太空會改變你我的大腦
作者：Neel V. Patel
我們已經意識到太空飛行可能對人體造成的許多危險，比如骨骼和肌肉質量的損失、眼球大小和功能的扭曲，以及輻射等等。但是，一個越來越受關注的研究領域是太空環境如何損害大腦，微重力本身如何誘導大腦形狀和結構的獨特不規則性。本周在《美國醫學會雜誌-神經病學》(JAMA Neurology)發表的一項新研究提供了有關太空飛行如何改變大腦的更多細節。這些發現無意中強調了我們對太空對大腦健康和安全的影響知之甚少，當我們開始將宇航員一次多年送入太空時，這種影響肯定會變大。
佛羅里達大學應用生理學和運動學教授、新JAMA論文的合著者Rachael Seidler說：「這些大腦的變化與衰老時的變化方向相同，但它們的發生速度更快。隨著太空飛行任務持續時間越來越長，大腦變化越大，平衡性喪失越大。」
該研究的發現集中在頭骨內顱內液體的運動，以及首次檢查太空飛行如何影響大腦的白質。大腦灰質主要由神經細胞體組成，在肌肉控制和感覺知覺中發揮重要作用，而大腦白質主要由脂肪覆蓋的神經纖維構成，傳遞大腦不同部位和神經系統之間的信息。
雖然灰質發育在20多歲時達到頂峰，但白質在很長一段時間後仍在繼續發展，並且直到中年才會達到峰值，從而產生更大的擔憂，即太空飛行可能阻礙或扭曲通常被認為適合太空任務的年輕宇航員的大腦。
有充分證據表明，宇航員回到地球吼會感到迷失方向，體驗並顯示出運動控制、平衡、功能活動和認知方面的障礙。並且我們已經知道在太空飛行期間，人類大腦在頭骨內向上移動，並且軀體感覺皮層(處理大腦的感覺信息)也增加了灰質體積。然而，我們從來沒有完全清楚這些各種干擾如何相互關聯。更重要的是，人們從未理解太空飛行對白質的影響。
Seidler和她的團隊開發了一種新技術，使他們能夠利用可以跟蹤大腦中水分子運動的擴散MRI(dMRI)掃描來量化宇航員大腦內發生的流體移位。水分子的運動受到大腦中白質纖維束的限制，使研究人員能夠更好地了解白質結構如何因太空飛行而發生變化。
NASA對從2010年到2015年執飛的15名宇航員進行了飛行前和飛行後的dMRI掃描 - 其中7人曾參加了持續時間不到30天的太空梭任務，其中8人完成了國際空間站的長期任務超過200天。中位年齡為47.2歲，男性12人，女性3人。
這些發現並不令人驚訝：太空飛行減少了大腦頂部周圍的液體，並顯著增加了大腦底部周圍的液體，表明大腦向上移動會改變液體分布。此外，該團隊發現大腦通路周圍的白質變化，而這些地方正是處理視覺和空間信息、平衡、垂直感知和運動控制的。白質變化最大的宇航員在這些過程中經歷了最嚴重的干擾。
Seidler表示：「這些結果很好地反映了經歷過太空飛行的嚙齒動物的變化，這很有說服力。」
也有一些令人鼓舞的跡象表明，人體可以適應這樣的變化。只是執行更多任務的宇航員 - 無論任務持續時間還是滯留太空累積天數 - 都經歷了不那麼劇烈的顱內流體運動。研究人員認為這可能是人體能夠適應微重力環境的一個標誌，但它需要在環境之間進行多次轉換才能到達這種狀態。
毫無疑問，NASA和其他太空飛行團隊希望避免讓宇航員在太空中體驗不安全的變化，尤其是大腦。不幸的是，現在的問題是，缺乏足夠的數據來全面評估這些變化的真實程度是多麼糟糕或令人擔憂。我們只將一小部分人投入太空，而且大多數人單次在地球軌道上的停留時間不超過幾個月。
「此時大腦變化的後果尚不清楚，」Seidler說。「長期隨訪對於了解這些大腦變化如何與衰老以及它們如何或是否隨時間恢復相互作用非常重要。」Seidler和她的團隊正在收集後續MRI掃描，這可以說明恢復過程，但直到幾個月或幾年後我們才會真正了解背後的機理。
此外，儘管流體運動和白質變化可能對地面生活造成影響，但在JAMA上發表的一篇社論以及新的研究表明它可能實際上是大腦適應太空環境的方式，代表了「對航天環境的有益的神經適應性反應」，這也許與斯坦利·庫布里克的《2001：太空漫遊》有所不同。
不幸的是，這個研究領域不幸陷入困境。了解更多關於大腦如何因航天飛行而發生變化需要對準備進行這些任務的宇航員進行更廣泛的研究，即更長和更頻繁的飛行可能會導致這些人遇到有害的問題。隨著研究向前推進並謹慎行事，NASA做的不僅僅是評估風險，還希望隨著擴大人類在太空中的滯留的目標開始增加，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 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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