L'effetto di leggerezza e hypergravity su entrambi i processi di emodinamica ed elettrofisiologia nel cervello sta per essere seguita durante il volo parabolico con tecniche EEG e NIRS. Uno studio di fattibilità di un esperimento più complesso, che si prevede di effettuare durante il volo spaziale a medio e lungo termine.
Processi cognitivi di studi precedenti, mentale e / o del motore durante la breve, peso medio e lungo termine sono stati solo di natura descrittiva, e focalizzato sugli aspetti psicologici. Fino ad ora, l'osservazione oggettiva dei parametri neurofisiologici non è stato effettuato – senza dubbio, perché i mezzi tecnici e metodologici non sono stati disponibili -, le indagini sugli effetti neurofisiologici di peso sono nella loro infanzia (Schneider et al 2008)..
Mentre le tecniche di imaging come la tomografia ad emissione di positroni (PET) e la risonanza magnetica (MRI) sarebbe difficilmente applicabile nello spazio, la non invasiva spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) tecnica rappresenta un metodo di mappatura dei processi emodinamiche del cervello in tempo reale che sia relativamente poco costoso e che possono essere impiegati anche in condizioni estreme. La combinazione con elettroencefalografia (EEG) apre la possibilità di seguire i processi electrocortical in condizioni di instabilità gravitazionale con una risoluzione più fine temporale e con più profonda di localizzazione, per esempio con electrotomography (LORETA).
Precedenti studi hanno mostrato un aumento di frequenza di attività beta in condizioni normali di gravità e di una diminuzione in condizioni di assenza di gravità durante un volo parabolico (Schneider et al. 2008a + b). Gli studi hanno rivelato inclinazione diversi cambiamenti nelle funzioni cerebrali, che consentono di suggerire, che i cambiamenti in volo parabolico potrebbe riflettere processi emozionali piuttosto che i cambiamenti emodinamici. Tuttavia, non è ancora chiaro se questi sono gli effetti della gravità modificati o cambiamenti emodinamici all'interno del cervello. Combinando EEG / LORETA e NIRS dovrebbe per la prima volta consentono di mappare gli effetti dell'assenza di gravità e gravità ridotta in entrambi i processi emodinamici ed elettrofisiologici nel cervello. Inizialmente, questo deve essere fatto come parte di uno studio di fattibilità durante un volo parabolico. In seguito, si prevede anche di utilizzare entrambe le tecniche durante il volo spaziale a medio e lungo termine.
Si può supporre che a lungo termine ridistribuzione del volume del sangue e il conseguente aumento nella fornitura di ossigeno al cervello porterà a cambiamenti nel sistema nervoso centrale che sono anche responsabili dei processi anemico, e che può a sua volta ridurre le prestazioni (De Santo et al. 2005), il che significa che potrebbe essere cruciale per il successo e la sicurezza di una missione (Genik et al. 2005, Ellis 2000).
In base a questi risultati, sarà necessario sviluppare e impiegare le contromisure estesa. I risultati iniziali per lo studio MARS500 suggeriscono che, in aggiunta alla loro importanza nel contesto del sistema cardiovascolare e motorio, dello sport e l'attività fisica può svolgere un ruolo nel migliorare i parametri neurocognitiva. Prima che questo possa essere pienamente stabilita, però, sembra necessario per conoscere meglio l'influenza del cambiamento delle condizioni di gravità sui processi neurofisiologici e danni neurocognitivi associati.
Per mancanza di brain-imaging metodi in condizioni estreme finora i processi neurofisiologici alla base della perdita di valore della performance cognitiva e lo stato mentale non sono state valutate. In questo lavoro siamo stati in grado di visualizzare i cambiamenti nell'attività cerebrale corticale e il livello di ossigenazione nel corso di un volo parabolico e di localizzare questi cambiamenti all'interno del cervello con EEG combinato con LORETA e NIRS. Come previsto, abbiamo trovato un aumento dell'attività electrocortical durante la leggerezza, che è stato localizzato nelle regioni frontali del cervello (aree di Brodmann 9 +6). I risultati indicano che circa 2000 ms dopo l'attività cerebrale corticale transizione è alterata soprattutto nelle regioni frontali del cervello. Si potrebbe supporre che questo aumento di attività nella zona di Brodmann 6 e 9 rispecchia i meccanismi del cervello, il rilevamento e l'elaborazione condizioni di gravità modificata al fine di mantenere la stabilità del corpo così come la capacità del motore in condizioni di gravità alterata.
Per quanto riguarda i cambiamenti emodinamici, NIRS ha rivelato che il O2Hb frontale del cervello diminuisce drasticamente nella fase hypergravity primo e aumenta in assenza di gravità, mentre, HHb ha mostrato solo le modifiche moderata. Di conseguenza questo effetto non può essere attribuito ad uno spostamento di volume di sangue solo. Più probabilmente questo sembra riflettere una sorta di autoregolazione cerebrale, soprattutto come l'aumento di O2Hb avviene molto prima che il passaggio da 1,8 G a 0G (soprattutto in figura 4). Al contrario O2Hb e HHB sia ridurre in fase di hypergravity secondo.
I risultati del compito cognitivo non indicano compromissione chiaro durante la gravità normale o assenza di gravità a bordo rispetto a una sessione di verifica preliminare. Sulla base dei risultati di due soggetti non chiara affermazione è possibile se i voli parabolici o assenza di gravità con il suo aumento dell'attività cerebrale e il livello di ossigenazione hanno un'influenza sulla performance cognitiva. Studi precedenti danno ragione di credere che in questo contesto, lo stress potrebbe anche svolgere un ruolo (Schneider et al. 2007), tuttavia nessun cambiamento nella concentrazione di cortisolo potrebbe essere ottenuto per entrambi i soggetti. Ulteriori dati sono necessari per convalidare questi risultati e di consentire la correlazione dei cambiamenti nell'attività cerebrale corticale, i cambiamenti emodinamici e prestazioni cognitive.
Questo lavoro intende dimostrare che il monitoraggio dei cambiamenti locali nell'attività cerebrale corticale e il livello di ossigenazione durante le diverse fasi di gravità cambiato è possibile utilizzando EEG in combinazione con NIRS e LORETA. Questi risultati sono un successo per la ricerca spaziale e permetterà la visualizzazione di cambiamenti complessi e locali di attività cerebrale corticale in hypergravity o assenza di gravità e la correlazione di test mentali o motorie con cambiamenti oggettivi nel cervello. Il passo successivo è quello di applicare questo metodo durante a lungo termine le missioni spaziali.
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo ringraziare Cervello Products GmbH per fornire le loro attrezzature, competenze e di aiuto. Questo studio è stato finanziato dal Ministero Federale dell'Economia e della Tecnologia attraverso un finanziamento della Agenzia Spaziale Tedesca (DLR) 50WB0819.