Ученые говорят, что когнитивные нарушения, которые затронули большую часть, но далеко не всех животных, по-видимому, связаны с белковыми изменениями в мозге. Результаты, если они подтвердятся на людях, предполагают, что возможно разработать биологический маркер для прогнозирования чувствительности к воздействию радиации на человеческий мозг перед запуском в дальний космос.
Исследование, финансируемое Национальным институтом космических биомедицинских исследований НАСА, описано в апрельском номере журнала Radiation Research.Когда астронавты находятся за пределами магнитного поля Земли, космические корабли обеспечивают лишь ограниченную защиту от радиационного воздействия, объясняет руководитель исследования Роберт Д. Хиенц, доктор философии, доцент кафедры поведенческой биологии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса. По его словам, если они будут выходить в открытый космос или работать за пределами своих транспортных средств, они будут полностью подвержены воздействию излучения солнечных вспышек и межгалактических космических лучей, а поскольку ни Луна, ни Марс не обладают магнитным полем, охватывающим всю планету, астронавты не смогут подвергаются относительно высокому уровню радиации, даже когда они приземляются на эти поверхности.
Но не на всех это повлияет одинаково, как показывают его эксперименты. «У наших облученных крыс мы обнаружили, что от 40 до 45 процентов имели этот дефицит внимания, в то время как остальные, по-видимому, не пострадали», — говорит Хиенц. «Если то же самое подтвердится и на людях, и мы сможем идентифицировать тех, кто более восприимчив к воздействию радиации, до того, как они будут подвергаться вредному воздействию, мы сможем уменьшить ущерб».Исследователи отмечают, что если биомаркер может быть идентифицирован для людей, это может иметь еще более широкое значение для определения наилучшего курса лечения для пациентов, получающих лучевую терапию по поводу опухолей головного мозга, или для определения того, какие пациенты могут подвергаться большему риску от лучевой терапии.Предыдущее исследование проверило, насколько хорошо облученные крысы справляются с базовыми учебными задачами и лабиринтами, но это новое исследование Джонса Хопкинса было сосредоточено на тестах, которые близко имитируют самопроверки пригодности к работе, которые в настоящее время используются астронавтами на Международной космической станции перед полетом. -критические события, такие как выход в открытый космос.
Подобные фитнес-тесты также используются для солдат, пилотов авиакомпаний и дальнобойщиков.
В одном из таких испытаний космонавт видит пустой экран на портативном устройстве и получает указание коснуться экрана, когда загорается светодиодный счетчик. Нормальное время реакции должно быть менее 300 миллисекунд.
Крыс в эксперименте аналогичным образом учат касаться светящейся клавиши носом, а затем проверяют, насколько быстро они реагируют.Для проведения нового исследования крыс сначала обучили испытаниям, а затем доставили в Брукхейвенскую национальную лабораторию на Лонг-Айленде в Аптоне, штат Нью-Йорк, где коллайдер производит высокоэнергетические протоны и частицы тяжелого ионного излучения, которые обычно возникают в космосе. Головы крыс подвергались воздействию различных уровней радиации, которые астронавты обычно получают во время длительных миссий, в то время как другим крысам подвергали фиктивное воздействие.
После того, как крысы вернулись в Johns Hopkins, их тестировали каждый день в течение 250 дней. У всех чувствительных к облучению животных (19 из 46) были обнаружены признаки нарушения, которое началось через 50-60 дней после воздействия и сохранялось до конца исследования.Нарушения внимания наблюдались у 64% чувствительных животных, импульсивная реакция повышалась у 45%, а более медленное время реакции — у 27%.
Нарушения не зависели от дозы облучения. Кроме того, некоторые крысы вообще не оправились от своего дефицита с течением времени, в то время как другие показали некоторое восстановление с течением времени.
Чувствительные к радиации крысы, получившие более высокие дозы радиации, имели более высокую концентрацию переносчиков нейромедиатора дофамина, который играет роль в бдительности и внимании, говорит Кэтрин М. Дэвис, доктор философии, научный сотрудник отделения психиатрии. и поведенческие науки и первый автор исследования.По ее словам, транспортная система дофамина нарушена у чувствительных к радиации крыс, потому что нейромедиатор, скорее всего, не удаляется так, как это должно быть для правильного функционирования мозга. Она добавляет, что люди с генетическими различиями, связанными с транспортом дофамина, хуже справляются с типами тестов умственной подготовки, которые проводятся как у астронавтов, так и у крыс.Дэвис говорит, что она не хотела бы, чтобы астронавтов, чувствительных к радиации, удерживали от будущих миссий на Луну или Марс, но она хотела бы, чтобы эти астронавты были готовы принять особые меры предосторожности для защиты своего мозга, такие как использование дополнительной защиты или неиспользование космического пространства. прогулки. «Как и в других областях персонализированной медицины, мы будем стремиться разработать индивидуальные планы лечения и профилактики для космонавтов, которые, по нашему мнению, будут более восприимчивы к когнитивным нарушениям в результате радиационного облучения», — говорит она.
По словам Дэвиса, нынешние астронавты не так подвержены разрушительному воздействию радиации, потому что Международная космическая станция летит на достаточно низкой орбите, чтобы магнитное поле Земли продолжало обеспечивать защиту.В то время как команда Джона Хопкинса изучает вероятное воздействие радиации на мозг во время миссии в дальний космос, другие исследовательские группы, финансируемые НАСА, изучают потенциальное воздействие радиации на другие части тела и выясняют, увеличивает ли оно риск рака.