17. ago, 2016

Il cervello nello spazio. Neuroplasticità e conseguenze neuropsicologiche.

Quella similitudine fra connessioni e distribuzione della materia tra il cervello e l'universo lascia sgomenti. Così come la meraviglia negli occhi degli astronauti, per quelle sedici albe, sedici tramonti, vissuti sulla Stazione spaziale internazionale.  A 27.000 km orari. A 400 chilometri da Terra.

Una meraviglia che non può essere vissuta senza il rischio di gravi conseguenze per l’organismo umano. A seguito di lunghe permanenze nello spazio, gli astronauti possono andar incontro a problemi cardiovascolari, disturbi del visus, cecità spaziale, osteoporosi, disturbi all’apparato gastrointestinale, invecchiamento precoce e disturbi comportamentali.  Fluttuare nello spazio infinito e buio dell'Universo. La coordinazione tra cervello e corpo tende a saltare: la pressione sale e il cervello interpreta questo cambiamento come se il corpo fosse sottosopra. Ma nello Spazio non c’è un sopra o un sotto.  E poi ancora loro. Quelle sedici albe e sedici tramonti, ma un giorno di vita solo. Una volta terminata la missione, gli astronauti devono riadattarsi a vivere con ritmi e percezioni tutte Terrestri. In un simile contesto il cervello subisce cambiamenti notevoli, legati sia ai messaggi “fuorvianti” inviati dal corpo sia alle condizioni ambientali estreme.

I ricercatori del Brain DTI project dal 2013 affrontano la questione grazie a tecniche di neuroimaging avanzato (Demertzi et al., 2016). “Scansionando” 16 astronauti prima e dopo la missione, Il team di Demertzi è riuscito a stabilire i network cerebrali  coinvolti nell’adattamento spaziale. Nel lavoro pubblicato sulla rivista Brain Structure and Function (http://link.springer.com/article/10.1007/s00429-015-1054-3), gli autori riportano differenze significative nella connettività funzionale a riposo tra corteccia motoria e cervelletto, così come cambiamenti  nel default mode network.  Gli astronauti  hanno, inoltre, esibito alterazioni funzionali nelle aree supplementari motorie durante un compito immaginazione motoria. Questi risultati sono rilevanti non solo per le future missioni interplanetarie ma anche per il trattamento dei pazienti vestibolari.

Non solo di adattamento spaziale si tratta. A stare troppo a lungo nello spazio il cervello può subire danni permanenti rilevanti, fenotipicamente simili a quelli riscontrabili in alcuni disturbi neurocognitivi maggiori. In una ricerca pubblicata su Science Advances nel 2015 e condotta dall’Università della California, il team di ricerca di Vipan Parihar e Charles Limoli ha dimostrato come l’esposizione prolungata al “bombardamento” di particelle fortemente cariche come quelle che si trovano nei raggi cosmici, e alle quali sono esposti gli astronauti durante i voli spaziali, può causare danni significativi al sistema nervoso centrale, portando a importanti problemi cognitivi (http://advances.sciencemag.org/content/1/4/e1400256). I ricercatori, impegnati nello Human Research Program della NASA, hanno sperimentato come tale esposizione produca  un’infiammazione cerebrale  con la conseguente compromissione della trasmissione di segnali tra i neuroni. L’irraggiamento modificherebbe la struttura dei dendriti, danneggiando le sinapsi. Durante la sperimentazione, alcuni topi di laboratorio sono stati sottoposti a una quantità di particelle altamente energetiche e pari a quella che bersaglierebbe gli astronauti in un viaggio di 860 giorni. I successivi test cognitivo-comportamentali hanno confermato che i topi interessati dalle radiazioni esibiscono deficit di memoria e apprendimento, sono meno curiosi delle nuove situazioni e meno efficienti nel ragionamento spaziale. Anche a 6 settimane di distanza dall'esposizione.

La questione diventa particolarmente rilevante in vista delle prossime spedizioni verso  Marte.  Non solo il viaggio verso il Pianeta Rosso potrebbe essere estremamente pericoloso, e di sola andata, ma potrebbe anche compromettere la salute cognitiva degli astronauti, condizionando le fasi cruciali della missione e del rientro sulla Terra. Nelle parole di Limoli: «Siccome i deficit cognitivi negli astronauti possono manifestarsi appena dopo mesi, il tempo che richiede un viaggio verso Marte è più che sufficiente perché questi si sviluppino. Una parziale soluzione potrebbe essere progettare un veicolo spaziale che includa crescenti aree schermate, come quelle realizzate per il riposo e il sonno. Ciò nonostante le particelle cariche attraverserebbero la navetta, in ogni caso, e non c’è veramente modo di evitarle del tutto». Nel frattempo, il team di Limoli sta lavorando allo sviluppo di soluzioni che sfruttino combinazioni di sostanze e possano funzionare come scudi protettivi per la comunicazione tra neuroni.

Sedici albe, sedici tramonti, ma un giorno di vita solo. Fluttuare nello spazio infinito e buio dell'Universo. Una meraviglia non priva di conseguenze.

S.P.


 The Brain on the way to Space. Neuroplasticity issues in astronauts.

The Brain DTI project analyzed the brains of 16 cosmonauts, finding significant differences in resting-state functional connectivity between motor cortex and cerebellum, as well as changes within the default mode network. In addition, the cosmonaut showed changes in the supplementary motor areas during a motor imagery task. These results highlighted the underlying neural basis for the observed physiological deconditioning due to spaceflight and are relevant for future interplanetary missions.  As NASA prepares for the first manned spaceflight to Mars, questions have surfaced concerning the potential for increased risks associated with exposure to the spectrum of highly energetic nuclei that comprise galactic cosmic rays.  Astronaut autonomy during long-term space travel is particularly critical as is the need to properly manage planned and unanticipated events, activities that could be compromised by accumulating particle traversals through the brain. An unexpected and unique susceptibility of the central nervous system to space radiation exposure is now known. The underlying radiation sensitivity of delicate neuronal structure may well predispose astronauts to unintended mission-critical performance decrements and/or longer-term neurocognitive sequelae.