宇宙は私たちが考えていた以上に脳に大きな変化をもたらす

宇宙飛行が人体に及ぼす危険性の多くはすでに知られている。骨や筋肉の減少、眼球の大きさや機能の歪み、放射線などは、無重力状態で過ごすことで生じる健康への影響の長いリストの中のほんの一部にすぎない。しかし、ますます懸念される研究分野が1つある。それは、宇宙環境が脳にダメージを与える可能性があることと、微小重力自体が脳の形や構造に独特の不規則性を引き起こす可能性があることだ。今週JAMA Neurology誌に発表された新しい研究は、宇宙飛行が脳に及ぼす変化についてさらに懸念される詳細を提供している。この研究結果は、宇宙が脳の健康と安全に与える影響について私たちがいかに知らないかをうっかりと強調するものであり、宇宙飛行士を一度に何年も宇宙に送り始めるにつれて、不安な幽霊が確実に大きくなることを示している。

「これらの脳の変化は、加齢に伴って見られるものと同じ方向でしたが、より速いスピードで起こりました」と、フロリダ大学の応用生理学および運動学の教授で、 JAMA誌の新論文の共著者であるレイチェル・セイドラー氏は言う。「宇宙飛行ミッションの期間が長くなるにつれて、脳の変化は大きくなり、脳の変化が大きいほど、バランス能力の低下も大きくなっていました。」

研究の成果は、頭蓋骨内の頭蓋内液の動きを中心に、宇宙飛行が脳の白質にどのような影響を与えるかという初めての研究でもある。灰白質は主に神経細胞体で構成され、筋肉の制御と感覚知覚に重要な役割を果たすが、白質は主に脂肪に覆われた神経線維で構成され、脳と神経系のさまざまな部分の間でメッセージを伝達する。

灰白質の発達は20代でピークを迎えるが、白質はその後も発達を続け、中年になるまでピークを迎えない。そのため、通常は宇宙ミッションに適していると考えられる若い宇​​宙飛行士の脳の発達が、宇宙飛行によって実質的に阻害されたり歪んだりする可能性があるという大きな懸念が生じている。

宇宙飛行士が地球に帰還すると、方向感覚を失い、運動制御、バランス、機能的運動能力、認知能力に障害を経験、または症状が現れることが多いことは、よく文書化されている。また、宇宙飛行中に脳が頭蓋骨内で上方に移動し、体性感覚皮質（脳の感覚情報を処理する部分）の灰白質の容積も増加することもすでに知られている。しかし、これらのさまざまな障害が互いにどのように関連しているかは、これまで完全には明らかにされていなかった。さらに重要なことは、宇宙飛行が白質にどのような影響を与えるかがこれまで解明されていなかったことだ。

セイドラー氏と彼女のチームは、脳内の水分子の動きを追跡できる拡散MRI（dMRI）スキャンを使用して、宇宙飛行士の脳内で発生する体液の変化を定量化できる新しい技術を開発した。水分子の動きは脳内の白質線維束によって制限されるため、研究者は宇宙飛行の結果として白質構造がどのように変化するかをよりよく理解できる。

NASAは、2010年から2015年にかけて撮影された15人の宇宙飛行士の飛行前と飛行後のdMRIスキャンを公開した。そのうち7人は30日未満のスペースシャトルミッションに参加し、8人は200日未満の国際宇宙ステーションへの長期ミッションを完了した。年齢の中央値は47.2歳で、男性が12人、女性が3人だった。

結果はそれほど驚くべきものではなかった。宇宙飛行により脳の上部の周囲の液体が減少し、脳の底部の周囲の液体が大幅に増加した。これは、頭蓋骨内で脳が上方に移動すると液体の分布が変化することを示す。さらに、研究チームは、視覚情報や空間情報、バランス、垂直知覚、運動制御を処理する脳の経路周辺の白質に変化があることを発見した。白質の変化が最も大きかった宇宙飛行士は、これらのプロセスに最も重大な障害を経験した。

「これらの結果が宇宙を飛行した齧歯類に見られる変化をいかによく反映しているかは説得力がありました」とセイドラー氏は言う。

人体が適応できることを示す、心強い兆候がいくつかあった。ミッション期間や宇宙滞在日数に関係なく、単にミッションを多く経験した宇宙飛行士は、頭蓋内液の動きがそれほど劇的ではなかった。研究者たちは、これは人体が微小重力環境に適応できる兆候かもしれないと考えているが、そこに到達するには環境間の移行を複数回経験する必要がある。

NASA やその他の宇宙飛行関係者が、宇宙で宇宙飛行士の身体、特に脳に危険な変化が起こることを避けたいと考えていることは間違いありません。残念ながら、現時点での問題は、これらの変化が実際にどれほど悪いか、またはどれほど心配なのかを十分に評価するには、データがあまりにも不足していることです。宇宙に打ち上げられたのはほんの一部の人々だけで、ほとんどの人は一度に軌道上で数か月以上過ごしたことはありません。

「現時点では、こうした脳の変化がどのような結果をもたらすかは不明です」とセイドラー氏は言う。「こうした脳の変化が老化とどう関係するのか、また、時間の経過とともに回復するかどうか、あるいは回復するかどうかを理解するには、長期にわたる追跡調査が重要です」。セイドラー氏と彼女のチームは、回復の過程がどのようなものかを示す追跡調査用のMRIスキャンを収集中ですが、実際に何かがわかるのは数か月または数年後になるだろう。

さらに、体液の動きや白質の変化は地上での生活には問題となるかもしれないが、 JAMAに新しい研究とともに掲載された論説では、それが実際には宇宙環境に適応するための脳のやり方であり、「宇宙飛行環境に対する有益な神経適応反応」を表しているのではないかと示唆されており、スタンリー・キューブリックの『2001年宇宙の旅』と似ているかもしれない。

残念ながら、この研究分野もまたジレンマに陥っています。宇宙飛行によって脳がどのように変化するかをより深く理解するには、これらのミッションに参加する宇宙飛行士をより広範囲に研究する必要があります。ただし、より長く、より頻繁な飛行は、将来的にこれらの個人に有害な問題を引き起こす可能性があることが判明する可能性もあります。NASA は、研究が進むにつれてリスクを評価し、慎重に進めることしかできませんが、人類の宇宙での存在を拡大するという目標が高まり始めるにつれて、これらの研究に割り当てられる研究とリソースも増加することを期待しています。