Sensory SystemsSensory SystemsСенсорные системы0235-00923034-5936The Russian Academy of Sciences67581210.31857/S0235009223020038QSYHIWЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМАElectroretinographic examinations of the crew members of the 8-month international experiment SIRIUS 20/21Электроретинографические исследования экипажа 8-месячного международного эксперимента SIRIUS 20/21NeroevV. V.НероевВ. В.visionlab@yandex.ruTsapenkoI. V.ЦапенкоИ. В.visionlab@yandex.ruKotelinV. I.КотелинВ. И.visionlab@yandex.ruZuevaM. V.ЗуеваМ. В.visionlab@yandex.ruMankoO. M.МанькоО. М.visionlab@yandex.ruAleskerovA. M.АлескеровА. М.visionlab@yandex.ruPodyanovD. A.ПодъяновД. А.visionlab@yandex.ruHelmholtz Medical Research Center of Eye DiseasesФГБУ “Национальный медицинский исследовательский центр глазных болезней им. Гельмгольца” Минздрава РоссииInstitute of Biomedical Problems RAS Moscow RussiaФГБУН ГНЦ РФ “Институт медико-биологических проблем” РАН0104202337215216128022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0235-0092/article/view/675812

Before and after the 8-month international experiment SIRIUS 20/21, a complex of electrophysiological testing of the visual system was performed, including registration of standard photopic electroretinograms (ERG), flicker ERG response on flickering with a frequency of 8.3, 10, 12 and 24 Hz, photopic negative response, and pattern-ERG. The aim of the work was an objective assessment of changes in the functional activity of retinal neurons in ground station crew members associated with long-term isolation and the influence of a complex of stress factors. The results obtained indicate a moderate activation of the bioelectrical activity of photoreceptors and bipolar cells and a slight decrease in the function of retinal ganglion cells after isolation experiment. The revealed changes may reflect the adaptation of the visual sensory system of the testers to physical and psycho-emotional stress in the experimental conditions. Further study of the specifics of changes in electroretinographic markers with a longer duration of the experiment is necessary to expand the understanding of stress resistance and adaptation of the visual system during prolonged exposure to extreme environmental conditions.

До и после 8-месячного международного эксперимента SIRIUS 20/21 проводился комплекс электрофизиологических исследований зрительной системы, включая регистрацию стандартных фотопических электроретинограмм (ЭРГ), ритмической ЭРГ на мелькания с частотой 8.3, 10, 12 и 24 Гц, фотопического негативного ответа и паттерн-ЭРГ. Целью работы являлась объективная оценка изменений функциональной активности нейронов сетчатки у членов экипажа наземной станции, связанных с длительной изоляцией и влиянием комплекса стрессорных факторов. Полученные результаты говорят об умеренной активации биоэлектрической активности фоторецепторов и биполярных клеток и небольшом снижении функции ганглиозных клеток сетчатки после выхода из изоляции. Выявленные изменения могут отражать адаптацию зрительной сенсорной системы испытателей к физической и психоэмоциональной нагрузке в условиях эксперимента. Дальнейшее изучение специфики изменений электроретинографических маркеров при возрастающей продолжительности периода изоляции необходимо для расширения представлений о стрессоустойчивости и адаптации зрительной системы при длительном нахождении человека в экстремальных условиях среды.

long-term isolationground stationelectroretinographyretinaphotoreceptorsretinal bipolar cellsretinal ganglion cellsSIRIUS 20/21длительная изоляцияназемная станцияэлектроретинографиясетчаткафоторецепторыбиполярные клетки сетчаткиганглиозные клетки сетчаткиSIRIUS 20/21Byzov A.L. Fiziologija zrenija [Physiology of vision]. M.: Nauka, 1992. P. 115–161. (in Russian).Бызов А.Л. Физиология зрения. М.: Наука, 1992. С. 115–161.Byzov A.L. Funkcii nejroglii [Functions of neuroglia]. Tbilisi: Mecniereba, 1979. P. 49–57. (in Russian).Бызов А.Л. Функции нейроглии. Тбилиси: Мецниереба, 1979. С. 49–57.Kotelin V.I., Kirillova M.O., Zueva M.V., Tsapenko I.V., Zhuravleva A.N., Kiseleva O.A., Bessmertny A.M. Fotopicheskij negativnyj otvet dlja ocenki funkcii vnutrennej setchatki: trebovanija k registracii i sravnenie v glazah s estestvennoj shirinoj zrachka i v uslovijah medikamentoznogo midriaza [Photopic negative response for testing the function of inner retina: registration requirements and comparison in the eyes with natural pupil width and in conditions of drug mydriasis]. Oftalmologiya [Ophthalmology in Russia]. 2020. V. 17 (3). P. 398–406 (in Russian). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3-398-406Зуева М.В., Нероев В.В., Цапенко И.В., Сарыгина О.И., Гринченко М.И., Зайцева С.И. 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.Neroev V.V., Zueva M.V., Zhuravleva A.N., Tsapenko I.V. Strukturno-funkcional’nye narushenija pri glaukome: perspektivy doklinicheskoj diagnostiki. Chast’ 2. Jelektrofiziologicheskie markery rannih nejroplasticheskih sobytij [Structural and functional disorders in glaucoma: prospects for preclinical diagnosis. Part 2]. Electrophysiological Markers of Early Neuroplastic Events. Oftalmologiya [Ophthalmology in Russia]. 2020. V. 17 (3s). P. 533–541 (in Russian). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3S-533-541Зуева М.В., Цапенко И.В. Клетки Мюллера: спектр и профиль глио-нейрональных взаимодействий в сетчатке. Российский физиологический журнал им. Сеченова. 2004. Т. 90. № 8. С. 435–436.Zueva M.V., Neroev V.V., Tsapenko I.V., Sarygina O.I., Grinchenko M.I., Zaitseva S.I. Topograficheskaja diagnostika narushenij retinal’noj funkcii pri regmatogennoj otslojke setchatki metodom ritmicheskoj JeRG shirokogo spektra chastot [Topographic diagnostics of retinal function disorders in rhegmatogenous retinal detachment by rhythmic ERG of a wide frequency spectrum]. Rossiyskiy oftal’mologicheskiy zhurnal [Russian ophthalmological journal]. 2009. V. 1 (2). P. 18–23 (in Russian).Зуева М.В., Цапенко И.В. Электрофизиологическая характеристика глиально-нейрональных взаимоотношений при ретинальной патологии. Сенсорные системы. 1992. № 3. С. 58–63.Zueva M.V., Tsapenko I.V. Jelektrofiziologicheskaja harakteristika glial’no-nejronal’nyh vzaimootnoshenij pri retinal’noj patologii [Electrophysiological characteristics of glial-neuronal relationships in retinal pathology]. Sensornye sistemy [Neuroscience and Behavioral Physiology]. 1992 (3). P. 58–63 (in Russian).Котелин В.И., Кириллова М.О., Зуева М.В., Цапенко И.В., Журавлева А.Н., Киселева О.А., Бессмертный А.М. Фотопический негативный ответ для оценки функции внутренней сетчатки: требования к регистрации и сравнение в глазах с естественной шириной зрачка и в условиях медикаментозного мидриаза. Офтальмология. 2020. Т. 17. № 3. С. 398–406. https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3-398-406Zueva M.V., Tsapenko I.V. Kletki Mjullera: spektr i profil' glio-nejronal’nyh vzaimodejstvij v setchatke [Muller cells: spectrum and profile of glio-neuronal interactions in the retina]. Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. Sechenova [Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology]. 2004. V. 90 (8). P. 435–436 (in Russian).Нероев В.В., Зуева М.В., Журавлева А.Н., Цапенко И.В. Структурно-функциональные нарушения при глаукоме: перспективы доклинической диагностики. Часть 2. Электрофизиологические маркеры ранних нейропластических событий. Офтальмология. 2020. Т. 17. № 3s. С. 533–541. https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3S-533-541Allen C.S., Giraudo M., Moratto C., Yamaguchi N. Spaceflight environment. In: Space safety and human performance [Internet]. Elsevier, 2018. 87–138 p.Allen C.S., Giraudo M., Moratto C., Yamaguchi N. Spaceflight environment. In: Space safety and human performance [Internet]. Elsevier, 2018. P. 87–138.Bach M., Brigell M.G., Hawlina M., Holder G.E., Johnson M.A., McCulloch D.L., Meigen T., Viswanathan S. ISCEV standard for clinical pattern electroretinography (PERG): 2012 update. Doc Ophthalmol. 2013. V. 126 (1). P. 1–7. https://doi.org/10.1007/s10633-012-9353-yBach M., Unsoeld A.S., Philippin H., Staubach F., Maier P., Walter H.S., Bomer T.G., Funk J. Pattern ERG as an early glaucoma indicator in ocular hypertension: a long-term, prospective study. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006. V. 47 (11). P. 4881–4887. https://doi.org/10.1167/iovs.05-0875Basner M., Babisch W., Davis A., Brink M., Clark C., Janssen S., Stansfeld S. Auditory and non-auditory effects of noise on health. Lancet. 2014. V. 383 (9925). P. 1325–1332. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61613-XBasner M., Dinges D.F., Mollicone D., Ecker A., Jones C.W., Hyder E.C., Di Antonio A., Savelev I., Kan K., Goel N., Morukov B.V., Sutton J.P. Mars 520-d mission simulation reveals protracted crew hypokinesis and alterations of sleep duration and timing. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013. V. 110 (7). P. 2635-40. https://doi.org/10.1073/pnas.1212646110Basner M., Dinges D.F., Mollicone D., Ecker A., Jones C.W., Hyder E.C., Di Antonio A., Savelev I., Kan K., Goel N., Morukov B.V., Sutton J.P. Mars 520-d mission simulation reveals protracted crew hypokinesis and alterations of sleep duration and timing. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013. V. 110 (7). P. 2635–40. https://doi.org/10.1073/pnas.1212646110Bush R.A., Sieving P.A. A proximal retinal component in the primate photopic ERG a-wave. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1994. V. 35 (2). P. 635–645.Clarke A.H., Haslwanter T. The orientation of Listing’s Plane in microgravity. Vision Res. 2007. V. 47. P. 3132–3140. https://doi.org/10.1016/J.VISRES.2007.09.001Clément G., Ngo-Anh J.T. Space Physiology II: Adaptation of the Central Nervous Systemto Space Flight-Past, Current, and Future Studies. Berlin: Springer-Verlag, 2013. https://doi.org/10.1007/s00421-012-2509-3Eckstein M.K., Guerra-Carrillo B., Miller Singley A.T., Bunge S.A. Beyond eye gaze: what else can eyetracking reveal about cognition and cognitive development? Dev Cogn Neurosci. 2017. V. 25. P. 69–91. https://doi.org/10.1016/J.DCN.2016.11.001Frishman L., Sustar M., Kremers J., McAnany J.J., Sarossy M., Tzekov R., Viswanathan S. ISCEV extended protocol for the photopic negative response (PhNR) of the full-field electroretinogram. Doc Ophthalmol. 2018. V. 36 (3). P.207–211. https://doi.org/10.1007/s10633-018-9638-xFrishman L., Sustar M., Kremers J., McAnany J.J., Sarossy M., Tzekov R., Viswanathan S. ISCEV extended protocol for the photopic negative response (PhNR) of the full-field electroretinogram. Doc Ophthalmol. 2018. V. 36 (3). P. 207–211. https://doi.org/10.1007/s10633-018-9638-xFrishman L.J. Origins of the electroretinogram. Principles and Practice of Clinical Electrophysiology of Vision. London: MIT Press, 2006. 139–183 p.Frishman L.J. Origins of the electroretinogram. Principles and Practice of Clinical Electrophysiology of Vision. London: MIT Press, 2006. P. 139–183.Granholm E., Asarnow R.F., Sarkin A.J., Dykes K.L. Pupillary responses index cognitive resource limitations. Psychophysiology. 1996. V. 33. P. 457–461. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1996.tb01071.xKoles M., Hercegfi K. Eye tracking precision in a virtual CAVE environment. 2015 6th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom) (Piscataway: IEEE), 2015. 319–322 p. https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2015.7390611Koles M., Hercegfi K. Eye tracking precision in a virtual CAVE environment. 2015 6th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom) (Piscataway: IEEE), 2015. P. 319–322. https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2015.7390611Kondo M., Sieving P.A. Primate photopic sine-wave flicker ERG: vector modeling analysis of component origins using glutamate analogs. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2001. V. 42 (1). P. 305–312.Machida S., Raz-Prag D., Fariss R.N., Sieving P.A., Bush R.A. Photopic ERG negative response from amacrine cell signaling in RCS rat retinal degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008. V. 49 (1). P. 442–52. https://doi.org/10.1167/iovs.07-0291Machida S., Raz-Prag D., Fariss R.N., Sieving P.A., Bush R.A. Photopic ERG negative response from amacrine cell signaling in RCS rat retinal degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008. V. 49 (1). P. 442–52. https://doi.org/10.1167/iovs.07-0291Matsui Y., Katsumi O., Sakaue H., Hirose T. Electroretinogram b/a wave ratio improvement in central retinal vein obstruction. Br J Ophthalmol. 1994. V. 78 (3). P. 191–198. https://doi.org/10.1136/bjo.78.3.191McCulloch D.L., Marmor M.F., Brigell M.G., Hamilton R., Holder G.E., Tzekov R., Bach M. ISCEV Standard for full-field clinical electroretinography (2015 update). Doc Ophthalmol. 2015. V. 130 (1). P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s10633-014-9473-7Mogilever N.B., Zuccarelli L., Burles F., Iaria G., Strapazzon G., Bessone L., Coffey E.B.J. Expedition cognition: A review and prospective of subterranean neuroscience with spaceflight applications. Front Hum Neurosci. 2018. V. 12. P. 407. https://doi.org/10.3389/fnhum.2018.00407Rajulu S. Human factors and safety in EVA. Space Safety and Human Performance. Butterworth-Heinemann, 2018. 469–500 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101869-9.00011-XRajulu S. Human factors and safety in EVA. Space Safety and Human Performance. Butterworth-Heinemann, 2018. P. 469–500. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101869-9.00011-XSalgarelo T., Cozzupoli G.M., Giudiceandrea A., Fadda F., Placidi G., De Siena E., Amore F., Rizzo S., Falsini B. PERG adaptation for detection of retinal ganglion cell dysfunction in glaucoma: a pilot diagnostic accuracy study. Scientific Reports. 2021. V. 11. Art. 22879.Salgarelo T., Cozzupoli G.M., Giudiceandrea A., Fadda F., Placidi G., De Siena E., Amore F., Rizzo S., Falsini B. PERG adaptation for detection of retinal ganglion cell dysfunction in glaucoma: a pilot diagnostic accuracy study. Scientific Reports. 2021. V. 11. Article 22879.Sieving P.A., Murayama K., Naarendorp F. Push-pull model of the primate photopic electroretinogram: a role for hyperpolarizing neurons in shaping the b-wave. Vis Neurosci. 1994. V. 11 (3). P. 519–532. https://doi.org/10.1017/S0952523800002431Stansfeld S.A., Matheson M.P. Noise pollution: non-auditory effects on health. Br Med Bull. 2003. V. 68. P. 243–257. https://doi.org/10.1093/bmb/ldg033Stockton R.A., Slaughter M.M. B-wave of the electroretinogram. A reflection of ON bipolar cell activity. J Gen Physiol. 1989. V. 93 (1). P. 101–122. https://doi.org/10.1085/jgp.93.1.101Ventura L.M., Sorokac N., De Los Santos R., Feuer W.J., Porciatti V. The Relationship between Retinal Ganglion Cell Function and Retinal Nerve Fiber Thickness in Early Glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006. V. 47 (9). P. 3904–3911. https://doi.org/10.1167/iovs.06-0161Viswanathan S., Frishman L.J., Robson J.G., Harwerth R.S., Smith E.L. 3rd. The photopic negative response of the macaque electroretinogram: reduction by experimental glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1999. V. 40 (6). P. 1124–1136.