Die Wirkung der Schwerelosigkeit und Hypergravitation auf beiden hämodynamischen und elektrophysiologischen Vorgänge im Gehirn wird sich während der Parabelflug von EEG-und NIRS-Techniken verfolgt werden. Eine Machbarkeitsstudie für eine komplexere Experiment, das geplant durchführen, bei mittel-und langfristige Raumfahrt ist.
Frühere Studien der kognitiven, psychischen und / oder motorische Prozesse während der kurz-, mittel-und langfristige Schwerelosigkeit bisher nur in der Natur beschreibend, und konzentrierte sich auf psychologische Aspekte. Bis jetzt hat objektive Beobachtung der neurophysiologischen Parameter nicht durchgeführt – ohne Zweifel, weil die technischen und methodischen Mittel bisher nicht zur Verfügung -, Untersuchungen zu den neurophysiologischen Auswirkungen der Schwerelosigkeit noch in den Kinderschuhen (Schneider et al 2008)..
Während bildgebende Verfahren wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Magnetresonanztomographie (MRT) wäre kaum anwendbar im Raum, stellt die nicht-invasive Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS)-Technik eine Methode zur Kartierung hämodynamische Vorgänge im Gehirn in Echtzeit das ist sowohl relativ kostengünstig, und das kann auch unter extremen Bedingungen eingesetzt werden. Die Kombination mit der Elektroenzephalographie (EEG) eröffnet die Möglichkeit, im Anschluss an die electrocortical Prozesse unter sich ändernden Bedingungen der Schwerkraft mit einer feineren zeitlichen Auflösung sowie mit tieferen Lokalisation, zum Beispiel mit electrotomography (LORETA).
Frühere Studien zeigten eine Zunahme der Beta-Frequenz Tätigkeit unter normalen Bedingungen der Schwerkraft und eine Abnahme unter Schwerelosigkeit während eines Parabelflug (Schneider et al. 2008a + b). Tilt Studien zeigten unterschiedliche Veränderungen der Gehirnfunktion, die darauf hindeuten lassen, dass Änderungen in Parabelflug kann emotionale Prozesse statt hämodynamischen Veränderungen anzupassen. Es ist jedoch noch unklar, ob diese Auswirkungen veränderter Schwerkraft oder hämodynamischen Veränderungen im Gehirn sind. Die Kombination EEG / LORETA und NIRS sollte zum ersten Mal machen es möglich, die Wirkung der Schwerelosigkeit und reduzierter Schwerkraft auf beiden hämodynamischen und elektrophysiologischen Vorgänge im Gehirn abzubilden. Zunächst ist dies als Teil einer Machbarkeitsstudie bei einem Parabelflug durchgeführt werden. Danach ist es auch geplant, beide Techniken im mittel-und langfristige Nutzung der Raumfahrt.
Es ist davon auszugehen, dass die langfristige Umverteilung des Blutvolumens und der damit verbundenen Erhöhung der Sauerstoffversorgung des Gehirns zu Veränderungen im zentralen Nervensystem, die auch verantwortlich für die anämische Prozesse führen werden, und die wiederum die Leistung reduzieren (De Santo et al. 2005), was bedeutet, dass sie sein könnten entscheidend für den Erfolg und die Sicherheit einer Mission (Genik et al. 2005, Ellis 2000).
Abhängig von diesen Ergebnissen wird es notwendig sein, zur Entwicklung und Nutzung umfangreicher Gegenmaßnahmen. Erste Ergebnisse für die MARS500 Studie deuten darauf hin, dass, zusätzlich zu ihrer Bedeutung im Kontext des Herz-Kreislauf-und Bewegungsapparat, Sport und körperliche Aktivität können eine Rolle bei der Verbesserung der neurokognitiven Parametern spielen. Vor diesem vollständig eingeführt werden kann, jedoch scheint es notwendig, mehr über den Einfluss der wechselnden Zustand der Schwerelosigkeit auf neurophysiologische Prozesse und die damit verbundenen neurokognitiven Beeinträchtigungen.
Aufgrund fehlender bildgebenden Methoden unter extremen Bedingungen so weit das zugrunde liegende neurophysiologische Prozesse für Wertminderungen in die kognitive Leistungsfähigkeit und psychische Verfassung wurden nicht untersucht. In diesem Papier waren wir in der Lage, Veränderungen im Gehirn kortikale Aktivität und die Sauerstoffversorgung Ebene im Rahmen einer Parabelflug-Display und zu lokalisieren diese Veränderungen innerhalb des Gehirns mittels EEG in Verbindung mit LORETA und NIRS. Wie erwartet, fanden wir eine Zunahme in electrocortical Aktivität während der Schwerelosigkeit, die in frontaler Hirnregionen (Brodmann Bereiche 9 +6) lokalisiert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass etwa 2000 ms nach dem Übergang Gehirn kortikale Aktivität vor allem in frontalen Hirnregionen verändert. Man könnte annehmen, dass diese erhöhte Aktivität in Brodmann Area 6 und 9, die Mechanismen des Gehirns Erfassung und Verarbeitung verändert Schwerelosigkeit, um Körper Stabilität sowie motorischen Fähigkeiten in veränderter Schwerkraft Bedingungen halten reflektiert werden.
In Bezug auf hämodynamische Veränderungen ergaben, dass die NIRS O2Hb des Frontalhirns dramatisch sinkt in der ersten Phase Hypergravitation und erhöht in der Schwerelosigkeit, während HHb zeigte nur moderate Änderungen. Dementsprechend kann dieser Effekt nicht zu einer Verlagerung des Blutvolumens allein zugeschrieben werden. Wahrscheinlicher scheint dies eine Art der zerebralen Autoregulation widerspiegeln, zumal die Erhöhung der O2Hb lange auftritt, bevor der Übergang von 1,8 G auf 0G (vor allem in Abbildung 4). Im Gegensatz O2Hb und HHB beide Rückgang im zweiten Hypergravitation Phase.
Die Ergebnisse der kognitiven Aufgabe zeigen keine deutlichen Beeinträchtigung während der normalen Schwerkraft oder Schwerelosigkeit an Bord im Vergleich zu einem Preflight-Sitzung. Basierend auf den Ergebnissen von zwei Themen keine klare Aussage möglich ist, ob Parabelflügen Schwerelosigkeit zusammen mit seiner Steigerung der Hirnaktivität und die Sauerstoffversorgung Ebene einen Einfluss auf die kognitive Leistungsfähigkeit haben. Frühere Studien geben Grund zu der Annahme, dass in diesem Zusammenhang betonen, könnte auch eine Rolle spielen (Schneider et al. 2007), konnte jedoch keine Veränderungen in Cortisol-Konzentration für beide Fächer gewonnen werden. Weitere Daten werden benötigt, um diese Ergebnisse zu validieren und Korrelation der Veränderungen im Gehirn kortikale Aktivität, hämodynamischen Veränderungen sowie die kognitive Leistung zu ermöglichen.
Dieses Papier soll die Überwachung der lokalen Veränderungen im Gehirn kortikale Aktivität und die Sauerstoffversorgung Ebene in unterschiedlichen Phasen der veränderten Schwerkraft zeigen, wird durch die Verwendung in Kombination mit NIRS und LORETA EEG möglich. Diese Ergebnisse sind ein Erfolg für die Weltraumforschung und ermöglicht die Anzeige komplexer und lokalen Veränderungen des Gehirns kortikale Aktivität in Hypergravitation oder Schwerelosigkeit und korrelierende psychische oder motorische Tests mit objektiven Veränderungen im Gehirn. Der nächste Schritt ist, diese Methode bei langfristigen Weltraummissionen gelten.
The authors have nothing to disclose.
Wir möchten Brain Products GmbH für die Bereitstellung ihrer Ausrüstung, Know-how und Hilfe bedanken. Diese Studie wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über ein Stipendium des Deutschen Raumfahrtagentur (DLR) 50WB0819 finanziert.