Hello，大家好
我是白叁藏
今天我们来聊一聊宇航员的大脑
北京时间5月31日03：22
位于美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心39A发射场
SpaceX猎鹰九号运载火箭成功升空
SpaceX是由企业家伊隆马斯克（Elon Musk）于2002年创办的
目标是降低太空运输的成本
并且进行火星殖民
然而
无论是长期在国际空间站工作
还是未来可能实现的火星旅行
人类都不可避免的长期处于太空环境当中
那么长期处于太空环境，对于人的身体会造成怎么样的影响呢
太空影响人体健康
最重要的因素就是失重
更精确的定义叫做微重力
生活在这种环境下
对人体会造成三种重大的冲击
包括肌肉运动知觉的损失
液体分布的改变以及肌肉骨骼系统的退化
由于之前长时间处于失重的环境里
宇航员返回地球之后又要重新适应地球的重力
可能会出现站立和行走不稳的状况
而且由于处于失重状态
不需要肌肉骨骼来支撑身体
那么就会出现肌肉和骨骼的退化
所以宇航员都需要保持一定的运动量
根据以往的研究发现
在国际空间站工作过的宇航员
他们长期处于微重力的环境下
大约有一半以上的人会报告出现视敏度的问题
例如视力下降
出现航天相关的神经-眼综合症
这是指返回地球后，长时间的航天飞行
对于人体造成的生理影响，可能会影响视神经
导致视觉变化
除此之外
对于NASA的双胞胎宇航员
斯科特凯丽（Scott Kelly）和马克凯利（Mark Kelly）的研究提示
太空环境对基因可能存在影响
在2015年斯科特凯利进入空间站进行工作
而马克凯利则留在地球，在340天的任务结束后
2016年的三月份斯科特重返地球
随后
研究人员通过收集斯科特身体的各种数据
并将结果在2019年4月发表在了科学杂志上
他们惊讶地发现
他的一些细胞DNA发生了突变
大约8 7%的基因出现了变化
他的免疫系统产生了许多新的信号
他体内的微生物群也拥有了新的细菌种类
他的许多变化被认为是无害的
但是他的基因突变和认知测试分数的下降引起了科学家们的关注
那么刚才提到了太空影响人体最重要的因素就是失重
更精确的定义叫做微重力
那什么是微重力的环境呢
失重人们早就熟悉
譬如在电梯中急速下降
和从高处跌落下来都会体会到瞬间的失重状态
无论是在卫星飞船空间站
还是在航天器上的仪器设备
当他们沿轨道飞行时
由于环绕地球旋转产生的离心力和重力近似达到平衡
都可以长期处于失重状态当中
那么
微重力是不是指的微小的重力呢
我们平常说的重力是由地球的引力产生的
而引力跟距离的平方成反比
国际空间站离地球的距离在四百公里左右
其实离地球的表面并不是很远
地球的半径就有6371公里
所以类似国际空间站这样的航天器，可以说他们几乎就在地球的表面，受到地球的引力
并没有减少太多
而所谓的微重力其实与地球引力的关系不大
主要是外在因素造成的
由于某种因素的干扰
例如航天器进行姿态调整时产生的推力，人员在航天器内的走动
仪器设备的运行
任何微小的机械扰动等等
都会造成重力加速度的变化
总是有微小的残余重力存在，不可能形成完全的零重力环境
因此称为微重力环境更为准确
当处于微重力环境
使重力对于人体的液体分布就失去作用
人体内的液体就会重新分布
其中就包括与存在重力的地球环境相比
处于微重力环境下
更多的液体会流向大脑
此时
颅腔内的压力就会增加
可以观察到许多宇航员在进入太空环境之后
面部浮肿
充血变红
而且许多宇航员在太空执行完任务
返回地球后都会抱怨视觉的问题
很多人都会提到视敏度的下降
刚才提到了SpaceX的火星计划
除了要解决各种航天领域的技术难题
另一个他们可能需要关心的就是这种微重力环境
对于宇航员大脑的影响
在2019年一项研究扫描了在进入太空之前，以及返回之后
11名俄罗斯宇航员的大脑
以确定微重力
对于脑室的影响
脑室是大脑中盛放脑脊液的腔隙结构
就是如图所示的蓝色部分
脑室系统由四个脑室组成
包括左右侧脑室
第三脑室
以及第四脑室
那么脑脊液有着多种的作用
包括脑部的机械性缓冲保护
以及维持脑血流量的稳定
他们研究发现
太空飞行后
侧脑室和第三脑室的脑脊液体积增加
第四脑室
并未见明显的增大
在随访过程中也就是从太空返回后的七个月
与飞行前相比
脑室的容积仍未完全恢复到原先的水平
侧脑室和第三脑室的容积仍然是显著增加的
我们来看一下这个图，上面是模式图
下面是扫描的大脑磁共振的图像
AD图是飞往太空之前的，BE图是从太空返回之后的
CF是从太空返回七个月再次随访的图像
那么可以看到B图，就是数字2指的这个位置
这个位置就是脑室的位置，和A图
也就是飞之前对比，可以仅仅通过肉眼就看出来
脑室的体积和之前相比变大了
而由于大脑在颅腔内部是个封闭的环境
一个部分的内容物多了
就会造成另一个部分的内容物减少
也就是图A，数字1指的位置
这个位置就是大脑的静脉
叫做上矢状窦的位置
可以看到在图B相同的位置
这个上矢状窦由于受到脑室体积增加的压迫
它的体积就变小了
而在图C和图F，这种现象仍然存在
而且要知道的是
这已经是过去七个月的时间了
我们再来看一项最新的研究
这是今年四月份发表在放射学杂志上的
在这项研究中
为了研究长期微重力对大脑的影响
研究小组对11位宇航员包括10位男性和1位女性
他们在太空停留的平均时间为六个月
在太空旅行前，以及太空旅行返回后的第1，30
60，180
360天在这些时间点分别进行了磁共振成像的扫描
并分析他们的脑容量
脑脊液容量以及脑垂体结构的变化
结果就提示
长期在微重力环境下进行航天工作
出现了大脑组织和脑脊液的容量的增加以及脑垂体结构的变化
而且值得注意的是
这种现象在宇航员返回地球满一年之后仍然存在
所以进一步提示这种变化可能是永久性的
那么为什么会出现这种现象呢
要知道
正常人卧位的脑脊液压力在80至180毫米水柱
这个区间波动，过高或过低的颅内压力
都会对脑组织产生影响
那么
由于长期的太空旅行会导致体内的液体重新分布
更多的液体会流向大脑
颅内的压力就会增加
而颅腔是个封闭的环境
脑组织外面是颅骨
因此颅内压力升高之后，肿胀的脑组织无处可去
就只能压迫邻近的组织
例如视神经
那么就会出现视力的问题
此外
脑垂体是位于头骨底部的一个豌豆大小的结构
在蝶骨中的蝶鞍内，垂体是人体重要的内分泌腺体
分泌多种激素，磁共振成像的结果还显示了宇航员的脑垂体发生了结构的改变
研究人员对这种现象也进行了解释
他们认为这跟宇航员在太空飞行中颅内压会升高
从而压迫脑垂体
导致其结构改变有一定的关系
太空探索充满了机遇和挑战
甚至存在各种各样的风险
就例如火星探索
除了需要解决一系列的技术难题
要知道
就现阶段的技术而言
往返火星也至少需要一年的时间
而如何减少或避免长时间处于太空环境下可能出现的身体损伤，也是同样需要面对的问题
但是
这些都无法阻挡人类对于太空探索的好奇心
对于人类而言
地球是我们的摇篮和家园
但是总有那么一天
你需要走出去看一看好了
本期节目就到这里了
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我们下期再见拜拜
