Einsatz bildgebender Verfahren zur Darstellung schwerelosigkeitsbedingter Veränderungen der Hirnphysiologie



Während die Forschungen zur Auswirkung von Schwerelosigkeit auf muskel- und knochenphysiologische Systeme sehr weit fortgeschritten sind, gibt es bislang lediglich Untersuchungsansätze zum Einfluss von Schwerelosigkeit auf die Hirnphysiologie. Es ist kaum bekannt, inwieweit Schwerelosigkeit zu zentral-physiologischen Veränderungen führt, die dann wiederum kognitive, mentale und motorische Prozesse beeinträchtigen.

Bildgebende Verfahren wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die Magnetresonanztomographie (MRT) sind aufgrund von Raum-, Kosten- und damit Effizienzgründen in der Raumfahrt kaum denkbar. Im Gegensatz dazu ist die nicht-invasive Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) eine relativ kostengünstige Methode, um in Echtzeit hämodynamsiche Vorgänge (wie Blutvolumenverschiebung, Sauerstoffsättigung) im Gehirn abzubilden.

Sie kann selbst unter extremen Bedingungen eingesetzt werden. In Kombination mit der Elektroenzephalographie (EEG) und der Elektrotomographie (LORETA) ist es damit möglich, neben einer tieferen Lokalisation hirnphysiologische Vorgänge, elektrokortikale Vorgänge (Veränderungen der Gehirnaktivität, beispielsweise bei Gravitationswechseln) auch mit einer hohen zeitlichen Auflösung zu messen.

Die Verknüpfung beider Techniken soll es ermöglichen, erstmals sowohl die Auswirkung hämodynamischer als auch elektrophysiologischer Vorgänge des Gehirns in Schwerelosigkeit und reduzierter Schwerkraft abbilden zu können. Zuerst soll dies im Rahmen einer Machbarkeitsstudie während eines Parabelflugs geschehen. Danach planen die Wissenschaftler, beide Techniken auch während mittel- und langfristigen Aufenthalten im Weltraum einzusetzen.

Die Forscher vermuten, dass es aufgrund der langfristigen Umverteilungen des Blutvolumens und des damit verbundenen höheren Sauerstoffangebots für das Gehirn zu Veränderungen im zentralen Nervensystem kommt. Diese sind unter anderem auch für anämische Prozesse verantwortlich, welche wiederum leistungsbegrenzend wirken und damit für den Erfolg und die Sicherheit einer Mission entscheidend sein können.
 
Mit den Ergebnissen wird es möglich sein, umfangreiche Gegenmaßnahmen zu entwickeln und anzuwenden. Erste Ergebnisse aus der MARS500-Studie lassen vermuten, dass Sport und Bewegung auch dazu beitragen können neurokognitive Parameter  zu verbessern. Hierfür ist es jedoch nötig, noch mehr über den Einfluss veränderter Schwerkraft auf die Hirnphysiologie und begleitenden neurokognitive Einbußen zu erfahren.


Kontakt
PD Dr.Dr. Stefan Schneider
Deutsche Sporthochschule Köln

Institut für Bewegungs- und Neurowissenschaft

E-Mail: schneider@dshs-koeln.de
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