Tijdens een diepe ruimtemissie, astronauten zijn routinematig in verschillende mate van gevaar. Afhankelijk van welke Hollywood-sci-fi-thrillers je kiest, deze onverschrokken ontdekkingsreizigers zijn overgeleverd aan kwaadaardige buitenaardse wezens, psychotische computers, of botsingen met asteroïden of ruimtepuin. Hoewel dit allemaal mogelijke zorgen kunnen zijn, op afstand of anderszins, het grootste reële gevaar voor astronauten is misschien wel een gevaar dat niet kan worden gezien:ruimtestraling.

De atmosfeer en het magnetisch veld van de aarde, beschermen het leven op de planeet grotendeels tegen kosmische straling. Als astronauten voorbij die beschermende bubbel reizen, energetische deeltjes genaamd galactische kosmische stralen bombarderen hun lichaam. Men denkt dat galactische kosmische stralen de overblijfselen zijn van supernova's en bijdragen aan de ruimtestralingsomgeving, samen met protonen en heliumkernen die door onze zon worden uitgestoten.

Onze groep bestudeert hoe blootstelling aan straling de menselijke gezondheid beïnvloedt. Het meest zorgwekkende gevolg van deze blootstelling aan straling zijn de nadelige effecten op de hersenen van de astronauten. Volgens de resultaten van onze nieuwe studie bij muizen, blootstelling aan kosmische straling schaadt de hersenfunctie en veroorzaakt problemen met leren, geheugen en stemming die kunnen, als de resultaten gelden voor mensen, invloed hebben op het vermogen van een persoon om zich aan te passen en te reageren in onverwachte of stressvolle situaties. Dit resultaat kan de veiligheid van astronauten en het succes van de missie in gevaar brengen.

Ruimtestraling op aarde simuleren

Samen met andere stralingsbiologen, maken zich specifiek zorgen over astronauten omdat, met onze huidige technologie, er is geen manier om ze te beschermen of af te schermen tegen ruimtestraling.

De kosmische stralingsdeeltjes die met de snelheid van het licht reizen, botsen met het ruimtevaartuig en genereren fragmentatieproducten, waaronder neutronen. Deze fragmentatieproducten hebben nog steeds de energie om door het menselijk lichaam te gaan. Als de neutronen interageren met andere kernen in het lichaam, produceren ze vrije radicalen, reactieve moleculen die celmembranen kunnen beschadigen, DNA en andere fijne structuren in organen. In de hersenen, mijn mede-onderzoekers en ik geloof, ze beschadigen de microscopische structuren van de hersencellen, of neuronen. Deze omvatten gebieden van de dendrieten, draadachtige uitsteeksels die verbinding maken met andere hersencellen, myeline en synapsen die allemaal van vitaal belang zijn voor het vormen van netwerken en communiceren.

Veel onderzoekers die door de NASA zijn gefinancierd, hebben de impact van blootstelling aan straling op astronauten bestudeerd en er zijn aanwijzingen dat de hersenen zullen worden beschadigd door blootstelling aan ruimtestraling. De huidige bevindingen zullen het inzicht van onderzoekers in de gevaren van blootstelling aan ruimtestraling op de hersenfunctie bevorderen en ons in staat stellen strategieën te ontwikkelen om deze problemen te voorkomen en veilige menselijke verkenning van de ruimte te vergemakkelijken.

In de diepe ruimte, blootstelling aan straling gebeurt beetje bij beetje in de loop van de hele reis. Dat was een onderdeel van de ruimtevaart waar we tot voor kort geen gegevens over hadden. In die eerdere onderzoeken blootstelling aan straling werd binnen enkele minuten aan knaagdieren geleverd. Dat simuleert niet nauwkeurig wat een astronaut zou ervaren tijdens een missie naar Mars.

Natuurkundigen van de Colorado State University hebben nu een faciliteit ontwikkeld waarmee onderzoekers een zeer langzame en veel realistischere blootstelling aan straling in de diepe ruimte kunnen leveren - 1 milliGray straling per dag.

Met behulp van de Colorado neutronenfaciliteit, we gebruikten deze gesimuleerde blootstelling aan ruimtestraling om het effect op de hersenen van muizen te meten.

Verbroken verbindingen en verloren herinneringen

Nadat ze de muizen zes maanden aan deze lage neutronenstraling hadden blootgesteld, we onderzochten hun neuronen. Dit zijn de gespecialiseerde cellen die elektrische stromen gebruiken om informatie door te geven en herinneringen op te slaan in de hersenen. Mijn co-auteurs en ik ontdekten dat in de hersenen van de bestraalde muizen, de circuits die de neuronen met netwerken verbinden, konden niet langer efficiënt communiceren. Dit kan te wijten zijn aan schade aan fijne structuren op de neuronen, of verbindingen in sommige neurale circuits die volledig kunnen worden verbroken. Beide veranderingen kunnen de cognitieve functie nadelig verminderen.

We gebruikten de bestraalde muizen ook om te zien of door straling veroorzaakte neuronale veranderingen correleerden met gedragsproblemen die een risico kunnen vormen voor astronauten op een diepe ruimtemissie.

De uitkomst van onze gedragsstudies toonde aan dat muizen die zes maanden aan neutronen waren blootgesteld, moeite hadden met leren, aanpassen en opslaan van herinneringen. Bijvoorbeeld, deze muizen waren minder snel geïnteresseerd in een nieuw speeltje dat in hun testarena was geplaatst dan in een speeltje dat ze al eerder hadden gezien. De controlemuizen, anderzijds, zou veel meer tijd vergen om het nieuwe speeltje te verkennen dan het oude speeltje. Zo ook in een andere test, de bestraalde muizen zouden er minder om geven dat een van de speeltjes naar een andere locatie was verplaatst. Deze gedragingen wijzen op een verminderde geheugenfunctie.

Sociale problemen

De bestraalde muizen, in vergelijking met hun niet-bestraalde tegenhangers, hadden ook meer kans om sociale interacties te vermijden en hadden moeite met het dissociëren of vergeten van een bijwerking die in het verleden plaatsvond. Deze door ruimtestraling veroorzaakte veranderingen duiden op verhoogde angstniveaus.

Allemaal samen, door het gedrag van normale niet-blootgestelde muizen te vergelijken met muizen die zes maanden neutronenstraling hebben gekregen, zijn veranderingen in de hersenfunctie aan het licht gekomen die representatief zijn voor wat er met de menselijke hersenen in de ruimte zou gebeuren en die het vermogen van astronauten om te reageren onder stress of in onverwachte situaties aanzienlijk zouden kunnen verminderen . In feite, toen we berekeningen uitvoerden die de bevindingen van onze onderzoeken naar het gedrag van knaagdieren vertaalden naar risico's voor de mens, we schatten dat in een bemanning van vijf astronauten die naar Mars en terug reisden, we zouden verwachten dat ten minste één lid ernstige tekortkomingen in de cognitieve functie zou vertonen tegen de tijd dat ze naar de aarde terugkeren.

Ons werk is slechts één studie en de resultaten moeten worden gerepliceerd, maar het roept wel de ontnuchterende mogelijkheid op dat blootstelling aan galactische kosmische straling een belangrijk obstakel kan vormen voor reizen in de diepe ruimte. Net als bij de andere technologische uitdagingen, Hoewel, we hopen dat onderzoekers een oplossing zullen vinden. Misschien zal dit de ontwikkeling zijn van nieuwe materialen die astronauten op de een of andere manier beschermen tegen deze straling. Misschien zal dit door middel van dieet- of farmacologische suppletie zijn.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.