太空失重改变大脑

人类进入太空已经几十年了。目前，太空失重对人体的影响已经被研究得非常广泛了——不管是肌肉骨骼系统、心血管系统，还是免疫力系统、内分泌系统，科学家们均有研究。但奇怪的是，一直少有人研究失重对人体的中心——大脑的影响。直到近几年，随着人类“殖民火星”“火星旅游”等计划兴起，该研究才慢慢被重视。

重力对大脑的影响被忽视

　　在心理学和神经科学中，科学家们在研究大脑的各种感知能力时，重力对大脑的影响却一直被忽视。这其中最大的原因是我们感觉不到重力——你可以看到一种颜色，你可以听到一首歌，你可以在你的皮肤上发现一只蚊子，但是你对重力完全没有一点感觉。

　　然而，我们真的可以当作重力不存在吗?仔细思考一下，有什么感觉的形成比人类体验重力的历史更久远呢?重力，也许是大脑中存在最久的感觉信号了——远在人类形成现代意识之前，重力就存在了。重力，默默地促成了我们日常生活中许多不同的行为，比如行走、跳跃、举起物体，等等。我们之所以能把握好这些事情的度，是因为我们的大脑就是在长久拥有恒定重力加速度的环境中进化而来的。

　　重力一直存在，而且我们有和重力检测相关的检测器官——人内耳里面微小而复杂的耳石。人类之所以能够正常活动，是因为在头部双侧的耳内有调节身体平衡的系统，称为前庭系统。前庭系统主管头部平衡，其中最重要的结构就是球囊、椭圆囊。因为在内部有感受重心变化的碳酸钙盐结晶，形状像石头，称为耳石，故球囊、椭圆囊也被称为耳石器。重心由重力引起，当我们感觉到身体不平衡时，其实就是重力作用的一种体现。我们通过体验平衡，间接地感受到重力的存在。

　　遗憾的是，人们只关注平衡本身，并未在意过这平衡到底依据的是什么而维持——哪怕你摔倒了，你会觉得你重心不稳，但你不会想到重力。而且，似乎不管重力加速度的值是9.8m/s2，9.8m/s2还是9.8m/s2，对我们影响不大。究其原因，是因为与其他研究了几百年的感知相比，重力感完全没有对照。视觉、听觉、触觉人类都可以设置对照——你可以选择看或者不看，听或者不听，接触或者不接触，但是你无法去掉重力——地球上无时无处不存在重力。所以这其实是一件难以客观研究的事情，所谓“医者难自医”，处于重力场下，人类一直不能脱身于重力场之外来分析重力对于人类大脑感知的影响。

　太空时代仍未重视

　　即使进入了太空，人类也一直未重视重力的变化对大脑的影响。这其中有多个原因。

　　第一是受一种整体思维的影响：人体是一个整体，既然肌肉骨骼系统和心血管系统等众多部位都受到影响了，大脑受到一点影响也理所应当，这些影响可能并非由重力的变化引起。

　　第二是大脑的感知比较难研究，相对于身高、体重、血压等可以直接用仪器测量的指标，大脑的感知完全是一种抽象的模糊的东西。

　　第三是可研究的宇航员数量还是比较少，截至今日，人类一共也只将500多名宇航员送入太空。这些宇航员分属于近10个国家，而且他们登天的时间跨度大，有些甚至已经逝世。

　　第四是宇航员在太空中停留时间较短，当前在太空停留时间最长的纪录保持者是俄罗斯宇航员瓦列里·波利亚科夫，他曾经在太空中连续生活438天。对于大多数宇航员来说，他们的太空之旅一般为3～6个月，这个时间也许还不会使大脑发生明显的改变。

　　研究正在展开

　　然而，有项研究结果一发布就震惊了世人，令人们不得不重视起失重对大脑的影响——2017年，美国南卡罗莱纳医科大学的研究团队通过研究后发现，国际空间站中约60%的宇航员的脑部发生轻微变形，这可能是因为他们长期处于失重状态所导致的。

　　该研究团队挑选了包括计划在空间站停留约半年的18位宇航员以及计划在空间站停留约两周的16位宇航员在内的共34名宇航员进行了研究。在这34个宇航员飞往太空之前和返回地球后，研究人员均对他们的脑部进行了核磁共振扫描，并获得了脑部成像。对比结果表明，停留约半年的18人中的17人与停留约2周的16人中的3人，在回到地球后，他们大脑顶部被称为“中央沟”的部位，皆存在萎缩现象。且在停留约半年的12人与停留约两周的6人中，还存在脑部向颅骨顶部移动的变化。该研究团队解释道，脑部变形是因为包裹大脑与脊髓的脑脊髓液向头部集中，造成颅压过高的缘故。

　　这项研究势必会对今后的宇宙载人飞行计划产生影响，因为我们很轻易地就能发出疑问，大脑的结构发生变化了，大脑的功能难道不会随之产生影响吗?

　　我们知道，大脑分为左右半脑，两个半脑里面也都划分出了不同功能的区域。这些区域分别与身体其他部位上不同类型的感受器官连通，接受并反馈来自不同地方的信息。同时，大脑各区域也能相互协作，存在一定的连通。在地球上，这些连通是特定的。令人不可思议的是，在太空微重力情况下，它们发生了变化。2019年，比利时和俄罗斯科学家组成的国际团队发现：太空旅行对大脑产生了重大影响——宇航员的大脑中与感知和运动相关的大脑区域之间的连通性发生变化。

　　该国际团队使用功能性磁共振成像，在平均在太空中停留时间为6个月的11名宇航员上天之前和上天之后，对他们大脑的连通性进行了检测并对比。事实证明，为了适应失重状态下的生活，大脑各功能区域之间连通性发生了改变。

　　一些大脑区域之间的连通性更加紧密，例如左半球和右半球的岛状皮质之间以及岛状皮质和大脑其他区域之间的连接增加。岛状皮质负责来自不同传感器系统的信号的整合，这说明大脑正在重新整合接受信息的方式。

　　一些大脑区域之间的连通性则被削弱，例如在维持身体平衡上起着重要作用的小脑和许多其他负责运动的结构的联系减弱了，特别是前庭系统。前庭系统中的耳石是依赖于重力来工作的，显然在失去了重力的太空中，大脑认为前庭系统已经不大可靠。

　　有些宇航员的大脑甚至开发出了一种体感控制的辅助系统，增加了对视觉和触觉反馈的依赖，降低前庭系统的输入的影响。这意味着，在失重条件下，大脑居然会重新塑造自己。难以想象在这种重塑完成之后，大脑的感知系统将会发生多么大的改变。

　　“呕吐彗星”帮助我们进一步探索

　　2019年4月6日，时任美国宇航局局长吉姆·布里登斯在接受采访时表示，美国计划在2033年将宇航员送上火星，并且宇航员们将会在火星上生活两年。再加上来回程消耗的时间，登陆火星的宇航员至少会在太空上呆上三年。三年的时间，可比波利亚科夫的纪录还多了一年半。很难想象，这么长的时间内，大脑是否会完成不可逆转的改变，甚至是伤害!所以，人类在进行长期的太空任务前，必须抓紧时间研究失重对于人类大脑的影响。

　　目前，各国的科学家们主要通过零重力飞机来模拟失重的环境，来探究失重对人的大脑的影响。零重力飞机有一个绰号——“呕吐彗星”，因为乘坐这种飞机的人中有约2/3人会受不了各种加速过程而呕吐。零重力飞机其实是由空中客车A300型飞机改造的。空客A300经过改装，去掉了机身中段的座椅，将空出的空间作为载荷舱。机身前后段留下了50个座椅，供实验人员于起飞与降落阶段乘坐使用。在失重情况下，实验人员处于载荷舱中进行体验。载荷舱内没有舷窗，它的墙壁、地板，天花板都铺上了厚厚的海绵，防止失重环境下实验人员漂浮移动造成的碰伤。

　　零重力飞机是如何模拟零重力环境的呢?人对于重力的感觉其实就是来自于支持力。如果能创造出一种环境，你不需要物体支持而能在空中漂浮，这就是一种失重环境了。虽然我们没有办法消除重力，但是可以将其转化为向心力。就像我们的地球，它将太阳对自身的引力转化为了绕太阳转动的向心力，零重力飞机正是依靠此原理创造失重条件的。零重力飞机绕着地球轨道以倒U型“抛物线”的轨迹飞行，人的重力作为绕地球转动的向心力，使人得以浮在飞机中。一架零重力飞机可以在一次飞行中飞出多达30个抛物线，每个抛物线飞行可以让实验人员获得30秒的失重时间。“呕吐彗星”的称号绝非“浪得虚名”，一次飞行足以让乘客呕吐不已。

　　现在，全世界的科学家们正在使用零重力飞机做大量的失重实验，希望科学家们能早一点破解失重对大脑的影响之谜!