Langfristige Vorhersagen des Hirnalters bei langdauernden Raumflugmissionen

Warum der Weltraum unser Gehirn verändert

Da Missionen an Bord der Internationalen Raumstation sich auf sechs Monate und länger ausdehnen, stellt sich eine zentrale Frage: Was bewirkt das Leben in Schwerelosigkeit langfristig im menschlichen Gehirn? Diese Studie untersucht, ob Monate im Orbit das Gehirn dazu bringen könnten, schneller zu „altern“, indem hochauflösende MRT-Scans und künstliche Intelligenz eingesetzt werden, um zu schätzen, wie alt ein Gehirn im Vergleich zum tatsächlichen Alter einer Person wirkt. Die Antwort ist nicht nur für Astronauten, die zum Mond oder Mars reisen, wichtig, sondern auch für das Verständnis von Alterungsprozessen und Gehirngesundheit auf der Erde.

Das Gehirn wie eine Uhr betrachten

Die Forschenden nutzten das Konzept des „Hirnalters“, das das Gehirn als biologische Uhr betrachtet. Indem Tausende von MRT-Scans in Modelle des maschinellen Lernens eingespeist werden, können Algorithmen trainiert werden, Muster zu erkennen, die typischerweise mit dem Alterungsprozess einhergehen — etwa subtile Veränderungen im Hirngewebe und in Flüssigkeitsräumen. Einmal trainiert können diese Modelle einen neuen Scan beurteilen und schätzen, wie alt dieses Gehirn zu sein scheint. Ein Vergleich dieser Schätzung mit dem tatsächlichen Alter einer Person zeigt, ob ihr Gehirn jünger, älter oder im erwarteten Bereich wirkt.

Astronauten, Kosmonauten und erdgebundene Zwillinge

Das Team analysierte Daten aus zwei Langzeit-Raumfahrtprogrammen: russische Kosmonauten (ROS) und europäische Astronauten (ESA), die etwa sechs Monate auf der Internationalen Raumstation verbrachten. Jede Testperson wurde vor dem Start, innerhalb weniger Tage nach der Landung und etwa ein halbes Jahr später gescannt. Zum Vergleich wurden sorgfältig abgeglichene Kontrollpersonen auf der Erde — ähnlich in Alter, Geschlecht und Bildung — über ungefähr dieselben Zeiträume gescannt. Drei hochmoderne Modelle des maschinellen Lernens wurden verwendet, um das Hirnalter aus strukturellen MRT-Daten zu schätzen, wobei besonderes Augenmerk auf die Stabilität und Genauigkeit dieser Werkzeuge bei wiederholten Scans gelegt wurde.

Prüfung der Hirnalter-Modelle

Bevor Schlussfolgerungen zum Raumflug gezogen wurden, prüften die Autorinnen und Autoren, ob die Hirnalter-Modelle selbst zuverlässig sind. Sie scannten Personen zweimal in einer Sitzung, mit einem Abstand von etwa einer halben Stunde, um zu sehen, ob die Vorhersagen nahezu identisch wären. Alle drei Modelle bestanden diesen Test mit Bravour: 94–97 % der Variation in den Vorhersagen spiegelten wahre Unterschiede zwischen Individuen wider, nicht zufälliges Rauschen. Ein tiefes Lernmodell jedoch, obwohl sehr konsistent, überschätzte die Alter stark — im Mittel erschienen die Gehirne etwa 11 Jahre älter als das wirkliche Alter — wahrscheinlich, weil es überwiegend an deutlich älteren Erwachsenen trainiert worden war. Da Genauigkeit ebenso wichtig ist wie Stabilität, wurde dieses Modell aus den Hauptanalysen ausgeschlossen, und die zwei besser kalibrierten Modelle wurden weiterverwendet.

Was mit Gehirnen nach Monaten im Orbit passiert

Mithilfe der verbleibenden Modelle untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie sich das Hirnalter vor und nach dem Flug und während der Nachbeobachtungszeit veränderte im Vergleich zu den Kontrollen. Bei den russischen Kosmonauten deutete ein Modell darauf hin, dass ihre Gehirne unmittelbar nach den Missionen etwas älter wirkten — um weniger als ein Jahr — als vor dem Start, was frühere Befunde widerspiegelt, die eine Verringerung der grauen Substanz in bestimmten Hirnregionen und vergrößerte Flüssigkeitsräume nach dem Raumflug zeigten. In der ESA-Gruppe zeigten die Hirnalter-Schätzungen im Zeitverlauf ein Muster, das auf einen etwas steileren „Alterungs“-Trend als bei ihren erdgebundenen Pendants hindeutet, obwohl die Teilnehmerzahl gering war und die Unterschiede keine formale statistische Signifikanz erreichten. Insgesamt zeigten die Kontrollen entweder stabile oder typischere Alterungsprofile, während Raumfahrer in einigen Analysen zu einem älter wirkenden Gehirnprofil zu tendieren schienen.

Signale, keine abschließenden Antworten

Die Interpretation dieser Verschiebungen ist kompliziert. Veränderungen des Hirnalters nach dem Raumflug könnten echte beschleunigte Alterung widerspiegeln, sie könnten aber auch vorübergehende Anpassungen an die Mikrogravitation und die Belastungen von Start und Landung darstellen, die sich im Laufe der Zeit teilweise zurückbilden. Die ESA-Daten deuteten beispielsweise an, dass einige Veränderungen bei der Nachuntersuchung wieder in Richtung Ausgangswert gehen könnten. Die Autorinnen und Autoren betonen, dass ihre Ergebnisse vorläufig und auf moderaten Stichprobengrößen basieren, aber sie zeigen, dass Hirnalter-Vorhersagen in Astronautenstudien durchführbar sind und dass aktuelle Methoden des maschinellen Lernens ausreichend zuverlässig sind, um kleine Veränderungen über Monate hinweg zu verfolgen. Für Laien lautet die Quintessenz, dass langdauernde Raumfahrtmissionen einen messbaren Fingerabdruck im Gehirn hinterlassen, der in mancher Hinsicht dem Alterungsbild ähnelt, und dass wir nun empfindliche Werkzeuge haben, um diese Effekte zu überwachen, während die Menschheit weiter ins All vordringt.

Zitation: Tang, G., Patil, K.R., Hoffstaedter, F. et al. Longitudinal brain-age predictions comprising long-duration spaceflight missions. npj Microgravity 12, 24 (2026). https://doi.org/10.1038/s41526-026-00575-3

Schlüsselwörter: Raumflug, Hirnalterung, MRT, Astronautengesundheit, Maschinelles Lernen