Ve vesmíru se mozek doslova pohybuje uvnitř lebky. Nová studie NASA a evropských vědců ukazuje, že mikrogravitace mění jeho tvar i polohu – a některé změny přetrvávají i po návratu na Zemi.
Než se Jurij Gagarin stal v roce 1961 prvním člověkem, který obletěl Zemi, podařilo se to i jiným živým tvorům. Spojené státy i Sovětský svaz vyslaly na oběžnou dráhu psy, primáty a další zvířata, aby vyzkoušely, zda by bytosti vyvinuté pro život v gravitaci mohly přežít i bez ní. V počátcích vesmírných závodů panovaly obavy, že stav beztíže může ovlivnit srdce, způsobit embolii nebo reflux žaludeční kyseliny, která se dostane do jícnu a „spálí“ ho, a další rizika, která by mohla vést k fatálnímu následku.
Postupem času orbitální lety a pobyty na stanicích, jako je Mir nebo Mezinárodní vesmírná stanice (ISS), prokázaly, že lidské tělo je mnohem přizpůsobivější, než se dříve myslelo. Ukázalo se však také, že mikrogravitace není neškodná: oslabuje svaly, snižuje hustotu kostí, mění imunitní systém a ovlivňuje kardiovaskulární systém. K tomu se nyní přidal jev, který vědci neformálně nazvali „vesmírný mozek“: měřitelné fyzikální změny polohy a tvaru mozku uvnitř lebky.
Brzy se ukázalo, že lety do vesmíru nejsou pro savce zdaleka tak škodlivé, jak se obávali v 50. a 60. letech minulého století. Největší dopad na astronauty má obvykle hustota kostí a rovnováha, které lze po návratu na Zemi obnovit pomocí rehabilitačních programů a intenzivního cvičení.
V posledních dvou desetiletích se však pozornost přesunula na mozek a nervový systém. Studie magnetické rezonance (MRI) ukázaly, že mikrogravitace mění objem některých oblastí mozku, mění cirkulaci mozkomíšního moku (CSF ) a může dokonce změnit tvar mozkových komor, vnitřních dutin mozku vyplněných tekutinou. To vše vedlo vědce k otázce, zda se mozek při několikaměsíčním pobytu na oběžné dráze doslova nepohybuje uvnitř lebky.
Nová studie vědců z NASA, Floridské univerzity a Německého střediska pro letectví a kosmonautiku poskytuje dosud nejpřesvědčivější důkaz, že se to přesně děje. Práce doplňuje řadu výzkumů, které tento jev naznačovaly již v minulém desetiletí, nyní jej však přesněji kvantifikují a dávají do souvislosti se schopností udržet rovnováhu po návratu na Zemi.
Po analýze 26 astronautů, kteří strávili dlouhou dobu na ISS, a 24 neastronautů dospěl tým k závěru, že během vesmírného letu se mozek astronautů neustále přemisťuje uvnitř lebky. Nejedná se o chaotické „kmitání“, ale o systematický posun určitým směrem, který souvisí s absencí gravitace a redistribucí tekutin v těle.
Malý, ale významný posun
Zdá se, že posun je „dozadu, nahoru a otočený dozadu s náklonem, ve srovnání se stavem před letem“. Z hlediska velikosti byla největší změna asi 2,5 mm. To se nemusí zdát jako mnoho, ale i několikamilimetrový pohyb v blízkosti zadní části mozku může při stlačení klíčových struktur způsobit okamžitou ztrátu vědomí, takže i malé pohyby mohou mít velký dopad.
Aby si to vědci dokázali představit, přirovnávají mozek k jakémusi „želé“ zavěšenému v kapalině uvnitř pevné krabice (lebky). Na Zemi pomáhá gravitace udržovat relativně stabilní rozložení této tekutiny i samotné mozkové tkáně. V mikrogravitaci je však toto rozložení homogennější a mozek může mírně „plavat“ a pohybovat se směrem k horní části lebky a dozadu.
Tento posun se přidává k dalším změnám, které již byly u astronautů popsány, jako je zvětšení objemu mozkových komor a hromadění tekutiny v horní části těla. NASA již několik let zkoumá syndrom známý jako SANS (Spaceflight-Associated Neuro-ocular Syndrome), který zahrnuje poruchy vidění, změny tvaru oční koule a zrakového nervu. Ačkoli se nová studie nezaměřuje na zrak, zapadá do stejného obecného obrazu: mikrogravitace hluboce mění dynamiku tekutin v lebce.
Tento účinek navíc nemusí být snadné zvrátit. Astronauti obvykle získají zpět rovnováhu během několika týdnů po návratu, ale zjištěné posuny se zmenšily až po šesti měsících a více. A co hůř, některé prvky změn přetrvávaly i po skončení výzkumu, což naznačuje, že mozek se možná trvaleji přizpůsobuje zkušenosti s životem ve stavu beztíže.
Předchozí studie ukázaly, že po dlouhodobých misích se změnil objem některých oblastí mozku, například mozečku (klíčového pro koordinaci pohybu) nebo motorické kůry. Nyní, po přidání proměnné globální polohy mozku, začínají vědci vidět vzorec: mění se nejen „kousky“ mozku, ale také to, jak se vejdou do lebky.
Studie použila kombinaci údajů od astronautů a neastronautů, kteří souhlasili se spánkem v nakloněné poloze hlavou dolů, aby se mírně simulovala mikrogravitace. Tato technika, známá jako -6° klid na lůžku, je klasickým modelem, který NASA a další kosmické agentury již léta používají ke studiu účinků beztíže, aniž by opustily Zemi. U obou skupin došlo k posunu polohy mozku, ačkoli u astronautů byl efekt výraznější, což odpovídá skutečnému vystavení mikrogravitaci.
Vědci zjistili, že subjekty s výraznějšími posuny ve smyslových oblastech mozku měly větší potíže s obnovením rovnováhy. Zejména byly pozorovány korelace mezi pohybem mozku a testy posturální kontroly a prostorové orientace– schopnosti poznat, kde se v prostoru nachází vlastní tělo, a udržet se ve vzpřímené poloze bez pádu.
Toto zjištění souvisí s něčím, co astronauti po návratu často popisují: pocit závratě, neohrabanosti a dezorientace, který může trvat několik dní nebo týdnů. Vestibulární systém – orgány ve vnitřním uchu, které detekují zrychlení a polohu hlavy – se ve vesmíru „rekalibruje“ a po návratu do zemské gravitace potřebuje čas, aby se znovu přizpůsobil. Skutečnost, že mozek sám mění polohu a tvar, může být pro toto přizpůsobení ještě složitější.
Co přesně je „vesmírný mozek“?
Termín „vesmírný mozek“ není oficiální lékařská diagnóza, ale způsob, jak shrnout soubor strukturálních a funkčních změn, které byly v posledních letech zdokumentovány. Patří mezi ně:
- Globální posun mozku v lebce, jak ukazuje nová studie.
- Zvětšený objem mozkových komor, pozorovaný při několika dlouhodobých misích.
- Změny v bílé hmotě (vlákna spojující různé oblasti mozku), které pravděpodobně souvisejí s učením se novým motorickým dovednostem v mikrogravitaci.
- Změny v cirkulaci mozkomíšního moku, které by mohly přispívat k problémům se zrakem a nitrolebním tlakem.
Tyto změny nemusí nutně znamenat nevratné poškození, ale naznačují, že mozek je velmi plastický a fyzicky se přizpůsobuje vesmírným podmínkám. Velkou otázkou je, zda tato adaptace může být v dlouhodobém horizontu – v řádu let nebo desetiletí – cenou v podobě kognitivních poruch, chronických problémů s rovnováhou nebo zvýšeného rizika neurologických onemocnění.
Prozatím jsou údaje omezené: celkový počet lidí, kteří strávili ve vesmíru více než rok, je velmi malý a většina studií vychází z šestiměsíčních misí. Přesto jsou výsledky natolik zarážející, že NASA a další agentury investují stále více prostředků do vesmírné neurovědy.
Budoucnost kolonizace
Pobyt ve vesmíru bývá v dnešní době poněkud kratší, protože starty raket jsou mnohem častější než v minulosti. Rekord v nejdelším nepřetržitém pobytu ve vesmíru drží ruský kosmonaut Valerij Poljakov, který v polovině 90. let strávil na palubě stanice Mir 437 dní. Jiní kosmonauti a astronauti nasbírali během několika misí na oběžné dráze více než rok, ale téměř vždy s mezidobím zotavení na Zemi.
Celkově studie v žádném případě nedospívá k závěru, že by vesmír lidský mozek velmi poškozoval, ale může zásadním způsobem změnit jeho konfiguraci. Vzhledem k současným plánům na trvalou přítomnost na Měsíci a později na Marsu by se dlouhodobé účinky vzniklé po letech či dokonce desetiletích pobytu ve vesmíru mohly stát překážkou.
Například pilotovaná mise na Mars by v závislosti na zvolené trajektorii mohla zahrnovat dva až tři roky cesty a pobytu. Po většinu této doby by se posádka nacházela v prostředí mikrogravitace nebo snížené gravitace (jako je marťanská gravitace, která je přibližně 38 % zemské). Jestliže již po šesti měsících pobytu na oběžné dráze pozorujeme změny v mozku, je na místě se ptát, co se bude dít po mnohem delší době.
Astronauti budoucnosti navíc nebudou muset pouze cestovat: budou muset také pracovat, činit kritická rozhodnutí a v případě Marsu fungovat s několikaminutovým komunikačním zpožděním. Jakékoli narušení rovnováhy, koordinace nebo kognitivních schopností by mohlo mít vážné důsledky pro bezpečnost mise.
Vesmírné agentury proto zkoumají různé strategie, jak zmírnit „vesmírný mozek“ a další účinky mikrogravitace:
- Intenzivní fyzické cvičení: Je již povinné na ISS, kde astronauti tráví přibližně dvě hodiny denně cvičením na běžeckých pásech, rotopedech a odporových strojích navržených pro provoz ve stavu beztíže. Cílem je udržet svaly a kosti, ale mohlo by to také pomoci zachovat mozkové funkce.
- Umělá gravitace: Využití rotujících struktur, které vytvářejí odstředivou sílu podobnou gravitaci. Ačkoli se v současné době jedná pouze o koncept, několik návrhů komerčních vesmírných stanic zahrnuje rotující moduly, které by mohly snížit změny v mozku a dalších orgánech.
- Farmakologická protiopatření: Léky, které modulují nitrolební tlak, cirkulaci mozkomíšního moku nebo plasticitu mozku, by teoreticky mohly snížit některé z pozorovaných účinků, ačkoli tento směr výzkumu je ve velmi rané fázi.
- Přísnější výběr a sledování: V budoucnu bude možná nutné vybírat astronauty nejen podle jejich celkového fyzického stavu, ale také podle specifických vlastností jejich mozku, které je činí vůči těmto změnám odolnějšími, a také důkladnější neurologické sledování před každou misí a po ní.
Kolonizace Měsíce a Marsu bude výzvou nejen pro rakety a palivo, ale také pro lidskou biologii. Pochopení toho, jak mozek reaguje na absenci gravitace – a jak ho můžeme chránit – bude stejně důležité jako vývoj nových motorů nebo systémů podpory života.
Rovnováha mezi rizikem a průzkumem
Historie kosmického výzkumu byla vždy neustálým vyjednáváním mezi rizikem a objevováním. V 60. letech minulého století panovaly obavy, že na oběžné dráze přestane bít srdce nebo že se zhroutí trávicí soustava. Dnes víme, že tělo se dokáže přizpůsobit, ale také to, že toto přizpůsobení má svou cenu: slabší svaly, slabší kosti a, jak už víme, mozek, který mění tvar a polohu.
Pro vědce nejsou tato zjištění důvodem k tomu, aby se vzdali pilotovaných letů, ale výzvou k lepšímu plánování. Každá nová informace o „vesmírném mozku“ pomáhá navrhovat bezpečnější kosmické lodě, skafandry, cvičební postupy a lékařské protokoly. A přitom nabízí jedinečný pohled na extrémní plasticitu lidského mozku, který je schopen reorganizovat se tak, aby fungoval v prostředí, pro které nebyl nikdy navržen.
Otázkou nakonec není, zda vesmír ovlivňuje mozek – už víme, že ano – ale do jaké míry můžeme s těmito změnami žít a jaké nástroje potřebujeme, abychom budoucím generacím průzkumníků umožnili žít, pracovat a možná i jednou zestárnout daleko od Země, aniž by za to zaplatili neúnosnou cenu v podobě neurologického zdraví.