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太空旅行有多危险?或造成大脑过热,导致永久性学习和记忆问题

   09:00

  来源:Science科学

太空旅行有多危险?或造成大脑过热,导致永久性学习和记忆问题

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  在深空任务的过程中,宇航员经常处于不同程度的危险之中。根据你选择哪部好莱坞科幻惊悚片,这些勇敢的探险家们会受到恶意外星人、精神失常的电脑、小行星撞击或太空碎片的摆布。尽管这些可能都是可能的担忧,无论是遥远的还是其他方面,但宇航员面临的最大真正危险可能实际上是一种看不见的危险:太空辐射。

  地球的大气层和磁场,在很大程度上保护地球上的生命免受宇宙辐射。当宇航员穿越这个保护罩时,被称为银河宇宙射线的高能粒子会猛烈撞击他们的身体。银河宇宙射线被认为是超新星的残余,它与从太阳中喷射出来的质子和氦核一起构成了太空辐射环境。

  我们的小组研究暴露在辐射下如何影响人类健康。这些辐射暴露最令人担忧的后果是对宇航员大脑的不利影响。根据我们在老鼠身上的新研究结果,暴露在宇宙射线下会损害大脑功能,导致学习、记忆和情绪方面的问题,如果这一结果对人类适用,可能会影响一个人在意外或压力情况下的适应和反应能力。这一结果可能危及宇航员的安全和任务的成功。

  模拟地球上的空间辐射

  我们和其他辐射生物学家特别担心宇航员,因为以我们目前的技术,没有办法保护或保护他们免受太空辐射。

  接近光速的宇宙辐射粒子与宇宙飞船相撞,产生包括中子在内的碎片。这些碎片产品仍然有能量通过人体。当中子与体内其他原子核相互作用时,它们会产生自由基,这种活性分子会破坏细胞膜、DNA和其他器官的精细结构。在大脑中,我和我的同事们相信,它们破坏了大脑细胞或神经元的微观结构。这些区域包括树突区域、连接其他脑细胞的线状突起、髓鞘和突触,这些区域对形成网络和沟通都至关重要。

  美国宇航局资助的许多研究人员一直在研究辐射对宇航员的影响,有证据表明,暴露在太空辐射中会损伤大脑。目前的研究结果将促进研究人员对空间辐射暴露对大脑功能的危害的认识,并将使我们制定战略,以防止这些问题,并促进安全的人类太空探索。

  在太空深处,在整个旅行过程中,辐射暴露是一点一点发生的。这是太空旅行的一个要素,直到最近我们才有任何数据。在之前的研究中,辐射暴露在啮齿动物身上只需要几分钟。这并不能准确地模拟宇航员在火星任务中的体验。

  科罗拉多州立大学(Colorado State University)的物理学家们现在开发了一种设备,可以让研究人员以非常慢的速度进行大量的发射

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  利用科罗拉多中子设施,我们用这个模拟的空间辐射暴露来测量它对老鼠大脑的影响。

  断了联系,失去了记忆

  在将小鼠暴露于这种低水平中子辐射6个月后,我们检查了它们的神经元。这些是特殊的细胞,利用电流来传递信息,并在大脑中储存记忆。我和我的合著者发现,在受辐射的老鼠的大脑中,连接神经元和网络的回路不再能够有效地交流。这可能是由于神经元的精细结构受损,或者某些神经回路的连接可能完全断裂。任何一种改变都可能损害认知功能。

  我们还用受辐射的老鼠来观察辐射引起的神经元变化是否与行为问题有关,这些行为问题可能会给执行深空任务的宇航员带来风险。

  我们的行为研究结果表明,暴露在中子下六个月的老鼠在学习、适应和存储记忆方面有困难。例如,与它们之前见过的玩具相比,这些老鼠对放在它们测试台上的新玩具不太可能感兴趣。另一方面,对照组小鼠探索新玩具的时间要比探索旧玩具的时间长得多。同样,在另一项实验中,受辐射的老鼠不太可能在意其中一个玩具被搬到了另一个地方。这些行为表明记忆功能受损。

  社会问题

  与未受辐射的小鼠相比,受辐射的小鼠也更有可能避免社交互动,难以分离或忘记过去发生的不良事件。这些空间辐射引起的变化表明焦虑水平增加。

  总而言之,将正常未受辐射的老鼠和接受了六个月中子辐射的老鼠的行为进行比较,发现大脑功能发生了变化,这些变化代表了人类大脑在太空中会发生什么,可能会显著削弱宇航员在压力或意外情况下的反应能力。事实上,当我们进行翻译的结果计算啮齿动物行为研究人类的风险,我们预计,在五个宇航员前往火星,我们希望至少有一个成员在认知功能显示严重赤字的时候他们返回地球。

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