宇航員的大腦在往返太空前后如何變化

據(jù)國外媒體報道，在地球上，我們的大腦會隨著年齡的增長而發(fā)生變化。但是，如果在太空中待了很長一段時間后，人類的大腦又會發(fā)生什么變化呢？

在歐洲空間局（ESA）和俄羅斯航天國家集團(tuán)合作進(jìn)行的一項(xiàng)新研究中，研究人員探索了宇航員的大腦在往返太空前后會如何變化。他們的研究結(jié)果展示了大腦如何適應(yīng)太空飛行，并指出宇航員的大腦變化幾乎可以描述為“重新連接”，包括流體移動和形狀都發(fā)生了變化。研究人員還發(fā)現(xiàn)，這些變化可能會在返回地球之后持續(xù)長達(dá)數(shù)月，研究小組觀察到的這種奇怪的大腦變化“非常新穎，非常出乎意料”。

如何研究太空中的大腦

在這項(xiàng)研究中，國際研究團(tuán)隊(duì)對12 名男性宇航員在飛往國際空間站之前和之后的大腦情況進(jìn)行了分析。他們還觀察了這些宇航員返回地球7 個月后的大腦。所有參與這項(xiàng)研究的宇航員都參加了長時間的太空飛行——平均時間為5 個半月，即172 天。

研究團(tuán)隊(duì)最初關(guān)注的是神經(jīng)可塑性，以了解大腦如何適應(yīng)太空飛行，此外也關(guān)注了宇航員大腦內(nèi)部的連接性。

宇航員大腦的結(jié)構(gòu)分析已經(jīng)完成，但連接性研究還沒有，通過關(guān)于大腦連接性的論文，終于接近找到有關(guān)神經(jīng)可塑性的答案。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)使用了一種稱為白質(zhì)纖維束成像（tractography）的大腦成像技術(shù)。這是一種三維重建技術(shù)，使用磁共振彌散成像（dMRI）的數(shù)據(jù)，來掃描并研究大腦的結(jié)構(gòu)和連接。

白質(zhì)纖維束成像技術(shù)提供了某種大腦連接的方案。研究首次使用了這種特殊的方法，來檢測太空飛行后大腦結(jié)構(gòu)的變化。

核磁共振數(shù)據(jù)還可以告訴研究人員更多關(guān)于受試宇航員大腦的信息。大腦的灰質(zhì)就像個人電腦的微處理器，而白質(zhì)則類似于個人電腦主板上所有處理單元之間的連接線路。核磁共振技術(shù)可以從灰質(zhì)和白質(zhì)的層面上進(jìn)行結(jié)構(gòu)觀察，同時還可以觀察大腦中的液體，即腦脊液。

大腦發(fā)生了什么變化

在經(jīng)歷了太空飛行之后，這些結(jié)構(gòu)似乎被改變了，這主要是由于在太空中發(fā)生的液體移動所引起的形變。有趣的是，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)和白質(zhì)在太空飛行后都有所增加。在大腦中，白質(zhì)可以促進(jìn)灰質(zhì)之間，以及灰質(zhì)與身體其他部分之間的溝通。

除了這種液體轉(zhuǎn)移，研究團(tuán)隊(duì)還注意到大腦的形狀變化，特別是在胼胝體，這是大腦中最大的白質(zhì)帶，可以看作是一大束神經(jīng)纖維（約包含2 億～2.5 億個神經(jīng)纖維）。大腦兩個半球間的通信大多數(shù)是通過胼胝體進(jìn)行的，類似于“連接大腦兩個半球的中央高速公路”。

此前，研究者認(rèn)為太空飛行可能會導(dǎo)致胼胝體本身發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，胼胝體附近的腦室實(shí)際上是擴(kuò)張的，這改變了胼胝體周圍區(qū)域的神經(jīng)組織，從而改變了它的形狀。腦室是大腦中產(chǎn)生并儲存腦脊液的腔隙結(jié)構(gòu)，而腦脊液是包圍大腦和脊髓的一種透明體液，是一種含有微神經(jīng)膠細(xì)胞的純生理鹽水，主要用作對大腦皮質(zhì)的機(jī)械性緩沖。

研究人員還發(fā)現(xiàn)“大腦幾個運(yùn)動區(qū)之間的神經(jīng)連接發(fā)生了變化”，運(yùn)動區(qū)是大腦的中樞，是發(fā)出運(yùn)動指令的地方，與地球相比，宇航員在太空的失重狀態(tài)下，需要大幅度調(diào)整自己的運(yùn)動策略。研究表明，大腦被重新連接了。從之前的研究中，這些運(yùn)動區(qū)在太空飛行后顯示出了適應(yīng)的跡象?，F(xiàn)在有初步跡象表明，這種適應(yīng)性也反映在這些區(qū)域之間的聯(lián)系上。

不過，這些變化并不會在宇航員返回地球后立即被注意到。在宇航員們著陸7 個月后，研究人員對他們進(jìn)行了腦部掃描，發(fā)現(xiàn)大腦的這些變化依然存在。

我們能做些什么

事實(shí)上，這項(xiàng)研究屬于一個更大的研究領(lǐng)域?，F(xiàn)在，越來越多研究者正在探索太空飛行，特別是長時間太空旅行對人體的影響。這項(xiàng)研究的結(jié)果并不意味著我們完全理解了這一課題，但確實(shí)提供了一些新的見解，揭示了大腦會如何受到影響。利用這些信息，研究人員可以更好地保護(hù)前往太空執(zhí)行任務(wù)的宇航員。

研究表明，有必要采取對策，以確保大腦的液體轉(zhuǎn)移和形狀變化控制在一定限度，可以通過某些方法來降低這些影響，方法之一便是人工重力。理論上，人工重力是由慣性力產(chǎn)生的，可以復(fù)制重力的感覺，就像我們在地球上體驗(yàn)到的重力感一樣。這是科幻小說中常見的情節(jié)，而近年來，已經(jīng)有科學(xué)家開始將這一概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

在空間站或飛往火星的火箭上使用人工重力，有很大可能解決大腦液體的轉(zhuǎn)移問題，電影《2001 太空漫游》中的旋轉(zhuǎn)輪空間站就是一個很好的例子。這實(shí)現(xiàn)起來很復(fù)雜，但這可能是一條可行之路。