Hersenen in nood tijdens lange ruimtevluchten

In juni 2016 verscheen in het magazine Brain Structure and Function een onderzoek bij een 44-jarige Russische kosmonaut, die 169 dagen in het International Space Station (ISS) verbleven had. Hij had daar netjes zijn fysieke en locomotorische training uitgevoerd, om de ongunstige effecten van de microzwaartekracht op zijn lichamelijk functioneren te beperken.Het onderzoek maakte deel uit van het project 'Brain-DTI' dat werd gefinancierd door de European Space Agency (ESA). Het ontsproot aan een samen werking tussen verschillende expertgroepen. Enerzijds het team van prof. Steven Laureys, hoofd van de themagroep rond het bewustzijn die leeft in de schoot van het centrum voor biomedisch onderzoek GIGA van de Luikse universiteit. Anderzijds het Research Center for Equilibrium and Aerospace (AUREA), onder leiding van prof. Floris Wuyts van de Universiteit Antwerpen. Ook een aantal Russische onderzoekers en teams van de KUL stapten in.Dertig dagen voor zijn vertrek naar het ISS had de Russische kosmonaut een structurele MRI en een functionele MRI (fMRI) in rust (resting state) gehad. Tijdens het onderzoek was hij dus wakker maar deed verder niets. Dezelfde onderzoeken werden uitgevoerd negen dagen na de terugkeer op Aarde.Er was geen noemenswaardig verschil te zien tussen de structurele beeldvorming in beide fasen. Anders lag het met de resultaten van de fMRI in rust. Hier zagen de onderzoekers twee soorten afwijkingen. De eerste afwijking was een verlies van connectiviteit tussen de insula en de rest van de hersenen na de ruimtereis."De insula is een deel van de vestibulaire cortex en het auditieve netwerk waar afferente vezels van de otolieten en de halfcirkelvormige kanalen van het binnenoor samenkomen", duidt Athena Demertzi (universiteit van Luik) als eerste auteur van het hierboven genoemde artikel, samen met Angélique Van Ombergen (Universiteit Antwerpen). Dit verlies van connectiviteit kan men in verband brengen met moeilijkheden bij bewegingen en oriëntatie in een driedimensionele ruimte.De andere afwijking op de fMRI in rust betrof de afgenomen connectiviteit tussen het cerebellum en de motorische hersenschors, wat stoornissen kan veroorzaken bij het uitvoeren van willekeurige bewegingen, de bewegingscoördinatie en de proprioceptie.De Russische kosmonaut voerde eveneens twee taken uit, die voor en na de ruimtevlucht werden geregistreerd met beeldvorming van de hersenen. De ene was een motorische taak, de andere een visuospatiële oefening. Na de terugkeer uit de ruimte was er geen enkel verschil in het functioneren van de hersenen tijdens de visuospatiële oefening. Maar tijdens de motorische oefening (de kosmonaut moest zich inbeelden dat hij tennis aan het spelen was) bleek de activatie van de motorische hersenschors meer uitgesproken dan vóór het verblijf in de ruimte. Dat terwijl, zoals gezegd, de motorische hersenschors op dat ogenblik minder goed geconnecteerd was met het cerebellum dan voordien. "Dit heeft waarschijnlijk te maken met een compensatoire aanpassing aan de microzwaartekracht", zegt Athena Demertzi. "Ofwel is het een effect van de terugkeer naar de Aarde."Angélique Van Ombergen heeft nog een zeer interessant onderzoek gevoerd, waarvan de resultaten op 21 mei in PNAS gepubliceerd zijn (1). Steven Laureys, die coauteur is van het artikel, vertelt waar het om gaat: de onderzoekers hebben bij elf Russische kosmonauten die langdurig in de ruimte hadden verbleven (gemiddeld 235 dagen) een toename van het cerebrospinaal vocht (CSV) gevonden in de hersenventrikels. De ventrikels kwamen daardoor onder druk te staan en zetten uit. Bij astronauten van de NASA hadden William Tarver in 2012 en Andrew in 2018 gesuggereerd dat de druk uitgeoefend door het teveel aan cerebrospinaal vocht de oorzaak was van de afgenomen gezichtsscherpte die men ziet na een langdurig verblijf in de ruimte. Dit 'space associated neuro-ocular syndrome' (SANS) zou een risico van persistente deficits inhouden.De elf kosmonauten uit de studie van Angélique Van Ombergen kregen een structureel MRI-onderzoek vóór hun verblijf in de ruimte, een tiental dagen na hun terugkeer op Aarde en zeven maanden later. De gezichtsscherpte werd gemeten vóór de ruimtevlucht en drie dagen na het einde van de missie.Resultaat? Enkele dagen na de vlucht zag men een toegenomen hoeveelheid cerebrospinaal vocht in de laterale ventrikels en in het derde ventrikel - niet in het vierde. Zeven maanden later was de situatie nog altijd niet helemaal normaal. "Hersenen onder druk werken minder goed", zegt Steven Laureys. "Dit kan problematisch zijn voor de gezondheid en het uitvoeren van bepaalde taken.""Onze analyse wijst op een verband tussen de volumeveranderingen van de laterale ventrikels en een verschil in gezichtsscherpte in het linkeroog", zeggen de auteurs van het artikel dat PNAS op 21 mei publiceerde. Geen enkele significante correlatie werd aangetoond met de gezichtsscherpte in het rechteroog.Een onderzoek van Thomas Made (universiteit van Alaska in Anchorage) uit 2011 dat in Ophtalmology verscheen, meldde dat de SANS-symptomen langzaam verdwijnen over een periode van 19 maanden. Bij gebrek aan vrijwilligers konden Angélique Van Ombergen en coauteurs dat niet natrekken. "De astronauten zijn bang dat we bij hen afwijkingen vaststellen die hun deelname aan een volgende ruimtereis in het gedrang brengen", verklaart prof. Laureys.Hij concludeert dat zeer langdurige bemande missies, zoals een reis naar Mars, alleen kunnen plaatsvinden als men een duidelijk zicht heeft op de mechanismen waarmee de microzwaartekracht de hersenen aantast, en als er oplossingen worden gevonden om deze stoornissen te vermijden.