из Медицинского университета Южной Каролины (MUSC) обычно проводят исследования в контролируемых лабораториях, где они могут повторить эксперименты, чтобы перепроверить результаты. Но интересуясь тем, что могут испытать настоящие астронавты во время космических путешествий в будущем, несколько ученых поднялись в небо, чтобы провести исследования мозга в условиях невесомости. Результаты исследования публикует журнал Nature Microgravity.
Нейрорадиолог Донна Робертс, доктор медицины, и нейробиолог Бадран сотрудничали в проекте по проведению транскраниальной магнитной стимуляции, или ТМС, на себе и группе добровольных помощников, в основном из отдела психиатрии и поведенческих наук Медицинского колледжа MUSC.
Транскраниальная магнитная стимуляция — метод, позволяющий неинвазивно стимулировать кору головного мозга при помощи коротких магнитных импульсов. Так же, как и транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС), ТМС иногда сопряжена с болевыми ощущениями и поэтому должна применяться с осторожностью.
Доктор Робертс в своем эксперименте стремится доказать, что ТМС можно безопасно использовать в невесомости и сравнить результаты участников под действием силы тяжести Земли с их результатами в невесомости.
Во время процедуры ТМС через череп в мозг посылается магнитный импульс, чтобы стимулировать электрическую активность. Пульс очень локализован. Медицинский сотрудник помещает катушку над головой испытуемого; когда подергивается большой палец пациента, ученый знает, что катушка ТМС находится в нужном месте.
Здесь, на Земле, TMS одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в США для лечения трудноизлечимой депрессии. Ученые MUSC и других организаций также исследуют использование ТМС для лечения посттравматического стрессового расстройства. Кроме того, метод применяется для лечения зависимости и боли у людей, которые принимают опиоиды. А также в реабилитационных центрах для пациентов, переживших инсульт. Депрессия может быть проблемой для людей, выполняющих долгосрочные миссии вдали от Земли. Робертс и Бадран уверены, что ТМС может быть полезным и компактным инструментом для долгосрочного использования в космических миссиях.
Также ТМС может поддерживать астронавтов в хорошей когнитивной форме во время длительных полетов, чтобы они были готовы приступить к работе, когда приземлятся на Луну или Марс. Но сначала исследователи должны выяснить, как выглядят «нормальные» показания в условиях невесомости.
Уже известно, что лекарства метаболизируются по-разному, когда человек находится в космосе. По словам Робертс, астронавтам, принимающим снотворное, необходимо методом проб и ошибок определить правильную дозировку в космосе.
А предыдущее исследование Робертс, сравнившее МРТ мозга космонавтов до и после полета на Международную космическую станцию, показало физические изменения в мозге, которые коррелировали с изменениями моторных навыков и когнитивных способностей астронавтов.
Чтобы протестировать TMS в условиях невесомости, им пришлось использовать самолет Zero Gravity Corporation, который предлагает полеты в невесомости.
Самолет, получивший название G-Force One, летит по дуге, поднимаясь вверх под углом 45 градусов, а затем обратно вниз под углом 45 градусов. В течение коротких 20–30 секунд между подъемом и опусканием все в самолете становятся невесомыми. И это всего лишь 20–30-секундное окно было временем, в течение которого Робертс и Бадран должны были провести свой тест ТМС.
Команда добровольцев Робертса и Бадрана состояла из людей из Департамента психиатрии и поведенческих наук с опытом администрирования ТМС, поскольку все они должны были по очереди выступать в качестве субъектов и контроллеров. Им нужны были люди примерно того же возраста, что и настоящие космонавты — около 30 лет.
Робертс и Бадран знали, что у них есть всего один шанс провести эксперимент. Такие полеты стоят очень дорого, и большая часть гранта на исследования пошла как раз на эти расходы. Каждые 20–30 секунд невесомости им нужно было запускать программное обеспечение на своих компьютерах, которое отправляло бы сигнал на катушку, регистрировало подергивание большого пальца и затем сообщало, что ТМС сработало. Если он не регистрировал подергивание большого пальца, то система увеличивала мощность и посылала другой сигнал, пока не регистрировалось подергивание.
Ученые получили как минимум три измерения для каждого человека, которые можно было сравнить с несколькими измерениями, сделанными на земле до и после полета.
Результаты эксперимента показали, что в условиях невесомости требовалось меньше электромагнетизма, чем на Земле, чтобы вызвать подергивание большого пальца. Это предполагает нейрофизические изменения, происходящие в мозге, но есть несколько возможных объяснений, начиная от физического смещения мозга внутри черепа до нейронов, более сильно реагирующих на стимуляцию.
Доказав, что TMS возможна в условиях невесомости, ученые продолжат свои исследования в использовании ТМС для космических миссий.
Читать также
Создать термоядерный реактор на Земле реально. Какие будут последствия?
Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное
На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком