19/09/2013

Conviviale del 19 Settembre 2013

Sesta conviviale annata 2013-14

19 settembre 2013 / Annata 2013-2014

L'esplorazione di Marte rappresenterà la prima missione spaziale interplanetaria con equipaggio umano che vedrà coinvolte le maggiori agenzie spaziali del mondo, dal Roscosmos (Russia) alla NASA (USA), dall’ESA (Europa) alla JAXA (Giappone) fino alla CNSA (Cina).

L’idea di portare l’uomo su Marte, è una vecchia idea ma ancora di difficile risoluzione.

Tra gli interrogativi che gli scienziati (e non solo loro!) si pongono i principali sono:

1.      Perché andare su Marte?

2.      Quali sono le differenze tra Terra e Marte?

3.      Quali sono le sfide che l’uomo dovrà vincere per vivere su Marte?

4.      Di cosa abbiamo bisogno?

5.      E’ possibile trasformare Marte in un pianeta simile alla Terra (il cosiddetto “Terraforming”)?

6.      Come si prepara un equipaggio per andare su marte (studi di simulazione)?

 

Andare su Marte, così come andare su di un altro pianeta, rappresenta sicuramente un’opportunità per l’umanità, poiché permetterà alla specie umana di sopravvivere a un eventuale impatto con asteroidi, di sviluppare nuove tecnologie e sistemi, ma soprattutto di ricercare nuove fonti energetiche, come ad es. l’elio-3 (He-3). He-3 è un isotopo dell'elio, molto raro sulla Terra, estremamente importante poiché si ritiene che possa essere usato come fonte di energia per le centrali elettriche a fusione di seconda generazione. Infatti le rocce marziane sono ricche di elio-3.  

Marte, pur avendo la durata del giorno simile a quella terrestre, pur presentando acqua sottoforma di ghiaccio, è un pianeta molto freddo (temperatura media -63°) e desertico con un’atmosfera tossica (95% CO2) e quindi non respirabile e con elevati livelli di radiazioni cosmiche. Una vera condizione ambientale estrema per la vita, almeno per come la intendiamo sulla Terra!

Risulta quindi evidente che la colonizzazione del pianeta rosso prevederà un impegno scientifico e economico mai affrontato fino ad’ora. Basti pensare che uno dei progetti proposti dagli scienziati della NASA è quello del “terraforming” marziano, ovvero un ipotetico processo attraverso il quale il clima, la superficie e le caratteristiche conosciute di Marte verrebbero deliberatamente modificate con lo scopo di rendere il pianeta abitabile da esseri umani e altre forme di vita terrestri. È stato calcolato che l'intero processo durerebbe più di centomila anni!!!

Rimaniamo con i piedi per Terra!!! Come preparare quindi un equipaggio umano ad andare su Marte? La prima simulazione del volo umano su Marte è stata condotta a Mosca nel 1967, due anni prima che Neil Armstrong posasse il suo piede sulla superficie lunare. Dopo questa simulazione ne sono seguite altre, fino ad arrivare al 2007, data d’inizio del progetto internazionale MARS500.

MARS500 è un esperimento condotto a Mosca (a 5 fermate di metropolitana dalla Piazza Rossa) all’interno di un simulatore spaziale (NEK) volto a simulare le condizioni di un viaggio verso Marte. MARS500 è frutto di una collaborazione tra l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l'Agenzia Spaziale Russa e si è svolto presso l’ “Institute of Biomedical Problems (IBMP)” dell'Accademia delle Scienze Russa. L’obiettivo del programma è quello di raccogliere dati che potranno essere utili per mettere a punto una futura reale missione spaziale umana verso Marte. Saranno studiati specialmente gli effetti biomedici e psicologici indotti in persone costrette a vivere in condizioni di confinamento spaziale e isolamento sociale.

Il contributo pisano a MARS 500 nasce all’interno del gruppo di ricerca “Extreme” che vede coinvolti ricercatori delle principali istituzioni scientifiche e formative di Pisa: l’Università di Pisa (in particolare l’ex Facoltà di Medicina e Chirurgia), la Fisiologia Clinica del CNR e la Scuola Superiore Sant’Anna. L’idea è semplice: cercare un indicatore oggettivo che in modo non invasivo ci consentisse di valutare oggettivamente il grado di stress del singolo astronauta. A questo riguardo la nostra attenzione si è posta su uno dei target principali dello stress, il sonno e le sue funzioni benefiche. Il nostro Centro, infatti, insieme a pochi altri centri nel mondo, studia un’onda del sonno, chiamata Sleep Slow Oscillation (SSO), che gioca un ruolo cruciale nelle funzioni omeostatiche del sonno, dal consolidamento delle memorie, al risparmio energetico ecc… In altri termini il nostro scopo è quello di correlare i livelli di stress (valutati oggettivamente mediante lo studio del sistema nervoso simpatico e di parametri biochimici ormonali e immunitari) con l’espressione della SSO e di valutare quindi gli effetti sul comportamento umano.

Su questa base abbiamo applicato questo paradigma per la prima volta al mondo allo studio degli effetti negativi dello stress sulla SSO nei sei proto-astronauti (4 russi, un francese ed un tedesco) che hanno simulato per 105 giorni il volo umano sul pianeta Marte (seconda fase: MARS 105). Questo studio è stato finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana. A questo riguardo, utilizzando un elettroencefalografo a 128 canali abbiamo identificato che elevati livelli di cortisolo (ormone principale della reazione allo stress) inducono una riduzione significativa del numero di SSO proprio nelle regioni cerebrali che giocano un ruolo in varie funzioni cognitive, come memoria e attenzione. In altri termini, se da un lato il rapporto tra stress e sonno è ben noto, dall’altro invece l’identificazione di legame preclinico tra ormoni dello stress e meccanismi di base del sonno è del tutto originale. 

Grazie a questi risultati, l’IBMP ha chiesto al Centro Extreme di partecipare alla terza fase della simulazione del volo umano su Marte della durata di 520 giorni (MARS500, la vera simulazione!). In base ai risultati ottenuti nella prima fase, oltre a monitorare la SSO e gli ormoni legati allo stress, il centro Extreme si è proposto di valutare da un lato gli effetti comportamentali delle alterazioni della SSO e dall’altro gli effetti di una contromisura non farmacologica. In base a pochi studi presenti in letteratura come contromisura abbiamo deciso di utilizzare la Stimolazione Transcranica mediante Corrente Diretta (tDCS). E’ stato infatti dimostrato che la tDCS applicata nelle fasi di sonno superficiale con una frequenza di stimolazione sovrapponibile a quella della SSO è in grado di indurre un maggior numero di SSO che  a sua volta si associa ad un miglior consolidamento mnesico e quindi a migliori performance cognitive il giorno dopo.

Per la prima volta la tDCS è stata utilizzata per antagonizzare gli effetti negativi dello stress.

Ecco come una ricerca sulle condizioni estreme potrebbe fornire anche nuove strategie terapeutiche! Ovvero avere ricadute per la popolazione comune.

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