宇航員的大腦在往返太空前后如何變化

據國外媒體報道，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，人類的大腦又會發生什么變化呢？

在歐洲空間局（ESA）和俄羅斯航天國家集團合作進行的一項新研究中，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。他們的研究結果展示了大腦如何適應太空飛行，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生了變化。研究人員還發現，這些變化可能會在返回地球之后持續長達數月，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

在這項研究中，國際研究團隊對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。

研究團隊最初關注的是神經可塑性，以了解大腦如何適應太空飛行，此外也關注了宇航員大腦內部的連接性。

宇航員大腦的結構分析已經完成，但連接性研究還沒有，通過關于大腦連接性的論文，終于接近找到有關神經可塑性的答案。為了實現這一目標，研究團隊使用了一種稱為白質纖維束成像（tractography）的大腦成像技術。這是一種三維重建技術，使用磁共振彌散成像（dMRI）的數據，來掃描并研究大腦的結構和連接。

白質纖維束成像技術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構的變化。

核磁共振數據還可以告訴研究人員更多關于受試宇航員大腦的信息。大腦的灰質就像個人電腦的微處理器，而白質則類似于個人電腦主板上所有處理單元之間的連接線路。核磁共振技術可以從灰質和白質的層面上進行結構觀察，同時還可以觀察大腦中的液體，即腦脊液。

大腦發生了什么變化

在經歷了太空飛行之后，這些結構似乎被改變了，這主要是由于在太空中發生的液體移動所引起的形變。有趣的是，研究團隊還發現灰質和白質在太空飛行后都有所增加。在大腦中，白質可以促進灰質之間，以及灰質與身體其他部分之間的溝通。

除了這種液體轉移，研究團隊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帶，可以看作是一大束神經纖維（約包含2 億～2.5 億個神經纖維）。大腦兩個半球間的通信大多數是通過胼胝體進行的，類似于“連接大腦兩個半球的中央高速公路”。

此前，研究者認為太空飛行可能會導致胼胝體本身發生結構變化。但研究團隊發現，胼胝體附近的腦室實際上是擴張的，這改變了胼胝體周圍區域的神經組織，從而改變了它的形狀。腦室是大腦中產生并儲存腦脊液的腔隙結構，而腦脊液是包圍大腦和脊髓的一種透明體液，是一種含有微神經膠細胞的純生理鹽水，主要用作對大腦皮質的機械性緩沖。

研究人員還發現“大腦幾個運動區之間的神經連接發生了變化”，運動區是大腦的中樞，是發出運動指令的地方，與地球相比，宇航員在太空的失重狀態下，需要大幅度調整自己的運動策略。研究表明，大腦被重新連接了。從之前的研究中，這些運動區在太空飛行后顯示出了適應的跡象。現在有初步跡象表明，這種適應性也反映在這些區域之間的聯系上。

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，研究人員對他們進行了腦部掃描，發現大腦的這些變化依然存在。

我們能做些什么

事實上，這項研究屬于一個更大的研究領域。現在，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。這項研究的結果并不意味著我們完全理解了這一課題，但確實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前往太空執行任務的宇航員。

研究表明，有必要采取對策，以確保大腦的液體轉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生的，可以復制重力的感覺，就像我們在地球上體驗到的重力感一樣。這是科幻小說中常見的情節，而近年來，已經有科學家開始將這一概念變為現實。

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移問題，電影《2001 太空漫游》中的旋轉輪空間站就是一個很好的例子。這實現起來很復雜，但這可能是一條可行之路。