Динамика когнитивных и нейрофизиологических функций человека при моделировании невесомости в наземных условиях

Введение. Изучение влияния условий 21-суточной антиортостатической гипокинезии (АНОГ) на динамику нейрофизиологических реакций и когнитивных функций человека проведено на базе ГНЦ РФ — ИМБП РАН с участием 6 здоровых добровольцев-мужчин в возрасте от 24 до 40 лет (30,7±5,4), которые находились в условиях постельной гипокинезии в антиортостатическом положении с углом наклона –6° относительно горизонта.

Цель исследования — определить динамику нейрофизиологических реакций и когнитивных функций человека во время 21-суточной АНОГ (–6°).

Материалы и методы. Анализ динамики когнитивных функций осуществлялся по результатам выполнения сложных динамических задач с элементами неопределенности из тестового блока ПО «CleverBalls». Динамику нейрофизиологических реакций устанавливали по относительному показателю динамики (ОПД) относительного значения мощности (ОЗМ) всех исследуемых диапазонов ЭЭГ-спектра. Измерения всех показателей проводили перед началом исследования (Фон), на 3 (1 сессия), 10 (2 сессия), 17 (3 сессия) и 21 (4 сессия) сутки, а также через 3 суток по завершении эксперимента — последействие (После).

Результаты. Было обнаружено нарастание тормозных процессов в головном мозге в результате решения сложных динамических задач с элементами неопределенности в остром периоде (3 сутки) и в последействии. После острого периода и до окончания эксперимента наблюдали восстановление работы мозга до уровня фона. Повышение результативности выполнения сложных динамических задач с элементами неопределенности (по показателям «Процент корректного выбора» и «Среднее гармоническое время кликов») наблюдали с 10 суток до последействия включительно, что свидетельствовало, как минимум, о не снижении когнитивных функций во время 21-суточной АНОГ.

Заключение. По окончании эксперимента отмечали менее выраженное, чем в острый период, увеличение Дельта- и Тета- с одновременным уменьшением Альфа- и Бета-активности, но, при этом, не происходило снижения успешности выполнения когнитивных тестов.

Этика. Программа эксперимента была утверждена на секции ученого совета и одобрена Комиссией по биомедицинской этике при ГНЦ РФ — ИМБП РАН (протокол № 599 от 06.10.2021 г.).

Участие авторов:
Поляниченко А.А. — концепция и дизайн исследования, сбор, анализ и интерпретация данных, написание статьи;
Счастливцева Д.В. — сбор, анализ и интерпретация данных;
Котровская Т.И. — анализ и интерпретация данных, написание статьи, редактирование статьи;
Голубев В.Г. — разработка тестового блока ПО «CleverBalls»;
Смоляков Д.Г. — разработчик ПО «CleverBalls».

Финансирование. Работа поддержана темой РАН № 63.2 «Исследование интегративных процессов в центральной нервной системе, закономерностей поведения и деятельности человека в условиях автономности и под влиянием других экстремальных факторов среды».

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления: 29.06.2023 / Дата принятия к печати: 13.07.2023 / Дата публикации: 05.10.2023

1. Уйба В.В., Ушаков И.Б., Сапецкий А.О. Медико-биологические риски, связанные с выполнением дальних космических полетов. Медицина экстремальных ситуаций. 2017; 59(1): 43–64.

2. Баранов М.В., Катунцев В.П., Шпаков А.В., Баранов В.М. Метод наземного моделирования физиологических эффектов пребывания человека в условиях гипогравитации. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015; 160(9): 392–396.

3. Brauns K., Friedl-Werner A., Maggioni M.A., Gunga H.-C., Stahn A.C. Head-Down Tilt Position, but Not the Duration of Bed Rest Affects Resting State Electrocortical Activity. Front Physiol. 2021; 12: 638669. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.638669

4. Basner M., Dinges D.F., Howard K., Moore T.M., Gur R.C., Mühl C., Stahn A.C. Continuous and Intermittent Artificial Gravity as a Countermeasure to the Cognitive Effects of 60 Days of Head-Down Tilt Bed Rest. Front Physiol. 2021; 12: 643854. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.643854

5. Brauns K., Friedl-Werner A., Gunga H.-C., Stahn A.C. Effects of two months of bed rest and antioxidant supplementation on attentional processing. Cortex. 2021; 141: 81–93. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2021.03.026

6. Pavy-Le Traon A., Heer M., Narici M.V., Rittweger J., Vernikos J. From space to Earth: advances in human physiology from 20 years of bed rest studies (1986–2006). Eur. J. Appl. Physiol. 2007; 101: 143–194. https://doi.org/10.1007/s00421-007-0474-z

7. Каширина Д.Н., Пастушкова Л.Х., Бржозовский А.Г., Гончарова А.Г., Носовский А.М., Кусто М.-А. и др. Исследование белкового профиля плазмы в сопоставлении с биохимическими параметрами крови добровольцев в 21-суточной антиортостатической гипокинезии. Физиология человека. 2020; 46(4): 88–97. https://doi.org/10.31857/S0131164622600483

8. Koppelmans V., Bloomberg J.J., De Dios Y.E., Wood S.J., Reuter-Lorenz P.A., Kofman I.S. et al. Brain plasticity and sensorimotor deterioration as a function of 70 days head down tilt bed rest. PLoS One. 2017; 12(8): e0182236. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182236

9. Мясников В.И., Степанова С.И. Факторы риска развития психической астенизации у космонавтов в длительном полете. Вестник ТГПУ. 2002; 3(31): 9–18.

10. Федин А.И., Соколова. Л.П. Сосудистые когнитивные нарушения. Новости неврологии. Спецвыпуск. 2019; 5(55): 20. [Дата обращения: 29.05.2023] https://sevnevro.ru/upl/Files/Neuronews_05.19_skn.pdf

11. Боголепова А.Н. Сосудистые когнитивные нарушения. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2022; 122(10): 17–23. https://doi.org/10.17116/jnevro202212210117

12. McGregor H.R., Lee J.K., Mulder E.R., De Dios Y.E., Beltran N.E., Kofman I.S. et al. Brain connectivity and behavioral changes in a spaceflight analog environment with elevated CO2. Neuroimage. 2021; 225: 117450. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117450

13. Счастливцева Д.В., Котровская Т.И., Бубеев Ю.А. Особенности ЭЭГ-реакции человека в условиях гипербарической искусственной газовой среды. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2018; 52(1): 48–55. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2018-52-1-48-55

14. Barkaszi I., Ehmann B., Tölgyesi B., Balázs L., Altbäcker A. Are head-down tilt bed rest studies capturing the true nature of spaceflight-induced cognitive changes? A review. Frontiers in physiology. 2022; 13: 1008508. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1008508

15. Lee J.K., De Dios Y., Kofman I., Mulavara A.P., Bloomberg J.J., Seidler R.D. Head down tilt bed rest plus elevated CO2 as a spaceflight analog: Effects on cognitive and sensorimotor performance. Front. Hum. Neurosci. 2019; 13: 355. https://doi.org/10.3389/fnhum.2019.00355

16. Mahadevan A.D., Hupfeld K.E., Lee J.K., De Dios Y.E., Kofman I.S., Beltran N.E. et al. Head-down-tilt bed rest with elevated CO2: Effects of a pilot spaceflight analog on neural function and performance during a cognitive-motor dual task. Front. Physiol. 2021; 12: 654906. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.654906

17. Tays G.D., Hupfeld K.E., McGregor H.R., Salazar A.P., De Dios Y.E., Beltran N.E. et al. The effects of long duration spaceflight on sensorimotor control and cognition. Front. Neural Circuits. 2021; 15: 723504. https://doi.org/10.3389/fncir.2021.723504

18. Friedl-Werner A., Brauns K., Gunga H.C., Kühn S., Stahn A.C. Exercise-induced changes in brain activity during memory encoding and retrieval after long-term bed rest. Neuroimage. 2020; 223: 117359. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117359

19. Yuan P., Koppelmans V., Reuter-Lorenz P.A., De Dios Y.E., Gadd N.E., Wood S.J. et al. Increased brain activation for dual tasking with 70-days head-down bed rest. Front. Syst. Neurosci. 2016; 10: 71. https://doi.org/10.3389/fnsys.2016.00071

20. Ильина Е.А., Ярулин Х.Х., Алексеев Д.А., Фотина Л.А., Соколов В.И. Особенности функционального состояния нервной системы лиц старшего возраста в условиях антиортостатической гипокинезии. Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1990; 6: 23–26.