LifeX｜太空飛行會改變大腦功能嗎？失重環境帶來新的醫學挑戰

出品｜搜狐健康

責編｜洪瑞祺

審核｜李冬梅

據BBC Future近日報道，一項由倫敦大學伯貝克學院團隊主導、發表於學術期刊《心理學前沿》的新研究，整合了15項腦成像研究的數據，首次在較大樣本規模上系統分析了微重力對人類大腦的影響。結果提示，太空飛行不只會改變肌肉和骨骼，也會讓大腦發生結構性和功能性改變——而這種改變，對未來的登月和火星任務意味著一個尚未解決的挑戰。

圖說 / 月球低重力環境會改變人體的平衡、步態和運動控制 來源：NASA

人類進入太空後，最先受到關注的通常是肌肉萎縮、骨質流失和“太空臉”。在失重環境下，骨骼和肌肉不再持續承受重力負荷，容易逐漸退化；體液也不再像在地球上一樣被重力拉向下肢，而是更多向上半身轉移，讓宇航員的面部看起來浮腫圓潤，腿部則相對變細。但最新研究提醒，真正需要重新適應太空環境的，可能還有大腦。

大腦一直在“計算重力”，失重後也會跟著改變

普通人不會像感知溫度或聲音那樣直接“感覺到重力”，但大腦始終在處理重力信息。視覺系統、前庭系統、本體感覺共同告訴大腦：身體在哪裏，頭朝哪方，下一步該如何發力。

以拿起一杯咖啡為例。這個動作看似簡單，背後卻需要大腦在無意識中估算地球重力，並相應調整手臂和手部肌肉的出力。研究通訊作者、認知神經科學教授伊麗莎·拉法埃拉·費雷說：“重力是大腦從出生起就一直在接收和處理的基准信號，如果你想說得學術一點，可以把它理解為胎兒發育期間接收到的第一個信號——我們的大腦，是建立在感知重力的基礎之上的。”

圖說 / 微重力環境下，大腦需要重新適應身體的位置感和平衡控制 來源：NASA

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到了太空，重力信號突然消失，大腦靠神經可塑性主動調整。新研究發現，變化主要集中在與運動控制、平衡和身體感知相關的腦區，以及負責多感官信號整合的腦島蓋區。這種改變並不是“損傷”，而是大腦在重新學習如何控制身體——但適應本身需要時間，時間也帶來了風險。

從雙胞胎實驗到阿波羅影像，大腦變化已有多項證據

大腦適應失重是雙向的，回到重力環境同樣需要重新校准。NASA的雙胞胎研究顯示，宇航員斯科特·凱利在國際空間站駐留近一年後，返回地球出現了持續約六個月的認知能力下滑，而在軌期間與留守地球的雙胞胎兄弟馬克相比基本相當。這說明大腦受到的影響，可能不是在飛行中最為突出，而是在重返重力環境後才充分顯現。

阿波羅任務的影像資料也留有線索：宇航員在月球表面行走時身姿明顯不穩，這不只是宇航服沉重的緣故，更因為他們的平衡系統和運動控制被月球低重力打亂。費雷說：“這不是說大腦不能重新校准，而是需要時間和資源。”

更早的研究同樣給出了警示。2017年《新英格蘭醫學雜志》發表的研究發現，長期太空飛行可引起宇航員腦組織整體上移、中央溝變窄、頂部腦脊液空間縮小等結構性改變，且與短期飛行宇航員相比更為顯著，說明失重時長與大腦改變程度密切相關。

人工重力和腦刺激，可能成為解決方案嗎？

這個問題在深空任務中尤為緊迫。飛往火星約需八個月，宇航員的大腦屆時已深度適應零重力，而火星的重力約為地球三分之一——這種切換可能引發定向障礙和運動障礙。與近地軌道不同，飛船和地球的通信單程延遲可能長達20分鐘，登陸這一關鍵時刻必須完全依靠宇航員自身判斷。歐空局飛行外科醫生阿爾奇比亞德說：“大腦是我們最重要的器官。如果帶去太空的大腦無法有效運轉，其他一切都是白費。”

科幻作品中的經典解法是在飛船上加裝旋轉艙，以離心力模擬重力，理論上可以同時對抗骨骼、肌肉和大腦的退化。但旋轉結構需要龐大的工程質量，在航天任務中“質量即成本”，目前仍難以實現。

費雷正在探索另一條路：用微弱電流刺激與重力感知相關的腦區，嘗試提升神經系統在不同重力環境間切換的靈活性。這項研究仍處於早期階段，但這一方向說明：人類探索太空的挑戰，已從“能不能活著上去”，進入到“能不能在另一個重力環境裏保持高水平判斷和行動”的階段。

真正的挑戰：帶著一個能適應新世界的大腦去太空

太空飛行考驗的不只是飛船和宇航服，也在考驗大腦。過去幾十年裏，人類對骨密度、心肌、體液分布都有了相對成熟的應對方案；但大腦的神經重塑如何乾預、如何加速校准，仍是尚無定論的問題。

圖說 / NASA雙胞胎宇航員研究為觀察太空飛行對人體影響提供了參考 來源：NASA

人類如果要真正走向月球基地和火星，需要的不只是更強的發動機，也包括一個能在不同重力環境之間快速重新校准的大腦。這意味著，太空醫學的下一個重要命題，可能不是心髒或骨骼，而是神經系統。

費雷表示：“太空飛行充滿挑戰，但它也能讓我們從一個在地球上根本不可能實現的角度，去理解我們自己的大腦。”從這個意義上說，太空不僅是人類探索宇宙的前線，也是理解大腦如何感知身體和重力的一座天然實驗室。

參考資料：

Richard Hollingham. What happens to your brain in space? BBC Future, 2026年7月.

Ferrè ER, et al. The effects of microgravity on brain structure and function: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in Psychology, 2026. doi: 10.3389/fpsyg.2026.1748118

NASA Twins Study. https://www.nasa.gov/humans-in-space/twins-study/返回搜狐，查看更多