太空对大脑的改变比我们想象的更大

我们已经意识到太空飞行会给人体带来的许多危害。骨骼和肌肉质量的损失、眼球大小和功能的扭曲以及辐射只是零重力环境下可能造成的众多健康后果中的一小部分。但一个越来越令人担忧的研究领域是太空环境如何损害大脑，以及微重力本身如何导致大脑形状和结构的独特异常。本周发表在《JAMA Neurology》上的一项新研究提供了更多关于太空飞行如何改变大脑的令人担忧的细节。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，这造成了一个令人担忧的幽灵，随着我们开始将宇航员一次送入太空数年，这种幽灵肯定会变得更大。

“这些大脑变化与衰老过程中的变化方向相同，但变化速度更快，”佛罗里达大学应用生理学和运动机能学教授、新JAMA论文合著者雷切尔·塞德勒 (Rachael Seidler) 表示。“航天任务持续时间越长，变化越明显，大脑变化越大，平衡能力下降越严重。”

这项研究的发现主要围绕颅骨内液体的流动，以及首次研究太空飞行如何影响大脑的白质。灰质主要由神经元细胞体组成，在肌肉控制和感官知觉中发挥重要作用，而白质则主要由脂肪覆盖的神经纤维组成，在大脑和神经系统的不同部位之间传递信息。

虽然灰质的发育在人的 20 多岁时达到顶峰，但白质却在之后很长一段时间内继续发育，直到中年才会达到顶峰，这引发了更大的担忧，即太空飞行可能会有效阻碍或扭曲通常被认为适合执行太空任务的年轻宇航员的大脑部分发育。

有充分证据表明，宇航员返回地球后经常会感到迷失方向，运动控制、平衡、功能性活动和认知能力受损。众所周知，在太空飞行期间，大脑会在头骨内向上移动，体感皮层（负责处理大脑的感觉信息）的灰质体积也会增加。然而，人们从未完全清楚这些不同的干扰是如何相互关联的。更重要的是，人们从未了解过太空飞行对白质有何影响。

赛德勒和她的团队开发了一种新技术，利用扩散磁共振成像 (dMRI) 扫描可以追踪脑内水分子的运动，从而量化宇航员脑内发生的液体变化。脑内白质纤维束限制了水分子的运动，这使得研究人员能够更好地了解白质结构在太空飞行过程中的变化。

美国宇航局公布了 2010 年至 2015 年间 15 名宇航员的飞行前和飞行后 dMRI 扫描结果，其中 7 名宇航员参与了持续时间不到 30 天的航天飞机任务，8 名宇航员完成了持续时间不到 200 天的国际空间站长期任务。平均年龄为 47.2 岁，其中 12 名男性和 3 名女性。

研究结果并不令人意外：太空飞行减少了大脑顶部周围的液体，并显著增加了大脑底部周围的液体，这表明液体分布因头骨内大脑向上移动而改变。此外，研究小组还发现大脑中处理视觉和空间信息、平衡、垂直感知和运动控制的通路周围的白质发生了变化。白质变化最多的宇航员在这些过程中受到的干扰最严重。

塞德勒说：“这些结果非常清楚地反映了啮齿动物在太空飞行后所发生的变化。”

有一些令人鼓舞的迹象表明人体可以适应。执行过更多任务的宇航员——无论任务持续时间或累计在太空停留天数如何——颅内液体流动的剧烈程度都较低。研究人员认为，这可能是人体能够适应微重力环境的迹象，但需要多次在不同环境之间转换才能达到这一水平。

毫无疑问，NASA 和其他航天机构都希望避免宇航员在太空中经历身体的不安全变化，尤其是大脑。不幸的是，目前的问题是缺乏足够的数据来全面评估这些变化到底有多严重或令人担忧。我们只将一小部分人送入太空，而且大多数人每次在轨道上停留的时间都不超过几个月。

“目前尚不清楚这些大脑变化的后果，”赛德勒说。“长期跟踪对于了解这些大脑变化如何与衰老相互作用以及它们如何或是否会随着时间的推移而恢复非常重要。”赛德勒和她的团队正在收集后续 MRI 扫描结果，以说明恢复过程是什么样的，但我们要等到几个月或几年后才能真正了解到任何信息。

此外，虽然液体运动和白质变化可能会对地球生活造成困扰，但与这项新研究同时发表在《美国医学会杂志》上的一篇评论文章表明，这实际上可能是大脑适应太空环境的方式，代表着“对太空飞行环境的有益的神经适应反应”，可能与斯坦利·库布里克的《2001：太空漫游》并无二致。

同样，不幸的是，这一研究领域陷入了两难境地。要更多地了解太空飞行对大脑的影响，就需要对准备执行这些任务的宇航员进行更广泛的研究，尽管更长时间和更频繁的飞行可能会给这些人带来有害的问题。NASA 所能做的只是在研究推进过程中评估风险并谨慎行事，但希望随着扩大人类在太空存在的目标开始升温，分配给这些研究的研究和资源也会增加。