外太空如何使宇航员头脑迟钝

O在1783年6月一个潮湿的星期三，第一个热气球在法国阿诺里市被抬上了天空。它飞到3000英尺的高空，被带到近两英里的高空，最终降落在一个葡萄园里。它飞空;安全并不是保证。几个月后，另一个气球被送到巴黎上空，这次载着一只羊、一只鸭子和一只公鸡。考虑到鸭子有飞行的倾向，人们预计它不会有问题，但旁观者对绵羊和公鸡就不太确定了，因为它们和我们一样是地面生物。在飞行了与第一个气球相似的高度和距离后，这些动物被发现在着陆后没有受到伤害(尽管羊已经到处撒尿)。随后，人类首次乘坐热气球，航空时代正式开始。

今天，送人上天的想法似乎很老套，除非最终目的地是另一个像火星的星球，或者，比邻星b．这些遥远的目的地给人类探险家的健康带来了一系列新的担忧——这不再仅仅是我们的火箭和宇航服是否会失败的问题。相反，研究人员正在努力揭示在长时间的深空航行中，人体可能会发生的复杂的、潜在的变化，部分原因是失重(微重力)和电离辐射。在太空中,说美国宇航局戈达德飞行中心的建筑师和工程师Ruthan Lewis说:“你经常被轰炸。”

事实证明扰乱我们的身体在地球引力的约束下进化的状态脸红心跳通过高能原子和光子，对我们的大脑并不是特别好。科学家已经证明，这些深空危险会抑制思维过程，比如推理和记忆，但原因并不清楚。不过，最近的两项研究帮助研究人员理解了这是如何发生的。

在第一个研究这项实验由洛马琳达大学(Loma Linda University)的5名研究人员组成。他们让老鼠的后腿长时间离开地面，以模拟微重力，并把它们放在放射性钴板旁边，以模拟低水平但长期暴露在伽马辐射下。研究人员发现，两者结合对血脑屏障(一组紧密连接的细胞，阻止血流中的大多数物质到达大脑)的损害程度大于单独暴露于任何一种因素。

他们可以通过大脑中一种叫做水通道蛋白4的水调节蛋白相对较高的存在来判断，当血脑屏障受损时，水通道蛋白4的数量会增加。这是通过杀死小鼠，用水通道蛋白-4结合抗体对其大脑的几个部分进行染色，然后用与第一抗体高度亲和的第二抗体，带有绿色荧光染料，然后测量每个大脑切片的荧光强度，作为蛋白质含量的指标。水通道蛋白-4的增加与小鼠的细微行为变化有关，包括风险的增加，这是根据小鼠在高架零迷宫中暴露(因此更容易受到捕食者的攻击)的时间来评估的，零迷宫是一个由开放和封闭部分交替组成的圆形循环。

与未暴露在微重力和辐射下的小鼠相比，暴露在微重力和辐射下的小鼠愿意在开放区域待更长的时间。目前尚不清楚为什么水通道蛋白-4的增加会导致更多的冒险行为，但它可能与炎症导致的损害有关，这些损害是由白细胞及其产物在大脑外的血液中穿过血脑屏障造成的。这表明，前往火星的宇航员在深空旅行的风险规避程度将低于正常水平，这可能——考虑到外太空无情的本质——影响他们任务的成功。如果船员的冒险行为在旅途中发生变化，确保有效管理风险就会变得更加困难。

第二个研究安德鲁j . Wyrobek,伯克利加州大学的生物物理学家理查德·a·布里顿,在东弗吉尼亚医学院radiobiologist,表明轰击老鼠用高速铁原子(粒子辐射的一种形式,而不是伽马辐射出现在第一个研究)扰乱了他们的空间记忆学习。在三天后，研究人员将老鼠暴露在五种剂量增加的辐射中的一种下，测试它们逃离巴恩斯迷宫的能力。巴恩斯迷宫本质上是一个圆形的餐桌，上面有20个洞(只有一个是真正的出口)，这些洞均匀分布在表面的周长周围。“与第一天的训练相比，未受辐射的老鼠在第三天(训练的最后一天)平均花了大约一半的时间来找到逃逸洞，”研究人员写道，但平均而言，在长时间的太空旅行中接受20灰鼠剂量(与预期的辐射暴露量一致)的动物实际上“花了更多的时间来寻找逃逸洞的位置。去年对比第一天的训练”(我的重点)。

考虑到空间记忆学习是深空旅行者无疑必须执行的许多任务的基础部分，无论是驾驶航天器还是对飞船基础设施进行维护和维修，这是令人担忧的。

然而，老鼠的学习能力对辐射的敏感性似乎有遗传因素的影响。即使它们是远亲，接受同样剂量辐射的老鼠在空间学习和记忆方面受到的影响并不相同。对数据进行更仔细的检查后发现，老鼠分为两组:学习能力差的和学习能力好的。随着辐射剂量的增加，空间记忆学习的平均下降是由每个暴露组中学习能力差的学习者驱动的，而学习能力好的学习者并没有因为辐射暴露而表现出任何可感知的学习行为变化。

人类也可能存在同样的基因变异，这将影响我们下一步的太空探索。正如两位作者在讨论中沉思的那样，“在未来，我们可能能够对太空旅行者或癌症患者进行预筛，以区分哪些人对辐射诱导的神经毒性和异常行为反应有抵抗力，哪些人对辐射敏感。”

很有可能我们还需要使用船上的对抗措施，比如辐射屏蔽——可能是策略性地放置水、塑料或一些新制造的材料或力场，说希拉·蒂博(Sheila Thibeault)是弗吉尼亚州汉普顿市NASA兰利研究中心(Langley Research Center)的材料研究员。保护大脑的饮食和药物，甚至通过离心创造人工重力，也可能被证明是必要的。

希望这足以让宇航员保持最佳的精神状态，并为探索其他星球做好准备，而且在以后的生活中不会有医疗影响。作为一个发人深省的纸在科学报告7月发表的一项研究发现，冒险登上月球的宇航员死于心血管疾病的可能性是留在地球保护磁层轨道上的宇航员的四倍。

克里斯·德拉吉是来自加拿大的科学作家。在推特上关注他@RosinCerate．

主要照片是由Robert Couse-Baker通过Flickr提供的。