太空失重改變大腦
人類進入太空已經幾十年了。目前，太空失重對人體的影響已經被研究得非常廣泛了——不管是肌肉骨骼系統、心血管系統，還是免疫力系統、内分泌系統，科學家們均有研究。但奇怪的是，一直少有人研究失重對人體的中心——大腦的影響。直到近幾年，随着人類“殖民火星”“火星旅遊”等計劃興起，該研究才慢慢被重視。
重力對大腦的影響被忽視
在心理學和神經科學中，科學家們在研究大腦的各種感知能力時，重力對大腦的影響卻一直被忽視。這其中最大的原因是我們感覺不到重力——你可以看到一種顔色，你可以聽到一首歌，你可以在你的皮膚上發現一隻蚊子，但是你對重力完全沒有一點感覺。
然而，我們真的可以當作重力不存在嗎?仔細思考一下，有什麼感覺的形成比人類體驗重力的曆史更久遠呢?重力，也許是大腦中存在最久的感覺信号了——遠在人類形成現代意識之前，重力就存在了。重力，默默地促成了我們日常生活中許多不同的行為，比如行走、跳躍、舉起物體，等等。我們之所以能把握好這些事情的度，是因為我們的大腦就是在長久擁有恒定重力加速度的環境中進化而來的。
重力一直存在，而且我們有和重力檢測相關的檢測器官——人内耳裡面微小而複雜的耳石。人類之所以能夠正常活動，是因為在頭部雙側的耳内有調節身體平衡的系統，稱為前庭系統。前庭系統主管頭部平衡，其中最重要的結構就是球囊、橢圓囊。因為在内部有感受重心變化的碳酸鈣鹽結晶，形狀像石頭，稱為耳石，故球囊、橢圓囊也被稱為耳石器。重心由重力引起，當我們感覺到身體不平衡時，其實就是重力作用的一種體現。我們通過體驗平衡，間接地感受到重力的存在。
遺憾的是，人們隻關注平衡本身，并未在意過這平衡到底依據的是什麼而維持——哪怕你摔倒了，你會覺得你重心不穩，但你不會想到重力。而且，似乎不管重力加速度的值是9.8m/s2，9.8m/s2還是9.8m/s2，對我們影響不大。究其原因，是因為與其他研究了幾百年的感知相比，重力感完全沒有對照。視覺、聽覺、觸覺人類都可以設置對照——你可以選擇看或者不看，聽或者不聽，接觸或者不接觸，但是你無法去掉重力——地球上無時無處不存在重力。所以這其實是一件難以客觀研究的事情，所謂“醫者難自醫”，處于重力場下，人類一直不能脫身于重力場之外來分析重力對于人類大腦感知的影響。
太空時代仍未重視
即使進入了太空，人類也一直未重視重力的變化對大腦的影響。這其中有多個原因。
第一是受一種整體思維的影響：人體是一個整體，既然肌肉骨骼系統和心血管系統等衆多部位都受到影響了，大腦受到一點影響也理所應當，這些影響可能并非由重力的變化引起。
第二是大腦的感知比較難研究，相對于身高、體重、血壓等可以直接用儀器測量的指标，大腦的感知完全是一種抽象的模糊的東西。
第三是可研究的宇航員數量還是比較少，截至今日，人類一共也隻将500多名宇航員送入太空。這些宇航員分屬于近10個國家，而且他們登天的時間跨度大，有些甚至已經逝世。
第四是宇航員在太空中停留時間較短，當前在太空停留時間最長的紀錄保持者是俄羅斯宇航員瓦列裡·波利亞科夫，他曾經在太空中連續生活438天。對于大多數宇航員來說，他們的太空之旅一般為3～6個月，這個時間也許還不會使大腦發生明顯的改變。
研究正在展開
然而，有項研究結果一發布就震驚了世人，令人們不得不重視起失重對大腦的影響——2017年，美國南卡羅萊納醫科大學的研究團隊通過研究後發現，國際空間站中約60%的宇航員的腦部發生輕微變形，這可能是因為他們長期處于失重狀态所導緻的。
該研究團隊挑選了包括計劃在空間站停留約半年的18位宇航員以及計劃在空間站停留約兩周的16位宇航員在内的共34名宇航員進行了研究。在這34個宇航員飛往太空之前和返回地球後，研究人員均對他們的腦部進行了核磁共振掃描，并獲得了腦部成像。對比結果表明，停留約半年的18人中的17人與停留約2周的16人中的3人，在回到地球後，他們大腦頂部被稱為“中央溝”的部位，皆存在萎縮現象。且在停留約半年的12人與停留約兩周的6人中，還存在腦部向顱骨頂部移動的變化。該研究團隊解釋道，腦部變形是因為包裹大腦與脊髓的腦脊髓液向頭部集中，造成顱壓過高的緣故。
這項研究勢必會對今後的宇宙載人飛行計劃産生影響，因為我們很輕易地就能發出疑問，大腦的結構發生變化了，大腦的功能難道不會随之産生影響嗎?
我們知道，大腦分為左右半腦，兩個半腦裡面也都劃分出了不同功能的區域。這些區域分别與身體其他部位上不同類型的感受器官連通，接受并反饋來自不同地方的信息。同時，大腦各區域也能相互協作，存在一定的連通。在地球上，這些連通是特定的。令人不可思議的是，在太空微重力情況下，它們發生了變化。2019年，比利時和俄羅斯科學家組成的國際團隊發現：太空旅行對大腦産生了重大影響——宇航員的大腦中與感知和運動相關的大腦區域之間的連通性發生變化。
該國際團隊使用功能性磁共振成像，在平均在太空中停留時間為6個月的11名宇航員上天之前和上天之後，對他們大腦的連通性進行了檢測并對比。事實證明，為了适應失重狀态下的生活，大腦各功能區域之間連通性發生了改變。
一些大腦區域之間的連通性更加緊密，例如左半球和右半球的島狀皮質之間以及島狀皮質和大腦其他區域之間的連接增加。島狀皮質負責來自不同傳感器系統的信号的整合，這說明大腦正在重新整合接受信息的方式。
一些大腦區域之間的連通性則被削弱，例如在維持身體平衡上起着重要作用的小腦和許多其他負責運動的結構的聯系減弱了，特别是前庭系統。前庭系統中的耳石是依賴于重力來工作的，顯然在失去了重力的太空中，大腦認為前庭系統已經不大可靠。
有些宇航員的大腦甚至開發出了一種體感控制的輔助系統，增加了對視覺和觸覺反饋的依賴，降低前庭系統的輸入的影響。這意味着，在失重條件下，大腦居然會重新塑造自己。難以想象在這種重塑完成之後，大腦的感知系統将會發生多麼大的改變。
“嘔吐彗星”幫助我們進一步探索
2019年4月6日，時任美國宇航局局長吉姆·布裡登斯在接受采訪時表示，美國計劃在2033年将宇航員送上火星，并且宇航員們将會在火星上生活兩年。再加上來回程消耗的時間，登陸火星的宇航員至少會在太空上呆上三年。三年的時間，可比波利亞科夫的紀錄還多了一年半。很難想象，這麼長的時間内，大腦是否會完成不可逆轉的改變，甚至是傷害!所以，人類在進行長期的太空任務前，必須抓緊時間研究失重對于人類大腦的影響。
目前，各國的科學家們主要通過零重力飛機來模拟失重的環境，來探究失重對人的大腦的影響。零重力飛機有一個綽号——“嘔吐彗星”，因為乘坐這種飛機的人中有約2/3人會受不了各種加速過程而嘔吐。零重力飛機其實是由空中客車A300型飛機改造的。空客A300經過改裝，去掉了機身中段的座椅，将空出的空間作為載荷艙。機身前後段留下了50個座椅，供實驗人員于起飛與降落階段乘坐使用。在失重情況下，實驗人員處于載荷艙中進行體驗。載荷艙内沒有舷窗，它的牆壁、地闆，天花闆都鋪上了厚厚的海綿，防止失重環境下實驗人員漂浮移動造成的碰傷。
零重力飛機是如何模拟零重力環境的呢?人對于重力的感覺其實就是來自于支持力。如果能創造出一種環境，你不需要物體支持而能在空中漂浮，這就是一種失重環境了。雖然我們沒有辦法消除重力，但是可以将其轉化為向心力。就像我們的地球，它将太陽對自身的引力轉化為了繞太陽轉動的向心力，零重力飛機正是依靠此原理創造失重條件的。零重力飛機繞着地球軌道以倒U型“抛物線”的軌迹飛行，人的重力作為繞地球轉動的向心力，使人得以浮在飛機中。一架零重力飛機可以在一次飛行中飛出多達30個抛物線，每個抛物線飛行可以讓實驗人員獲得30秒的失重時間。“嘔吐彗星”的稱号絕非“浪得虛名”，一次飛行足以讓乘客嘔吐不已。
現在，全世界的科學家們正在使用零重力飛機做大量的失重實驗，希望科學家們能早一點破解失重對大腦的影響之謎!
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