ნეირომეცნიერება კოსმოსში

კოსმოსური ნეირომეცნიერება — კოსმოსში მოგზაურობის განმავლობაში ცენტრალური ნერვული სისტემის (ცნს) ფუნქციების კვლევა. ცოცხალ სისტემებს შეგრძნებებით მიღბული ინფორმაციის ინტეგრირების უნარი აქვთ საკუთარ გარემოში ნავიგაციის და სხეულის მდებარეობის, გადაადგილებისა და თვალის მოძრაობის კოორდინირებისთვის. გრავიტაციას ამ ფუნქციების კონტროლში ფუნდამენტური როლი აქვს. კოსმოსში, უწონადობაში ყოფნისას, შეგრძნებებით მიღებული ინფორმაციის ინტეგრირება და მოტორული რეაქციების კოორდინირება რთულდება, რადგან თავისუფალი ვარდნისას აღარ იგრძნობა გრავიტაცია. მაგალითად, ვესტიბულარული სისტემის ოტოლიტური ორგანოები დგომისას აღარ გზავნიან თავის მოძრაობის გრავიტაციისთვის შესაბამის სიგნალებს. თუმცა, ისინი მაინც გრძნობენ თავის გადაადგილებას ტანის მოძრაობისას. გრავიტაციული ინფორმაციის გადამუშავების პროცესში გაურკვევლობამ და ცვლილებებმა შესაძლოა გამოიწვიოს პოტენციური ცდომილებები პერცეფციისას, რაც გავლენას ახდენს კოსმოსში ორიენტაციასა და მენტალურ რეპრეზენტაციაზე. ვესტიბულარული სისტემის დისფუნქცია ხშირია კოსმოსში ყოფნისას და ჩამოსვლისთანავე, რაც გამოიხატება კოსმოსურ ავადმყოფობაში ორბიტაზე და ბალანსის დარღვევაში დედამიწაზე დაბრუნებისას.

უწონადობასთან ადაპტირება მოიცავს არა მხოლოდ სენსო-მოტორული ფუნქციების ერთობლიობას, არამედ ავტონომიური ნერვიული სისტემის ზოგიერთ ფუნქციასაც. ძილის დარღვევა და ორთოსტატიკური არატოლერანტულობა ასევე ხშირია კოსმოსიდან დაბრუნების შემდეგ. უწონადობაში არ არის ჰიდროსტატიკური წნევა, შედეგად, სხეულის სითხეების რედისტრიბუცია ზედა კიდურების მიმართულებით, იწვევს სითხის დონის დაწევას ფეხებში, რამაც შეიძლება გავლენა იქონიოს კუნთების სიმკვრივესა და მოქნილობაზე. შიდაქალის წნევის გაზრდამ შეიძლება გამოიწვიოს ახლოს ხედვის გაუარესება. გარდა ამისა, უწონადობის პირობებში დატვირთვის უქონლობის გამო, მცირდება კუნთების მასა და სიმტკიცე. ასტრონავტების 70%, რაღაც დონეზე მაინც, განიცდის კოსმოსურ ავადმყოფობას პირველი რამდენიმე დღის განმავლობაში. წამლებს, რომლებსაც ამ ავადმყოფობასთან საბრძოლველად იყენებენ, როგორებიცაა სკოპოლამინი და პრომეთაზინი, ძილის მომგვრელი ეფექტი აქვთ. ამ ფაქტორებმა შესაძლოა ქრონიკული დაღლილობა გამოიწვიოს. ინტეგრაციული კოსმოსის წამლებისა და ფიზიოლოგიის საკითხში ყველაზე დიდ გამოწვევას წარმოადგენს ადამიანის ორგანიზმის, როგორც ერთი მთლიანის გამოკვლევა კოსმოსის პირობებთან შეგუებისას და არა როგორც სხვადასხვა ორგანოების ერთობლიობის, ვინაიდან ორგანიზმის ყველა ფუნქცია ერთმანეთთანაა დაკავშირებული.

სენსორული ფუნქციები კოსმოსში
დედამიწაზე არსებულ ყველა ცოცხალ ორგანიზმს აქვს უნარი შეიგრძნოს და საპასუხო რეაქცია იქონიოს ცვლილებებზე, რომლებიც მათ, როგორც შინაგან, ასევე გარე სამყაროში მიმდინაროებს. ორგანიზმები, მათ შორის ადამიანები, რეაგირებამდე მაქსიმალურად სწორად ცდილობენ შეიგრძნონ, რაც, თავის მხრივ, საბოლოო ჯამში, უზრუნველყოფს გადარჩენას. სხეული გარემოს სპეციალური სენსორული ორგანოებით შეიგრძნობს. ცენტრალური ნერვული სისტემა ამ შეგრძნებებს კუნთების აქტივობის კოორდინირების, არაკომფორტული მდგომარეობის შეცვლის და უბრალოდ სწორად ბალანსირებისთვის იყენებს. ზოგადად აღიარებენ ხუთ სხვადასხვა შეგრძნებას: ხედვა, სმენა, ყნოსვა, გემო და შეხება. ყველა ამ შეგრძნებაზე უწონადობა გარკვეული სახის ზეგავლენას ახდენს.

მეტიც, ადამიანის ორგანიზმს შვიდი სენსორული სისტემა აქვს და არა ხუთი. მეექვსე და მეშვიდე სისტემები მოძრაობის შეგრძნებებია, რომლებიც შიდა ყურშია მოთავსებული. მეექვსე სისტემა სიგნალს გზავნის ბრუნვის დაწყებისა და დამთავრების შესახებ, ხოლო მეშვიდე - გრავიტაციის გათვალისწინებით, სხეულის მოძრაობისა და დახრილობის შესახებ. მეშვიდე სისტემა უწონადობაში აღარ გზავნის დახრილობის ინფორმაციას, თუმცა აგრძელებს გადაადგილების შესახებ სიგნალების გაგზავნას, რაც, საბოლოო ჯამში, ცენტრალური ნერვული სისტემისთვის დამაბნეველია. კოსმოსში ცხოვრებისა და მუშაობის გამოცდილება ცვლის ცენტრალური ნერვული სისტემის მიერ ოტოლიტური ორგანოების სიგნალების ინტერპრეტირების გზას წრფივი აჩქარებისას.

სხეულის მდგომარეობა, მოძრაობა და გადაადგილება
უწონადობაში ყოფნა იწვევს სიგნალების ცვლილებებს შეხების, წნევისა და გრავიტაციის რეცეპტორებისგან, რაც პოსტორალური სტაბილურობისთვის აუცილებელ მთლიან ინფომაციას წარმოადგენს. სენსორული ინფორმაციის ცენტრალური დამუშავებისას ადაპტაციური მოდიფიკაციები ხდება იმისთვის, რათა წარმოიქმნას ახალი გრავიტაციული გარემოს შესაბამისი მოტორული რეაქციები. შედეგად, უწონადობის პირობებში, დედამიწაზე გამოყენებად სტრატეგიებს ორგანიზმი უგულებელჰყოფს, სანამ ასტრონავტები უწონო გარემოს ეგუებიან. მსგავსი პროცესები მიმდინარეობს ფეხების ქვედა ნაწილის პოსტორალური კუნთების უმრავლესობაში. დაბრუნებისას კი, შემცირებული გრავიტაციის პირობებში შეძენილი სხეულის მდგომარეობის, მოძრაობისა და გადაადგილების მოდიფიკაციები შეუსაბამოა დედამიწის პირობებთან. დაშვების შედეგად კუნთების პოსტურალური არასტაბილურობის კლინიკურ ატაქსიაში გადაზრდა არის ნეირონული რეორგანიზაციის გამოხატულება.

დედამიწის გრავიტაციასთან შეგუებისას, მანამ სანამ დედამიწაზე საარსებოდ საჭირო მოტორული სტრატეგიები ბოლომდე არ აღდგება, ასტრონავტები დგომასთან, სიარულთან, კუთხეში მოხვევასთან და კიბეზე ასვლასთან დაკავშირებულ სირთულეებს განიცდიან. ფუნქციურ მობილობასთან შეგუება საშუალოდ ორ კვირას მოითხოვს. ზემოთ მოცემულ სირთულეებს შესაძლოა საზიანო შედეგები ჰქონდეს ასტრონავტის შესაძლებლობებზე, როგორებიცაა: ეფექტიანად ფუნქციონირება კოსმოსური ხომალდის დატოვებისთანავე, ფეხზე წამოდგომა, ან ექსტრემალურ პირობებში სატრანსპორტო საშუალებიდან სწრაფად გადმოსვლა. აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია ამ ძირითადი გაუარესებების გამომწვევი მიზეზების შესახებ ინფორმაციის ფლობა და შედეგად, შესაბამისი კონტრ-ზომების მიღება.

ყველაზე მწვავე სენსომოტორული პრობლემები, რომელთა წინაშეც ასტრონავტები დადგებიან მთვარეზე ან მარსზე ყოფნისას, უფრო მეტად სავარაუდოა, რომ კოსმოსურ კოსტუმებში სიარულისას გამოჩნდეს. კოსტუმები დიდი და მძიმეა, რაც იწვევს სხეულის სიმძიმის ცენტრის გადანაცვლებას, რასაც ემატება უსწორმასწორო ზედაპირი და თვალთახედვის შეზღდული არეალი, ეს ყველაფერი ერთად ართულებს გადაადგილებას.

კომპენსატორული თვალის მოძრაობები
კოსმოსში მოგზაურობისას ვესტიბულარული სისტემის ფუნქციონირებას ყველაზე გულმოდგინედ სწავლობენ. ყველაზე მეტად კი ეს გრავიტაციის აღმქმელ ოტოლიტურ ორგანოებს და მათ თვალის მოძრაობასთან კავშირს ეხება. ვესტიბულარული ნახევარრკალოვანი არხების ფუნქცია უცვლელია უწონადობის პირობებში, რადგან თვალის ჰორიზონტალურ მოძრაობაზე, რომელიც აკომპენსირებს თავის მიმობრუნებას, გავლენას არ ახდენს კოსმოსური ფრენა. მიკროგრავიტაციის პირობებში, თავის ტრიალისას, გრავიტაციული სტიმულაციის არ არსებობა ორტოლითებში ამცირებს მბრუნავ ვესტიბულო-ოკულარულ რეფლექსს, რომელიც დედამიწის პირობების შესაბამისია. ეს დეფიციტი არ არსებობს, როდესაც ასტრონავტები ცენტრიფუგული ძალების ზემოქმედებას განიცდიან, რაც თავის მხრივ ნიშნავს, რომ ცენტრალური ნერვული სისტემის ადაპტაციები მიმდინარეობს ცენტრალურად და არა პერიფერიულად.

ორბიტაზე ყოფნის პირველი დღეების განმავლობაში, მოძრავი ვიზუალური შეგრძნებების საპასუხოდ თვალის ვერტიკალური მოძრაობის ასიმეტრია შებრუნებულია. ზუსტად ამის შემდგომ აკვირდებიან ვესტიბულო-ოკულარული და ოპტოკინეკიტური რეფლექსების დაბრუნების პროცესს. ზოგიერთმა კვლევამ თვალის სწრაფი ნახტომისებური მოძრაობისას აჩვენა გაზრდილი ლატენტურობები და უმაღლესი წერტილის შემცირებული სიჩქარეები, მაშინ, როდესაც კვლევების მეორე ნაწილი აბსოლუტურად საპირისპირო შედეგებით დასრულდა. შესაძლოა, რომ საპირისპირო შედეგები დამოკიდებულია იმაზე, თუ როდის, მისიის რომელ ეტაპზე, აიღეს ესა თუ ის ზომები. ამასთან, აღინიშნება თვალის მოძრაობის დარღვევა გლუვი მიდევნებისას, განსაკუთრებით ვერტიკალურ მდგომარეობაში.

„მისია მარსზე“ ითვალისწინებს რამდენიმე გადასვლას სხვადასხვა გრავიტაციულ გარემოში. საბოლოო ჯამში, ეს ცვლილებები გავლენას იქონიებს თვალის რეფლექსურ მოძრაობაზე. საკვანძო კითხვა შემდეგნაირია: შესაძლებელია თუ არა, რომ ასტრონავტებს ჰქონდეთ სხვადასხვა ტიპის რეფლექსები, რომელთა შეცვლაც სწრაფად შეეძლებათ გრავიტაციული გარემოს შესაბამისად. ორმაგად ადაპტაციური შესაძლებლობების განსაზღვრა თვალის რეფლექსური მოძრაობისას ასეთ პირობებში არსებითად მნიშვნელოვანია, ვინაიდან ამ მხრივ განსაზღვრული იქნება ერთ გარემოში შეძენილი სენსო-მოტორული უნარების მეორეში გადატანის ხარისხი.

სივრცითი ორიენტაცია
უწონადობაში სივრცითი ორიენტაცის შესანარჩუნებლად ასტრონავტები მხედველობას უნდა ენდონ, ვინაიდან ოტოლიტური ორგანოები „ქვემოთ“ ვეღარ გზავნიან სიგნალებს. ხანგრძლივად მსგავს პირობებში ყოფნისას ზემოთ ხსენებული ნდობა ინსტინქტში გადაიზრდება. თავის რხევისას წარმოქმნილი მცდარი წარმოდგენები თვით-მოძრაობასთან დაკავშირებით დედამიწაზე დაბრუნების შემდეგ დაკავშირებულია ვესტიბულარული ინფორმაციის რეინტერპრეტაციასთან. ზოგიერთი კვლევის თანახმად, ცენტრალური ნერვული სისტემა „გადახრა-მოძრაობასთან“ დაკავშირებულ ამბივალენტურობას ფანტავს წრფივი აჩქარების სიხშირეზე დაყრდნობით, რომელსაც ოტოლიტური ორგანოები აღიქვამს.

მიუხედავად იმისა, რომ უფრო მაღალი დონის კოგნიტური პროცესების კვლევა, როგორიც ნავიგაცია და მენტალური მონაცვლეობაა, შეზღუდულია, ასტრონავტები ხშირად იტყობინებიან, რომ კოსმოსური ხომალდების ინტერიერი უფრო გრძელი და მაღალი ჩანს, ვიდრე რეალურად არის. სამგანზომილებიანი ობიექტის სიმაღლის აღქმისას მის შემცირებას აკვირდებიან როგორც ფრენისას, ასევე ფრენამდე და ამ გზით წარმოჩინდება მენტალური რეპრეზენტაციის ცვლილება უწონადობის პირობებში. პერცეფცია არის ტვინში არსებული ერთგვარი შაბლონი, ჰიპოთეზა სამყაროს რაგვარობასთან დაკავშირებით, რომელიც წინასწარ ითვალისწინებს ნიუტონის კანონებს მოძრაობის შესახებ. ეს კანონები უწონადობის პირობებში იცვლება, შესაბამისად, მოსალოდნელიცაა კოსმოსში ფრენისას ობიექტების ფორმისა და მანძილის მენტალურ რეპრეზენტაციაში გაჩენილი ცვლილებები. იმ იშვიათ კვლევებს, რომლებიც კოსმოსში ტარდება, ჯერჯერობით არ გამოუვლენიათ მკვეთრი ცვლილებები, სავარაუდოდ იმიტომ, რომ ცენტრალური ნერვული სისტემა აგრძელებს გრავიტაციის შინაგანი მოდელის გამოყენებას, ცოტა ხნით მაინც. შესაძლოა ვივარაუდოთ, რომ სამი განზომილების აღქმის გზა მეტად განვითარებული იქნება გრავიტაციის გავლენის დიდი ხნით არარსებობის შემთხვევაში.

მომავალი კვლევები, რომლებიც კოსმოსში ჩატარდება, ალბათ გამოავლენს, რომ ქერქის უფრო მაღალი დონის ფუნქციები სუსტდება უწონადობის პირობებში. ვირტუალური რეალობისა და ტვინის კარტირების გაერთიანებით საერთაშორისო კოსმოსურმა სადგურმა უნდა შეუსაბამოს არსებული შედეგები უწონადობაში ცერებრალური ფუნქციების ადაპტაციურ მექანიზმებს.

ნეირომეცნიერება და კოსმოსის კვლევა
„ვოსხოდიდან“ საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურამდე, კოსმოსური ხომალდები გაუმჯობესდა ზომასა და კომფორტში, ამასთან, უფრო და უფრო მეტ ადამიანს მისცა ორბიტაზე გაფრენის საშუალება. თუმცა, მიუხედავად ბოლო ორმოცდაათ წელში დაგროვილი კოსმოსური ფრენების გამოცდილებისა, არ არსებობს არანაირი ეფექტიანი კონტრ-ზომა ან კონტრ-ზომების კომბინაცია, რომელიც ბოლომდე ეფექტიანად მოაგვარებს უწონობადობის პირობებში დიდი ხნით ყოფნისას წარმოქმნილ ნეგატიურ ეფექტებს. დიდი ალბათობით, ექვსთვიანი კოსმოსური მოგზაურობის შემდეგ, დღესიათვის არსებული პრევენციული ზომების პირობებში, ასტრონავტები მარსიდან დედამიწაზე ნაკლებად შრომისუნარიანები დაბრუნდებოდნენ.

ბევრი ადამიანის მოსაზრებით, მარსის გრავიტაციასთან ფიზიოლოგიური ადაპტაცია (0,38) და რე-ადაპტაცია დედამიწის გრავიტაციასთან (1) გაძლიერდება კოსმოსურ ხომალდზე ხელოვნური გრავიტაციის გამოყენებით მარსისკენ და მარსიდან მომავალ გზაზე. ამისთვის საჭირო იქნება ხომალდზე იყოს ცენტრიფუგა,რომელიც წარმოშობს გრავიტაციის მსგავს ძალას. მიუხედავად იმისა, რომ ეს გამოსავალი პოტენციურად ეფექტიანია, ასევე წარმოშობს ოპერაციულ, ინჟინერულ და ფიზიოლოგიურ პრობლემებს, რომელთაც აუცილებლად უნდა მიექცეს ყურადღება. ადამიანის ფიზიოლოგიური რეფლექსები უცნობია ყველა სხვა ძალის მიმართ გარდა დედამიწის და ნულოვანი გრავიტაციისა უცნობია. საჭიროა კვლევების ჩატარება ცენტრალური ნერვული სიტემის ნორმალური ფუნქიონირების შესანარჩუნებლად საჭირო გრავიტაციის მინიმალური დონის, ხანგრძლივობის და სიხშირის დასადგენად.

ცენტრალური ნერვული სისტემის კომპლექსურ ფუნქციონირებას, დედამიწის გრავიტაციის პირობებშიც კი არ გამოუვლენია ყველა საიდუმლო. საჭიროა პასუხი გაეცეს კოსმოსის ნეირომეცნიერებაში არსებულ ძირითად კითხვებს, რათა მაქსიმალურად შემცირდეს რისკები და მოხდეს ასტრონავტთა ჯგუფების საქმიანობის ოპტიმიზაცია ტრანზიტული და პლანერატული ოპერაციებისას. ჩვენი შესაძლებლობა, მივხვდეთ, თუ როგორ ჩამოაყალიბა დედამიწის გრავიტაციულმა გარემომ სენსორული და მოტორული სისტემები, დაგვეხმარება უკეთ დავინახოთ ცენტრალური ნერვული სისტემის ფუნქციების ფუნდამენტური მექანიზმები. გრავიტაციის ეფექტების ცოდნა ცენტრალური ნერვული სისტემის ფუნქციებზე ადამიანებში, უწონადობის პირობებში ყოფნისას მისი გავლენის შესასწავლად და საწინააღმდეგო მექანიზმების შესამუშავებლად უშუალო სარგებელს წარმოადგენს.