宇航员的大脑会因长期太空任务而“重新连接”

他们的研究结果展示了大脑如何适应太空飞行，并指出宇航员的大脑变化几乎可以描述为“重新连接”，包括流体移动和形状都发生了变化。研究人员还发现，这些变化可能会在返回地球之后持续长达数月，研究小组观察到的这种奇怪的大脑变化“非常新颖，非常出乎意料”。

如何研究太空中的大脑？

在这项研究中，国际研究团队对12名男性宇航员在飞往国际空间站之前和之后的大脑情况进行了分析。他们还观察了这些宇航员返回地球7个月后的大脑。所有参与这项研究的宇航员都参加了长时间的太空飞行——平均时间为5个半月，即172天。

研究团队最初关注的是神经可塑性，以了解大脑如何适应太空飞行，此外也关注了宇航员大脑内部的连接性。

宇航员大脑的结构分析已经完成，但连接性研究还没有，通过关于大脑连接性的论文，终于接近找到有关神经可塑性的答案。为了实现这一目标，研究团队使用了一种称为白质纤维束成像（tractography）的大脑成像技术。这是一种三维重建技术，使用磁共振弥散成像（dMRI）的数据，来扫描并研究大脑的结构和连接。

白质纤维束成像技术提供了某种大脑连接的方案。研究首次使用了这种特殊的方法，来检测太空飞行后大脑结构的变化。

核磁共振数据还可以告诉研究人员更多关于受试宇航员大脑的信息。大脑的灰质就像个人电脑的微处理器，而白质则类似于类似个人电脑主板上所有处理单元之间的连接线路。核磁共振技术可以从灰质和白质的层面上进行结构观察，同时还可以观察大脑中的液体，即脑脊液。

大脑发生了什么变化？

在经历太空飞行之后，这些结构似乎被改变了，这主要是由于在太空中发生的液体移动所引起的形变。有趣的是，研究团队还发现灰质和白质在太空飞行后都有所增加。在大脑中，白质可以促进灰质之间，以及灰质与身体其他部分之间的沟通。

除了这种液体转移，研究团队还注意到大脑的形状变化，特别是在胼胝体，这是大脑中最大的白质带，可以看作是一大束神经纤维（约包含2到2.5亿个神经纤维）。大脑两个半球间的通信大多数是通过胼胝体进行的，类似于“连接大脑两个半球的中央高速公路”。

此前，研究者认为太空飞行可能会导致胼胝体本身发生结构变化。但研究团队发现，胼胝体附近的脑室实际上是扩张的，这改变了胼胝体周围区域的神经组织，从而改变了它的形状。脑室是大脑中产生并储存脑脊液的腔隙结构，而脑脊液是包围大脑和脊髓的一种透明体液，是一种含有微神经胶细胞的纯生理盐水，主要用作对大脑皮质的机械性缓冲。

研究人员还“发现大脑几个运动区之间的神经连接发生了变化，”运动区是大脑的中枢，是发出运动指令的地方，与地球相比，宇航员在太空的失重状态下，需要大幅度调整自己的运动策略。研究表明，大脑被重新连接了。从之前的研究中，这些运动区在太空飞行后显示出了适应的迹象。现在有初步迹象表明，这种适应性也反映在这些区域之间的联系上。

不过，这些变化并不会在宇航员返回地球后立即被注意到的。在宇航员们着陆7个月后，研究人员对他们进行了脑部扫描，发现大脑的这些变化依然存在。

我们能做些什么？

事实上，这项研究属于一个更大的研究领域。现在，越来越多研究者正在探索太空飞行，特别是长时间太空旅行对人体的影响。这项研究的结果并不意味着我们完全理解了这一课题，但确实提供了一些新的见解，揭示了大脑会如何受到影响。利用这些信息，研究人员可以更好地保护前往太空执行任务的宇航员。

研究表明，有必要采取对策，以确保大脑的液体转移和形状变化控制在一定限度，可以通过某些方法来降低这些影响，方法之一便是人工重力。理论上，人工重力是由惯性力产生的，可以复制重力的感觉，就像我们在地球上体验到的重力感一样。这是科幻小说中常见的情节，而近年来，已经有科学家开始将这一概念变为现实。

在空间站或飞往火星的火箭上使用人工重力，有很大可能解决大脑液体的转移问题，电影《2001太空漫游》中的旋转轮空间站就是一个很好的例子。这实现起来很复杂，但这可能是一条可行之路。未来的研究将会告诉我们答案，这项研究的详细结果发表在2月18日的《神经回路前沿》（Frontiers in Neural Circuits）杂志上。