太空中的宇航员：无论如何，在零重力下你的大脑会发生什么？

美国宇航局已承诺在2030年代之前将人类送往火星。当你认为一次典型的往返旅行将在三到六个月之间时，这是一个雄心勃勃的目标，并且在行星对准允许回程回家之前，预计船员将留在红色星球上长达两年。这意味着宇航员必须在减少（微）重力下生活大约三年 - 远远超出俄罗斯宇航员瓦列里波利亚科夫持有的438天连续日的记录。

在太空旅行的早期，科学家们努力想出如何克服重力，以便火箭可以弹射地球的力量，以便将人类降落在月球上。今天，重力仍然是科学议程的首要问题，但这一次我们更感兴趣的是重力的减少如何影响宇航员的健康 - 特别是他们的大脑。毕竟，我们已经进化到地球的重力（1 g）内，而不是在空间的失重（0 g）或火星的微重力（0.3 g）。

那么人类的大脑究竟是如何应对微重力的呢？简而言之 - 尽管有关此信息的信息有限。这是令人惊讶的，因为我们熟悉宇航员的脸在失重期间变红和臃肿 - 这种现象被亲切地称为“查理布朗效应”或“蓬头鸟腿综合症”。这是由于流体主要由血液组成（细胞和血浆）和脑脊液向头部移动，使它们具有圆形，浮肿的面部和更细的腿。

这些流体移位也与空间晕动病，头痛和恶心有关。最近，由于血流增加并且大脑在颅骨内向上漂浮 - 由于视力受损和颅内压综合征的状况，压力增加，导致视力模糊。尽管美国宇航局认为这种综合症是任何火星任务的最大健康风险，但弄清楚导致它的原因 - 以及 - 一个更加严峻的问题 - 如何预防它仍然是一个谜。

那么我的研究在哪里适合这个？嗯，我认为大脑的某些部分最终会接收过多的血液，因为一氧化氮 - 一种通常在血液中漂浮的看不见的分子 - 会在血液中积聚。这使得为​​大脑提供血液的动脉放松，从而使它们开放得太多。由于血流不断激增，血脑屏障 - 大脑的“减震器” - 可能会变得不堪重负。这允许水缓慢积聚（称为水肿的情况），导致脑肿胀和压力增加，由于其排水能力的限制，也可能使其变得更糟。

可以把它想象成一条满是银河的河流。最终结果是没有足够的氧气足够快地进入大脑的某些部位。这个大问题可以解释为什么视力模糊，以及对其他技能的影响，包括宇航员的认知敏捷性（他们如何思考，集中注意力，推理和行动）。

“呕吐彗星”之旅

要弄清楚我的想法是否正确，我们需要对其进行测试。但是，我们不是要求美国宇航局进行月球之旅，而是通过在一架绰号为“呕吐彗星”的特殊飞机上模拟失重来逃避地球引力的束缚。

通过攀爬然后在空中倾斜，这架飞机在一次飞行中执行多达30个“抛物线”，以模拟失重的感觉。它们只持续30秒，我必须承认，它非常容易让人上瘾，你真的会得到一张浮肿的脸！

所有设备都牢固地固定下来，我们从八名志愿者那里进行了测量，他们每天乘坐一趟航班，持续四天。我们测量了使用便携式多普勒超声提供大脑的不同动脉中的血流，其通过从循环的红细胞中反射高频声波来起作用。我们还测量了从前臂静脉采集的血液样本中的一氧化氮水平，以及其他包含自由基和脑特异性蛋白质（反映大脑结构损伤）的不可见分子，这些分子可以告诉我们血脑屏障是否有被迫开放。

我们的初步调查证实了我们的预期。在反复发作失重后，一氧化氮水平增加，这与血流量增加同时发生，特别是通过供应大脑后部的动脉。尽管没有结构性脑损伤的证据，但这迫使血脑屏障打开。

我们现在正计划通过使用磁共振等成像技术对大脑中的血液和液体变化进行更详细的评估，以确认我们的研究结果。我们还将探讨诸如橡胶吸力裤这样的对策的效果 - 它们会在身体下半部产生负压，并认为它们可以帮助“吸走”血液远离宇航员的大脑 - 以及药物抵消一氧化氮的增加。但这些发现不仅可以改善太空旅行 - 它们还可以提供有价值的信息，说明为什么运动的“重力”是大脑的良药，以及它如何在以后的生活中预防痴呆和中风。

本文最初发表于Damian Bailey的The Conversation。阅读原文。