Efter at have tilbragt 14 frigide måneder i Antarktis forlod ni ekspeditører kontinentet med lidt mindre hjerner, ifølge en ny undersøgelse.
Et team af forskere scannede ekspeditionernes hjerner før og efter rejsen og fandt, at visse strukturer i orgelet var skrumpet ind under turen. Især en hjernestruktur, der var kritisk for læring og hukommelse kaldet hippocampus, havde mistet betydelig volumen. Resultaterne, der blev offentliggjort i dag (4. december) i The New England Journal of Medicine, antyder, at ekspeditionerne muligvis har gået glip af meget tiltrængt hjernestimulering ved at bo og arbejde i en isoleret forskningsstation ude på polisen, med kun en få udvalgte mennesker og i flere måneder.
Hjernekrympning kan også undergrave ekspeditionernes evne til at behandle følelser og interagere med andre, fordi hippocampus er "nøglen" til disse kognitive evner, medforfatter Alexander Stahn, en rummedicinsk forsker på Charité - Universitätsmedizin Berlin og adjunkt i professor medicinsk videnskab inden for psykiatri ved University of Pennsylvania, fortalte Live Science i en e-mail.
De hjerneændringer, der ses i Antarktis-teamet, gentager lignende observationer, der er foretaget i gnavere, hvilket antyder, at langvarige perioder med social isolering afskrækker hjernens evne til at opbygge nye neuroner. At leve i et "monotont" miljø, et sted, der sjældent ændrer sig og indeholder få interessante genstande eller værelser at udforske, ser ud til at skabe ændringer i gnavernes hjerner, der ligner dem, der ses i ekspeditionerne, især i hippocampus. Som en af de få hjerneområder, der genererer neuroner til voksen alder, hippocampus kontinuerligt tilslutter vores neurale kredsløb, når vi lærer og får nye minder, ifølge BrainFacts.org.
Selvom gnaverhjernen ser ud til at stole på miljøstimulering for at opretholde hippocampus, kendes mindre om virkningerne af isolering og monotoni på den menneskelige hjerne. Stahn og hans medforfattere mente, at en fjerntliggende forskningsstation på Sydpolen kunne fungere som det perfekte laboratorium til at undersøge. Stahn studerer primært, hvordan hjernen kan ændre sig under langvarig rumrejse, men Antarktis tilladte ham at undersøge disse effekter lidt tættere på hjemmet, sagde han.
”Det kan betragtes som en fremragende rumanalog at vurdere virkningerne af langvarig isolering og indeslutning,” sagde han.
Den omhandlede polære forskningsstation, kaldet Neumayer Station III, står på Ekström Ishylde nær Weddell Havet og huser ni mennesker gennem vintermånederne, ifølge Alfred Wegener Institute, der driver stationen. Selve bygningen indeholder de fleste af holdets arbejdsområder, fællesarealer og forsyningsrum, truende over den snedækkede ishylde på 16 hydrauliske stivere. Omgivet af bitterkold vildmark passer stationen bestemt til lærebogens definition af "isoleret".
Inden ekspeditionerne gik ned efter den antarktiske vinter, skannede Stahn og hans medforfattere emnenes hjerner via magnetisk resonansafbildning (MRI), der bruger et stærkt magnetfelt og radiobølger til at fange strukturelle billeder af hjernen. Af medicinske grunde kunne en af ekspeditionerne ikke gennemgå MR, men forfatterne målte interne niveauer af et protein kaldet hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF) for alle ni teammedlemmer. BDNF-proteinet understøtter væksten af nye neuroner og gør det muligt for de spirende celler at overleve; uden BDNF kan hippocampus ikke skabe nye neurale forbindelser.
Forfatterne testede ekspeditionernes BDNF-niveauer og kognitive præstationer gennem hele ekspeditionen og scannede deres hjerner igen, efter at teamet var kommet hjem. Forskere trak også de samme målinger fra ni raske deltagere, der ikke gik på ekspeditionen.
Selvfølgelig mistede ekspeditionerne mere hippocampalvolumen og BDNF i løbet af deres 14 måneder på Sydpolen end gruppen, der blev hjemme.
Især dyppede et område af hippocampus, der kaldes dentatgyrus, markant i de otte ekspeditører, der gennemgik MRI. Denne region tjener som arnested for neurogenese i hippocampus og registrerer minder fra begivenheder, ifølge BrainFacts.org. I gennemsnit krympede hver ekspeditionss dentate-gyrus med ca. 4% til 10% under deres ophold på forskningsstationen.
Ekspeditionører med større volumentab i dentatgyrusen presterede også værre ved tests af rumlig forarbejdning og selektiv opmærksomhed sammenlignet med deres score før ekspeditionen. Andre områder af ekspeditionshjerner syntes også at krympe under turen, herunder flere pletter på hjernebarken (det rynkede ydre lag af hjernen); disse pletter var den venstre parahippocampale gyrus, højre dorsolaterale præfrontale cortex og venstre orbitofrontale cortex.
En fjerdedel af vejen gennem ekspeditionen var ekspeditionernes BDNF-niveauer allerede faldet fra deres baseline-niveauer, og de faldt til sidst med ca. 45% i gennemsnit. Disse niveauer forblev lave selv 1,5 måneder efter, at holdet vendte hjem. Større reduktioner i BDNF-niveauer korrelerede med større volumentab i dentatgyrusen fra før ekspeditionen til bagefter, siger undersøgelsen.
Da deres undersøgelse kun omfattede ni personer, understregede forfatterne, at deres "data skulle fortolkes med forsigtighed." Baseret på deres forskning alene kan forfatterne ikke bestemme, hvilke elementer i ekspeditionen udgjorde social eller miljømæssig berøvelse, specifikt, bemærkede de. Ikke desto mindre, forskerne sagde, antyder resultaterne, at langvarig isolering kan udtømme den menneskelige hjerne af BDNF, ændre strukturen i hippocampus og undergrave vigtige kognitive funktioner som hukommelse.
Forskerne undersøger i øjeblikket flere mulige måder at forebygge denne hjernekrympning, "såsom specifikke fysiske træningsrutiner og virtual reality til at øge sensorisk stimulering," sagde Stahn. Teoretisk set, hvis fund fra gnaverundersøgelser gælder mennesker, kunne "berigelse" af en persons miljø med nye genstande og aktiviteter beskytte hippocampus mod svind, sagde forfatterne.
