Je leest:

Wat gebeurt er met ons brein in de ruimte?

Wat gebeurt er met ons brein in de ruimte?

Auteur: | 4 januari 2019
NASA

De hersenen van astronauten veranderen in de ruimte. Dat laat onderzoek van medisch onderzoeker Angelique van Ombergen zien. Het hersenvocht neemt toe, de grijze massa af. Eenmaal terug op aarde normaliseren sommige hersengebieden, maar niet alle.

De ruimte is een vijandige plek voor mensen door het gebrek aan zwaartekracht, kosmische straling en de emotionele disconnectie van vrienden en familie op aarde. Hier te zien is astronaut Tracy Caldwell Dyson in het ISS.

Misschien heb je de beelden wel eens gezien van astronauten die na een verblijf in de ruimte weer op aarde landen. Gedesoriënteerd worden ze door hulpverleners weggedragen. Maandenlang bivakkeren in het internationaal ruimtestation (ISS) is niet gezond voor ons lichaam, dat geëvolueerd is op zwaartekracht. Door gewichtloosheid raken organen en systemen ontregeld; botten, spieren en het hart (ook een spier) verzwakken. Eenmaal terug op aarde hebben astronauten daardoor meer kans op botbreuken. Hun hart is soms niet in staat om genoeg bloed naar het hoofd te pompen, met flauwvallen tot gevolg. Met wat training zijn spieren en botten op de korte termijn gelukkig weer in conditie te brengen.

Over de impact van ruimtereizen op de hersenen is veel minder bekend. We weten dat astronauten tijdens hun verblijf op het ISS en erna last hebben van slaap- en evenwichtsstoornissen. Verder zien onderzoekers in simulaties van ruimtevluchten en bij astronauten aan boord van het ISS dat de hersenvloeistof zich verplaatst (zie kader). Medisch wetenschapper Angelique van Ombergen van de Universiteit van Antwerpen wil dieper kijken: aan het Lab for Equilibrium Investigations and Aerospace onderzoekt ze het effect van gewichtloosheid op de structuur en functie van de hersenen. Verandert ons brein in de ruimte? En komt het daarna weer goed?

Astronauten gaan voor en na de ruimtereis een MRI-scanner in voor opnamen van hun hersenen.
Barbara Braams

Hersenscans

“Onderzoek aan de hersenen van ruimtevaarders is nieuw”, vertelt ze. “Toen wij vijf jaar geleden startten was er nog niemand mee bezig.” Nu is NASA ook bezig met soortgelijk onderzoek. Voorlopig blijft het alleen bij observeren. Van Ombergen en haar team verzamelen gegevens met behulp van MRI-scans, waarmee ze het volume van hersengebieden in kaart brengen, evenals de verbindingen ertussen. Daarnaast kijken ze naar de functie, door te meten welke gebieden in rust actief zijn. Of juist welke gebieden samenwerken bij het uitvoeren van een taak. “We doen zulke scans voordat astronauten vertrekken naar het ISS en zo snel mogelijk als ze terug op aarde zijn.” Meestal komt dat neer op zo’n negen dagen erna; de ruimtecrew is eenmaal weer op aarde druk bezet. Zeven maanden na de landing volgt nog een derde scan om te zien wat er gebeurt op de langere termijn.

Een paar jaar terug schreef Van Ombergen mee aan destijds het eerste wetenschappelijke verslag over de hersenen van een astronaut. Het onderzoeksteam vergeleek met fMRI-scans de hersenfunctie voor en na zijn zes maanden durende vlucht. Bij terugkeer waren de hersengebieden betrokken bij evenwicht en beweging duidelijk minder actief toen hij rustig in de scanner lag. Hebben net gelande astronauten daarom problemen met gecoördineerde bewegingen en hun evenwicht? Dat is zeker mogelijk, denkt het team, maar nog niet vast te stellen.

Gewichtloosheid simuleren op aarde

Redacteur Roel van der Heijden is gewichtloos tijdens een paraboolvlucht.

ESA/Anneke Le Floc’h

De beste manier om het effect van gewichtloosheid te bestuderen is natuurlijk door astronauten te strikken. Daarvan zijn er niet zoveel. Onderzoekers, waaronder die van NASA, werken daarom ook met modellen voor gewichtloosheid. Zo is er de paraboolvlucht, die ervoor zorgt dat je telkens twintig seconden gewichtloos bent. Een ander model is bedrust, waarbij het bed zes graden naar beneden gekanteld wordt. Je hoofd ligt dan net wat lager dan je voeten. Op aarde is je bloed normaal gesproken verdeeld over je hele lichaam: zwaartekracht trekt het omlaag, de vaten stuwen het omhoog. “Door het bed te kantelen stroomt er meer vloeistof naar je hoofd en bovenste ledematen”, legt Van Ombergen uit. “In de ruimte gebeurt dat ook, omdat er geen zwaartekracht is die het vocht naar beneden trekt.” Proefpersonen liggen weken, soms maanden, in deze houding, terwijl onderzoekers de vloeistofverschuiving in de hersenen meten.

Meer hersenvocht

Uit de gegevens van één persoon kan je geen conclusies trekken. In de loop der tijd scanden Van Ombergen en haar collega’s nog meer mensen, binnen een onderzoeksproject voor de European Space Agency (ESA) en Roscosmos (bureau voor Russisch ruimteonderzoek). De onderzoekers werken met Russische en Europese astronauten, die redelijk bereid zijn om mee te doen aan studies. “Als er een crew van drie astronauten vertrekt, kunnen wij er meestal één en heel soms twee testen”, zegt Van Ombergen. Ze spaarde de gegevens op van tien ruimtevaarders, die gemiddeld een half jaar in de ruimte verbleven, en publiceerde de resultaten samen met Russische en Duitse collega’s in The New England Journal of Medicine. Het onderzoeksteam keek hoe het volume van de grijze stof (de zenuwcellen), de witte stof (uitlopers van de zenuwcellen) en het hersenvocht veranderden.

Uitgelicht door de redactie

Biologie
Waarom winterslapers gezond wakker worden

Klimaatwetenschappen
De aarde opwarmen met 130 kilometer per uur

Cultuurwetenschappen
Nette dames vechten voor kiesrecht

Bij alle deelnemers vertoonde het brein in meer of mindere mate hetzelfde patroon. Van Ombergen: “We vonden na de vlucht in alle gebieden veranderingen ten opzichte van ervoor.” De grijze stof was gemiddeld over de hele hersenen afgenomen, met name in de hersenschors achter het voorhoofd en net achter de oren. Die afname was op zijn grootst drie procent, een relatief kleine verandering dus. “Het is niet alsof je ineens de helft van je hersenen kwijt bent”, aldus Van Ombergen.

In de witte stof was er voor en na de vlucht zo goed als geen verschil. Het hersenvocht week daarentegen wel af, dat was fors toegenomen na terugkeer op aarde. In onze hersenen zitten vier holtes die gevuld zijn met hersenvocht. In één zo’n holte maten de onderzoekers dertien procent meer hersenvocht. “De plekken waar het hersenvocht toenam, kwam overeen met de gebieden waar we afname van de grijze stof zagen. Zoals verwacht, aldus Van Ombergen.”

Terug naar normaal

Gemiddeld zeven maanden na terugkeer mochten de astronauten nog een keer de scanner in. Trekken de veranderingen weer bij? De grijze stof lijkt redelijk terug te gaan naar het niveau van voor de ruimtereis, maar niet volledig. Het hersenvocht in de ventrikels was weer normaal, maar in andere ruimtes in het brein was er nog steeds extra vloeistof. De circulatie van hersenvocht lijkt dus voor langere tijd verstoord, misschien wel blijvend, schrijven de auteurs.

Met de witte stof was net na terugkeer op aarde weinig veranderd. “Maar zeven maanden later zien we ineens een grote afname”, vertelt Van Ombergen. De verschillen duiken dus pas op als de astronauten al een tijdje terug zijn. Wat betekent dat? “Kennelijk stabiliseren de hersenen niet meteen zodra er weer zwaartekracht is”, aldus de Vlaamse neurowetenschapper. Of deze hersenveranderingen klinisch relevant zijn is nog niet duidelijk. “We weten niet of de astronauten er ook echt last van hebben.”

De grijze stof in de hersenschors van de temporaalkwab (groen) en frontaalkwab (blauw) nam wat af na een ruimtereis.

Toekomstige ruimtemissies

Onderzoek naar het brein van astronauten bevindt zich nog in de eerste fase; het blijft voorlopig bij observeren en vaststellen. De volgende stap is uitzoeken wat die veranderingen in de hersenen nou precies betekenen. “De hersenen zijn echter maar één stukje van de puzzel. We moeten het hele lichaam onderzoeken”, benadrukt Van Ombergen. “Alle organen en systemen van het menselijk lichaam zijn op elkaar van invloed.”

Om zoveel mogelijk informatie te verzamelen werkt de Universiteit van Antwerpen samen met een onderzoeksgroep van de Ludwig-Maximilians-Universität in München. De Duitsers testen het afweersysteem van dezelfde astronauten die Van Ombergen in de MRI-scanner legt. “Door alle gegevens naast elkaar te leggen krijgen we hopelijk een algemener beeld van de impact van gewichtloosheid.”

Zullen we ooit naar Mars gaan? Of voor langere tijd naar de maan? Dan is het wel zaak dat de crew van bemande vluchten gezond blijft. Van Ombergen hoopt dat haar onderzoek helpt om astronauten op een medisch verantwoorde manier voor langere tijd de ruimte in te sturen. “Zodra we begrijpen wat ruimtevaart doet met de hersenen, kunnen we ook therapieën ontwikkelen om de effecten van gewichtloosheid tegen te gaan.” Dat zou de laatste stap zijn in haar onderzoek. Van Ombergen: “Uiteindelijk is het ons doel om astronauten zo goed mogelijk voor te bereiden op toekomstige ruimtemissies, zodat ze gezond zijn in de ruimte en als ze terugkomen.”

Bronnen:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 januari 2019

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.