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Neural Working Memory Changes During a Spaceflight Analog With Elevated Carbon Dioxide: A Pilot Study

Salazar, Ana Paula und Hupfeld, Kathleen E. und Lee, Jessica K. und Beltran, Nichole E. und Kofman, Igor S. und De Dios, Yiri E. und Mulder, Edwin und Bloomberg, Jacob J. und Mulavara, Ajitkumar P. und Seidler, Rachael D. (2020) Neural Working Memory Changes During a Spaceflight Analog With Elevated Carbon Dioxide: A Pilot Study. Frontiers in Systems Neuroscience, 14, Seite 48. Frontiers Media S.A.. doi: 10.3389/fnsys.2020.00048. ISSN 1662-5137.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnsys.2020.00048/full

Kurzfassung

Spaceflight missions to the International Space Station (ISS) expose astronauts to microgravity, radiation, isolation, and elevated carbon dioxide (CO₂), among other factors. Head down tilt bed rest (HDBR) is an Earth-based analog for spaceflight used to study body unloading, fluid shifts, and other factors unrelated to gravitational changes. While in space, astronauts need to use mental rotation strategies to facilitate their adaptation to the ISS environment. Therefore, spatial working memory is essential for crewmember performance. Although the effects of HDBR on spatial working memory have recently been studied, the results are still inconclusive. Here, we expand upon past work and examine the effects of HDBR with elevated CO₂ (HDBR + CO₂) on brain activation patterns during spatial working memory performance. In addition, we compare brain activation between 30 days of HDBR + CO₂ and 70 days of HDBR to test the isolated effect of CO₂. Eleven subjects (6 males, 5 females; mean age = 34 ± 8 years) underwent six functional magnetic resonance imaging (fMRI) sessions pre-, during, and post-HDBR + CO₂. During the HDBR + CO₂ intervention, we observed decreasing activation in the right middle frontal gyrus and left regions of the cerebellum, followed by post-intervention recovery. We detected several correlations between brain and behavioral slopes of change with the HDBR + CO₂ intervention. For example, greater increases in activation in frontal, temporal and parietal regions were associated with larger spatial working memory improvements. Comparing the HDBR + CO₂ group to data from our previous 70-day HDBR study, we found greater decreases in activation in the right hippocampus and left inferior temporal gyrus for the HDBR + CO₂ group over the course of the intervention. Together, these findings increase our understanding of the neural mechanisms of HDBR, elevated levels of CO₂ and spaceflight-related changes in spatial working memory performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/135976/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Neural Working Memory Changes During a Spaceflight Analog With Elevated Carbon Dioxide: A Pilot Study
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Salazar, Ana PaulaDepartment of Applied Physiology and Kinesiology, University of Florida, Gainesville, FL, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hupfeld, Kathleen E.Department of Applied Physiology and Kinesiology, University of Florida, Gainesville, FL 32608, USAhttps://orcid.org/0000-0001-5086-4841NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Jessica K.German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt), 51147 Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beltran, Nichole E.KBR, Houston, TX 77002, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kofman, Igor S.KBR, Houston, TX, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
De Dios, Yiri E.KBR, Houston, TX 77002, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mulder, EdwinEdwin.Mulder (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bloomberg, Jacob J.NASA Johnson Space Center, Houston, TX, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mulavara, Ajitkumar P.KBR, Houston, TX 77002, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seidler, Rachael D.Department of Applied Physiology and Kinesiology, College of Health and Human Performance, University of Florida, Gainesville, FL, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Juli 2020
Erschienen in:Frontiers in Systems Neuroscience
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.3389/fnsys.2020.00048
Seitenbereich:Seite 48
Verlag:Frontiers Media S.A.
ISSN:1662-5137
Status:veröffentlicht
Stichwörter:cognition, spatial working memory, carbon dioxide, head down tilt bed rest, microgravity
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Systemphysiologie (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Muskel- und Knochenstoffwechsel
Hinterlegt von: Arndt, Carina
Hinterlegt am:08 Sep 2020 13:37
Letzte Änderung:30 Sep 2020 10:24

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