Det är ingen hemlighet att NASA har tagit en överväldigande uppgift: att skicka människor till Mars vid 2030-talet. Varför överväldigande? Eftersom det räcker att förstå att en typisk resa dit kommer att ta tre till sex månader, och besättningen kommer att behöva stanna på planeten i upp till två år innan planeternas anpassning tillåter den att återvända hem. Detta innebär att astronauter kommer att behöva leva i reducerad (mikro) tyngdkraft under minst tre år - detta är betydligt högre än den nuvarande rekorden för kontinuerlig vistelse i rymden, fastställd av den ryska kosmonauten Valery Polyakov: 438 dagar.
Under de tidiga dagarna av rymdresan arbetade forskare hårt för att ta reda på hur man skulle övervinna tyngdkraften så att en raket kunde katapultera i rymden och landa människor på månen. I dag förblir tyngdkraften också på vetenskapens agenda, men den här gången är vi mer intresserade av hur minskad tyngdkraft påverkar astronauternas hälsa, särskilt deras hjärnor. När allt kommer omkring utvecklade vi oss för att existera i jordens tyngdkraft (1 g), inte i rymdens viktlöshet (0 g) eller mikrograviteten hos Mars (0,3 g).
Hjärna i ett vat
Så hur hanterar hjärnan mikrogravitet? Kort sagt, mycket dåligt - informationen om detta är dock begränsad. Vi vet att astronauternas ansikten rödnar och sväller i tyngdkraft - ett fenomen som kallas "Charlie Brown-effekten". Detta beror till stor del på att vätska, som huvudsakligen består av blod (celler och plasma) och cerebrospinalvätska, förskjuts mot huvudet, vilket gör att ansikten blir puffiga och runda och benen tunna.
Dessa vätskeförskjutningar är också förknippade med "rymdsjuka" (liknande havssjuka), huvudvärk och illamående. Nyligen har de också förknippats med suddig syn på grund av tryckuppbyggnad med ökat blodflöde; själva hjärnan flyter upp till toppen av skallen och sätter press på den. Trots att NASA anser att nedsatt syn och förskjutning av hjärnan är den största risken för någon människas hälsa på Mars har det ännu inte varit möjligt att ta reda på vad som orsakar den, liksom hur man kan förhindra den.
Professor i fysiologi och biokemi Damien Bailey vid University of South Wales tror att vissa delar av hjärnan slutar få för mycket blod eftersom kväveoxid byggs upp i blodomloppet - en osynlig molekyl som vanligtvis flyter där. Artärerna som förser hjärnan med blod slappnar av, så de öppnar upp mer. Som ett resultat av denna ökning av blodflödet blir blod-hjärnbarriären - hjärnans "stötdämpare" överbelastad. Vatten bygger sig långsamt, hjärnan sväller och trycket ökar.
Kampanjvideo:
Föreställ dig en flod som strömmar över dess bredder. Det viktigaste i allt detta är att inte tillräckligt med syre tillförs vissa delar av hjärnan. Detta är ett stort problem som kan förklara suddig syn, liksom andra effekter som visas på astronauternas förmåga att tänka, koncentrera, resonera och röra sig.
En resa till "spy comet"
För att testa en idé måste forskare implementera den. Men istället för att be NASA att resa till månen, bestämde de sig helt enkelt att bryta sig loss från jordens tyngdkraft genom att simulera viktlöshet på ett speciellt plan som kallas en spy comet, en spy comet.
Stiger upp i luften och sedan sjunkande utför detta flygplan upp till 30 paraboliska figurer i en enda flygning för att simulera känslan av viktlöshet. Det fria fallet varar bara 30 sekunder, men ansiktet lyckas svälla på en halv minut.
Efter att ha säkrat all utrustning säkert, tog forskarna mätningar bland åtta frivilliga, som var och en gjorde en flygning varje dag i fyra dagar. De mätte blodflödet i de olika artärerna som stödjer hjärnan med hjälp av bärbar Doppler-ultraljud, vilket får högfrekventa ljudvågor att avvisa cirkulerande röda blodkroppar. De mätte också nivån av kväveoxid i blodprover tagna från en ven i underarmen, liksom andra osynliga molekyler, inklusive fria radikaler och hjärnspecifika proteiner (som återspeglar strukturell skada på hjärnan), vilket kan säga om blod-hjärnbarriären tvingas öppna.
De inledande resultaten bekräftade exakt vad som förväntades. Kväveoxidnivåerna ökade efter upprepade "anfall" av viktlöshet, och detta sammanföll med en ökning av blodflödet, särskilt i artärerna som tillför bakhjärnan. Blod-hjärnbarriären öppnades, även om det inte fanns några bevis för strukturell skada på hjärnan.
Forskarna planerar nu att fortsätta dessa studier med mer detaljerade bedömningar av förändringar i blod och vätska i hjärnan med hjälp av avbildningstekniker som magnetisk resonansavbildning för att bekräfta resultaten. De vill också överväga att införa motåtgärder som gummibyxor, som skapar negativt tryck i underkroppen och hjälper till att "pumpa" blod ur astronautens hjärna - liksom läkemedel som motverkar ökningen av kväveoxid. Resultaten av sådana studier kan inte bara förbättra astronauternas välbefinnande i rymdresor, utan också ge värdefull information om varför "tyngdekraft" är bra för hjärnan.
Ilya Khel