宇宙飛行は、ヒトの脳に長期的な構造変化をもたらすことが判明

宇宙飛行士の脳は、長時間のミッションや頻繁な宇宙への航海によってダメージを受ける可能性があることが、新しい研究で示唆された。

地球の大気圏外では、宇宙飛行士の脳の中にある液体で満たされた部屋は、膨張することで微小重力に適応する傾向がある。しかし、宇宙飛行を終えた後、これらの構造が元に戻るには3年かかる可能性があることが、6月8日付の『Scientific Reports』誌で報告された。この発見は、宇宙飛行士の脳が再び宇宙に行く準備が整うまでには、少なくともそれくらいの飛行間隔が必要であることを示唆している。

脳の中心部には4つの空洞（脳室）があり、臓器のクッションとなり、老廃物を排出するための液体で満たされている。しかし、宇宙では重力が少ないため、宇宙飛行士の頭には液体が溜まってしまうのだ。そのため、脳室はより多くの液体を取り込んで膨張することで適応すると、フロリダ大学の宇宙科学者Rachael Seidler氏は述べている。

研究者たちは、宇宙飛行士がしばしば脳室が拡大した状態で地球に帰還することを知っていた。しかし、Seidler氏らは、宇宙で過ごした時間や過去の飛行からの経過時間が、ミッション中に脳がどの程度変化するかに影響するかどうかを確かめたかった。

研究チームは、30人の宇宙飛行士のMRI脳スキャンを、それぞれの宇宙飛行士のミッションの前と後で調べた。分析の結果、ミッションが長引けば長引くほど、4つの脳室のうち3つの脳室が拡張しているように見えることがわかった。第4脳室は非常に小さいため、体積の変化が小さすぎて検出できなかった可能性があるとSeidler氏は述べている。2週間の旅行では心室への影響はほとんどなかったが、6カ月と12カ月の旅行では、1ミリリットルの単位で心室が拡張した。この2つの期間では、同じ程度の膨張が見られたことから、宇宙での滞在期間が6カ月を超えると膨張が緩やかになることが示唆された。

過去に宇宙飛行をしたことのある18人の宇宙飛行士は、ミッションの間隔にも違いがあるようだ。最後に宇宙に行ったのが3～9年前であった飛行士は、今回のミッションで3つの脳室が平均10～25％拡大した。しかし、最後の宇宙飛行が3年未満だった宇宙飛行士は、脳室がほとんど成長しなかったため、ミッションの間に脳が完全に回復するのに十分な時間がなかった可能性があると、研究者らは述べている。

サウスカロライナ医科大学の神経放射線学者Donna Roberts氏は、「私は、この研究の著者達が最初の一歩を踏み出し、この問題に注目していることを嬉しく思っています。我々が見ている脳の変化に関与し得る変数は非常に多く、それらを整理するのは難しいのです」と、述べている。

宇宙飛行が脳に与える影響は、NASAが火星に人を送り込むことを目指している現在、さらに切迫したものとなっており、往復2年の旅になるかもしれないと彼女は指摘する。「火星に行くためのロケット技術については、誰もが口を揃えて言う。しかし、人間-それが本当の挑戦なのです」。

論文

Scientific Report: Impacts of spaceflight experience on human brain structure

参考文献

University of Florida: Long spaceflights, frequent travel take a toll on astronauts’ brains, study shows
Science Alert: Spaceflight Can Induce Long-Lasting Structural Changes in The Human Brain

研究の要旨

宇宙飛行は、人間の脳の形態に広範な変化をもたらす。これらの脳の変化が、ミッション期間や宇宙飛行経験歴（初心者か経験者か、過去のミッション回数、ミッション間の時間など）の違いによって異なるかどうかは不明である。そこで、宇宙飛行士30名を対象に、飛行前から飛行後にかけての脳灰白質体積、白質微細構造、細胞外自由水（FW）分布、脳室容積の領域別ボクセル単位の変化を定量化し、この問題を解決した。その結果、ミッション期間が長いほど、右側脳室と第三脳室が大きく拡張し、その大部分は宇宙での最初の6ヶ月間に起こり、ミッション期間が長いほど拡張が緩やかになることがわかった。また、飛行間隔が長いほど、飛行後の脳室の拡大が大きく、飛行間隔が3年未満のクルーは、側脳室と第3脳室の拡大がほとんど見られなかった。これらの結果は、宇宙飛行のミッション期間が長くなるにつれて脳室が拡大し、ミッション間隔が3年未満では、脳室がその代償能力を完全に回復するのに十分な時間が得られない可能性があることを示すものであった。これらの知見は、宇宙飛行に伴うヒトの脳の変化について、いくつかの潜在的なプラトーと境界を示すものである。