В мозге космонавтов, которые провели около полугода в космосе, появляются микроструктурные изменения в белом веществе, связывающем сенсомоторные области, и эти преобразования связей все еще остаются заметными полгода спустя. Полученные результаты подтверждают концепцию обучающегося мозга, согласно которой мозг адаптируется к космическим полетам благодаря нейропластичности: он перенастраивает связи между сенсомоторными центрами для адаптации движений в условиях невесомости.

Статья опубликована в журнале Frontiers in Neural Circuits.

Космический полет может серьезно изменить как функциональные связи, так и микроструктурную организацию мозга. Например, у космонавтов после возвращения из длительного полета наблюдаются смещение мозга вверх внутри черепа и такие физиологические изменения как уменьшение объема серого и белого вещества, расширение желудочков и увеличение объема спинномозговой жидкости. Причем такие эффекты, по крайней мере частично, сохраняются после возвращения на Землю.

Однако неизвестно, связаны ли это чисто с механическим воздействием на мозг, то есть его смещением и увеличением количества спинномозговой жидкости, которые сдавливают прилегающие ткани, или же с нейропластичностью — свойством мозга изменяться и адаптироваться в течение всей жизни.

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые в рамках совместного проекта Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) и Европейского космического агентства изучили мозг космонавтов после длительного космического полета. С российской стороны этим исследованием руководила Елена Томиловская (Elena Tomilovskaya) из Института медико-биологических проблем РАН, со стороны Европейского космического агентства — Флорис Уайтс (Floris Wuyts) из Университета Антверпена. В исследовании приняли участие 12 космонавтов, которые провели на Международной космической станции в среднем 172 дня. Все участники прошли сканирование мозга за один-два месяца до космического полета, затем в среднем через десять дней после возвращения на Землю, а также в третий раз только восемь участников — в среднем через 230 дней после возвращения с космической станции.

Чтобы изучить структуру и функции мозга после космического полета, исследователи использовали технику визуализации мозга, называемую трактографией. Трактография основана на диффузной МРТ и позволяет визуализировать систему проводящих путей головного мозга — трактов, которые образуют белое вещество головного мозга. Белое вещество, в основном, состоит из пучков аксонов, по которым нервный импульс бежит от одной нервной клетки к другой, от одной области к другой, поэтому белое вещество и называют системой проводящих путей головного мозга. Иначе говоря, трактография позволяет проследить схему связей между различными областями внутри мозга.

Исследователи обнаружили микроструктурные изменения проводящих путей, которые связывают сенсомоторные области. Находящемуся в условиях невесомости космонавту приходится перестраивать способы своего перемещения в пространстве по сравнению с Землей, что и сказывается на сети связей между сенсомоторными центрами, которые обеспечивают репрезентацию, движения и контроль мозга над телом. То есть в новых условиях мозг словно перестраивается.

И это преобразование связей все еще остается заметным полгода спустя. О том, что сенсомоторные области адаптируются после космического полета было известно ранее, но теперь ясно, что это происходит и на уровне связей между этими областями. Как считают авторы, в совокупности эти данные подтверждают так называемую гипотезу обучающегося мозга, согласно которой мозг адаптируется к космическим полетам благодаря нейропластичности.

Также ученые отметили изменения в мозолистом теле — центральном пути, соединяющем два полушария. Эти результаты, скорее всего, объясняются анатомическими сдвигами головного мозга или увеличением объемов спинномозговой жидкости, циркулирующей в желудочках, а не нейропластичностью. Учитывая, что мозолистое тело менее объемное по сравнению с большинством других частей мозга, оно может быть более восприимчивым к деформации, вызванной этим набором анатомических изменений.

В организме космонавтов происходят и другие изменения, связанные с мозгом. Например, исследование 2020 года показало, что после возвращения на Землю в крови космонавтов обнаружились маркеры повреждения мозга.