Was passiert mit dem Gehirn eines Astronauten während einer Mission zum Mars? Nichts Gutes. Laut einer Studie zur Radioonkologie der University of California, Irvine, wird es durch zerstörerische Partikel ausgefällt, die die kognitive Funktion dauerhaft beeinträchtigen könnten.
Charles Limoli und seine Kollegen stellten fest, dass die Exposition gegenüber hochenergetisch geladenen Teilchen - wie den galaktischen kosmischen Strahlen, die Astronauten während langer Raumflüge bombardieren - das Zentralnervensystem erheblich schädigt und zu kognitiven Beeinträchtigungen führt.
"Nicht die beste Nachricht für Astronauten, die sich auf eine zwei- oder dreijährige Reise zum Mars vorbereiten", sagt Limoli, Professor für Radioonkologie an der Caltech School of Medicine in Irvine. - Eine verminderte Produktivität, Gedächtnisdefizite, eine verminderte Konzentration und Aufmerksamkeit während der Raumfahrt können geschäftskritische Aktivitäten beeinträchtigen. Die Exposition gegenüber diesen Partikeln kann auch zu einer langfristigen kognitiven Beeinträchtigung während des gesamten Lebens führen."
Im Rahmen der Studie setzten Wissenschaftler Nagetiere (vollständig ionisierten Sauerstoff und Titan) geladenen Partikeln im Space Radiation Laboratory der NASA im Brookhaven National Laboratory aus und schickten sie dann an das Limoli-Labor.
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Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Exposition gegenüber diesen Partikeln zu einer Entzündung des Gehirns führt und die Signalübertragung zwischen Neuronen stört. Die Bilder zeigten, wie genau das Kommunikationsnetz des Gehirns durch Kontraktionen in den Strukturen von Nervenzellen, beispielsweise Dendriten, gestört wird.
Zusätzliche synaptische Veränderungen, kombiniert mit strukturellen Veränderungen, beeinträchtigten die Fähigkeit von Nervenzellen, elektrochemische Signale effizient zu übertragen. Darüber hinaus führte dies zu einer gleichzeitigen Leistungsverschlechterung bei der Ausführung von Verhaltensaufgaben zum Testen von Lernen und Gedächtnis.
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Diese Arten schwerwiegenderer kognitiver Beeinträchtigungen treten häufig bei Hirntumorpatienten auf, die während der Behandlung hohe Dosen Photonenstrahlung erhalten. In einer anderen Studie untersucht Limoli die Auswirkungen von Chemotherapie und Kopfbestrahlung auf die kognitive Funktion.
Während das kognitive Defizit erst Monate später bei Astronauten auftritt, wird die Zeit, die zum Fliegen zum Mars benötigt wird, lang genug sein, damit sich das Defizit entwickelt. Menschen, die längere Zeit auf der Internationalen Raumstation arbeiten, sind nicht dem gleichen Ausmaß an Bombardierung mit galaktischen kosmischen Strahlen ausgesetzt wie in der schützenden Magnetosphäre der Erde.
Die Strahlungsteilchen, aus denen diese galaktischen kosmischen Strahlen bestehen, sind meist Supernova-Überreste.
Limolis Arbeit ist Teil des NASA Human Research Program. Die Untersuchung, wie sich kosmische Strahlung auf Astronauten auswirkt, und die Möglichkeiten zur Abschwächung dieser Effekte sind für die weitere Erforschung des menschlichen Weltraums von entscheidender Bedeutung, da sich diese Risiken hauptsächlich bei Missionen zum Mars und außerhalb des Roten Planeten manifestieren werden.
Was können wir tun, um Astronauten zu schützen, die zum Mars fliegen?
Als Teillösung, so Limoli, sollte das Raumschiff mit stark geschützten Bereichen ausgestattet sein, in denen man sich ausruhen und schlafen kann. Die energiereichen Partikel werden jedoch ohnehin das Schiff passieren, und es gibt keinen wirklichen Weg, sie zu vermeiden.
Vorbeugende Verfahren geben Hoffnung. „Wir arbeiten an pharmakologischen Strategien, die Komponenten enthalten, die freie Radikale binden und die Neurotransmission schützen“, sagt Limoli. "Aber die Theorie muss noch optimiert und verfeinert werden."
