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宇航员,太空,重力cosmonaut-photographer

发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

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图片来源：wikimedia commons

太空中，缺少力的束缚，连头发也能向四面飞。可为什么脑子会被挤？

生活在地球上，大概没有哪种动物能不受重力的支配。

人类也不例外。我们体内的骨架，便是在重力的严格约束之下制造出来的。好像盖房子那样，如果结构设计得不够坚固，建筑物轻易就能被重力摧毁。

不只是人体骨架，我们的每个细胞都会受到重力的影响。有研究认为，细胞之所以很小，一个主要原因就是重力限制了它的尺寸：细胞越小，重力的作用越可以忽略不计，但如果大到一定程度，可能就需要更复杂的细胞骨架，来支撑整个细胞不被破坏。

听上去，是重力让生命变得艰难。但各种动物能在这样的星球繁衍生息，就表示我们已经演化成了适应重力的版本。如此一来，反倒是失重环境，更能给身体造成伤害。偶尔坐坐过山车或许无妨，可如果像宇航员那样，离开地球去太空飞船里住上半年，体内的变化就不容忽视。

关于太空旅行的影响，除了骨质疏松之外，最常被人提起的可能要数脑部的变化。最近，有一支国际研究团队发现，经历过长时间太空旅行的人类，脑部的神经连接确实发生了明显的变化。

被挤得变了形

地球上的我们，总是能感受到重力的牵引，就算搭上飞机去到万米高空，也不太可能在机舱里漂浮——往上跳便会落下来。但当宇航员乘坐的航天器，在火箭的推动下，以第一宇宙速度冲进太空，就可以围绕地球飞行，而不会立刻掉落了。

航天器绕着地球飞，宇航员也绕着地球飞，重力用于维持轨道，所以宇航员很难感受到那股牵引着自己的力量，也就进入了“失重”状态。不过，就算再接近，宇航员和航天器感受到的重力也不是完全为零，或者说太空中重力对人和物体的影响并不是零，只是非常小。实际上，宇航员是处在“微重力”（microgravity）的环境。

图片来源：NASA Via Wikimedia Commons

在缺少束缚的情况下，哪怕一滴水也会展现出与地球上不同的风貌，变成球形漂浮在空中。而人体内也有不少液体，在正常重力条件下，液体自然向下流动，但微重力的环境会阻止一些液体流向下肢，让全身各处的液体被重新分配。一个可能的结果就是，液体更多地流向脑部。

从前已经有科学家发现，在太空生活半年后回到地球的宇航员，脑脊液（CSF）所占的体积增加了。脑脊液是在脑和脊髓的中空空间里流动的液体，起到围绕和保护的作用。不过，当时的研究并没有深入到神经连接的层面。

而如今新的研究认为，是这些液体的重新分布，让脑部的一些神经连接发生了变化。

一群科学家通过欧洲航天局与俄罗斯联邦航天局的合作项目，观察了12位俄罗斯宇航员：他们都经历过一段长期太空旅行，平均时常172天，接近6个月。

团队利用一项名叫纤维示踪成像（fiber tractography）的技术，它能根据扩散磁共振成像（dMRI）提供的数据来重建3D图像，图中会包含各种神经束，以便科学家看出脑中的“布线方式”有无改变。为此，研究者在宇航员出发去往太空前、回到地球10天后，以及回到地球7个月后，都进行了测量。

绿色为胼胝体，连接左右脑（图片来源：Ken Hub）

最初，他们只是观察到宇航员脑中的胼胝体（corpus callosum）形状有变。胼胝体是一大束神经纤维，就像连接左右两个脑半球的“中央高速公路”。科学家起先以为，是胼胝体本身的结构变化造成了形变。

但后来，研究团队注意到了与胼胝体相邻的脑室（brain ventricles）：从太空回来后，宇航员的脑室扩张了。脑室本就是生产和储存脑脊液的空间，充满了液体，也因为去过太空而变得比从前更大。科学家相信，正是脑室的膨胀，让相邻的神经组织——胼胝体产生了微观结构变化。

当然，胼胝体并不是唯一变形的神经束。科学家还观察到，一些与感觉运动有关的神经束，如皮质脑桥束（corticopontine tract）、皮层脊髓束（corticospinal tract）等等，在太空旅行前后也出现了微观结构变化。感觉运动（sensorimotor），是指一个刺激作用于感觉神经、传至大脑、再由运动神经发出动作指令的这一系列活动。在太空旅行途中发生变化的感觉运动束里，有许多还连接着小脑，而小脑是负责运动控制的部位。

对此，论文的一作安德烈·多罗辛（Andrei Doroshin）说：“在失重状态下，宇航员们可能需要大幅度地调整自己的运动策略（来适应环境）。”

观察结果也让科学家相信，宇航员的大脑被“重新布线”了。虽然在回到地球的7个月后，一些神经组织的结构变化，比如胼胝体的变形，已逐渐恢复。不过，仍然可以观察到一部分改变。而在没去过太空的对照组中，并没发现类似的改变，就排除了自然衰老这个因素。

脑部还会往上移

虽然，这是第一次有研究者在神经连接的层面，真实观察到宇航员脑部的变化。但人类早就不是第一次感受到，微重力环境对人脑的破坏力了。

曾经去国际空间站工作过的宇航员里，半数以上都在回到地球后出现过视力受损的问题。科学家们称之为太空飞行相关神经视觉综合征（Space flight-associated Neuro-ocular Syndrome，SANS），视神经肿胀、视网膜出血、视网膜出现白斑等等，都是相关症状。

在2017年11月发表的一项研究当中，科学家也利用核磁共振成像（MRI）观察了一些参与长期太空任务的宇航员。结果发现，他们的头部大多有一处非常显著的变化，就是脑部在颅骨中的位置往上移动了。相比之下，参与短期太空任务的宇航员，就没有出现这个变化。

图片来源：Ivar Mendez

那么，脑部上移又会怎样呢？研究者发现，曾经长时间住在太空的宇航员，脑顶发生了“拥挤”的现象，脑回和脑沟变窄了，脑部的凹陷和凸起令它展现出折叠的形态。科学家说，这就意味着在人脑顶部，留给脑脊液流动的空间变少了。

假如脑脊液的流动受阻，颅内的压力便可能增加。团队推测，宇航员们的视神经肿胀，或许就是这个原因造成的，只是还需要进一步证实。

2020年4月发表的另外一项研究，同样针对视神经肿胀，但并非只关注脑顶这一个部位。这支研究团队的核磁共振结果显示，宇航员们在长时间的太空旅行后回到地球1年，脑脊液的总体积依然比去太空之前要大。不止如此，脑部的总体积也有所增大。

另外，科学家还发现，那些宇航员的脑垂体变形了：比去太空之前更矮更小。而且，在没去太空时垂体偏向鼓胀，而住过太空后，垂体变得更加扁平或凹陷。他们认为，这就是太空飞行使颅内压升高的证据，也是视神经肿胀的原因。

不论真实的原因是什么，宇航员脑中发生的重大变化，都足以令人瞠目。随着越来越多的人类进入太空，失重旅行给宇航员们带来的健康问题，也开始受到更多的重视和探究。唯有找到对抗微重力的有效方式，才能更好地保护那些探索宇宙奥秘的先驱。

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