Według najnowszych badań, po spędzeniu 14 mroźnych miesięcy na Antarktydzie, dziewięciu ekspedytorów opuściło kontynent z nieco mniejszymi mózgami.
Zespół naukowców zeskanował mózgi ekspedytorów przed podróżą i po niej i stwierdził, że niektóre struktury narządu skurczyły się podczas podróży. W szczególności struktura mózgu kluczowa dla uczenia się i pamięci, zwana hipokampem, straciła znaczną objętość. Wyniki, opublikowane dzisiaj (4 grudnia) w The New England Journal of Medicine, sugerują, że ekspedytorzy mogli przegapić bardzo potrzebną stymulację mózgu, żyjąc i pracując w odizolowanej stacji badawczej na lodzie polarnym, z jedynie niewielu wybiera ludzi i przez całe miesiące.
Kurczenie się mózgu może również osłabić zdolność ekspedytorów do przetwarzania emocji i interakcji z innymi, ponieważ hipokamp jest „kluczem” do tych zdolności poznawczych, współautor Alexander Stahn, badacz medycyny kosmicznej w Charité - Universitätsmedizin Berlin i adiunkt nauk medycznych w psychiatrii na University of Pennsylvania, powiedział Live Science w e-mailu.
Zmiany w mózgu obserwowane przez zespół Antarktyki przypominają podobne obserwacje poczynione u gryzoni, co sugeruje, że przedłużone okresy izolacji społecznej osłabiają zdolność mózgu do budowy nowych neuronów. Życie w „monotonnym” środowisku, miejscu, które rzadko się zmienia i zawiera kilka interesujących przedmiotów lub pokoi do zbadania, wydaje się przyspieszać zmiany w mózgach gryzoni, które przypominają te obserwowane przez ekspedytorów, szczególnie w hipokampie. Według BrainFacts.org, jako jeden z niewielu obszarów mózgu generujących neurony do dorosłości, hipokamp nieustannie łączy nasze obwody nerwowe, gdy się uczymy i zdobywamy nowe wspomnienia.
Chociaż mózg gryzoni zdaje się polegać na stymulacji środowiska w celu utrzymania hipokampa, mniej wiadomo na temat wpływu izolacji i monotonii na ludzki mózg. Stahn i jego współautorzy sądzili, że zdalna stacja badawcza na biegunie południowym może służyć jako idealne laboratorium do badań. Stahn przede wszystkim bada, jak mózg może się zmienić podczas długich podróży kosmicznych, ale Antarktyda pozwoliła mu zbadać te efekty nieco bliżej domu, powiedział.
„Można go uznać za doskonały analog kosmiczny do oceny skutków przedłużonej izolacji i zamknięcia” - powiedział.
Omawiana polarna stacja badawcza, zwana Neumayer Station III, stoi na szelfie lodowym Ekström w pobliżu Morza Weddella i mieści dziewięć osób w miesiącach zimowych, zgodnie z instytutem Alfreda Wegenera. Sam budynek zawiera większość przestrzeni roboczych zespołu, części wspólnych i pomieszczeń zaopatrzenia, wznoszących się nad zaśnieżoną półką lodową na 16 hydraulicznych rozpórkach. Otoczona przez przeraźliwie zimną pustynię stacja z pewnością wpisuje się w podręcznikową definicję „odizolowanego”.
Zanim ekspedytorzy skulili się na zimę na Antarktydzie, Stahn i jego współautorzy skanowali mózgi badanych za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI), który wykorzystuje silne pole magnetyczne i fale radiowe do rejestrowania strukturalnych obrazów mózgu. Z przyczyn medycznych jeden z ekspedytorów nie mógł poddać się rezonansowi magnetycznemu, ale autorzy zmierzyli wewnętrzne poziomy białka zwanego mózgowym czynnikiem neurotroficznym (BDNF) dla wszystkich dziewięciu członków zespołu. Białko BDNF wspomaga wzrost nowych neuronów i umożliwia przeżycie początkującym komórkom; bez BDNF hipokamp nie może tworzyć nowych połączeń neuronowych.
Autorzy przetestowali poziomy BDNF i zdolności poznawcze ekspedytorów podczas całej wyprawy, ponownie skanując mózgi po powrocie do domu. Naukowcy wyciągnęli te same pomiary od dziewięciu zdrowych uczestników, którzy nie pojechali na wyprawę.
Rzeczywiście, ekspedytorzy stracili większą objętość hipokampa i BDNF w ciągu 14 miesięcy na biegunie południowym niż grupa, która pozostała w domu.
W szczególności region hipokampa zwany zakrętem zębatym znacznie zanikł u ośmiu ekspedytorów poddanych rezonansowi magnetycznemu. Według BrainFacts.org region ten służy jako siedlisko neurogenezy w hipokampie i rejestruje wspomnienia wydarzeń. Średnio zakręt zębaty każdego ekspedytora skurczył się o około 4% do 10% podczas pobytu na stacji badawczej.
Ekspedytorzy z większą utratą objętości w zakręcie zębatym również wypadli gorzej w testach przetwarzania przestrzennego i selektywnej uwagi, w porównaniu z wynikami uzyskanymi przed wyprawą. Inne obszary mózgów ekspedytorów również wydawały się kurczyć podczas podróży, w tym kilka plam na korze mózgowej (pomarszczona zewnętrzna warstwa mózgu); plamami tymi były: lewy zakręt przedmózgowy, prawa kora grzbietowo-boczna przedczołowa i lewa kora oczodołowo-czołowa.
Ćwierć drogi ekspedycji poziomy BDNF ekspedytorów już spadły w stosunku do poziomów wyjściowych i ostatecznie spadły średnio o około 45%. Poziomy te pozostawały niskie nawet 1,5 miesiąca po powrocie do domu. Badania wykazały, że większe zmniejszenie poziomu BDNF koreluje z większą utratą objętości w zakręcie zębatym sprzed wyprawy.
Ponieważ w badaniu wzięło udział tylko dziewięć osób, autorzy podkreślili, że ich „dane należy interpretować ostrożnie”. Zauważyli, że na podstawie samych badań autorzy nie mogą ustalić, które elementy wyprawy stanowiły deprywację społeczną lub środowiskową. Niemniej naukowcy powiedzieli, że wyniki sugerują, że przedłużona izolacja może wyczerpać ludzki mózg BDNF, zmienić strukturę hipokampa i podważyć ważne funkcje poznawcze, takie jak pamięć.
Naukowcy badają obecnie kilka możliwych sposobów zapobiegania temu kurczeniu się mózgu, „takich jak określone ćwiczenia fizyczne i rzeczywistość wirtualna w celu zwiększenia stymulacji sensorycznej”, powiedział Stahn. Teoretycznie, jeśli odkrycia z badań na gryzoniach są prawdziwe u ludzi, „wzbogacenie” środowiska człowieka nowymi przedmiotami i czynnościami może uchronić hipokamp przed kurczeniem się, twierdzili autorzy.
