Die Belastungen für Muskeln und Knochen während eines Aufenthalts im All sind seit Jahrzehnten bekannt. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse zeigen nun jedoch, dass auch das Gehirn von Astronautinnen und Astronauten deutlich stärker auf die Schwerelosigkeit reagiert als bisher angenommen. Forschende warnen, dass diese Veränderungen vor allem bei zukünftigen Langzeitmissionen zum Mond oder Mars eine zentrale Herausforderung darstellen könnten.
Eine internationale Forschungsgruppe unter Leitung des Birkbeck College der University of London hat die Ergebnisse von 15 Hirnscans und Studien mit insgesamt 377 Teilnehmern ausgewertet. Dazu gehörten sowohl Astronauten als auch Probanden, die auf der Erde unter Bedingungen untersucht wurden, welche die Schwerelosigkeit simulieren. Die Analyse zeigt, dass sich das Gehirn in der Mikrogravitation strukturell und funktionell anpasst.
Gehirn stellt sich auf Schwerelosigkeit ein
Den Forschenden zufolge verändern sich vor allem jene Hirnregionen, die für Gleichgewicht, Bewegungssteuerung und die Wahrnehmung des eigenen Körpers verantwortlich sind. Das Gehirn organisiert sich neu, um ohne die auf der Erde selbstverständliche Schwerkraft funktionieren zu können.
„Unser Gehirn ist von Beginn an darauf ausgelegt, die Schwerkraft wahrzunehmen“, erklären die Wissenschaftler. Während auf der Erde nahezu jede Bewegung automatisch an die Erdanziehung angepasst wird, muss das Nervensystem im All völlig neue Bewegungsabläufe erlernen.
Astronauten berichten deshalb häufig, dass sie sich nach einigen Wochen in der Schwerelosigkeit körperlich völlig verändert fühlen. Der europäische ESA-Astronaut Luca Parmitano beschrieb den Anpassungsprozess bereits früher als eine regelrechte „Transformation“ des Körpers.
Herausforderung für Mond- und Marsmissionen
Die Anpassungsfähigkeit des Gehirns gilt grundsätzlich als positiv. Problematisch wird sie jedoch bei langen Weltraummissionen. Wer sich monatelang an die Schwerelosigkeit gewöhnt hat, muss sich bei einer Landung auf dem Mond oder dem Mars erneut an eine andere Schwerkraft anpassen.
Während Muskeln und Knochen durch tägliches Training weitgehend erhalten werden können, lässt sich das Gehirn bislang nicht gezielt auf diese wechselnden Bedingungen vorbereiten. Gerade bei komplexen Aufgaben wie einer Landung oder dem Betrieb technischer Systeme könnten Orientierung und Koordination kurzfristig beeinträchtigt sein.
Forschung soll Gegenmaßnahmen entwickeln
Die Wissenschaft arbeitet deshalb bereits an möglichen Lösungen. Neben langfristigen Konzepten wie rotierenden Raumfahrzeugen mit künstlicher Schwerkraft untersuchen Forscher auch Verfahren, bei denen bestimmte Hirnregionen mithilfe schwacher elektrischer Impulse stimuliert werden sollen. Ziel ist es, die Anpassungsfähigkeit des Gehirns gezielt zu unterstützen.
Die Wissenschaftler betonen jedoch, dass die Erkenntnisse nicht nur für die Raumfahrt wertvoll sind. Das Verständnis darüber, wie sich das Gehirn an völlig neue Umweltbedingungen anpasst, könnte künftig auch neue Ansätze für die Behandlung neurologischer Erkrankungen oder die Rehabilitation nach Verletzungen liefern.
Mit den geplanten Artemis-Missionen der NASA und langfristigen Vorhaben für bemannte Flüge zum Mars gewinnt die Erforschung der Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf das menschliche Gehirn zunehmend an Bedeutung. Die Studie zeigt, dass der Mensch zwar erstaunlich anpassungsfähig ist – für Reisen zu fernen Planeten jedoch noch einige wissenschaftliche Hürden überwinden muss.
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