Brein astronauten vervormt tijdens verblijf in de ruimte

De structuur van het brein van astronauten verandert tijdens een ruimtereis. Dat blijkt uit MRI-scans van hun hersenen voor en na hun verblijf in de ruimte. Een realisatie van het tweelingparadox-gedachte-experiment werpt mogelijk licht op de gevolgen van deze veranderingen.

De breinvervorming zat hem in, zoals detective Hercule Poirot zou zeggen, les petites cellules grises. Grijze stof is hersenstof die vooral uit zenuwcellichamen en korte uitlopers bestaat. Het is de tegenhanger van witte stof, dat vooral uit lange uitlopers bestaat en weinig cellichamen bevat. Grijze stof zorgt voor het verwerken van externe informatie, witte stof voor de interne communicatie tussen zenuwcellen.

astronauts-brains-change-shape-during-spaceflight-orig1-20160131
In de blauwe gebieden is de hoeveelheid grijze stof afgenomen, in de oranje gebieden juist toegenomen. Beeld: University of Michigan.

Onderzoekers van de University of Michigan, onder wie de Nederlander Vincent Koppelmans, bestudeerden de verdeling van grijze stof via MRI-hersenscans van 26 astronauten. Zowel voor als na hun ruimteverblijf hadden ze scans gemaakt. 12 astronauten hadden twee weken in een spaceshuttle doorgebracht, de andere 14 waren zes maanden in het internationale ruimtestation ISS verbleven. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Microgravity.

Bij alle onderzochte astronauten was de verdeling van de grijze stof na de ruimtereis anders dan ervoor. Sommige hersengebieden hadden meer grijze stof gekregen, andere juist minder. Bij de astronauten die lang in de ruimte waren geweest, waren de hersenen meer vervormd dan bij degenen die een bliksembezoek hadden gebracht.

Pafferig gezicht

De onderzoekers dragen twee verklaringen aan voor de veranderingen. Ten eerste speelt gewichtloosheid een belangrijke rol. ‘De zwaartekracht in een ruimteschip is veel te zwak om lichaamsvocht naar beneden te laten stromen’, zegt hoofdonderzoeker Rachael Seidler. ‘Hierdoor krijgen mensen in de ruimte een pafferig gezicht.’ Als dit effect ook bij hersenvocht optreedt, kan dat de verschuivingen van de grijze stof verklaren.

cover kuipers
Meer weten over de gevolgen van een ruimtereis? Lees dan de editie van New Scientist met André Kuipers als gasthoofdredacteur. Bestel het nummer in onze webshop!

De onderzoekers zagen verder een opvallend sterke toename van grijze stof in gebieden die de beweging van de benen reguleren. Dat leidde tot de tweede verklaring: het brein past zich aan aan het bewegen in microzwaartekracht. Een dergelijke toename aan grijze stof in een specifiek gebied zie je ook als mensen een nieuwe vaardigheid opdoen, zoals het spelen van viool. De toename was bij de astronauten echter een stuk sterker, omdat zij non-stop waren blootgesteld aan de microzwaartekracht.

Vervolgonderzoek moet uitwijzen of het brein van de astronauten blijvend veranderd is, of na verloop van tijd weer terugkeert in de oude staat. Ook willen de onderzoekers weten of de veranderingen effect hebben op cognitieve prestaties.

Tweelingparadox

Bij het beantwoorden van deze vragen helpt het wellicht om het vizier te richten op Scott en Mark Kelly. Dit is een eeneiige tweeling, waarvan de helft (Scott) in maart 2016 op aarde terugkeerde na een jaar in het ISS. NASA-onderzoekers deden voor, tijdens en na de reis allerlei tests met de tweelingbroers. Daarmee willen ze meer leren over de lichamelijke effecten van een ruimtereis. Bij onderzoek met andere astronauten is dat moeilijker te zeggen, omdat je nooit zeker weet of een bepaalde verandering veroorzaakt is door de ruimtereis of al in de genen zat voorgeprogrammeerd.

Astronaut Scott Kelly (links) en zijn tweelingbroer Mark, de huismus. Beeld: NASA.
Astronaut Scott Kelly (links) en zijn tweelingbroer, huismus Mark. Beeld: NASA.

Eind januari presenteerden de onderzoekers de voorlopige resultaten van de tweelingstudie. Tot dusver hebben ze slechts enkele kleine effecten gevonden die met zekerheid aan de ruimtereis zijn toe te schrijven, zoals een veranderde darmflora.

Een astronaut met een tweelingbroer die op aarde blijft: de liefhebber van natuurkunde zal meteen denken aan de tweelingparadox. Dat is een gedachte-experiment uit de relativiteitstheorie met als uitkomst dat de ruimtereiziger bij terugkeer op aarde jonger is dan zijn broer. Het ISS beweegt helaas te traag om bij de Kelly’s een waarneembaar leeftijdsverschil te creëren. Wel zagen de onderzoekers Scotts telomeren gedurende zijn verblijf in de ruimte verlengen, terwijl telomeren normaal door veroudering voortdurend korter worden. Dit effect is vermoedelijk het resultaat van een verhoogd inspanningspatroon en verminderde calorie-inname tijdens de ruimtereis.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees verder:

Over de auteur

Yannick Fritschy

Yannick Fritschy is wetenschapsjournalist en redacteur bij New Scientist. Hij schrijft over alle wetenschappen, met een voorliefde voor sterrenkunde en taal. Daarnaast zit sport in zijn DNA. In zijn vrije tijd doet Yannick veel aan voetbal en hardlopen.



Plaats een reactie