Preview

Медицина экстремальных ситуаций

Расширенный поиск

Структурные и функциональные изменения в головном мозге космонавтов под влиянием микрогравитации

https://doi.org/10.47183/mes.2024.008

Аннотация

Во время космического полета космонавты вынуждены приспосабливаться к новым специфическим условиям окружающей среды. Это приводит к накоплению изменений в организме, которые в конечном счете могут вызывать нежелательные последствия, способные оказывать негативное влияние на успех проводимой миссии. В обзоре рассмотрены публикации, посвященные функциональным и структурным изменениям головного мозга, происходящим во время космического полета. Основным фактором, вызывающим описываемые изменения, считается микрогравитация, приводящая к перераспределению жидкости в организме, а также обуславливающая адаптационные нейронные перестройки на микроструктурном уровне. Помимо этого, затрагиваются и другие факторы космического полета, способные оказывать влияние на головной мозг. Рассмотрены также публикации, на основе которых можно выдвигать предположения о конкретных причинах наблюдаемых морфофункциональных перестроек в головном мозге космонавтов.

Об авторах

К. В. Латарцев
Федеральный научно-клинический центр космической медицины Федерального медико-биологического агентства; Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Россия

Константин Владимирович Латарцев

ул. Щукинская, д. 5, ст. 2, г. Москва, 123182



П. Н. Демина
Федеральный научно-клинический центр космической медицины Федерального медико-биологического агентства
Россия

ул. Щукинская, д. 5, ст. 2, г. Москва, 123182



В. А. Яшина
Федеральный научно-клинический центр космической медицины Федерального медико-биологического агентства; Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Россия

ул. Щукинская, д. 5, ст. 2, г. Москва, 123182



Р. Р. Каспранский
Федеральный научно-клинический центр космической медицины Федерального медико-биологического агентства
Россия

ул. Щукинская, д. 5, ст. 2, г. Москва, 123182



Список литературы

1. Rabin R, et al. Effects of spaceflight on the musculoskeletal system: NIH and NASA future directions. FASEB journal: official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 1993; 7 (5): 396–8.

2. Demertzi A, et al. Cortical reorganization in an astronaut’s brain after long-duration spaceflight. Brain Structure and function. 2016; 221: 2873–6.

3. Рюмин О. О. Вопросы психологического обеспечения пилотируемых межпланетных полетов. Авиакосм. и экол. мед. 2017; 51 (4): 15.

4. Nasrini J, et al. Cognitive performance in long-duration Mars simulations at the Hawaii space exploration analog and simulation (HI-SEAS). NASA Human Research Program Investigators’ Workshop. 2017; 1–2.

5. Nelson ES, Mulugeta L, Myers JG. Microgravity-induced fluid shift and ophthalmic changes. Life. 2014; 4 (4): 621–65.

6. Roberts DR, et al. Effects of spaceflight on astronaut brain structure as indicated on MRI. New England Journal of Medicine. 2017; 377 (18): 1746–53.

7. Van Ombergen A, et al. Brain tissue–volume changes in cosmonauts. New England Journal of Medicine. 2018; 379 (17): 1678–80.

8. Van Ombergen A, et al. Brain ventricular volume changes induced by long-duration spaceflight. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2019; 116 (21): 10531–6.

9. Lee JK, et al. Spaceflight-associated brain white matter microstructural changes and intracranial fluid redistribution. JAMA neurology. 2019; 76 (4): 412–9.

10. Kramer LA, et al. Intracranial effects of microgravity: a prospective longitudinal MRI study. Radiology. 2020; 295 (3): 640–8.

11. Hupfeld KE, et al. Longitudinal MRI-visible perivascular space (PVS) changes with long-duration spaceflight. Scientific Reports. 2022; 12 (1): 7238.

12. McGregor HR, et al. Impacts of spaceflight experience on human brain structure. Scientific Reports. 2023; 13 (1): 7878.

13. Карпенко М. П., Давыдов Д. Г., Чмыхова Е. В. Обучение экипажей в ходе длительных космических полетов как средство поддержания социализации и когнитивных способностей космонавтов. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2018; 52 (6): 19–25.

14. Kanas N, et al. Psychology and culture during long-duration space missions. Springer Berlin Heidelberg. 2013; 153–84.

15. Jamšek M, et al. Effects of simulated microgravity and hypergravity conditions on arm movements in normogravity. Frontiers in Neural Circuits. 2021; 15: 750176.

16. Seidler RD, et al. Future research directions to identify risks and mitigation strategies for neurostructural, ocular, and behavioral changes induced by human spaceflight: A NASA-ESA expert group consensus report. Frontiers in Neural Circuits. 2022; 16: 876789.

17. Kunavar T, et al. Effects of local gravity compensation on motor control during altered environmental gravity. Frontiers in Neural Circuits. 2021; 15: 750267.

18. Tays GD, et al. The effects of long duration spaceflight on sensorimotor control and cognition. Frontiers in neural circuits. 2021; 15: 723504.

19. Strangman GE, Sipes W, Beven G. Human cognitive performance in spaceflight and analogue environments. Aviation, space, and environmental medicine. 2014; 85 (10): 1033–48.

20. Cassady K, et al. Effects of a spaceflight analog environment on brain connectivity and behavior. Neuroimage. 2016; 141: 18–30.

21. Stella AB, et al. Neurophysiological adaptations to spaceflight and simulated microgravity. Clinical Neurophysiology. 2021; 132 (2): 498–504.

22. Koppelmans V, et al. Study protocol to examine the effects of spaceflight and a spaceflight analog on neurocognitive performance: extent, longevity, and neural bases. BMC neurology. 2013; 13: 1–15.

23. Doroshin A, et al. Brain connectometry changes in space travelers after long-duration spaceflight. Frontiers in neural circuits. 2022; 16: 6.

24. Koppelmans V, et al. Brain structural plasticity with spaceflight. npj Microgravity. 2016: 2 (1): 2.

25. Jillings S, et al. Macro-and microstructural changes in cosmonauts’ brains after long-duration spaceflight. Science advances. 2020; 6 (36): eaaz9488.

26. Jillings S, et al. Prolonged microgravity induces reversible and persistent changes on human cerebral connectivity. Communications Biology. 2023; 6 (1): 46.

27. Pechenkova E, et al. Alterations of functional brain connectivity after long-duration spaceflight as revealed by fMRI. Frontiers in Physiology. 2019; 10: 761.

28. Li K, et al. Effect of simulated microgravity on human brain gray matter and white matter–evidence from MRI. PloS one. 2015; 10 (8): e0135835.

29. Salazar AP, et al. Changes in working memory brain activity and task-based connectivity after long-duration spaceflight. Cerebral Cortex. 2023; 33 (6): 2641–54.

30. Van Ombergen A, et al. Intrinsic functional connectivity reduces after first-time exposure to short-term gravitational alterations induced by parabolic flight. Scientific Reports. 2017; 7 (1): 3061.

31. Koppelmans V, et al. Brain plasticity and sensorimotor deterioration as a function of 70 days head down tilt bed rest. PloS one. 2017; 12 (8): e0182236.

32. Miller AD, et al. Human Cortical Activity during Vestibular‐and Drug‐Induced Nausea Detected Using MSI a. Annals of the New York Academy of Sciences. 1996; 781 (1): 670–2.

33. Mammarella N. The effect of microgravity-like conditions on high-level cognition: a review. Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2020; 7: 6.

34. Garrett-Bakelman FE, et al. The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight. Science. 2019; 364 (6436): eaau8650.

35. Cullen KE. Vestibular processing during natural self-motion: implications for perception and action. Nature Reviews Neuroscience. 2019; 20 (6): 346–63.

36. Carriot J, Mackrous I, Cullen KE. Challenges to the vestibular system in space: how the brain responds and adapts to microgravity. Frontiers in neural circuits. 2021; 15: 760313.

37. Kowiański P, et al. BDNF: a key factor with multipotent impact on brain signaling and synaptic plasticity. Cellular and molecular neurobiology. 2018; 38: 579–93.

38. Silhol M, et al. Spatial memory training modifies the expression of brain-derived neurotrophic factor tyrosine kinase receptors in young and aged rats. Neuroscience. 2007; 146 (3): 962–73.

39. Okamoto M, et al. High-intensity intermittent training enhances spatial memory and hippocampal neurogenesis associated with BDNF signaling in rats. Cerebral Cortex. 2021; 31 (9): 4386–97.

40. Каминская А. Н. и др. Обучение и формирование памяти в сопоставлении с распределением pCREB и белковых агрегатов в нейромышечных контактах у Drosophila melanogaster при полиморфизме limk1. Генетика. 2015; 51 (6): 685.

41. Lin CY, et al. Brain-derived neurotrophic factor increases vascular endothelial growth factor expression and enhances angiogenesis in human chondrosarcoma cells. Biochemical pharmacology. 2014; 91 (4): 522–33.

42. El-Sayes J, et al. Exercise-induced neuroplasticity: a mechanistic model and prospects for promoting plasticity. The Neuroscientist. 2019; 25 (1): 65–85.

43. Guillon L, et al. Reduced Regional Cerebral Blood Flow Measured by 99mTc-Hexamethyl Propylene Amine Oxime Single-Photon Emission Computed Tomography in Microgravity Simulated by 5-Day Dry Immersion. Frontiers in Physiology. 2021; 12: 789298.

44. Ogoh S, et al. Internal carotid, external carotid and vertebral artery blood flow responses to 3 days of head‐out dry immersion. Experimental Physiology. 2017; 102 (10): 1278–87.

45. Stahn AC, et al. Brain changes in response to long Antarctic expeditions. New England Journal of Medicine. 2019; 381 (23): 2273-5.

46. Mahadevan AD, et al. Head-down-tilt bed rest with elevated CO2: effects of a pilot spaceflight analog on neural function and performance during a cognitive-motor dual task. Frontiers in Physiology. 2021; 12: 654906.

47. Luxton JJ, et al. Telomere length dynamics and DNA damage responses associated with long-duration spaceflight. Cell Reports. 2020; 33 (10): 108457.


Рецензия

Для цитирования:


Латарцев К.В., Демина П.Н., Яшина В.А., Каспранский Р.Р. Структурные и функциональные изменения в головном мозге космонавтов под влиянием микрогравитации. Медицина экстремальных ситуаций. 2024;26(2):20-26. https://doi.org/10.47183/mes.2024.008

For citation:


Latartsev K.V., Demina P.N., Yashina V.A., Kaspranskiy R.R. Structural and functional changes in the brain of cosmonauts under the influence of microgravity. Extreme Medicine. 2024;26(2):20-26. https://doi.org/10.47183/mes.2024.008

Просмотров: 28


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2713-2757 (Print)
ISSN 2713-2765 (Online)