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Rocket Man

Welche Auswirkungen hat ein Aufenthalt im All auf Gehirn und Psyche?

Immer öfter werden erfolgreich Menschen in den Weltraum geschickt. In Anbetracht des «Weltraumtourismus» und in Bezug auf den Klimawandel ist das Thema momentan besonders relevant. Im Folgenden soll der aktuelle Forschungsstand zu den Auswirkungen auf Gehirn und Psyche von Astronaut*innen dargelegt werden.

Von Madita Schindler
Lektoriert von Isabelle Bartholomä und Natalie Birnbaum
Illustriert von Alba Lopez

Das Weltall übt auf viele Menschen eine grosse Anziehungskraft aus. Wir mögen es, an einem lauen Sommerabend die Sterne zu betrachten und in der Unendlichkeit zu baden. Physiker*innen haben einfallsreiche Methoden entwickelt, um ihre Theorien über das Weltall und andere Planeten zu prüfen. Doch erst seit einigen Jahrzehnten ist es dem Menschen möglich, die Erde zu verlassen und sich selbst ins All zu begeben. Am 20.07.1969 wurde die erste bemannte Mondlandung durchgeführt und damit die Grenzen des Möglichen ausgeweitet. Aber ein Aufenthalt im Weltraum ist mit grundlegenden Änderungen in der physikalischen und sozialen Umwelt des Menschen verbunden. Die Forschung zur Wirkung dieser Veränderungen auf den menschlichen Organismus steht noch am Anfang. Folgende Erkenntnisse haben sich aus Studien der letzten Jahre ergeben:

Strahlenbelastung

Ein entscheidender Unterschied zwischen dem Leben auf der Erde und im All ist, dass die Erde von einem schützenden Magnetfeld umgeben ist, welches solare und kosmische Strahlung weitgehend von der Erdoberfläche ablenkt. Die internationale Raumstation ISS befindet sich innerhalb der Erdumlaufbahn, doch bei grösseren Entfernungen von der Erde – also bei Mondmissionen oder einer zukünftigen Marslandung – fällt dieses schützende Feld weg und die Astronauten sind der Strahlung in weit grösserem Masse ausgesetzt (Hellweg & Baumstark-Khan, 2006). Generell wird davon ausgegangen, dass kosmische Strahlung durch potenzielle Schädigung der DNA mit einem erhöhten Krebsrisiko einhergeht. Es besteht ausserdem eine Verbindung zwischen chronischer Strahlung und neurodegenerativen Krankheiten wie Demenz (Kandarpa et al., 2019). Ausserdem berichten Astronaut*innen im Apollo Programm das Wahrnehmen von «Lichtblitzen», welche vermutlich durch kosmische Strahlung verursacht werden. Diese können unter Umständen mit einer verminderten Leistungsfähigkeit einhergehen, wenn die Astronaut*innen in kritischen Situationen schnell und akkurat handeln müssen (Sannita, 2006). Eine Empfehlung gerade für längere Missionen ausserhalb des Erdorbits ist deshalb, die Astronaut*innen durch spezielles Material des Raumschiffes, Schutzanzüge oder auch eine besondere Diät so gut wie möglich vor Schäden durch Strahlung zu schützen (Paris, 2017). Eine erhöhte Strahlenbelastung ist nach derzeitigem Stand aber nicht vollständig abzuwenden (Hellweg & Baumstark-Khan, 2006).

Die Gefahren von Schlafmitteln

Es gibt auf dem Markt einige Mittel, die pharmakologischen Schlaf herbeiführen können, wenn der natürliche circadiane Rhythmus durch Schichtarbeit, Schlafstörungen oder andere Umstände gestört ist. Die aktuellen Mittel der Wahl sind Benzodiazepine wie Diazepam (auch bekannt als Valium) oder sog. Non-Benzodiazepine, die an einen Subtyp von Benzodiazepinrezeptoren binden und tendenziell mit weniger Nebenwirkungen als die klassischen Benzodiazepine einhergehen (Lemmer, 2007). Während die Arzneimittel schnell wirksam und effektiv sind, bringen sie unerwünschte Nebenwirkungen wie verminderte kognitive Leistungsfähigkeit und starke Abhängigkeit schon bei geringen Dosen bzw. Entzugserscheinungen nach chronischer Anwendung mit sich. Zudem ist der künstlich herbeigeführte pharmakologische Schlaf weniger erholsam als der natürliche physiologische Schlaf. Für eine langfristige Anwendung bei Schlafproblemen sind sie daher nicht empfohlen und sollten generell mit Vorsicht eingesetzt werden (Lemmer, 2007).

Strukturelle Veränderungen im Gehirn

Bildgebende Verfahren in Studien zeigen, dass die Schwerelosigkeit im All mit strukturellen Veränderungen im Gehirn einhergeht. Beispielsweise verschiebt sich die Zerebrospinalflüssigkeit (ZSF) aus dem Rückenmark in Richtung Kopf, was zu einer Ausdehnung der Hohlräume im Gehirn und höherem intrakraniellem Druck führt. Es gibt ausserdem Hinweise, dass sich der Anteil der grauen bzw. weissen Substanz im Gehirn verschiebt und einzelne Gehirnareale eine veränderte Konnektivität entwickeln (Roy-OʼReilly et al., 2021). Ein Artikel von Kandarpa und Kollegen (2019) erwähnt, dass die Umverteilung von ZSF zum Abstumpfen des Geruchs-, Tast- und Hörsinns führen kann. Allerdings ist die Studienlage zu diesen Veränderungen uneindeutig. Viele Veränderungen erscheinen adaptiv für das schwerelose Umfeld und zumindest teilweise reversibel bei Rückkehr auf die Erde (Roy-OʼReilly et al., 2021).

Veränderung des circadianen Rhythmus

Eine wichtige Veränderung im physikalischen Umfeld des Weltraums stellt die Verschiebung des Tagesrhythmus dar. Auf der Erde ist unser Körper an einen 24-stündigen Rhythmus mit dem Wechsel zwischen Tag und Nacht gewöhnt und wichtige körperliche und psychische Prozesse wie die Temperaturregulation, Schmerzempfinden, Blutdruck und Schlaf unterliegen diesem sogenannten circadianen Rhythmus. Die ISS umkreist die Erde in circa 90 Minuten und die Astronauten erleben täglich 16 Sonnenauf- und Untergänge; im All existiert dementsprechend kein solcher natürlicher Rhythmus. Der circadiane Rhythmus ist durch einen internen Zeitgeber im Gehirn, den nucleus suprachiasmaticus, vorgegeben, wird jedoch durch den äusseren Zeitgeber Licht synchronisiert und kann sich somit je nach Beleuchtung verschieben. Astronaut*innen sind etwa zwei Drittel der Zeit Licht ausgesetzt und müssen zudem oft Schichtarbeit leisten. Viele berichten daher von Beschwerden wie einem gestörten Schlaf-Wach-Rhythmus. Eine mögliche Lösung ist die künstliche Beleuchtung des Raumschiffs in Einklang mit den irdischen Lichtverhältnissen. Eine weitere Interventionsmöglichkeit ist die pharmakologische Einnahme von Melatonin, dem «Schlafhormon», welches normalerweise bei Dunkelheit ausgeschüttet wird und somit beim Einschlafen helfen kann (Guo et al., 2014).

Sensorische Isolation

Ein weiterer Einflussfaktor auf die Psyche der Astronaut*innen ist die sensorische Isolation. Während oftmals angenommen wird, dass Astronauten andauernd aktiv handeln und wichtige Entscheidungen treffen müssen, sind gerade Langzeitmissionen tatsächlich mit langen Perioden niedriger Arbeitsbelastung und monotonen Routinearbeiten verbunden (Oglesby & Salas, 2012). Das Arbeitsumfeld im Raumschiff bietet ausserdem nur eine begrenzte Anzahl an visuellen und auditiven Stimuli; die Sinnesorgane werden sozusagen «unterfordert». Studien zeigen, dass langfristige sensorische Deprivation negative Konsequenzen wie Halluzinationen und Angststörungen hat (Merabet et al., 2004, zitiert nach Bachman et al., 2012). Gemäss Bachman und Kollegen (2012) ist das Vorhandensein neuer Stimuli wichtig für das psychische Wohlbefinden. Zudem kann der fehlende Einsatz von speziellen Fähigkeiten langfristig zum Verkümmern dieser Kompetenz führen (Oglesby & Salas, 2012). Um das Problem der Monotonie von sensorischen Stimuli zu lösen, wird versucht, die Innenausstattung des Raumschiffes so abwechslungsreich wie möglich zu gestalten. Was die Eintönigkeit der Arbeit betrifft, sollten den Astronaut*innen Möglichkeiten geboten werden, ihre Fähigkeiten mit Übungsaufgaben zu trainieren. Zudem könnten sie Freizeitbeschäftigungen wie der Fotografie oder virtuellen Videospielen nachgehen. Eine weitere Massnahme, die im Vorfeld getroffen wird, ist die bewusste Personalauswahl. Das bedeutet, dass bei der Auswahl der Astronaut*innen auf eine hohe Toleranz gegenüber sensorischer Isolation und Langeweile geachtet wird, sodass nur die «geeigneten» Kandidaten ins All geschickt werden. In gewissem Umfang können diese Fertigkeiten aber auch verbessert werden. Es gibt daher Versuche, Astronaut*innen auf der Erde auf das reizarme Umfeld des Weltalls vorzubereiten, indem sie für längere Zeit ähnlich reizarmen Umgebungen auf der Erde ausgesetzt werden (Bachman et al., 2012).

Spatio-temporale Isolation

Die spatio-temporale Isolation beschreibt die buchstäbliche und sprichwörtliche Abkapselung der Astronaut*innen von der Erde. Hier geht es unter anderem um den sogenannten «Earth-out-of-view» Moment bei potenziellen Mars-Missionen, bei dem die Erde aus dem Blickfeld verschwinden und somit der letzte visuelle Referenzpunkt zur Heimat nicht mehr vorhanden sein wird (Oglesby & Salas, 2012). Zudem gehen laut Bachman und Kollegen (2012) durch das Fehlen von Feiertagen und gesamtgesellschaftlichen Aktionen wichtige Verbindungen zum Leben auf der Erde verloren. Dies kann zu Gefühlen von Isolation und Einsamkeit führen. Potenzielle Massnahmen, die dem entgegenwirken sollen, sind das aktive Wahrnehmen von Geburts- und Feiertagen und anderen wichtigen Events, sowie die bewusste Betrachtung der Erde durch die Fenster des Raumschiffes so oft und lange dies möglich ist (Bachman et al., 2012).

Soziale Isolation

«I miss the earth so much
I miss my wife
Itʼs lonely out in space»

Rocket Man, Elton John

Neben der sensorischen und spatio-temporalen Isolation ist auch die soziale Isolation ein zu beachtender Faktor. Soziale Isolation bezieht sich auf den beschränkten sozialen Kontakt der Astronaut*innen. Während der Zeit im Raumschiff besteht nur zu den anderen Crewmitgliedern menschlicher Kontakt – meist vier bis sechs Personen, die oft auch aus unterschiedlichen Ländern stammen und sich im Vorfeld nicht gut kennen (Bachman et al., 2012). Per Funk sind ausserdem Gespräche mit «Mission Control» möglich; bei zukünftigen, weiter entfernten Reisen wird auch dieser Kontakt abbrechen, sodass die Astronaut*innen ganz auf sich allein gestellt sein werden. Kontakt zur Familie ist nur durch gelegentliche Telefongespräche möglich. Sobald die Funkverbindung durch eine zu grosse Entfernung von der Erde abbricht, ist auch diese Möglichkeit nicht mehr gegeben. Auswirkungen von begrenztem menschlichem Kontakt zu bekannten und geliebten Personen können Motivationsverlust, Müdigkeit, Schlaflosigkeit, Kopfschmerzen und Verdauungsprobleme sein (Paris, 2017). Es besteht ein erhöhtes Risiko für Depression und Angststörungen (Kandarpa, 2019). Zudem ist durch den erhöhten Stress das Konfliktpotenzial zwischen den Mitgliedern der Crew erhöht. Um dem so gut wie möglich entgegenzuwirken, sollten die Astronaut*innen so oft wie möglich mit der Familie telefonieren oder video-chatten können. Die Crewmitglieder sollten ausserdem trainiert werden, in Konfliktsituationen angemessen zu reagieren und gemeinsam Lösungen zu finden. Mehr Privatsphäre durch Rückzugsmöglichkeiten können ebenfalls helfen, Konflikte zu verhindern (Paris, 2017).

Perspektivenwechsel

Die oben genannten Punkte beschreiben mögliche negative Auswirkungen auf die Psyche von Astronaut*innen. Es gibt aber auch Quellen, die auf positive Konsequenzen hinweisen. In seinem Buch An astronautʼs guide to life on earth erklärt Chris Hadfield, dass sein Training und seine Missionen als Astronaut dazu geführt haben, dass er auf ungewohnte und «gefährliche» Situationen lösungsorientiert reagiert und einen kühlen Kopf behalten kann. Er beschreibt ausserdem, dass er viele Situationen auf der Erde aus einem leicht anderen Blickwinkel und mit einem Gefühl des Staunens betrachtet. Oglesby und Salas (2012) führen an, dass das Betrachten und Fotografieren der Erde aus dem All von vielen Astronaut*innen als Perspektiven verändernd und beruhigend empfunden wird.

«Life is full of so many small, unexpected pleasures, not just in space, but right here on Earth, and I think I see them more clearly now than I used to because microgravity insists you pay attention»

Chris Hadfield, 2013, S. 206

Fazit

Insgesamt kann man sagen, dass eine Mission im Weltall nach aktuellem Forschungsstand beträchtliche psychologische Konsequenzen für die Crewmitglieder hat. Nicht nur physische Veränderungen der Umwelt wie ein veränderter Tagesrhythmus und eintönige Reize, sondern auch soziale Faktoren spielen dabei eine wichtige Rolle. Durch bewusstes Design des Raumschiffs, Personalauswahl und Training der Astronaut*innen vor der Mission kann vielen Problemen entgegengewirkt werden. Letzten Endes ist der direkte Kontakt zur Crew im All aber begrenzt und Hilfestellung bei Problemen nur bedingt möglich; die Crew ist grösstenteils auf sich alleine gestellt. Mit zunehmender Erfahrung durch zukünftige Missionen und mehr Forschung in diesem Bereich wird unser Wissen über die spezifischen Auswirkungen des Alls auf die Psyche hoffentlich erweitert. Wie Chris Hadfield es formulierte: «[w]e are only limited by our ability to invent and persevere» (Hadfield, 2013, S. 302).


Zum Weiterlesen

Hadfield, C. (2013). An astronautʼs guide to life on earth. Pan Books.

Literatur

Bachman, K. R., Otto, C. A., & Leveton, L. B. (2012). Countermeasures to mitigate the negative impact of sensory deprivation and social isolation in long-duration space flight. https://core.ac.uk/reader/10566260

Guo, J., Qu, W., Chen, S., Chen, X., Lv, K., Huang, Z., & Wu, Y. (2014). Keeping the right time in space: Importance of circadian clock and sleep for physiology and performance of astronauts. Military Medical Research, 1.

Hellweg, C.E., & Baumstark-Khan, C. (2006). Getting ready for the manned mission to Mars: The astronauts’ risk from space radiation. Naturwissenschaften, 94, 517-526.

Kandarpa, K., Schneider, V.B., & Ganapathy, K. (2019). Human health during space travel: An overview. Neurology India, 67, 176-181.

Lemmer, B. (2007). The sleep–wake cycle and sleeping pills. Physiology & behavior, 90(2-3), 285-293.

Merabet, L. B., Maguire, D., Warde, A., Alterescu, K., Stickgold, R., & Pascual-Leone, A. (2004). Visual hallucinations during prolonged blindfolding in sighted subjects. Journal of Neuro-Ophthalmology, 24, 109-113.

Oglesby, J., & Salas, E. (2012). The issue of monotony and low workload in spaceflight: Considerations for the mission to Mars. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting, 56, 1782-1786. https://doi.org/10.1177/1071181312561358

Paris, A. (2017). Physiological and psychological aspects of sending humans to Mars: Challenges and recommendations. Journal of the Washington Academy of Sciences, 100(4), 3-20. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.23177.34405

Roy-O’Reilly, M., Mulavara, A.P., & Williams, T.J. (2021). A review of alterations to the brain during spaceflight and the potential relevance to crew in long-duration space exploration. NPJ Microgravity, 7.

Sannita, W.G., Narici, L., & Picozza, P. (2006). Positive visual phenomena in space: A scientific case and a safety issue in space travel. Vision Research, 46, 2159-2165. https://doi.org/10.1016/j.visres.2005.12.002

Taupin, T. (1972). Rocket Man [Recorded by G. Dudgeon (Elton John)]. On Honky Château. Uni.

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