当宇航员从太空返回地球时，他们常常会踉跄着走出返回舱，像刚学走路的孩子一样需要别人搀扶。这种失衡感并非短暂的不适，而是大脑在微重力环境下经历深刻重塑的表现。最新发表在《美国国家科学院院刊》上的研究揭示了一个令人震惊的事实：即使只在太空停留几周,宇航员的大脑形状也会发生可测量的变化，而长期太空飞行带来的这些变化至少会持续六个月。
佛罗里达大学生理学家雷切尔·塞德勒领导的团队对26名宇航员进行了详细的大脑扫描，其中15人专门为本研究接受了太空飞行前后的测量，另外11人的数据来自此前发表的论文。研究还纳入了欧洲航天局进行的为期60天卧床倾斜实验中24名参与者的数据，这种头低脚高的姿势模拟了微重力环境下体液重新分布的效应。
大脑在颅骨内的微妙漂移
在失重环境中，人体内的液体失去了重力引导，开始更均匀地重新分布。在地球上，当我们站立时，大脑中的液体会自然向下流动，但微重力阻止了这一过程，导致液体在头部和颅骨内积聚。这种体液重新分配带来的不仅仅是宇航员脸部的浮肿，还深刻改变了大脑在颅骨内的位置。
详细的测量显示，在太空飞行期间，大脑会在颅骨内向上向后移动，同时发生轻微的后倾。这种移动幅度虽然只有几毫米，但对于在太空停留一年的宇航员来说，大脑可能会发生两到三毫米的位移。更令人惊讶的是，大脑并非整体均匀移动，而是不同区域朝着不同方向变化，这表明大脑的形状本身也在改变。
（大脑：3dMedisphere/Getty；背景：ESA/哈勃望远镜和NASA）
充满液体的脑室也会向上移动，这强烈表明体液重新分布是这些变化的直接原因。2015年针对被限制在倾斜床上、头部向下的人的研究就已经发现了类似现象，而新研究进一步证实了微重力环境对大脑形状的影响。
卧床倾斜研究的参与者虽然也出现了类似的大脑变化趋势，但幅度明显小于真正在太空飞行的宇航员。这说明微重力的影响比地面模拟更加显著，可能还涉及其他太空环境因素的综合作用。
失衡之谜的神经学根源
这些大脑结构的变化与性格、智力或一般认知能力的改变无关。相反，最大的变化集中在负责追踪身体在空间中的位置和运动功能的脑区。后脑岛是大脑中负责平衡的关键区域，研究发现该区域的显著变化与返回地球后平衡能力下降密切相关。
宇航员通常报告称，着陆后数天至数周内平衡能力都会受到影响。NASA宇航员洛拉尔·奥哈拉在2024年4月返回地球，此前她在太空度过了204天。她表示自己在返回一周后感觉几乎完全恢复正常，但这已经是相对较快的恢复速度。而更细微的感觉运动功能恢复则需要数月时间。
与感觉和运动功能相关的神经束也发生了变化。研究人员推测，这可能与宇航员对微重力生活的适应有关。大脑似乎在太空中进行了"重新布线"，以适应没有重力参照系的环境。但当宇航员返回地球后，大脑又需要重新适应有重力的状态，这个过程并非瞬间完成。
长期执行太空任务的宇航员还报告过视力异常变化，医生诊断为视神经肿胀、视网膜出血和眼部结构改变。这些问题也与微重力环境下颅内压升高有关，可能引发头痛、视觉障碍等症状。
为深空探索做好准备
研究还显示，虽然大脑的许多变化在返回地球后会逐渐恢复，但某些结构改变可能会持续更长时间。比如胼胝体的变形在返回地球7个月后虽然有所恢复，但仍然可以观察到残留效应。这意味着某些神经重塑可能是半永久性的。
对于NASA计划中的火星任务来说，这些发现尤为重要。前往火星的往返旅程可能需要两到三年时间，宇航员的大脑将长期处于微重力环境中。如果大脑形状的变化在康复过程中发挥关键作用，那么这些信息可以帮助科学家设计更好的干预措施和恢复策略。
塞德勒团队表示，这项工作增进了我们对微重力下神经解剖学变化的理解，并为制定干预措施和优化飞行后恢复策略提供了量化结果目标。研究人员强调，这些与太空飞行相关的脑移位和变形对健康和人体机能的影响需要进一步研究，以便为更安全的人类太空探索铺平道路。
微重力环境还被发现会影响认知功能，包括注意力、执行功能和空间记忆的缺陷。这些认知变化与大脑结构改变可能存在关联，但具体机制仍需深入探索。
从国际空间站的短期停留到未来的月球基地和火星探索，理解并应对微重力对大脑的影响将是确保宇航员安全的关键。随着商业太空旅行的兴起，这些研究成果也将对普通太空游客的健康保障具有重要意义。大脑在太空中的重塑提醒我们，人类身体是在地球重力环境中进化而来的，离开这个环境需要付出我们才刚刚开始理解的生理代价。
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