@ 2019.02.03 , 15:00

太空会改变你我的大脑

作者:Neel V. Patel

我们已经意识到太空飞行可能对人体造成的许多危险,比如骨骼和肌肉质量的损失、眼球大小和功能的扭曲,以及辐射等等。但是,一个越来越受关注的研究领域是太空环境如何损害大脑,微重力本身如何诱导大脑形状和结构的独特不规则性。本周在《美国医学会杂志-神经病学》(JAMA Neurology)发表的一项新研究提供了有关太空飞行如何改变大脑的更多细节。这些发现无意中强调了我们对太空对大脑健康和安全的影响知之甚少,当我们开始将宇航员一次多年送入太空时,这种影响肯定会变大。

佛罗里达大学应用生理学和运动学教授、新JAMA论文的合着者Rachael Seidler说:“这些大脑的变化与衰老时的变化方向相同,但它们的发生速度更快。随着太空飞行任务持续时间越来越长,大脑变化越大,平衡性丧失越大。”

该研究的发现集中在头骨内颅内液体的运动,以及首次检查太空飞行如何影响大脑的白质。大脑灰质主要由神经细胞体组成,在肌肉控制和感觉知觉中发挥重要作用,而大脑白质主要由脂肪覆盖的神经纤维构成,传递大脑不同部位和神经系统之间的信息。

虽然灰质发育在20多岁时达到顶峰,但白质在很长一段时间后仍在继续发展,并且直到中年才会达到峰值,从而产生更大的担忧,即太空飞行可能阻碍或扭曲通常被认为适合太空任务的年轻宇航员的大脑。

有充分证据表明,宇航员回到地球吼会感到迷失方向,体验并显示出运动控制、平衡、功能活动和认知方面的障碍。并且我们已经知道在太空飞行期间,人类大脑在头骨内向上移动,并且躯体感觉皮层(处理大脑的感觉信息)也增加了灰质体积。然而,我们从来没有完全清楚这些各种干扰如何相互关联。更重要的是,人们从未理解太空飞行对白质的影响。

Seidler和她的团队开发了一种新技术,使他们能够利用可以跟踪大脑中水分子运动的扩散MRI(dMRI)扫描来量化宇航员大脑内发生的流体移位。水分子的运动受到大脑中白质纤维束的限制,使研究人员能够更好地了解白质结构如何因太空飞行而发生变化。

NASA对从2010年到2015年执飞的15名宇航员进行了飞行前和飞行后的dMRI扫描 - 其中7人曾参加了持续时间不到30天的航天飞机任务,其中8人完成了国际空间站的长期任务超过200天。中位年龄为47.2岁,男性12人,女性3人。

这些发现并不令人惊讶:太空飞行减少了大脑顶部周围的液体,并显着增加了大脑底部周围的液体,表明大脑向上移动会改变液体分布。此外,该团队发现大脑通路周围的白质变化,而这些地方正是处理视觉和空间信息、平衡、垂直感知和运动控制的。白质变化最大的宇航员在这些过程中经历了最严重的干扰。

Seidler表示:“这些结果很好地反映了经历过太空飞行的啮齿动物的变化,这很有说服力。”

也有一些令人鼓舞的迹象表明,人体可以适应这样的变化。只是执行更多任务的宇航员 - 无论任务持续时间还是滞留太空累积天数 - 都经历了不那么剧烈的颅内流体运动。研究人员认为这可能是人体能够适应微重力环境的一个标志,但它需要在环境之间进行多次转换才能到达这种状态。

毫无疑问,NASA和其他太空飞行团队希望避免让宇航员在太空中体验不安全的变化,尤其是大脑。不幸的是,现在的问题是,缺乏足够的数据来全面评估这些变化的真实程度是多么糟糕或令人担忧。我们只将一小部分人投入太空,而且大多数人单次在地球轨道上的停留时间不超过几个月。

“此时大脑变化的后果尚不清楚,”Seidler说。“长期随访对于了解这些大脑变化如何与衰老以及它们如何或是否随时间恢复相互作用非常重要。”Seidler和她的团队正在收集后续MRI扫描,这可以说明恢复过程,但直到几个月或几年后我们才会真正了解背后的机理。

此外,尽管流体运动和白质变化可能对地面生活造成影响,但在JAMA上发表的一篇社论以及新的研究表明它可能实际上是大脑适应太空环境的方式,代表了“对航天环境的有益的神经适应性反应”,这也许与斯坦利·库布里克的《2001:太空漫游》有所不同。

不幸的是,这个研究领域不幸陷入困境。了解更多关于大脑如何因航天飞行而发生变化需要对准备进行这些任务的宇航员进行更广泛的研究,即更长和更频繁的飞行可能会导致这些人遇到有害的问题。随着研究向前推进并谨慎行事,NASA做的不仅仅是评估风险,还希望随着扩大人类在太空中的滞留的目标开始增加,分配给这些研究的研究和资源也将增加。

本文译自 popsci,由译者 HW 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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