จะเกิดอะไรขึ้นกับสมองของมนุษย์ เมื่ออยู่ในอวกาศ การศึกษาเรื่องนี้มีประโยชน์ต่อโครงการสำรวจอวกาศอย่างไร

ที่มาของภาพ : NASA

Article Information
    • Author, ริชาร์ด ฮอลลิงแฮม
  • Printed
  • เวลาอ่าน: 8 นาที

การอยู่บนอวกาศส่งผลกระทบต่อสมองของนักบินอวกาศ ซึ่งนั่นอาจเป็นความท้าทายครั้งใหญ่สำหรับภารกิจที่เดินทางไกลเกินกว่าดวงจันทร์

ด้วยวิวัฒนาการที่ยาวนานมาราว 4,000 ล้านปีหรือราว ๆ นั้น มนุษย์มีความเหมาะสมอย่างยิ่งต่อการใช้ชีวิตภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงปกติ แต่ลองจินตนาการต่อไปถึงความวิตกกังวลในช่วงเริ่มต้นของยุคอวกาศ จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมนุษย์เดินทางออกจากโลกเป็นครั้งแรกและได้สัมผัสกับสภาวะไร้น้ำหนัก เลืoดจะเกิดการจับตัวเป็นก้อนหรือไม่ กระดูกเราจะหักจนร่วนเลยหรือเปล่า และสมองของเราจะsะเบิดในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำหรือไม่

ภายในช่วงปลายทศวรรษ 1950 การเดินทางสู่อวกาศด้วยการส่งสัตว์ทดลองขึ้นไปทั้งหนู แมงมุม กระทั่งสุนัข พิสูจน์แล้วว่าสัตว์ต่าง ๆ สามารถมีชีวิตรอดในอวกาศได้ และเมื่อมาถึงคิวมนุษย์เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าไม่เพียงแต่จะรอดชีวิตเท่านั้น แต่เรายังใช้ชีวิตเติบโตได้อีกด้วย

“มันคือการปรับตัวหลายอย่างที่ให้ความรู้สึกว่าเป็นการพลิกโฉมเลยทีเดียว” ลูกา พาร์มิทาโน นักบินอวกาศขององค์การอวกาศยุโรป หรือ อีเอสเอ (European Space Agency-Esa) กล่าวกับบีบีซีเมื่อปี 2019 ระหว่างการฝึกบินในอวกาศสำหรับการออกทำภารกิจระยะยาวครั้งที่สองของเขาที่สถานีอวกาศนานาชาติ

“หลังผ่านไปไม่กี่สัปดาห์ร่างกายของคุณจะเปลี่ยนไปจากเดิมเหมือนตอนที่อยู่บนพื้นโลก คุณจะเห็นและรู้สึกว่าร่างกายคุณเปลี่ยน ขาของคุณจะลีบลงและใบหน้าของคุณจะกลมขึ้น”

ในฐานะที่เป็นอดีตนักบินทดสอบของกองทัพอากาศอิตาลี พาร์มิทาโนได้รับการคัดเลือกให้ร่วมภารกิจอวกาศเป็นครั้งที่สาม โดยเข้าร่วมเป็นหนึ่งในลูกเรือ 4 คนของภารกิจอาร์ทิมิส 3 (Artemis III) ภารกิจดังกล่าวมีกำหนดปล่อยตัวในปี 2027 โดยเที่ยวบินที่ท้าทายในการโคจรรอบโลกครั้งนี้จะเป็นการทดสอบยานลงจอดบนดวงจันทร์ (lunar landers) และชุดอวกาศสำหรับการเดินทางกลับจากดวงจันทร์ ไม่น่าแปลกใจเลยที่ พาร์มิทาโนได้รับเลือกให้ร่วมภารกิจ เพราะเมื่อได้พูดคุยกับเขา คุณจะรู้สึกได้ว่าการบินอวกาศเป็นสิ่งที่มาพร้อมกับตัวเขาอย่างเป็นธรรมชาติ

ที่มาของภาพ : NASA

นักบินอวกาศลูกา พาร์มิทาโน บอกว่าเขารู้สึกในทางกายภาพได้เลยว่า ร่างกายของเขาเปลี่ยนไประหว่างที่เขาทำภารกิจหลายสัปดาห์บนอวกาศ

“เหตุผลหนึ่งที่มนุษยชาติประสบความสำเร็จอย่างมากบนโลกใบนี้ คือความสามารถในการปรับตัวของเรา” เขากล่าว “แต่การได้เห็นการเปลี่ยนแปลงทางร่างกายเกิดขึ้นในช่วงเวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ ในอวกาศ มันทำให้ผมทึ่งมากถึงความแตกต่างที่ผมรู้สึกได้ และได้เห็นว่าร่างกายใหม่ของผมเข้ากับสภาพแวดล้อมที่อยู่รอบตัวได้ดีและสบายเนื้อสบายตัวกว่าเดิมมากแค่ไหน”

ผลกระทบอันหนักหน่วงของการเดินทางในอวกาศที่มีต่อร่างกายมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นกล้ามเนื้อ กระดูก หรืออาการโพรงจมูกอุดตัน เป็นเรื่องที่ได้รับการเก็บบันทึกไว้อย่างละเอียดตลอดช่วงเวลากว่า 70 ปีนับตั้งแต่มนุษย์เริ่มเดินทางขึ้นสู่วงโคจรเป็นครั้งแรก แต่สิ่งที่ยังไม่ค่อยเป็นที่ทราบมากนักก็คือผลกระทบที่สภาวะไร้น้ำหนักมีต่อสมองของเรา

Skip ได้รับความนิยมสูงสุด ได้รับความนิยมสูงสุด

Cease of ได้รับความนิยมสูงสุด

ในห้วงอวกาศ ร่างกายของเราไม่จำเป็นต้องต้านแรงโน้มถ่วงอีกต่อไปแล้วไม่ว่าจะอยู่ในท่วงท่าหรือการเคลื่อนไหวแบบไหน ดังนั้นกระดูกชิ้นต่าง ๆ ที่รองรับน้ำหนักและกล้ามเนื้อที่เราใช้สำหรับการยกน้ำหนัก ถือของ เดิน หรือวิ่งก็จะเริ่มสูญเสียไป การอยู่บนอวกาศแค่เพียงไม่กี่วัน ทำให้กระดูกสามารถสูญเสียแคลเซียมและกล้ามเนื้อส่วนต่าง ๆ จะเริ่มเสื่อมสภาพซึ่งรวมถึงความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับหัวใจด้วย ส่วนสาเหตุที่นักบินอวกาศมักมีใบหน้าบวมนั้นเป็นผลมาจากการที่ของเหลวในร่างกายไม่ถูกแรงโน้มถ่วงดึงรั้งไว้อีกต่อไป จึงไหลไปสะสมอยู่ที่บริเวณส่วนบนของร่างกาย

ทั้งหมดนี้จะไม่เป็นอะไรเลยหากนักบินอวกาศดำรงชีวิตอยู่บนนั้นต่อไปในช่วงชีวิตที่เหลือ แต่หากพวกเขาต้องการเดินทางกลับมายังโลกโดยที่ยังมีรูปร่างดีอยู่ พวกเขาจำเป็นต้องเข้าโปรแกรมออกกำลังกายอย่างเข้มข้น โดยปกติแล้วกิจวัตรนี้ ได้แก่ การออกกำลังกายวันละสองชั่วโมงในห้องออกกำลังกายบนสถานีอวกาศนานาชาติ แต่ถึงกระนั้นหลังจากใช้เวลาในอวกาศเพียง 6 เดือน นักบินอวกาศก็ยังต้องถูกหามออกมาจากยานอวกาศและเคลื่อนย้ายตัวด้วยเปลสนามเมื่อเดินทางกลับถึงโลก และอาจต้องใช้เวลานานถึง 4 ปีเพื่อให้มวลกระดูกกลับคืนสู่สภาพปกติ

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่เกิดขึ้นภายในสมองของนักบินอวกาศยังเป็นเรื่องที่มีความเข้าใจอยู่น้อยมาก และนั่นอาจกลายเป็นปัญหาได้

“สมองอาจเป็นอวัยวะที่สำคัญที่สุดของมนุษย์” อะเลสซานโดร อัลชีบีอาเด ศัลยแพทย์การบินขององค์การอวกาศยุโรป กล่าว “หากคุณไม่ได้พาสมองที่มีประสิทธิภาพและสมองที่ใช้งานได้จริงไปด้วย การไปอวกาศก็ไม่มีค่าอะไรเลย”

งานวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบของการเดินทางบนอวกาศต่อสมองยังจำกัดอยู่เพียงการทดลองกับนักบินอวกาศจำนวนไม่กี่คนในระหว่างภารกิจระยะยาวเท่านั้น ยกตัวอย่างเช่น กรณีที่ สกอตต์ เคลลี ใช้เวลาอยู่บนอวกาศที่สถานนีอวกาศนานาชาติไอเอสเอสเป็นเวลาหนึ่งปี ในขณะที่คู่แฝดของเขาที่ชื่อว่า มาร์ก อยู่บนโลก ผลของการทดลองครั้งนั้นทีมนักวิจัยพบว่า ความสามารถทางสติปัญญาและการรู้คิดของสกอตต์แทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วงทำภารกิจบนอวกาศเมื่อเทียบกับของคู่แฝดมาร์ก แต่กลับลดลงในช่วงเวลาประมาณ 6 เดือนหลังจากที่เขากลับมายังโลก

ล่าสุด มีงานวิจัยฉบับใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารด้านจิตวิทยา ฟรอนเทียร์ส อิน ไซโคโลจี (Frontiers in Psychology) ซึ่งดำเนินการวิจัยโดยนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยเบิร์คเบค หนึ่งในมหาวิทยาลัยลอนดอน ในสหราชอาณาจักร ทีมนักวิจัยชุดนี้ได้เปิดเผยผลวิจัยให้กับบีบีซี โดยรวบรวมผลลัพธ์จากการศึกษาวิจัยด้านการถ่ายภาพสมองจำนวน 15 ฉบับซึ่งมีผู้เข้าร่วมรวมทั้งสิ้นประมาณ 377 คน กลุ่มตัวอย่างดังกล่าวยังรวมถึงนักบินอวกาศ อาสาสมัครที่เข้าร่วมจำลองสภาวะการบินในอวกาศบนพื้นโลก เช่น การศึกษาในรูปแบบการนอนบนเตียงต่อเนื่องเป็นเวลานาน (bedrest reports)

จากการรวบรวมวิเคราะห์ชุดข้อมูลเหล่านี้ ทีมนักวิจัยจากเบิร์คเบคเชื่อว่าพวกเขาได้พบการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับสมองเมื่อสมองอยู่ในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ

“มันเป็นความยืดหยุ่นของสมอง (neuroplasticity) ที่สวยงามเลยทีเดียว เราพบว่ามีความเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น ทั้งส่วนของโครงสร้างและการทำงานของสมอง” เอลิซา รัฟฟาเอลลา แฟร์เร หัวหน้าคณะวิจัยและศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาศาสตร์การรู้คิดที่มหาวิทยาลัยเบิร์คเบค กล่าว “เราได้ค้นพบกลุ่มของพื้นที่ในสมองที่เกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อไม่มีแรงโน้มถ่วง”

ที่มาของภาพ : NASA

มาร์กและสกอตต์ เคลลี นักบินอวกาศคู่แฝด ได้เปิดโอกาสให้นาซาได้ศึกษาว่าร่างกายและสมองของมนุษย์รับมือกับสภาพในอวกาศอย่างไร

เช่นเดียวกับที่ร่างกายเปลี่ยนแปลงไปเมื่ออยู่ในอวกาศ ผลวิจัยชี้ชัดให้เห็นว่าสมองเองก็มีการปรับเปลี่ยนทางกายภาพเพื่อรับมือกับสภาวะไร้น้ำหนัก โดยสมองจะปรับโครงสร้างการเชื่อมต่อใหม่ให้สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมที่ไม่คุ้นเคย

“เราเห็นการเปลี่ยนแปลงในส่วนต่าง ๆ ของสมองที่ควบคุมการเคลื่อนไหว สมดุล และการรับรู้ทางร่างกาย” ซิลเวีย เซเกซซี หนึ่งในผู้เขียนร่วมของงานวิจัย กล่าว “เรายังเห็นการปรับเปลี่ยนของสมองส่วนโอเปอร์คูลัมหรือบริเวณแผ่นปิดสมอง ซึ่งเป็นบริเวณที่สัญญาณต่าง ๆ จะมาบรรจบกันและสามารถประมวลผลโดยใช้ประสาทสัมผัสหลายด้านร่วมกัน”

นั่นแสดงให้เห็นว่าสมองได้วิวัฒนาการเพื่อรับรู้สภาพของแรงโน้มถ่วง

“เราไม่ได้รับรู้แรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกับที่เราสัมผัสรับรู้การเปลี่ยนแปลงของสี แสง อุณหภูมิ หรือกระทั่งเสียง” แฟร์เร กล่าว “แต่แรงโน้มถ่วงคือคุณลักษณะที่คงอยู่ตลอดเวลาของสิ่งแวดล้อมที่สมองของเรากำลังรับรู้และประมวลผลอยู่”

“ถ้าอธิบายในทางวิชาการมากหน่อย คุณอาจลองคิดถึงว่าแรงโน้มถ่วงเป็นสัญญาณแรกที่ทารกได้รับ ดังนั้นสมองของเรานั้นก็สร้างมาเพื่อตรวจจับแรงโน้มถ่วงอยู่แล้ว” เธอกล่าว

แฟร์เรยกตัวอย่างการหยิบแก้วกาแฟ เธออธิบายว่าเราทำสิ่งนี้ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องใช้ความพยายาม เพราะสมองจะปรับการทำงานเพื่อชดเชยแรงโน้มถ่วงของโลกและสั่งการกล้ามเนื้อให้เคลื่อนไหวอย่างสอดคล้องโดยอัตโนมัติ

มองเผิน ๆ นี่คือข่าวดีสำหรับนักบินอวกาศ อันที่จริงแล้วหากสมองของมนุษย์ไม่ปรับตัวบนอวกาศ นักบินอวกาศคงต้องเผชิญกับความยากลำบากหลากหลายรูปแบบ ซึ่งรวมไปถึงอาการบาดเจ็บที่เกี่ยวกับกับกาแฟจำนวนมากพอสมควร อย่างไรก็ตาม ความท้าทายที่เกิดขึ้นก็คือกระบวนการปรับวงจรประสาท (Neurological rewiring) นี้เกิดขึ้นรวดเร็วแค่ไหน

“ลองดูนักบินอวกาศของภารกิจอะพอลโลที่เดินบนพื้นผิวของดวงจันทร์ ภาพในฟุตเทจแสดงให้เห็นว่าพวกเขาเดินอย่างลำบากเพียงใด ซึ่งสาเหตุไม่ได้มาจากน้ำหนักของชุดอวกาศที่มากเท่านั้น แต่เป็นเพราะการทรงตัวและการเคลื่อนไหวร่างกายทั้งหมดได้รับผลกระทบจากการขาดแรงโน้มถ่วงแบบโลก” แฟร์เร กล่าวและว่า

“นั่นไม่ได้หมายความว่าสมองจะไม่สามารถปรับตัวใหม่ได้ เพียงแต่กระบวนการดังกล่าวต้องอาศัยทั้งเวลาและทรัพยากร”

ตลอดช่วง 50 ปีที่ผ่านมาหลังจากภารกิจอะพอลโลสิ้นสุดลง เรื่องนี้ไม่ได้เป็นประเด็นปัญหาแต่อย่างใด เมื่อนักบินอวกาศเดินทางมาถึงสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) พวกเขาอาจจะดูเก้ ๆ กัง ๆ อยู่บ้างในช่วงแรก เช่น เดินชนผนังหรือออกแรงเคลื่อนย้ายสิ่งของโดยใช้แรงมากเกินไป แต่ในที่สุดพวกเขาก็จะปรับตัวได้ และเมื่อเดินทางกลับถึงโลก ก็จะมีคนคอยช่วยพาออกมาจากแคปซูล พร้อมทั้งดูแลและฟื้นฟูร่างกายเพื่อให้กลับมาใช้ชีวิตภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงปกติได้อีกครั้ง

แต่สำหรับภารกิจระยะยาวในอนาคตเพื่อเดินทางไปยังดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ซึ่งเป็นเป้าหมายของทั้งนาซาและจีนนั้น นักบินอวกาศจำเป็นต้องปรับตัวสลับไปมาระหว่างสภาวะที่มีแรงโน้มถ่วงและสภาวะไร้น้ำหนัก

ที่มาของภาพ : NASA

ความก้าวหน้าของโครงการอาร์ทิมิส ซึ่งอาจนำไปสู่ภารกิจเดินทางไปยังดาวอังคารในท้ายที่สุด ทำให้เราจำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับผลกระทบของภารกิจระยะยาวที่มีต่อนักบินอวกาศที่ขึ้นบิน

ยกตัวอย่างเช่นในภารกิจดาวอังคารโครงการหนึ่ง หลังจากอยู่บนอวกาศนาน 8 เดือนหรือราว ๆ นั้น ลูกเรือก็จะสามารถปรับตัวกับสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำได้เป็นอย่างดี กระทั่งการปีนออกมานอกตัวยานอวกาศท่ามกลางสภาวะแรงโน้มถ่วงของดาวอังคาร (ซึ่งมีค่าประมาณ 1 ส่วน 3 ของแรงโน้มถ่วงบนโลก) อาจกลายเป็นเรื่องที่ท้าทายได้ แม้ว่ากล้ามเนื้อและกระดูกจะได้รับการดูแลรักษาให้แข็งแรงอยู่เสมอด้วยการออกกำลังกายทุกวัน แต่สมองที่ทำหน้าที่ควบคุมร่างกายอาจไม่ได้ปรับตัวตามไปด้วย การเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงอาจทำให้เกิดอาการสับสนและเป็นอันตรายได้ และหากปราศจากการสื่อสารแบบเรียลไทม์กับโลก พวกเขาจำเป็นต้องใช้ไหวพริบปฏิภาณอย่างเต็มที่ในระหว่างการลงจอด

“คุณอาจจะมีจรวดที่สุดยอดมาก แต่หากคุณไม่สามารถมีคนที่จะบังคับควบคุมมันได้ หากคุณไม่ได้สามารถตัดสินใจได้อย่างถูกต้องเพราะความผิดปกติในการรับสัมผัสและการสั่งการของร่างกาย ก็อาจเกิดปัญหาขึ้นได้” แฟร์เรกล่าว

“เราต้องทำให้แน่ใจว่ามนุษย์ที่ขึ้นไปได้รับการสนับสนุนและอาจต้องช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการปรับตัวด้วย”

ในภาพยนตร์วิทยาศาสตร์ เช่น ในเรื่อง จอมจักรวาล (A Space Odyssey) หรือเดอะ มาร์เชียน (The Martian) ที่ออกฉายในปี 2001 มักจะแก้ปัญหานี้ด้วยการสร้างยานอวกาศที่ติดตั้งเครื่องเหวี่ยงหนีศูนย์กลางหรือวงล้อขนาดใหญ่เพื่อจำลองสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ

“นั่นน่าจะเป็นทางออกที่ดีที่สุด เพราะจะช่วยต้านทานการสูญเสียมวลกระดูกและกล้ามเนื้อ อีกทั้งยังช่วยเสริมสร้างการทำงานของสมองด้วย” อะเลสซานโดร อัลชีบีอาเด ศัลยแพทย์การบินขององค์การอวกาศยุโรป และบอกว่า “ทำไมเราไม่ทำแบบนั้นล่ะ ก็เพราะว่ามันใช้ต้นทุนที่สูงมาก ท้ายที่สุดแล้วทุกอย่างขึ้นอยู่กับมวล และในบริบทของอวกาศนั้น มวลก็คือเงิน”

แฟร์เรเห็นด้วยกับทัศนะนี้และกำลังพัฒนาเทคนิคใหม่ที่ใช้กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กจิ๋วเพื่อกระตุ้นส่วนที่สำคัญ ๆ ในสมองที่รับรู้แรงโน้มถ่วง โดยหวังว่าจะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของร่างกาย

เธอมีความมั่นใจว่านักวิทยาศาสตร์จะค้นพบวิธีรับมือกับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงได้ แต่ก็อยากเน้นย้ำถึงแง่มุมเชิงบวกจากผลวิจัยในระยะเริ่มต้นของเธอ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ไม่เพียงแค่ต่อนักบินอวกาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงมนุษยชาติโดยรวมอีกด้วย

“การบินอวกาศเป็นเรื่องท้าทาย” เธอกล่าว “แต่ก็ถือเป็นโอกาสอันดีเยี่ยมที่จะช่วยให้เราเข้าใจการทำงานของสมองในรูปแบบที่ไม่สามารถทำได้บนโลก”