火星上的大脑：太空旅行如何影响认知功能

谁想去火星？ 令人惊讶的是，没有那么多人。 殖民红色星球的想法已经在社会上流传了一年多，但是到目前为止，还没有人在火星上种土豆。 这有很多原因。 主要问题之一是需要计算漫长，危险和不可预测的旅程的各个方面，更不用说在环境非常不友好的星球上了。 工程师们为未来的殖民者从事航天器，行星漫游车，住宅和太空服的工作。 但是，人类是所有这些技术财富的核心，因此，了解人类在长途太空飞行以及在另一个星球上的生命过程中的感受是至关重要的。 因此，南卡罗来纳大学的科学家决定对大脑，大脑结构以及前往火星的所有可能的认知变化进行研究。 根据在太空中所花费的时间，大脑如何精确地变化，它如何影响人类行为，并且是否对未来的定居火星任务有任何恐惧？ 我们从研究小组的报告中了解到这些问题的答案。 走吧

学习基础

神秘而神秘的火星反复访问过科幻作品的中心位置，它与我们的家地球非常接近，当然这与宇宙的规模相当。 行星之间的最小距离是54.6，最大距离是401，平均距离是225。所有这些都以百万公里为单位。 对于普通人来说，这是一个巨大的距离，而对于太空鉴赏家来说，这只是几步之遥。 但是，要使用我们可用的技术克服这种距离，将需要150到300天，具体取决于移动速度，地球相对于火星的位置以及飞行路径。 对于许多拜访国际空间站的宇航员来说，时间并不长，但是在轨道站和行星之间的空间之间存在差异。

在ISS上进行大脑的早期研究已经进行了。 这些研究的结果是确定垂直的大脑移位，在顶点（冠状）的大脑雄辩组织的积累和脑室的扩张。

雄辩的脑组织* -此术语是指大脑的某个区域，将其切除会导致语言能力丧失，感觉障碍，部分或完全麻痹。

研究人员指出，尽管先前获得的关于宇航员在轨道上和在轨道上发生的变化的数据，尽管对科学家来说是已知的，但仍未完全了解。 因此，例如，大脑结构变化的病因和功能意义仍然不清楚。 在我们今天正在考虑的工作中，科学家决定更详细地检查此类异常，并找出飞行前后大脑的结构变化与人的认知/运动特征之间的关系。

此外，科学家决定将对宇航员大脑结构的研究与与太空旅行有关的已知综合症联系起来。 2017年，发现长期在国际空间站上造成了许多宇航员的眼科变化：视力变化，视网膜上的“棉”斑和脉络膜褶皱（视网膜缺血性变化）以及视神经头肿胀。 NASA为这些更改提供了通用名称-SANS（与太空飞行相关的神经-眼综合症 ），即 与太空旅行有关的神经眼综合征。

研究人员认为，大脑的变化与SANS直接相关，并且可以影响人体工作的其他方面，包括认知功能。

研究成果

宇航员大脑的研究分多个阶段进行，在每个阶段中，科学家们都关注某种指标。 接下来，我们考虑分析和测试结果的要点。

按脑组织分段分析体积

航天飞机的宇航员或国际空间站的宇航员在飞行前后没有发现灰色或白色物质总量的显着变化。


表1：在航天飞机和国际空间站飞行之前/之后，宇航员的灰白物质体积变化的数据。

不出所料，在国际空间站飞行后，宇航员的总心室容积显着增加，但在航天飞机飞行后，航天员的心室总容积却没有明显增加（10.7％-ISS和0％-航天飞机， 1A ）。


图片编号1

对于ISS宇航员，左，右，第三和第四心室的心室容积变化百分比分别为：17.1％±6 7.3％，15.2％±6 8.4％，15.4％±6 4.9％和0.83％±6 4.57％。 ∆VV％（总心室容积变化百分比）的值根据飞行时间（ 1B ）而变化。 有趣的是，年轻宇航员的ΔVV％值高于老年宇航员（ 1C ）。

评估大脑边界的局部变化

鉴于先前在ISS上确定的脑组织移位的事实，科学家分析了大脑与脑脊液之间界面中脑组织的局部移位。 进行了长时间太空飞行任务的宇航员的大脑结构发生了明显的局部变化（下图）。


图片2：宇航员大脑的MRI图像，显示了顶点区域（红色）和局部组织位移（蓝色）中雄辩的大脑组织的积累。

在研究过程中，观察到冠状组织的实质性*脑组织拥挤，并伴有运动，运动前和主要感觉运动区域的拥挤。 还发现脑组织沿心室边缘移动，这与先前有关心室扩大的观察结果一致。

薄壁组织* -功能性脑组织，由神经元和神经胶质细胞组成。 大脑这一区域的损伤可能导致认知障碍甚至死亡。

同时，经历了短期太空飞行（航天飞机）的宇航员没有偏离。

脑结构变化与运动技能之间的关系

表2：在航天飞机飞行之前/之后以及在国际空间站之前/之后的宇航员运动技能测试结果。

运动测试表明，左尾状核的局部结构改变仍导致姿势控制* （ 3A ）降低。

姿势反射* -一系列反应和反射，可确保在空间中保留身体或身体的特定位置。

图片编号3：大脑实质中的局部变化会影响运动测试的结果。

跌倒后恢复身体姿势并保持固定姿势的测试也显示出对脑实质中局部运动变化的影响（ 3B ）。

宇航员在“行走”和“下蹲”（ 3C ）测试上花费的时间比平常多，这表明扣带状皮层中局部变化的影响，这在执行功能的执行中起着重要作用。

总结中间结果，由于长期停留在国际空间站（在研究范围内）引起的大脑变化直接影响一个人执行某些与运动有关的任务的能力。 这些偏差不能被称为严重偏差或对日常任务或专业任务产生负面影响，但是它们的存在表明需要进一步研究人脑的这一方面。

科学家还决定测试％VV值与电机测试结果之间的关系（下表）。


表3：8名宇航员（7人-ISS和1-航天飞机）的运动能力测试结果中的总心室变化百分比与变化百分比之间的相关性。

在跌倒后恢复身体姿势并保持固定姿势的测试中发现了显着的相关性。 这表明，由于太空飞行，∆VV百分比增加较大的受试者在姿势控制方面遇到困难。

脑结构变化与认知功能的关系

研究之前的所有受试者均通过了针对所有宇航员的标准WinSCAT（ Windows太空飞行神经认知评估工具 ）测试，该测试可评估神经认知功能。


WinSCAT的早期版本的屏幕截图（在此处找到）。

该程序包含各种问题和任务（逻辑，数学等）。

但是，WinSCAT结果显示与飞行时间无关。 因此，正如科学家所说，在这项研究中不能考虑该程序。


表4：WinSCAT宇航员在飞往国际空间站之前和之后的测试统计数据。

飞行后，宇航员在执行CDS测试（编码序列）和训练测试的准确性上明显下降。 但是，发现CDS测试和注意力节省测试的速度有所提高。

接下来，科学家决定检查大脑的体积和认知功能，以及它们之间的关系。 在这项研究中，发现了3个白质部位，这些部位与CPT（认知任务）的响应时间的变化有关。


图4：与连续性能测试成功相关的脑实质的局部变形。

飞行后宇航员的大脑图像（其中对测试的反应时间几乎没有减少）显示，白质的三个区域都存在结构变化，即体积变化。

与解码编码序列的测试一样，心室容积也与连续性能测试的成功程度负相关。 飞行后脑室容积增加的宇航员的测试准确性和速度下降。

在以前在国际空间站工作了很长时间的12位宇航员中，有4位有SANS征象：3位在视网膜上有脉络膜褶皱，而第4位则显示出颅内压升高和通过腰椎穿刺使视神经盘肿胀。

奇怪的是，四位有SANS的宇航员的大脑心室变化明显少于八位没有SANS的航天员：12.5％对6.5％。 但是，由于研究对象的数量太少，科学家们还没有准备好对所有经历过长时间太空飞行的宇航员而言，这些观察结果是100％正确且具有代表性。 但是将来，这种不寻常的观察将得到更详细的研究。

如果将所有测试和MRI的结果放在一起，那么就可以清楚地看到太空旅行与大脑结构变化之间的联系。

首先，这是暂时的关联-随着在太空中花费的时间的增加，大脑的变化变得更加明显。 其次，年龄-年轻航天员中长途旅行的影响更为明显。 第三，认知-所有发现大脑的变化都以一种或另一种方式影响了宇航员的认知功能，其执行质量在飞行后下降。

这项研究涉及19名宇航员：6名男性和1名女性（平均年龄46.7±2.1岁）乘坐航天飞机（14.7±1.6天），以及10名男性和2名女性（平均年龄47.5±4.8岁）。在国际空间站（162.7±21.8天）。 一方面，如此多的主题可能不足以描述空间对人脑变化的影响的所有方面，但这足以足以明确地表明存在此类变化。 因此，在计划长途飞行和可能的火星殖民时必须考虑这些因素。

为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下科学家的报告和其他材料 。

结语

在这项工作中，发现留在太空中会直接影响人脑结构的变化，进而影响其认知功能。 在不进行研究的情况下也可以做出类似的陈述，但是有必要确切地确定正在发生的变化以及它们在长途飞行后如何影响宇航员。

运动技能和思维过程的测试表明其执行的速度和准确性下降，而MRI使确定大脑的哪些部分受到影响以及这种认知功能改变的来源成为可能。

还值得考虑的是，研究的参与者是训练有素的宇航员，他们在飞行前花费大量时间进行准备，不仅影响他们的身体，而且影响他们的精神状态。 如果专业人士受到宇宙与认知功能之间的负相关性的影响，那么我们能对普通人说些什么。

这正是这项研究的重要性。 由于无法满足人们探索太空和殖民星球的渴望，因此有必要为这种危险且不可预测的任务做好充分的准备。

我们的研究的作者认为，如果我们想成功耕low星系的广阔空间，则必须优先考虑人脑。 他们认为，首先，有必要集中精力研究大脑对空间的适应性，并开发出可以改善和加速这一过程的新方法。

太空旅行不是一件容易的事，需要考虑所有细节，事件发展的所有可能选择，所有问题和所有解决方案。 这不仅应涉及技术要素，因为在所有这些航天飞机，火箭，卫星，行星漫游车和其他令人惊叹的设备的中心，总会有一个人-具有自己优点和缺点的生物。


谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家周末愉快！ :)

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