تأثیر نامطلوب تابش‌های کیهانی بر ساختار و عملکرد مغز فضانوردان

فضانوردان ممکن است در طول مأموریت فضایی عمیق، با خطرهای مختلفی مواجه شوند. اگر از احتمال حمله‌ی موجودات فضایی و برخورد با سیارک‌ها بگذریم، بزرگ‌ترین خطر واقعی برای فضانوردان، خطری است که دیده نمی‌شود: تابش‌های فضایی.

اتمسفر و میدان مغناطیسی زمین از حیات روی این سیاره دربرابر تابش‌های کیهانی محافظت می‌کنند. هنگامی که فضانوردان از این حباب محافظتی خارج می‌شوند، ذراتی پرانرژی که اشعه‌های کیهانی نامیده می‌شود، بدن آن‌ها را بمباران می‌کنند. تصور می‌شود اشعه‌های کیهانی بقایای حاصل از ابرنواخترها هستند و به‌همراه پروتون‌ها و هسته‌های هلیوم خارج‌شده از خورشید، در تابش‌های فضایی مؤثرند.

خارج از اتمسفر محافظ زمین، چیزی برای حفافظت از فضانوردان دربرابر تابش‌های خطرناک کیهانی موجود در فضا وجود ندارد.

گروهی از پژوهشگران این موضوع را مطالعه کرده‌اند که چگونه قرارگرفتن درمعرض این تشعشات بر سلامتی انسان تأثیر می‌گذارد. نگران‌کننده‌ترین پیامد این تابش‌ها، اثرهای نامطلوب آن روی مغز فضانوردان است. براساس نتایج مطالعه‌ای جدید که روی موش انجام شده است، قرارگرفتن درمعرض اشعه‌های کیهانی موجب ایجاد اختلال در عملکرد مغز می‌شود و مشکلاتی درزمینه‌ی یادگیری و حافظه و خلق‌و‌خو ایجاد می‌کند. اگر این نتایج درباره‌ی انسان نیز درست باشد، تابش‌های فضایی روی توانایی سازگاری و واکنش فرد در وضعیت‌های غیرمنتظره یا استرس‌زا و درنتیجه، بر سلامت و موفقیت مأموریت فضانوردان تأثیرگذار خواهد بود.

آنچه پژوهشگران درباره‌اش ابراز نگرانی می‌کنند، این است که با تکنولوژی‌های فعلی راهی برای حفاظت از فضانوردان دربرابر تابش‌های فضایی وجود ندارد. این ذرات تابشی کیهانی با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند و به فضاپیما برخورد و ذرات کوچک‌تری نظیر نوترون‌ها را تولید می‌کنند. این ذرات کوچک هم انرژی کافی برای عبور از بدن انسان را دارند و درنتیجه‌ی برخورد آن‌ها با دیگر هسته‌های موجود در بدن، رادیکال‌های آزاد تولید می‌شوند؛ یعنی مولکول‌های فعالی که می‌توانند به غشای سلول‌ها و DNA و دیگر ساختارهای ظریف سلولی آسیب برسانند. به‌اعتقاد پژوهشگران، این ذرات به ساختارهای میکروسکوپی سلول‌های مغز یا نورون‌ها آسیب می‌زنند. این ساختارها مناطقی از دندریت‌ها (برجستگی‌های رشته‌مانندی که به دیگر سلول‌های مغزی متصل می‌شوند) و میلین و سیناپس‌ها را شامل می‌شوند که همه برای تشکیل شبکه‌ها و برقراری ارتباط حیاتی هستند.

در اعماق فضا، مواجهه با تابش‌ها به‌صورت ذره‌ذره و طی کل دوره‌ی مسافرت فضایی اتفاق می‌افتد. این وضعیت، مؤلفه‌ای از سفر فضایی بود که تا همین اواخر هیچ‌ اطلاعاتی درباره‌اش موجود نبود. در مطالعات پیشین، برای بررسی تأثیر اشعه بر بدن فضانوردان، تشعشاتی طی چند دقیقه روی بدن جوندگان اعمال می‌شد. این حالت دقیقا شبیه آن وضعیتی نیست که فضانورد طی سفر به مریخ تجربه می‌کند. در این زمینه، فیزیک‌دانان دانشگاه ایالتی کلرادو تأسیساتی ایجاد کرده‌اند که به پژوهشگران این امکان را می‌دهد مواجهه‌ای بسیار آرام‌تر و واقعی‌تر را شبیه‌سازی کنند؛ تابشی به‌اندازه‌ی یک میلی‌گری (milliGray) (واحد اندازه‌گیری تشعشع) در هر روز. پژوهشگران از تأسیسات نوترونی دانشگاه کلرادو برای شبیه‌سازی مواجهه با تابش‌های فضایی و تأثیر حاصل از آن روی مغز موش‌ها استفاده کردند.

میدان مغناطیسی زمین از سیاره‌ی ما دربرابر تابش‌های کیهانی حاصل از شعله‌های خورشیدی و بیگ‌بنگ محافظت می‌کند.

پس از قرارگیری موش‌ها درمعرض تابش‌های نوترونی ضعیف برای ۶ ماه، نورون‌های موجود در مغز آن‌ها بررسی شدند. نورون‌ها سلول‌هایی تخصصی هستند که از جریان‌های الکتریکی برای انتقال اطلاعات و ذخیره‌ی خاطرات در مغز استفاده می‌کنند. پژوهشگران دریافتند در مغز موش‌های اشعه‌دیده، مدارهایی که نورون‌ها را به شبکه‌های عصبی متصل می‌کنند، دیگر به‌طور موثری نمی‌توانند ارتباط برقرار کنند. این امر ممکن است به‌‌دلیل واردآمدن آسیب به ساختارهای ریز روی نورون‌ها یا شکستگی کامل اتصالات در برخی از مدارهای عصبی باشد. هر دو تأثیر موجب تضعیف عملکرد شناختی مغز می‌شوند.

درادامه‌ی پژوهش، دانشمندان این موضوع را مطالعه کردند که آیا تغییرات عصبی ناشی از تابش‌ با مشکلات رفتاری نیز همراه است یا نه. نتیجه‌ی مطالعات رفتاری نشان داد موش‌های اشعه‌دیده در زمینه‌ی یادگیری و سازگاری و ذخیره‌ی خاطرات دچار مشکل شدند. برای مثال، این احتمال کمتر بود که این موش‌ها به اسباب‌بازی جدیدی علاقه‌مند شوند که در قفس آن‌ها قرار داده شده بود (در مقایسه‌ با اسباب‌بازی که قبلا آن را دیده بودند). از طرف دیگر، موش‌های گروه کنترل زمان بیشتری را صرف کشف اسباب‌بازی جدید می‌کردند. به‌طور مشابه در آزمایشی دیگر، این احتمال کمتر بود که موش‌های اشعه‌دیده به تغییر مکان اسباب‌بازی توجه کنند. این رفتارها نشان‌دهنده‌ی اختلال در عملکرد حافظه است.

علاوه‌بر موارد ذکرشده، در بخش قبل، احتمال دوری از تعاملات اجتماعی در موش‌های اشعه‌دیده در مقایسه با موش‌های اشعه‌ندیده‌ بیشتر بود. همچنین، آن‌ها ازنظر فراموشی رویداد نامطلوبی که در گذشته رخ داده بود، دچار مشکل شده بودند. این تغییرات ناشی از تابش‌های فضایی نشان‌دهنده‌ی افزایش سطح اضطراب است.

به‌طور کلی، مقایسه‌ی رفتار موش‌های طبیعی که درمعرض تابش قرار نگرفته بودند با موش‌هایی که ۶ ماه درمعرض تابش‌های نوترونی قرار گرفته بودند، نشان‌دهنده‌ی بروز تغییراتی در عملکرد مغز است که می‌تواند شاخصی از چیزی باشد که در مغز انسان در سفرهای فضایی رخ خواهد داد. قرارگرفتن درمعرض تابش‌های فضایی می‌تواند به‌طور درخورتوجهی توانایی پاسخ فضانوردان در شرایط استرس‌زا یا موقعیت‌های غیرمنتظره را دچار اختلال کند.

وقتی پژوهشگران یافته‌های مرتبط با موش را به انسان ترجمه کردند، برآورد کردند که از مجموع پنج فضانوردی که به مریخ می‌روند و بازمی‌گردند، حداقل یک نفر از آن‌ها دچار مشکلات شناختی شدیدی شود. البته، این تنها نتایج یک مطالعه است و این نتایج باید تکرار شود؛ اما ممکن است تابش‌های کیهانی کهکشانی مانع مهمی بر سر راه سفرهای فضایی عمیق باشد. با‌این‌حال، پژوهشگران امیدوار هستند روش‌هایی برای حل این مشکل پیدا شود. شاید راه‌حل مشکل، ساخت مواد جدیدی باشد که بتواند از فضانوردان دربرابر این تابش‌ها محافظت کند یا حتی مکمل غذایی و دارو باشد.