"È eccitante. Amo questa roba!" disse Bashar Badran, dottorato di ricerca "Questo è così divertente."

Non molti ricercatori hanno la possibilità di galleggiare, senza peso, 32, 000 piedi sopra la Terra. Gli scienziati della Medical University of South Carolina di solito conducono ricerche in ambienti controllati da laboratori dove possono ripetere con attenzione gli esperimenti per ricontrollare i risultati. Ma con un occhio a ciò che i veri astronauti potrebbero sperimentare nei futuri viaggi nello spazio, alcuni scienziati hanno recentemente preso il volo per fare ricerche sul cervello a gravità zero.

Neuroradiologa Donna Roberts, M.D., e il neuroscienziato Badran hanno collaborato al progetto per condurre la stimolazione magnetica transcranica, o TMS, su se stessi e un gruppo di assistenti volontari, principalmente dal Dipartimento di Psichiatria e Scienze Comportamentali del MUSC College of Medicine.

Roberts ha passato anni a studiare come la gravità zero e la microgravità influenzino il cervello umano, infatti, questa era la sua motivazione per andare alla scuola di medicina. Questo esperimento è stato principalmente un test per dimostrare che la TMS può essere utilizzata in sicurezza in assenza di gravità e per confrontare i risultati dei partecipanti sotto la forza di gravità terrestre con i loro risultati in assenza di gravità.

Durante una procedura TMS, un impulso magnetico viene inviato attraverso il cranio nel cervello per stimolare l'attività elettrica. Il polso è altamente localizzato, non raggiunge l'intero cervello. L'amministratore TMS posiziona una bobina sulla testa del soggetto; quando il pollice del soggetto si contrae, l'amministratore sa che la bobina TMS è nel posto giusto.

Qui sulla Terra, TMS è approvato dalla FDA per la depressione difficile da trattare. Scienziati al MUSC e altrove stanno anche studiando l'uso della TMS per il disturbo da stress post-traumatico; per trattare l'appetito e il dolore nelle persone in trattamento per il disturbo da uso di oppiacei; e nella riabilitazione fisica e mentale per i pazienti colpiti da ictus. La depressione potrebbe essere una preoccupazione per le persone in missioni a lungo termine lontane dalla Terra che non si aspettano di mettere piede su un terreno solido per anni, e Roberts e Badran hanno affermato che il TMS potrebbe essere uno strumento utile e salvaspazio per le missioni spaziali a lungo termine, piuttosto che il valore di un'intera farmacia di farmaci.

"In definitiva, non vuoi andare su Marte o in una missione interplanetaria con tutti questi farmaci. E non puoi facilmente allestire un laboratorio di chimica per sintetizzarli tutti. Quindi TMS sarebbe molto chiaro, facile soluzione per problemi neuropsichiatrici. Questa è la lunga visione di 20 anni, " ha detto Badran.

Ha anche il potenziale per mantenere gli astronauti in buona forma cognitiva sui voli a lungo termine in modo che siano pronti a mettersi al lavoro quando atterreranno sulla luna o sul pianeta rosso.

Ma prima, i ricercatori devono capire come dovrebbe essere una lettura "normale" a gravità zero.

È già noto che i farmaci si metabolizzano in modo diverso quando una persona è nello spazio. Astronauti che prendono sonniferi, Per esempio, dover capire attraverso tentativi ed errori il dosaggio corretto nello spazio, ha detto Roberts.

E la precedente ricerca di Roberts, confrontando le risonanze magnetiche cerebrali degli astronauti prima e dopo un viaggio alla Stazione Spaziale Internazionale, hanno mostrato cambiamenti fisici nel cervello correlati ai cambiamenti nelle capacità motorie e nelle prestazioni cognitive degli astronauti.

"Se ci fosse un modo per mantenere il cervello in forma sulla strada per Marte, sarebbe molto utile. Ecco perché la NASA è interessata a questa tecnologia. Ma per usarlo nello spazio, dobbiamo capire, "C'è una differenza nel modo in cui gli astronauti reagiscono qui sulla Terra rispetto allo spazio?" proprio come la differenza che sperimentano nei farmaci. Quindi era su questo che si basava questo studio, " lei disse.

Ed è qui che gli scienziati hanno avuto modo di divertirsi un po'. Per testare il TMS a gravità zero, sarebbero saliti a bordo di un aereo speciale gestito da Zero Gravity Corporation, che offre voli a gravità zero per avventure personali, produzioni e ricerche mediatiche.

L'aereo, soprannominato G-Force One, vola una serie di archi, dirigendosi verso l'alto a 45 gradi e poi verso il basso a 45 gradi. Per i brevi 20-30 secondi tra la salita e la discesa, tutti nell'aereo diventano senza peso. Tutto ciò che non è imbullonato galleggia. E quella finestra di soli 20-30 secondi era il tempo durante il quale Roberts e Badran dovevano eseguire il loro test TMS.

Avrebbero un totale di 30 archi, o parabole, lavorare con. C'erano 10 persone nel loro gruppo, diviso tra uomini e donne, e ogni persona doveva fare il test almeno due volte per ottenere un buon campione.

Ma prima, c'erano alcuni problemi logistici da superare. Nel laboratorio, ci può essere un sacco di problemi con l'attrezzatura per portare la bobina nel punto esatto esatto sulla testa di qualcuno. Con una finestra così breve per eseguire il test sull'aereo, non ci sarebbe stato tempo per pasticciare con i macchinari. Avevano bisogno di un modo infallibile per assicurarsi che la bobina fosse nel posto giusto al momento giusto.

"Ci siamo davvero concentrati sulle piccole cose, " Badran ha detto. "Questo studio è stato davvero un affare one-shot. Il volo era prenotato. Tutto era pronto. Avevamo una data di inizio fissa, un periodo di tempo fisso per fare l'esperimento e tutto doveva andare alla perfezione, e tutto dipendeva dalla creazione di questa cosa che non esisteva." Così Badran si è procurato un casco da motociclista e una sega Dremel e si è messo al lavoro. Ha scoperto che poteva inserire una bobina TMS in una nicchia che ha tagliato nel casco, ma l'aggeggio era troppo pesante e traballante per essere pratico.

Prossimo, si è rivolto all'uso del nastro in fibra di vetro per colata, lo stesso materiale utilizzato per realizzare calchi per ossa rotte. Ogni partecipante si è seduto per una prova, e Badran ha creato un peso leggero, casco durevole che si adatta alla testa dell'individuo, con un'area di attacco per la bobina TMS che assicurava che l'impulso magnetico raggiungesse il punto giusto nel cervello di quell'individuo, senza bisogno di armeggiare.

Il team di volontari di Roberts e Badran era composto da persone del Dipartimento di Psichiatria e Scienze Comportamentali con esperienza nella somministrazione di TMS, poiché tutti avrebbero bisogno di alternarsi sia come sudditi che come amministratori. Volevano persone che avessero all'incirca l'età di veri astronauti, quindi l'età media era intorno ai 30 anni.

"Tutti quelli che erano volatori, non potevano solo venire, volare e divertirsi. Facevano parte attiva del gruppo di ricerca, pure, " ha detto Badran.

Roberts e Badran sapevano di avere una possibilità per far funzionare l'esperimento. Questi voli sono costosi, e la maggior parte della borsa di studio andava a quella spesa. In ogni 20-30 secondi di assenza di gravità, avrebbero bisogno di avviare il software sui loro computer, che invierebbe un segnale alla bobina, registrare una contrazione del pollice e quindi riferire che il TMS ha funzionato. Se non ha registrato una contrazione del pollice, quindi il sistema aumentava la potenza e inviava un altro segnale finché non si registrava una contrazione del pollice. Ma se non ha funzionato affatto, avrebbero dovuto risolvere i problemi al volo o affrontare la possibilità che l'intero esperimento fosse un completo fallimento.

Il gruppo MUSC ha condiviso il volo con altre tre organizzazioni che conducono ricerche spaziali. Poiché le macchine TMS prelevavano energia dall'aereo, Badran ha dovuto prima eseguire un test sul campo, a piena potenza, per assicurarsi che non sovraccaricassero l'aereo. era abbastanza vicino, Egli ha detto, ma l'equipaggio di volo ha dato loro il via libera. Così sono saliti.

I caschi artigianali si sono comportati magnificamente. Hanno preso almeno tre misurazioni per ogni persona, che potevano confrontare con più misurazioni effettuate a terra prima e dopo il volo. E come bonus, l'esperimento è stato molto più divertente del tuo tipico esperimento di laboratorio.

La loro carta, pubblicato il 21 settembre in Microgravità della natura , mostra che era necessario meno elettromagnetismo in assenza di gravità rispetto alla Terra per indurre una contrazione del pollice. Ciò suggerisce che i cambiamenti neurofisici avvengano nel cervello, ma ci sono diverse spiegazioni possibili, che vanno dal cervello che si sposta fisicamente all'interno del cranio ai neuroni che reagiscono più fortemente alla stimolazione. C'è altro da imparare, loro hanno detto.

È un problema vicino al cuore di Roberts, come lei ha sostenuto più volte, più recentemente in un articolo su The Lancet Neurology, per ulteriori ricerche sui cambiamenti cerebrali negli esploratori spaziali.

Avendo dimostrato che la TMS è possibile a gravità zero, il team è ben attrezzato per continuare a trovare risposte a queste domande.