Nel corso di una missione nello spazio profondo, gli astronauti sono abitualmente in vari gradi di pericolo. A seconda dei thriller di fantascienza di Hollywood che scegli, questi intrepidi esploratori sono alla mercé di alieni maligni, computer psicotici, o collisioni con asteroidi o detriti spaziali. Anche se queste potrebbero essere tutte possibili preoccupazioni, remoto o altro, il più grande pericolo reale per gli astronauti potrebbe infatti essere quello che non si vede:le radiazioni spaziali.

L'atmosfera terrestre e il campo magnetico, proteggere in gran parte la vita sul pianeta dalle radiazioni cosmiche. Quando gli astronauti viaggiano oltre quella bolla protettiva, particelle energetiche chiamate raggi cosmici galattici bombardano i loro corpi. Si pensa che i raggi cosmici galattici siano i resti delle supernovae e contribuiscano all'ambiente delle radiazioni spaziali insieme ai protoni e ai nuclei di elio espulsi dal nostro Sole.

Il nostro gruppo studia come l'esposizione alle radiazioni influisca sulla salute umana. La conseguenza più preoccupante di queste esposizioni alle radiazioni sono gli effetti negativi sul cervello degli astronauti. Secondo i risultati del nostro nuovo studio sui topi, l'esposizione ai raggi cosmici altera le funzioni cerebrali causando problemi di apprendimento, memoria e umore che possono, se i risultati valgono per gli esseri umani, influenzare la capacità di una persona di adattarsi e rispondere in situazioni impreviste o stressanti. Questo risultato potrebbe mettere a repentaglio la sicurezza degli astronauti e il successo della missione.

Simulazione della radiazione spaziale sulla Terra

Insieme ad altri biologi delle radiazioni, sono particolarmente preoccupati per gli astronauti perché, con la nostra tecnologia attuale, non c'è modo di proteggerli o schermarli dalle radiazioni spaziali.

Le particelle di radiazione cosmica che viaggiano vicino alla velocità della luce si scontrano con il veicolo spaziale e generano prodotti di frammentazione inclusi i neutroni. Questi prodotti di frammentazione hanno ancora l'energia per passare attraverso il corpo umano. Quando i neutroni interagiscono con altri nuclei del corpo producono radicali liberi, molecole reattive che possono danneggiare le membrane cellulari, DNA e altre strutture fini negli organi. Nel cervello, i miei co-investigatori e credo, danneggiano le strutture microscopiche delle cellule del cervello, o neuroni. Questi includono regioni dei dendriti, proiezioni filiformi che si collegano ad altre cellule cerebrali, mielina e sinapsi che sono tutte vitali per formare reti e comunicare.

Molti ricercatori finanziati dalla NASA hanno studiato l'impatto dell'esposizione alle radiazioni sugli astronauti e le prove suggeriscono che il cervello sarà danneggiato dall'esposizione alle radiazioni spaziali. I risultati attuali promuoveranno la comprensione da parte dei ricercatori dei rischi dell'esposizione alle radiazioni spaziali sulla funzione cerebrale e ci consentiranno di sviluppare strategie per prevenire questi problemi e facilitare l'esplorazione umana sicura dello spazio.

Nello spazio profondo, le esposizioni alle radiazioni si verificano a poco a poco nel corso dell'intero viaggio. Questo era un elemento del viaggio spaziale per il quale non avevamo dati fino a poco tempo fa. In quegli studi precedenti, le esposizioni alle radiazioni sono state consegnate ai roditori in pochi minuti. Ciò non simula accuratamente ciò che un astronauta sperimenterebbe in una missione su Marte.

I fisici della Colorado State University hanno ora sviluppato una struttura che consente ai ricercatori di fornire un'esposizione alle radiazioni dello spazio profondo molto lenta e molto più realistica - 1 milliGray di radiazioni ogni giorno.

Usando l'impianto di neutroni del Colorado, abbiamo usato questa esposizione simulata alle radiazioni spaziali per misurare il suo effetto sul cervello dei topi.

Connessioni interrotte e ricordi persi

Dopo aver esposto i topi a questa radiazione di neutroni di basso livello per sei mesi, abbiamo esaminato i loro neuroni. Queste sono le cellule specializzate che utilizzano correnti elettriche per comunicare informazioni e immagazzinare ricordi in tutto il cervello. I miei coautori ed io abbiamo scoperto che nel cervello dei topi irradiati, i circuiti che collegano i neuroni in reti non potevano più comunicare in modo efficiente. Ciò potrebbe essere dovuto a danni alle strutture fini sui neuroni, o connessioni in alcuni circuiti neurali che potrebbero essere completamente interrotti. Entrambi i cambiamenti potrebbero diminuire negativamente la funzione cognitiva.

Abbiamo anche usato i topi irradiati per vedere se i cambiamenti neuronali indotti dalle radiazioni fossero correlati a problemi comportamentali che potrebbero presentare un rischio per gli astronauti in una missione nello spazio profondo.

I risultati dei nostri studi sul comportamento hanno dimostrato che i topi esposti ai neutroni per sei mesi hanno avuto problemi con l'apprendimento, adattare e conservare i ricordi. Per esempio, questi topi avevano meno probabilità di essere interessati a un nuovo giocattolo che era stato posizionato nella loro arena di prova rispetto a un giocattolo che avevano già visto prima. I topi di controllo, d'altra parte, ci vorrebbe molto più tempo per esplorare il nuovo giocattolo rispetto al vecchio giocattolo. Allo stesso modo in un altro test, i topi irradiati avevano meno probabilità di preoccuparsi che uno dei giocattoli fosse stato spostato in un luogo diverso. Questi comportamenti suggeriscono una funzione della memoria compromessa.

Problemi sociali

I topi irradiati, rispetto alle loro controparti non irradiate, avevano anche maggiori probabilità di evitare le interazioni sociali e avevano difficoltà a dissociarsi o a dimenticare un evento avverso accaduto in passato. Questi cambiamenti indotti dalle radiazioni spaziali indicano un aumento dei livelli di ansia.

Del tutto, confrontando il comportamento di topi normali non esposti a topi che hanno ricevuto i sei mesi di radiazioni di neutroni ha rivelato cambiamenti nella funzione cerebrale che sono rappresentativi di ciò che accadrebbe al cervello umano nello spazio e potrebbero compromettere significativamente la capacità degli astronauti di rispondere sotto stress o in situazioni impreviste . Infatti, quando abbiamo eseguito calcoli traducendo i risultati dei nostri studi sul comportamento dei roditori in rischio umano, abbiamo stimato che in un equipaggio di cinque astronauti in viaggio su Marte e ritorno, ci aspetteremmo che almeno un membro mostri gravi deficit nella funzione cognitiva quando torna sulla Terra.

Il nostro lavoro è solo uno studio e i risultati devono essere replicati, ma solleva la possibilità che l'esposizione alle radiazioni cosmiche galattiche possa rappresentare un ostacolo significativo ai viaggi nello spazio profondo. Come per le altre sfide tecnologiche, anche se, speriamo che i ricercatori trovino una soluzione. Forse questo sarà lo sviluppo di nuovi materiali che in qualche modo proteggono gli astronauti da questa radiazione. Forse questo avverrà attraverso un'integrazione dietetica o farmacologica.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.