Etter å ha tilbrakt 14 frigide måneder i Antarktis, forlot ni ekspedisjoner kontinentet med litt mindre hjerner, ifølge en ny studie.
Et team av forskere skannet ekspedisjonenes hjerner før og etter reisen og fant ut at visse strukturer i orgelet hadde krympet i løpet av turen. Spesielt hadde en hjernestruktur som var kritisk for læring og hukommelse kalt hippocampus mistet betydelig volum. Resultatene, publisert i dag (4. desember) i The New England Journal of Medicine, antyder at ekspedisjonene kan ha gått glipp av sårt tiltrengt hjernestimulering ved å bo og jobbe i en isolert forskningsstasjon ute på polarisen, med bare en få utvalgte mennesker og i flere måneder.
Hjernekrympingen kan også undergrave ekspedisjonenes evne til å behandle følelser og samhandle med andre, fordi hippocampus er "nøkkelen" til de kognitive evnene, medforfatter Alexander Stahn, en rommedisinsk forsker ved Charité - Universitätsmedizin Berlin og assisterende professor i medisinsk vitenskap i psykiatri ved University of Pennsylvania, fortalte Live Science i en e-post.
Hjerneforandringene som sees i Antarktis, gjenspeiler lignende observasjoner som ble gjort i gnagere, noe som tyder på at langvarige perioder med sosial isolasjon sløfter hjernens evne til å bygge nye nevroner. Å leve i et "monotont" miljø, et sted som sjelden forandrer seg og inneholder få interessante gjenstander eller rom å utforske, ser ut til å bevirke endringer i gnagernes hjerner som ligner de som ble sett i ekspedisjonene, spesielt i hippocampus. Som en av få hjerneregioner for å generere nevroner i voksen alder, hippocampus kobler kontinuerlig ut nervekretsene våre når vi lærer og får nye minner, ifølge BrainFacts.org.
Selv om gnagerhjernen ser ut til å stole på miljøstimulering for å opprettholde hippocampus, er mindre kjent om effekten av isolasjon og monotoni på den menneskelige hjernen. Stahn og hans medforfattere mente at en ekstern forskningsstasjon på Sydpolen kan fungere som det perfekte laboratoriet å undersøke. Stahn studerer først og fremst hvordan hjernen kan endre seg under langvarig romfart, men Antarktis tillot ham å undersøke disse effektene litt nærmere hjemmet, sa han.
"Det kan betraktes som en utmerket romanalog å vurdere effekten av langvarig isolasjon og innesperring," sa han.
Den aktuelle polarforskningsstasjonen, kalt Neumayer Station III, står på Ekström ishylle nær Weddellhavet og huser ni personer gjennom vinterhalvåret, ifølge Alfred Wegener Institute, som driver stasjonen. Selve bygningen inneholder de fleste av teamets arbeidsområder, fellesarealer og forsyningsrom, truende over den snødekte ishylla på 16 hydrauliske stag. Omgitt av bitter-kald villmark, passer stasjonen absolutt til lærebokdefinisjonen av "isolert."
Før ekspedisjonene nappet til Antarktis vinter, skannet Stahn og hans medforfattere subjektenes hjerner via magnetisk resonansavbildning (MRI), som bruker et sterkt magnetfelt og radiobølger for å fange strukturelle bilder av hjernen. Av medisinske årsaker kunne en av ekspedisjonene ikke gjennomgå MR, men forfatterne målte interne nivåer av et protein kalt hjerneavledet nevrotrofisk faktor (BDNF) for alle ni teammedlemmer. BDNF-proteinet støtter veksten av nye nevroner og lar de spirende cellene overleve; uten BDNF kan ikke hippocampus smi nye nevrale forbindelser.
Forfatterne testet ekspedisjonørenes BDNF-nivåer og kognitive ytelse gjennom hele ekspedisjonen, og skannet hjernen igjen etter at teamet kom hjem. Forskere trakk også de samme målingene fra ni sunne deltakere som ikke gikk på ekspedisjonen.
Visst nok mistet ekspedisjonene mer hippocampal volum og BDNF i løpet av sine 14 måneder på Sydpolen enn gruppen som ble hjemme.
Spesielt dyppet en region i hippocampus, kalt dentate gyrus, betydelig i de åtte ekspedisjonene som gjennomgikk MR. Denne regionen fungerer som arnested for nevrogenesen i hippocampus og registrerer minner fra hendelser, ifølge BrainFacts.org. I gjennomsnitt krympet hver ekspedisjons dentate-gyrus med rundt 4% til 10% under oppholdet på forskningsstasjonen.
Ekspedisjonærer med større volumtap i dentate gyrus presterte også dårligere på tester av romlig prosessering og selektiv oppmerksomhet, sammenlignet med deres score før ekspedisjonen. Andre områder av ekspedisjonshjernen syntes også å krympe under turen, inkludert flere flekker på hjernebarken (det rynkete ytre laget av hjernen); disse flekkene var venstre parahippocampal gyrus, høyre dorsolateral prefrontal cortex og venstre orbitofrontal cortex.
En fjerdedel av veien gjennom ekspedisjonen hadde ekspedisjonenes BDNF-nivåer allerede falt fra baseline-nivåene, og de falt til slutt med omtrent 45% i gjennomsnitt. Disse nivåene forble lave selv 1,5 måneder etter at laget kom hjem. Større reduksjoner i BDNF-nivåer korrelerte med større volumtap i dentatgyrusen fra før ekspedisjonen til etterpå, sier studien.
Fordi studien bare inkluderte ni personer, understreket forfatterne at deres "data skulle tolkes med forsiktighet." Basert på deres forskning alene, kan ikke forfatterne bestemme hvilke elementer i ekspedisjonen som utgjorde sosial eller miljømessig berøvelse, spesielt, bemerket de. Likevel, sier forskerne, antyder resultatene at langvarig isolasjon kan utarme den menneskelige hjernen til BDNF, endre strukturen i hippocampus og undergrave viktige kognitive funksjoner som hukommelse.
Forskerne undersøker for tiden flere mulige måter å forebygge krymping av hjernen, "som spesifikke fysiske treningsrutiner og virtual reality for å øke sensorisk stimulering," sa Stahn. Teoretisk, hvis funn fra gnagerundersøkelser stemmer med mennesker, kan "berike" en persons miljø med nye gjenstander og aktiviteter beskytte hippocampus mot svinn, sier forfatterne.
