Чарльз Лимоли и его коллеги из UCI обнаружили, что воздействие заряженных частиц с высокой энергией — очень похожих на те, которые обнаруживаются в галактических космических лучах, которые бомбардируют астронавтов во время длительных космических полетов — вызывает у подопытных грызунов значительное долгосрочное повреждение мозга, что приводит к когнитивным нарушениям и слабоумию. .Их исследование опубликовано в Nature’s Scientific Reports. Это следует за прошлогодним показом несколько более краткосрочных эффектов галактических космических лучей на мозг. Текущие результаты, сказал Лимоли, вызывают гораздо большую тревогу.«Это не хорошие новости для астронавтов, отправляющихся на двух-трехлетний кругосветный перелет на Марс», — сказал профессор радиационной онкологии Медицинской школы UCI. "Космическая среда представляет собой уникальную опасность для космонавтов.
Воздействие этих частиц может привести к ряду потенциальных осложнений со стороны центральной нервной системы, которые могут возникать во время и сохраняться долгое время после фактического космического путешествия, например, различные снижения производительности, дефицит памяти, беспокойство, депрессия. и нарушение принятия решений. Многие из этих неблагоприятных последствий для познания могут продолжаться и прогрессировать в течение всей жизни ».Для исследования грызунов подвергали облучению заряженными частицами (полностью ионизированный кислород и титан) в Лаборатории космической радиации НАСА в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, а затем отправляли в лабораторию Университета Калифорнии в Лимоли.
Через шесть месяцев после воздействия исследователи все же обнаружили значительные уровни воспаления мозга и повреждения нейронов. Визуализация показала, что нейронная сеть мозга была нарушена из-за сокращения дендритов и шипов на этих нейронах, что нарушает передачу сигналов между клетками мозга. Эти недостатки были параллельны низкой производительности в поведенческих задачах, разработанных для проверки обучения и памяти.Кроме того, команда Лимоли обнаружила, что радиация повлияла на «угасание страха» — активный процесс, в ходе которого мозг подавляет предшествующие неприятные и стрессовые ассоциации, например, когда кто-то, чуть не утонувший, снова учится наслаждаться водой.
«Недостаток в исчезновении страха может сделать вас склонным к беспокойству, — сказал Лимоли, — что может стать проблематичным в течение трехлетнего путешествия на Марс и обратно».В частности, сказал он, эти шестимесячные результаты отражают шестинедельные результаты исследования, проведенного им в 2015 году после облучения и опубликованного в майском выпуске журнала Science Advances.
Подобные типы более тяжелой когнитивной дисфункции распространены у пациентов с раком мозга, получивших лечение высокими дозами фотонного излучения. В другом исследовании Лимоли изучает влияние химиотерапии и облучения черепа на познавательные способности.По его словам, несмотря на то, что дефицит, подобный слабоумию, у астронавтов проявится через несколько месяцев, времени, необходимого для полета на Марс, достаточно, чтобы такие нарушения развились. Однако люди, длительное время работающие на Международной космической станции, не сталкиваются с таким же уровнем бомбардировки галактическими космическими лучами, потому что они все еще находятся в защитной магнитосфере Земли.
Работа Лимоли является частью программы НАСА по исследованиям человека. Изучение того, как космическое излучение влияет на астронавтов, и изучение способов смягчения этих эффектов имеют решающее значение для дальнейшего освоения космоса людьми, и НАСА необходимо учитывать эти риски при планировании полетов на Марс и за его пределами.Лимоли отметил, что изучаются частичные решения. Космический корабль может быть спроектирован так, чтобы включать зоны повышенной защиты, например те, которые используются для отдыха и сна.
Однако эти высокоэнергетические заряженные частицы, тем не менее, будут пересекать корабль, добавил он, «и от них действительно нет выхода».Профилактическое лечение вселяет некоторую надежду.
Группа Лимоли работает над фармакологическими стратегиями, включающими соединения, которые удаляют свободные радикалы и защищают нейротрансмиссию.Випан Кумар Парихар, Барретт Аллен, Чонгшан Каресси, Кэтрин Тран, Эстер Чу, Стефани Квок, Николь Хмелевски, Джанет Баулч, Эрих Гедзински и Мунджал Ачарья из UCI и Ричарда Бриттена из Медицинской школы Восточной Вирджинии внесли свой вклад в исследование, которое НАСА поддержало грантами.
NNX13AK70G, NNX14AE73G, NNX13AD59G, NNX10AD59G, UARC NAS2-03144 и NNX15AI22G.