Astronauten zullen nog binnen dit decennium afreizen naar Mars. SpaceX plant een bemande Marsreis in 2024, NASA streeft een reis naar de Rode Planeet rond 2035. Maanden tot jaren achtereen in de ruimte en op Mars zal een uitputtingsslag zijn voor de astronauten, gewichtloosheid, het ‘puffy head-bird legs’ syndroom, stress van de besloten ruimte, flinke doses straling zijn enkele van de ongemakken die men zal ondergaan. Zowel NASA als SpaceX i.s.m. onderzoeksinstituten hard werken om methoden te bedenken die deze ongemakken enigszins kunnen doen verlichten, waaronder het opwekken van kunstmatige zwaartekracht. Een team fysiologen van de Universiteit van Pennsylvania o.l.v. van psychiater prof. Mathias Basner heeft recent uitgebreid studie gedaan naar de effecten van een lang verblijf in microzwaartekracht, specifiek toegespitst op de effecten op cognitieve functies en gedrag. De deelnemers aan dit onderzoek werden bijna twee maanden getest op o.a. ruimtelijke orientatie, geheugen, en herkenning van gezichtsemotie. Met name het laatstgenoemde, emotieherkenning aan het gezicht, bleek na enige tijd problematisch te worden. De resultaten van de experimenten van Basner e.a. werden geplaatst in het journal Frontiers of Fysiology.*
Centrifuge voor nabootsten gewichtloosheid Credits; DLR
Onderzoek
Eerder onderzoek toonde al aan dat microzwaartekracht structurele veranderingen in de hersenen veroorzaakt, maar het is niet goed duidelijk hoe dit zich vertaalt in gedragsveranderingen. De standaardmanier om de effecten van microzwaartekracht op aarde te simuleren is de ‘bed-rustpositie’-methode, waarbij deelnemers langere tijd met het hoofd naar beneden in een hoek van 6 graden, op bed doorbrengen. Bij het onderzoek van Basner e.a. brachten 16 vrijwilligers 60 dagen in de ‘bed-rustpositie’ door met hun hoofd in een hoek van zes graden, wat helpt om de effecten van microzwaartekracht op de bloedstroom na te bootsen. In de ruimte is er geen zwaartekracht om bloed naar het onderste deel van het lichaam te trekken, maar gaat het bloed omhoog naar de hersenen, resulterend in het ‘puffy head bird leg-syndroom’. Dit veroorzaakt gezwollen gezichten, uitpuilende nekvaten en dunne benen. De vloeistofverschuivingen houden ook verband met bewegingsziekte in de ruimte, hoofdpijn, misselijkheid en wazig zien. Een controlegroep van acht personen hield zich niet aan dit regime.
Basner legt uit: “Deelnemers voltooiden regelmatig 10 cognitieve tests die relevant zijn voor ruimtevluchten die specifiek zijn ontworpen voor astronauten, zoals ruimtelijke oriëntatie, geheugen, het nemen van risico’s en emotieherkenning.” Het doel was om te zien of kunstmatige zwaartekracht in een periode van 30 minuten of in zes periodes van vijf minuten in de loop van de dag de negatieve gevolgen kon voorkomen. De kunstmatige zwaartekrachtopwekking bestond uit het ronddraaien van de deelnemers op een centrifuge waar ze, geplaatst als een wijzer op een klok, met hun hoofd in het midden, elke twee seconden, één omwenteling werden rondgedraaid. Basner e.a. merkten op: “Een bescheiden maar statistisch significante vertraging over een reeks cognitieve domeinen werd gevonden tijdens de bed-rustpositie. Deze veranderingen werden vroeg waargenomen en verslechterden of verbeterden niet verder, naarmate de tijd toenam – met uitzondering van de emotieherkenning.”
Na verloop van tijd hadden de vrijwilligers steeds meer tijd nodig om te beslissen of er een gezichtsemotie werd geuit en waren ze eerder geneigd om negatieve boven neutrale emoties te selecteren. Basner benadrukt dat, met zo een lang verblijf in een besloten ruimte, het van groot belang is dat men elkaars emoties blijft herkennen. Basner; “Het vermogen van astronauten om elkaars emotionele uitdrukkingen correct te lezen is belangrijk en draagt bij aan effectief teamwerk en missiesucces.” Samenvattend komt het erop neer, Basner e.a.: “Concluderend, 60 dagen bedrust met het hoofd naar beneden werd geassocieerd met matige cognitieve vertraging en veranderingen in de prestatie van emotieherkenning. De verminderde cognitieve prestaties konden niet worden verbeterd of verzacht door ofwel continue of intermitterende blootstelling aan kunstmatige zwaartekracht, gedurende 30 minuten per dag.”
Basner en zijn team gaan door met dit type onderzoek, Basner: “We voeren momenteel aanvullende analyses uit met behulp van hersenbeeldvorming om de neurale basis van de effecten die in de huidige studie werden waargenomen te identificeren.” De onderzoekers zijn van plan meer kunstmatige zwaartekrachtmethoden te testen en de mate van sociaal isolement te variëren. Het team stelt tot slot dat ze niet kunnen bepalen of de waargenomen effecten op emotionele herkenning werden veroorzaakt door de microzwaartekracht of door de langdure opsluiting en isolatie. Toekomstige studies zullen deze effecten nader moeten beschouwen voor een beter inzicht opdat toekomstige missies naar Mars zo comfortabel mogelijk kunnen verlopen voor de astronauten. Bronnen: LiveScience, Frontiersblog, NASA, DLR
