Hay un renovado interés por el cosmos gracias a la nueva carrera espacial que han impulsado los magnates Elon Musk, Jeff Bezos y Richard Branson. Todos ellos, de una forma u otra, están interesados en fomentar el turismo espacial, aunque sus objetivos sean diferentes. Elon Musk sueña con volar a Marte, Jeff Bezos anhela construir una colonia en la Luna y Richard Branson pretende, a través de la compañía Virgin, ofrecer turismo espacial de lujo. Este nuevo impulso en la carrera espacial llevará más lejos a más personas y esto, en términos biológicos o médicos, significa muchos cuerpos humanos expuestos a condiciones para las cuales no están inicialmente adaptados.

¿Qué factores del espacio afectan al cerebro?

Mientras que científicos e ingenieros están desarrollado nuevas tecnologías y máquinas que nos permitirán alcanzar distancias insospechadas en el espacio profundo, queda abierta la pregunta de si nuestros cuerpos podrán aguantar tales viajes. La ciencia que se dedica al estudio de este interrogante es la medicina espacial y, dentro de esta, la neurociencia espacial estudia el efecto de los viajes interplanetarios en el sistema nervioso central.

Los principales factores adversos a los que se enfrenta el cuerpo humano son la microgravedad, las radiaciones ionizantes, la soledad y la vida en unas condiciones de confinamiento.

Figura 1. Astronauta flotando en la ingravidez del espacio. Extraído de Wikipedia (2022).

La microgravedad es un término que indica la presencia de fuerzas gravitacionales muy pequeñas y podría considerarse como sinónimo de ingravidez (fig. 1). La influencia de la microgravedad en los procesos fisiológicos, estructurales y funcionales del cuerpo humano es conocida. En los vuelos espaciales de larga duración se incrementa el volumen intracraneal total. Este aumento da lugar tanto a modificaciones estructurales en el cerebro como a cambios en la presión intracraneal e intraocular. Un ejemplo de este tipo de problemas son las modificaciones anatómicas del globo ocular y del nervio óptico que producen cambios en la visión en el conocido como síndrome neuro-ocular asociado al viaje espacial (SANS, por sus siglas en inglés). Además, el sistema vestibular, el encargado de mantener el equilibrio y la postura, también se ve afectado por la exposición a la microgravedad pudiendo provocar ataques de pánico, ansiedad, fatiga, náusea y vomito.

Las investigaciones sobre el efecto de las radiaciones cósmicas o ionizantes en modelos animales han revelado modificaciones en muchos tipos de neuronas dentro del cerebro. Estos cambios en las células nerviosas se relacionan con problemas en el comportamiento. Sin embargo, aunque estos resultados son muy valiosos para entender lo que le ocurre a un sistema nervioso, es cuestionable que todos estos hallazgos en roedores se puedan replicar en los seres humanos. Otra fuente de conocimiento sobre los posibles efectos de las radiaciones cósmicas en las personas son el uso de las radiaciones ionizantes en la práctica clínica, como, por ejemplo, la radioterapia en el tratamiento de tumores cerebrales. Estas terapias han demostrado causar efectos debilitantes y progresivos en las habilidades cognitivas (aprendizaje, memoria, velocidad de procesamiento, atención, flexibilidad cognitiva y en las funciones ejecutivas). Además, la exposición a este tipo de radiación durante largos viajes o estancias espaciales podría aumentar la probabilidad de desarrollar cáncer en el cerebro por parte de los astronautas.

Figura 2. Fotografía de la Estación Espacial Internacional. Extraído de Wikipedia (2022).

Las largas estancias en astronaves, estaciones planetarias o espaciales (fig. 2), donde los astronautas vivirían confinados en estructuras aisladas y con poco contacto con otros seres humanos, podrían tener un impacto negativo tanto en el rendimiento como en el comportamiento. Además, algunos estudios han demostrado que este tipo de ambientes afecta negativamente al sueño, lo que causaría un estrés adicional y aumentarían los problemas de salud mental afectando al desempeño de las misiones. Los riesgos relacionados con el aislamiento no se limitan a modificaciones en la fisiología o psicología de los exploradores espaciales, varios trabajos que estudiaron el aislamiento al que se verían sometidos los astronautas han demostrado cambios en diferentes regiones del cerebro como el hipocampo o la corteza prefrontal.

¿Qué nos han revelado las técnicas de neuroimagen en los astronautas?

Los estudios de neuroimagen realizados después de los vuelos en el espacio han detectado numerosos cambios en el posicionamiento y la estructura del cerebro, incluyendo alteraciones en el sistema ventricular (fig. 3), una serie de cavidades por las cuales circula el líquido que protege el cerebro. Por ejemplo, una investigación demostró un aumento del volumen total de los ventrículos en los astronautas que estuvieron durante largos periodos de tiempo (alrededor de 165 días) en comparación con unos pocos días (aproximadamente 14 días) en la Estación Espacial Internacional. Estos cambios en los ventrículos pueden persistir hasta un año y revertirse con el tiempo.

Figura 3. Esquema del sistema ventricular en el cerebro. Extraído y modificado de Wikipedia (2022).                                       

Varios estudios han demostrado que no hay un cambio significativo en la materia gris, areas del cerebro donde estan las neuronas, y blanca, zonas donde residen las fibras nerviosas, global (fig. 4) después de un vuelo espacial. Sin embargo, un trabajo realizado en 2020 encontró un aumento significativo de la materia blanca global en astronautas que habían estado durante largo tiempo (alrededor de 170 días) en la Estación Espacial Internacional. Además, algunas investigaciones han revelado cambios en regiones concretas dentro del cerebro tras un vuelo espacial. Por ejemplo, la disminución de la materia gris en las zonas cerebrales temporales y frontales o su aumento en las áreas sensoriomotoras y motoras del cerebro. Posiblemente, la mayoría de estas modificaciones estén relacionadas con los cambios de volumen del cerebro y se revierten en unos 6 o 7 meses tras aterrizar en la tierra. Además, también se ha visto un aumento del volumen de la materia blanca en las regiones motoras e involucradas en la coordinación como el cerebelo o la corteza motora primaria. Por último, resaltar que los astronautas que estuvieron en misiones de larga duración tuvieron mayores modificaciones en su materia blanca que los que tuvieron estancias de menor duración.

Figura 4. Esquema de un cerebro donde se puede ver la materia gris y blanca. La materia gris comprende las areas del cerebro donde se concentran las neuronas y la materia blanca son las zonas donde abundan las fibras nerviosas que llevarian la información entre neuronas. Diseñado con Biorender (2022).

La conectividad funcional del cerebro (interacción entre las diferentes áreas cerebrales) en los cosmonautas disminuye en el cerebelo en las regiones relacionadas con las funciones propioceptivas, visuales, motoras y somatosensoriales después de un vuelo espacial. También se ha encontrado una disminución en el núcleo vestibular con las regiones motoras y sensoriales del cerebro. Esto último se cree que es una adaptación del sistema nervioso en los vuelos espaciales que ayudaría a aliviar el síndrome de adaptación espacial (un malestar que puede producir náuseas, vómitos, dolor de cabeza, etc..).

¿Qué medidas se podrían tomar para mejorar las condiciones de los astronautas en los largos viajes espaciales?

El uso de escáneres médicos podría ser muy útil para poder detectar problemas como deterioro cognitivo o tumores cerebrales durante los largos vuelos en el espacio profundo. Sin embargo, el volumen y la compleja tecnología de los equipos de resonancia magnética, tomografía por emisión de positrones o tomografía computarizada no hacen viable cargar con estos aparatos durante las travesías espaciales. No obstante, como posible solución a esta situación, existen algunas tecnologías portátiles para estudiar el cerebro como el electroencefalograma (EEG), la espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS, por sus siglas en inglés) y los ultrasonidos

Figura 5. Un astronauta utiliza gafas de realidad virtual para practicar situaciones de rescate en el espacio. Extraído de NASA Johnson en Flirck (2022). 
 
 
 

Algunos científicos han planteado medidas para compensar los efectos perniciosos del espacio en las funciones neurológicas de los astronautas. Por ejemplo, el desarrollo de sistemas de realidad virtual para ayudar a los astronautas a manejarse en ingravidez (fig. 5) o el uso de posibles sistemas de gravedad artificial. En cualquier caso, el desarrollo de técnicas que ayuden a minimizar los efectos de las largas estancias en el espacio sobre el cerebro es un campo que está muy poco explorado.

El conocimiento de los cambios del sistema nervioso en el espacio, o en otros planetas, durante largos periodos de tiempo será fundamental para las próximas décadas de exploración espacial. Esto será esencial en la implementación de tecnología para mantener las funciones neurológicas de los astronautas en los viajes espaciales. El mantenimiento de una adecuada salud cerebral en la tripulación de una nave espacial o de una estación planetaria no solo es importante desde el punto de vista del individuo sino también es crucial para la seguridad y éxito de las misiones.

Bibliografía

1. Simon Worrall. (2018). Estos tres milmillonarios compiten en una carrera espacial: ¿quién ganará? National Geographic. https://www.nationalgeographic.es/espacio/2018/04/estos-tres-milmillonarios-compiten-en-una-carrera-espacial-quien-ganara

2. Roy-O'Reilly, M., Mulavara, A., & Williams, T. (2021). A review of alterations to the brain during spaceflight and the potential relevance to crew in long-duration space exploration. NPJ microgravity, 7(1), 5. https://doi.org/10.1038/s41526-021-00133-z

3. Dinatolo, M. F., & Cohen, L. Y. (2022). Monitoring the Impact of Spaceflight on the Human Brain. Life (Basel, Switzerland), 12(7), 1060. https://doi.org/10.3390/life12071060

4. Jandial, R., Hoshide, R., Waters, J. D., & Limoli, C. L. (2018). Space-brain: The negative effects of space exposure on the central nervous system. Surgical neurology international, 9, 9. https://doi.org/10.4103/sni.sni_250_17

 

Ángel García de Lucas
Ángel García de Lucas

Investigador Marie Skłodowska-Curie en el laboratorio de imagen molecular preclínica del sistema nervioso central del Centro PET Turku en la Universidad de Turku. Como neurocientífico ha trabajado en el campo de la neurobiología del dolor en la Universidad de Alcalá y como investigador de imagen biomédica ha realizado su tesis doctoral en el campo de la oncología en el Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

 
Sobre este blog

Explorando el sistema nervioso a través de las imágenes. 

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