O efeito de leveza e hipergravidade em ambos os processos hemodinâmicos e eletrofisiológicos no cérebro vai ser seguido durante o vôo parabólico por técnicas de EEG e NIRS. Um estudo de viabilidade de um experimento mais complexo, que está prevista a realização de, durante o vôo espacial de médio e longo prazo.
Processos de estudos anteriores de cognitiva, mental e / ou motor durante a curto, ausência de peso médio e longo prazo foram apenas de natureza descritiva, e incidiu sobre os aspectos psicológicos. Até agora, a observação objetiva dos parâmetros neurofisiológicos não foi realizada – sem dúvida porque os meios técnicos e metodológicos não foram disponíveis -, as investigações sobre os efeitos neurofisiológicos da ausência de peso estão em sua infância (Schneider et al 2008)..
Embora as técnicas de imagem, como tomografia por emissão de pósitrons (PET) e ressonância magnética (MRI) dificilmente seria aplicável no espaço, a não-invasivo espectroscopia no infravermelho próximo técnica (NIRS) representa um método de mapeamento de processos de hemodinâmica do cérebro em tempo real que seja relativamente barato e que pode ser utilizado mesmo em condições extremas. A combinação com a eletroencefalografia (EEG) abre a possibilidade de seguir os processos electrocortical sob mudanças nas condições de gravidade com uma resolução mais fina temporal, assim como com o mais profundo de localização, por exemplo, com electrotomography (LORETA).
Estudos anteriores mostraram um aumento da atividade beta freqüência em condições de gravidade normal e uma diminuição em condições de gravidade durante um vôo parabólico (Schneider et al. 2008a + b). Tilt estudos revelaram mudanças diferentes na função cerebral, que permitem sugerir, que as mudanças no vôo parabólico pode refletir processos emocionais, em vez de alterações hemodinâmicas. No entanto, ainda não está claro se esses são os efeitos de gravidade alterado ou alterações hemodinâmicas dentro do cérebro. Combinando EEG / LORETA NIRS e deve, pela primeira vez tornar possível mapear o efeito de leveza e gravidade reduzida em ambos os processos hemodinâmicos e eletrofisiológicos no cérebro. Inicialmente, este deve ser feito como parte de um estudo de viabilidade, durante um voo parabólico. Depois, é também planejou usar ambas as técnicas durante o vôo espacial de médio e longo prazo.
Pode-se supor que a redistribuição de longo prazo do volume de sangue eo aumento associado no fornecimento de oxigênio para o cérebro, levando a mudanças no sistema nervoso central que também são responsáveis por processos anêmicos, e que por sua vez pode reduzir o desempenho (De Santo et al. 2005), o que significa que eles podem ser decisivos para o sucesso ea segurança de uma missão (Genik et al. 2005, Ellis 2000).
Dependendo desses resultados, será necessário desenvolver e empregar contramedidas extensiva. Os resultados iniciais para o estudo MARS500 sugerem que, para além da sua importância no contexto dos sistemas cardiovascular e locomotor, desporto ea actividade física pode desempenhar um papel na melhora de parâmetros cognitivos. Antes que este pode ser plenamente estabelecida, no entanto, parece ser necessário para aprender mais sobre a influência das mudanças nas condições de gravidade sobre os processos neurofisiológicos e comprometimento neurocognitivos associados.
Devido à falta de métodos de imagens cerebrais em condições extremas, até agora os processos subjacentes neurofisiológica para prejuízo no desempenho cognitivo e estado mental não foram avaliadas. Neste trabalho, foram capazes de mostrar alterações na atividade cerebral cortical eo nível de oxigenação no decorrer de um voo parabólico e para localizar essas mudanças dentro do cérebro usando EEG combinado com LORETA e NIRS. Como esperado, encontramos um aumento na atividade electrocortical durante gravidade, que foi localizada em regiões frontais do cérebro (áreas de Brodmann 9 +6). Os resultados indicam que cerca de 2000 ms após a atividade cerebral de transição cortical é alterada principalmente em regiões frontais do cérebro. Pode-se supor que este aumento de atividade em área de Brodmann 6 e 9 reflete os mecanismos do cérebro detecção e processamento de condições de gravidade alterado, a fim de manter a estabilidade do corpo bem como a capacidade do motor em condições de gravidade alterado.
Sobre alterações hemodinâmicas, NIRS revelou que o O2Hb frontal do cérebro diminui drasticamente na fase hipergravidade primeiro e aumenta na ausência de gravidade, enquanto que, HHB mostrou apenas mudanças moderadas. Consequentemente, este efeito não pode ser atribuída a uma mudança de volume de sangue apenas. Mais provavelmente, isso parece refletir uma espécie de auto-regulação cerebral, especialmente como o aumento da O2Hb ocorre muito antes da transição do 1,8 G para 0G (especialmente na figura 4). Em contraste O2Hb e HHB ambos diminuem na fase hipergravidade segundo.
Os resultados da tarefa cognitiva indicam nenhum comprometimento claro durante a gravidade normal ou ausência de peso a bordo em comparação com uma sessão de pré-vôo. Com base nos resultados de dois sujeitos sem declaração clara é possível se os voos parabólicos ou ausência de peso, juntamente com seu aumento na atividade cerebral e nível de oxigenação ter uma influência no desempenho cognitivo. Estudos anteriores dão razão para acreditar que, neste contexto, o stress pode também desempenhar um papel (Schneider et al. 2007), no entanto, nenhuma alteração na concentração de cortisol podem ser obtidos por ambos os assuntos. Mais dados são necessários para validar esses resultados e para permitir correlação de mudanças na atividade cerebral cortical, alterações hemodinâmicas, bem como o desempenho cognitivo.
Este trabalho pretende mostrar que o monitoramento de mudanças locais na atividade cerebral cortical e nível de oxigenação durante as diferentes fases de gravidade mudou é possível usando EEG em combinação com NIRS e Loreta. Estes resultados são um sucesso para a investigação espacial e permitirá apresentar mudanças complexas e locais de atividade cerebral cortical em hipergravidade ou leveza e correlacionando teste mental ou motora, com mudanças objetivas no cérebro. O próximo passo é aplicar este método durante as missões espaciais de longo prazo.
The authors have nothing to disclose.
Gostaríamos de agradecer Cérebro Products GmbH para fornecer seus equipamentos, experiência e ajuda. Este estudo foi financiado pelo Ministério Federal da Economia e Tecnologia através de uma doação da Agência Espacial Alemã (DLR) 50WB0819.