我們已經(jīng)意識(shí)到太空飛行可能對(duì)人體造成的許多危險(xiǎn)，比如骨骼和肌肉質(zhì)量的損失、眼球大小和功能的扭曲，以及輻射等等。但是，一個(gè)越來(lái)越受關(guān)注的研究領(lǐng)域是太空環(huán)境如何損害大腦，微重力本身如何誘導(dǎo)大腦形狀和結(jié)構(gòu)的獨(dú)特不規(guī)則性。本周在《美國(guó)醫(yī)學(xué)會(huì)雜志-神經(jīng)病學(xué)》(JAMA Neurology)發(fā)表的一項(xiàng)新研究提供了有關(guān)太空飛行如何改變大腦的更多細(xì)節(jié)。這些發(fā)現(xiàn)無(wú)意中強(qiáng)調(diào)了我們對(duì)太空對(duì)大腦健康和安全的影響知之甚少，當(dāng)我們開(kāi)始將宇航員一次多年送入太空時(shí)，這種影響肯定會(huì)變大。

佛羅里達(dá)大學(xué)應(yīng)用生理學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)教授、新JAMA論文的合著者Rachael Seidler說(shuō)：“這些大腦的變化與衰老時(shí)的變化方向相同，但它們的發(fā)生速度更快。隨著太空飛行任務(wù)持續(xù)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，大腦變化越大，平衡性喪失越大。”

該研究的發(fā)現(xiàn)集中在頭骨內(nèi)顱內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)，以及首次檢查太空飛行如何影響大腦的白質(zhì)。大腦灰質(zhì)主要由神經(jīng)細(xì)胞體組成，在肌肉控制和感覺(jué)知覺(jué)中發(fā)揮重要作用，而大腦白質(zhì)主要由脂肪覆蓋的神經(jīng)纖維構(gòu)成，傳遞大腦不同部位和神經(jīng)系統(tǒng)之間的信息。

雖然灰質(zhì)發(fā)育在20多歲時(shí)達(dá)到頂峰，但白質(zhì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間后仍在繼續(xù)發(fā)展，并且直到中年才會(huì)達(dá)到峰值，從而產(chǎn)生更大的擔(dān)憂(yōu)，即太空飛行可能阻礙或扭曲通常被認(rèn)為適合太空任務(wù)的年輕宇航員的大腦。

有充分證據(jù)表明，宇航員回到地球吼會(huì)感到迷失方向，體驗(yàn)并顯示出運(yùn)動(dòng)控制、平衡、功能活動(dòng)和認(rèn)知方面的障礙。并且我們已經(jīng)知道在太空飛行期間，人類(lèi)大腦在頭骨內(nèi)向上移動(dòng)，并且軀體感覺(jué)皮層(處理大腦的感覺(jué)信息)也增加了灰質(zhì)體積。然而，我們從來(lái)沒(méi)有完全清楚這些各種干擾如何相互關(guān)聯(lián)。更重要的是，人們從未理解太空飛行對(duì)白質(zhì)的影響。

Seidler和她的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，使他們能夠利用可以跟蹤大腦中水分子運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散MRI(dMRI)掃描來(lái)量化宇航員大腦內(nèi)發(fā)生的流體移位。水分子的運(yùn)動(dòng)受到大腦中白質(zhì)纖維束的限制，使研究人員能夠更好地了解白質(zhì)結(jié)構(gòu)如何因太空飛行而發(fā)生變化。

NASA對(duì)從2010年到2015年執(zhí)飛的15名宇航員進(jìn)行了飛行前和飛行后的dMRI掃描 - 其中7人曾參加了持續(xù)時(shí)間不到30天的航天飛機(jī)任務(wù)，其中8人完成了國(guó)際空間站的長(zhǎng)期任務(wù)超過(guò)200天。中位年齡為47.2歲，男性12人，女性3人。

這些發(fā)現(xiàn)并不令人驚訝：太空飛行減少了大腦頂部周?chē)囊后w，并顯著增加了大腦底部周?chē)囊后w，表明大腦向上移動(dòng)會(huì)改變液體分布。此外，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)大腦通路周?chē)陌踪|(zhì)變化，而這些地方正是處理視覺(jué)和空間信息、平衡、垂直感知和運(yùn)動(dòng)控制的。白質(zhì)變化最大的宇航員在這些過(guò)程中經(jīng)歷了最嚴(yán)重的干擾。

Seidler表示：“這些結(jié)果很好地反映了經(jīng)歷過(guò)太空飛行的嚙齒動(dòng)物的變化，這很有說(shuō)服力。”

也有一些令人鼓舞的跡象表明，人體可以適應(yīng)這樣的變化。只是執(zhí)行更多任務(wù)的宇航員 - 無(wú)論任務(wù)持續(xù)時(shí)間還是滯留太空累積天數(shù) - 都經(jīng)歷了不那么劇烈的顱內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)。研究人員認(rèn)為這可能是人體能夠適應(yīng)微重力環(huán)境的一個(gè)標(biāo)志，但它需要在環(huán)境之間進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換才能到達(dá)這種狀態(tài)。

毫無(wú)疑問(wèn)，NASA和其他太空飛行團(tuán)隊(duì)希望避免讓宇航員在太空中體驗(yàn)不安全的變化，尤其是大腦。不幸的是，現(xiàn)在的問(wèn)題是，缺乏足夠的數(shù)據(jù)來(lái)全面評(píng)估這些變化的真實(shí)程度是多么糟糕或令人擔(dān)憂(yōu)。我們只將一小部分人投入太空，而且大多數(shù)人單次在地球軌道上的停留時(shí)間不超過(guò)幾個(gè)月。

“此時(shí)大腦變化的后果尚不清楚，”Seidler說(shuō)。“長(zhǎng)期隨訪(fǎng)對(duì)于了解這些大腦變化如何與衰老以及它們?nèi)绾位蚴欠耠S時(shí)間恢復(fù)相互作用非常重要。”Seidler和她的團(tuán)隊(duì)正在收集后續(xù)MRI掃描，這可以說(shuō)明恢復(fù)過(guò)程，但直到幾個(gè)月或幾年后我們才會(huì)真正了解背后的機(jī)理。

此外，盡管流體運(yùn)動(dòng)和白質(zhì)變化可能對(duì)地面生活造成影響，但在JAMA上發(fā)表的一篇社論以及新的研究表明它可能實(shí)際上是大腦適應(yīng)太空環(huán)境的方式，代表了“對(duì)航天環(huán)境的有益的神經(jīng)適應(yīng)性反應(yīng)”，這也許與斯坦利·庫(kù)布里克的《2001：太空漫游》有所不同。

不幸的是，這個(gè)研究領(lǐng)域不幸陷入困境。了解更多關(guān)于大腦如何因航天飛行而發(fā)生變化需要對(duì)準(zhǔn)備進(jìn)行這些任務(wù)的宇航員進(jìn)行更廣泛的研究，即更長(zhǎng)和更頻繁的飛行可能會(huì)導(dǎo)致這些人遇到有害的問(wèn)題。隨著研究向前推進(jìn)并謹(jǐn)慎行事，NASA做的不僅僅是評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，還希望隨著擴(kuò)大人類(lèi)在太空中的滯留的目標(biāo)開(kāi)始增加，分配給這些研究的研究和資源也將增加。

本文譯自 popsci，由譯者 HW 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。