Functional Activity of the Retina and Visual Evoked Cortical Potentials in Simulation the Factors of Space Flight in Conditions of Four Month Isolation in a Hermetic Object with Artificial Habitat


Cite item

Full Text

Abstract

Background. The artificial environment of confined space causes a decrease in the functional reserve of the central nervous system and can affect human health and the success of space missions. In solving this problem, the urgent task is to study adaptation mechanisms that adapt the functioning of the visual sensory system to the conditions of the extreme environment. Purpose — to obtain new objective data on the alterations in the functional activity of the visual system during prolonged stay of a person in extreme environmental conditions. Methods. Before and after a 4-month isolation experiment simulating a flight to the moon, an electrophysiological study was conducted of six practically healthy crew members with registration of a set of electroretinograms (ERG) and pattern-reversal visual evoked cortical potentials (VEP) according to the ISCEV standards. In dynamics, corrected monocular visual acuity (MVA) was assessed on board. Results. After the end of the experiment, on average for the group, there were no statistically significant changes in the MVA and functional activity of the retina and visual cortex compared with the initial data. However, individual changes on the part of the flicker ERG and reduction of VEP to small patterns stimulating the parvocellular channel of the visual system were revealed in three testers. These changes were associated with higher visually intense work and physical activity of these crew members, and with an individual reaction to sleep deprivation of pilots with increased responsibility. Conclusion. Four-month isolation with imitation of a space mission did not cause significant changes in the functional activity of the retina and visual pathways in healthy crew members. Individual differences of VEP-responses of the parvocellular visual system were revealed, which can reflect a high level of psychophysiological adaptation and stress resistance in physically active crew members.

About the authors

Vladimir V. Neroev

Helmholtz National Medical Research Center of Eye Diseases

Email: secr@igb.ru
ORCID iD: 0000-0002-8480-0894
SPIN-code: 5214-4134
https://igb.ru/about/podrazdeleniya-instituta/12-o-nmits/podrazdeleniya-instituta/64-administratsiya-instituta

MD, PhD, Professor, Academician of the RAS

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

Marina V. Zueva

Helmholtz National Medical Research Center of Eye Diseases

Email: visionlab@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0161-5010
SPIN-code: 8838-3997
https://igb.ru/about/podrazdeleniya-instituta/otdel-klinicheskoj-fiziologii-zreniya-im-s-v-kravkova

PhD in Biology, Professor

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

Irina V. Tsapenko

Helmholtz National Medical Research Center of Eye Diseases

Email: sunvision@mail.ru
https://igb.ru/about/podrazdeleniya-instituta/otdel-klinicheskoj-fiziologii-zreniya-im-s-v-kravkova

PhD in Biology, Senior Researcher

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

Yuri A. Bubeev

State Scientific Center of the Russian Federation — Institute of Biomedical Problems RAS

Email: aviamed@inbox.ru
SPIN-code: 6548-0280

MD, PhD, Professor

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

Olga M. Manko

State Scientific Center of the Russian Federation — Institute of Biomedical Problems RAS

Email: olgamanko@list.ru
SPIN-code: 6090-4239

MD, PhD, Leading Researcher

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

Alexandr E. Smoleevskiy

State Scientific Center of the Russian Federation — Institute of Biomedical Problems RAS

Email: smoll13@mail.ru
SPIN-code: 2993-6644

MD, PhD, Senior Researcher

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

Akhmed M. Aleskerov

State Scientific Center of the Russian Federation — Institute of Biomedical Problems RAS

Email: a.m.aleskerov@mail.ru

MD, Junior Researcher

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

Maria A. Gracheva

Institute for Information Transmission Problems of the Russian Academy of Sciences (Kharkevich Institute)

Author for correspondence.
Email: mg.iitp@gmail.com
SPIN-code: 1164-7489

PhD in Biology, Senior Researcher

Russian Federation, 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya st, Moscow, 105062

References

  1. Mogilever NB, Zuccarelli L, Burles F, et al. Expedition Cognition: A review and prospective of subterranean neuroscience with spaceflight applications. Front Hum Neurosci. 2018;12:407. doi: https://doi.org/10.3389/fnhum.2018.00407
  2. Abeln V, MacDonald-Nethercott E, Piacentini MF, et al. Exercise in isolation — a countermeasure for electrocortical, mental and cognitive impairments. PLoS One. 2015;10(5):e0126356. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0126356
  3. Sandal G, Leon G, Palinkas L. Human challenges in polar and space environments. Rev Environ Sci Biotechnol. 2006;5:281–296. doi: https://doi.org/10.1007/s11157-006-9000-8
  4. Palinkas LA. The psychology of isolated and confined environments. Understanding human behavior in Antarctica. Am Psychol. 2003;58(5):353–363.
  5. Palinkas LA, Suedfeld P. Psychological effects of polar expeditions. Lancet. 2008;371(9607):153–163. doi: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(07)61056-3
  6. Robinson S. Isolation Has Profound Effects on the Human Body and Brain. Here’s What Happens. The Conversation. 3 Feb 2019. Available from: https://theconversation.com/what-are-the-effects-of-total-isolation-an-expert-explains-109091
  7. Садовничий В.А., Aмелюшкин A.М., Ангелопулос В., и др. Космические эксперименты на борту спутника МГУ «Ломоносов» // Космические исследования. — 2013. — Т. 51. — № 6. — С. 470–477. [Sadovnichiy VA, Amelyushkin AM, Angelopoulos V, et al. Space experiments aboard the Lomonosov MSU satellite Cosmic Research. Kosimicheskie Issledovaniya. 2018;51:427–433. (In Russ.)]
  8. McCulloch DL, Marmor MF, Brigell MG, et al. ISCEV Standard for full-field clinical electroretinography (2015 update). Doc Ophthalmol. 2015;130(1):1–12. doi: https://doi.org/10.1007/s10633-014-9473-7
  9. Зуева М.В., Нероев В.В., Цапенко И.В., и др. Топографическая диагностика нарушений ретинальной функции при регматогенной отслойке сетчатки методом ритмической ЭРГ широкого спектра частот // Российский офтальмологический журнал. — 2009. — Т. 1. — № 2. — С. 18–23. [Zueva MV, Neroev VV, Tsapenko IV, et al. Topographic diagnosis of retinal dysfunction in case of rhegmatogenous retinal detachment by the rhythmic ERG method of a wide range of frequencies. Rossiyskiy Oftal’mologicheskiy Zhurnal. 2009;1(2):18–23. (In Russ.)]
  10. Bach M, Brigell MG, Hawlina M, et al. ISCEV standard for clinical pattern electroretinography (PERG): 2012 update. Doc Ophthalmol. 2013;126(1):1–7. doi: https://doi.org/10.1007/s10633-012-9353-y
  11. Odom JV, Bach M, Brigell M, et al. International Society for Clinical Electrophysiology of Vision. ISCEV standard for clinical visual evoked potentials (2016 update). Doc Ophthalmol. 2016;133(1):1–9. doi: https://doi.org/10.1007/s10633-016-9553-y
  12. Holder GE. Pattern electroretinography (PERG) and an integrated approach to visual pathway diagnosis. Prog Retin Eye Res. 2001;20(4):531–561. doi: https://doi.org/10.1016/S1350-9462(00)00030-6
  13. Luo X, Frishman LJ. Retinal pathway origins of the pattern electroretinogram (PERG). Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011;52(12):8571–8584. doi: https://doi.org/10.1167/iovs.11-8376
  14. Зуева М.В., Цапенко И.В. Структурно-функциональная организация клеток Мюллера: роль в развитии и патологии сетчатки // Клиническая физиология зрения. Очерки / под ред. А.М. Шамшиновой. — М.: МБН, 2006. — С. 128–191. [Zueva MV, Tsapenko IV. Structural and functional organization of Müller cells: role in the development and pathology of the retina. Klinicheskaya fiziologiya zreniya. Ocherki. A.M. Shamshinova (еd.). Moscow: Nauchno-meditsinskaya firma MBN; 2006. S. 128–191. (In Russ.)]
  15. Wieser MJ, Miskovic V, Keil A. Steady-state visual evoked potentials as a research tool in social affective neuroscience. Psychophysiology. 2016;53(12):1763–1775. doi: https://doi.org/10.1111/psyp.12768
  16. Yaras N, Yargicoglu P, Agar A, et al. Effect of immobilization and cold stress on visual evoked potentials. Int J Neurol. 2003;113(8):1055–1067. doi: https://doi.org/10.1080/00207450390203708
  17. Jackson ML, Croft RJ, Owens K, et al. The effect of acute sleep deprivation on visual evoked potentials in professional drivers. Sleep. 2008;31(9):1261–1269.
  18. Kanas N. Psychosocial issues affecting crews during long-duration international space missions. Acta Astronaut. 1998;(1–8):339–361.
  19. Whitmore M, McQuilkin ML, Woolford BJ. Habitability and performance issues for long duration space flights. Hum Perf Extrem Environ. 1998;3(1):64–74.
  20. Heuer H, Manzey D, Lorenz B, Sangals J. Impairments of manual tracking performance during spaceflight are associated with specific effects of microgravity on visuomotor transformations. Ergonomics. 2003;46(9):920–934. doi: https://doi.org/10.1080/0014013031000107559
  21. Johannes B, Salnitski VP, Polyakov VV, Kirsch KA. Changes in the autonomic reactivity pattern to psychological load under long-term microgravity — twelve men during 6-month spaceflights. Aviakosm Ekolog Med. 2003;37(3):6–16.
  22. Schneider S, Brummer V, Carnahan H, et al. Exercise as a countermeasure to psycho-physiological deconditioning during long-term confinement. Behav Brain Res. 2010;211(2):208–14. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbr.2010.03.034
  23. Ekkekakis P. Let them roam free? Physiological and psychological evidence for the potential of selfselected exercise intensity in public health. Sports Med. 2009;39(10):857–888. doi: https://doi.org/10.2165/11315210-000000000-00000
  24. Schneider S, Abeln V, Popova J, et al. The influence of exercise on prefrontal cortex activity and cognitive performance during a simulated space flight to Mars (MARS500). Behav Brain Res. 2013;236(1):1–7. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbr.2012.08.022
  25. Yeung RR. The acute effects of exercise on mood state. J Psychosom Res. 1996;40(2):123–141. doi: https://doi.org/10.1016/0022-3999(95)00554-4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2021 "Paediatrician" Publishers LLC

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».