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太空旅行可能会炸毁你的大脑 造成永久性的学习和记忆问题

互联网 2019-08-07 10:26:46

在深空任务过程中,宇航员经常处于不同程度的危险之中。根据您选择的好莱坞科幻惊悚片,这些勇敢的探险家将受到恶意外星人,精神病学计算机或与小行星或空间碎片碰撞的支配。虽然这些可能都是可能的问题,无论是远程还是其他方面,宇航员最大的真正危险实际上可能是一个无法看到的问题: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不受宇宙辐射的影响。当宇航员超越那个保护性气泡时,被称为银河宇宙射线的高能粒子会轰击它们的身体。银河系的宇宙射线被认为是超新星的残余物,并伴随着从太阳射出的质子和氦原子核对空间辐射环境作出贡献。

我们小组研究辐射暴露如何影响人类健康。这些辐射照射最令人担忧的后果是对宇航员大脑的不利影响。根据我们在小鼠中的新研究结果,暴露于宇宙射线会损害大脑功能,导致学习,记忆和情绪问题,如果结果适用于人类,可能影响一个人在意外或压力情况下适应和应对的能力。这一结果可能会危及宇航员的安全和任务成功。

模拟地球上的空间辐射

我们和其他辐射生物学家一样,特别关注宇航员,因为凭借我们目前的技术,没有办法保护或保护他们免受太空辐射。

在光速附近行进的宇宙辐射粒子与航天器碰撞并产生包括中子在内的碎裂产物。这些碎裂产物仍然具有通过人体的能量。当中子与体内的其他核相互作用时,它们会产生自由基,这些自由基可以破坏细胞膜,DNA和器官中的其他精细结构。在大脑中,我的共同研究者和我相信,它们会破坏大脑细胞或神经元的微观结构。这些包括树突的区域,连接到其他脑细胞的线状突起,髓鞘和突触,这些对于形成网络和通信都是至关重要的。

美国宇航局资助的许多调查人员一直在研究辐射暴露对宇航员的影响,有证据表明大脑将 因暴露于太空辐射而受损。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理解,并将使我们能够制定策略来预防这些问题并促进安全的人类太空探索。

在深空中,辐射暴露在整个行程中一点一点地发生。这是太空旅行的一个因素,直到最近我们还没有任何数据。在之前的研究中,辐射暴露在几分钟内传递给啮齿动物。这并不能准确地模拟宇航员在火星任务中所经历的事情。

科罗拉多州立大学的物理学家现已开发出一种设施,使研究人员能够提供非常缓慢且更加逼真的深空辐射 - 每天1毫克的辐射。

地球的磁场保护地球免受太阳耀斑和宇宙大爆炸的宇宙辐射。图片来源:Naeblys

使用科罗拉多中子设施,我们使用这种模拟的空间辐射暴露来测量其对小鼠大脑的影响。

断裂的连接和失去的记忆

将小鼠暴露于这种低水平的中子辐射六个月后,我们检查了它们的神经元。这些是使用电流在整个大脑中传递信息和存储记忆的专门细胞。我的合着者和我发现,在辐射小鼠的大脑中,将神经元连接到网络的电路无法再有效地进行通信。这可能是由于神经元上精细结构的损坏,或某些可能完全破坏的神经回路中的连接。这两种改变都可能会对认知功能产生不利影响。

我们还使用受照射的小鼠来观察辐射诱导的神经元变化是否与可​​能对宇宙飞行员在深空任务中存在风险的行为问题相关联。

我们行为研究的结果表明,暴露于中子六个月的小鼠在学习,适应和储存记忆方面存在困难。例如,与他们之前已经看过的玩具相比,这些老鼠不太可能对放置在测试舞台上的新玩具感兴趣。另一方面,对照鼠标比旧玩具花费更多时间来探索新玩具。类似地,在另一个测试中,受照射的小鼠不太可能关心其中一个玩具已被移动到不同的位置。这些行为表明记忆功能受损。

社会问题

与未照射的对照相比,受照射的小鼠也更可能避免社交互动,并且难以分离或遗忘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。

总之,正常的未曝光的小鼠的行为比较小鼠接受六个月的中子辐射的揭示改变大脑功能是有代表性的,会发生什么人类的大脑在空间和可能显著影响航天员的压力下或反应能力意外情况。事实上,当我们进行将我们的啮齿动物行为研究结果转化为人类风险的计算时,我们估计,在五名宇航员前往火星并返回火星时,我们预计至少有一名成员会出现严重的认知功能缺陷。他们回到地球的时间。

我们的工作只是一项研究,结果必须复制,但它确实提高了银河宇宙辐射暴露可能成为深空旅行的重大障碍的清醒可能性。然而,与其他技术挑战一样,我们希望研究人员能够找到解决方案。也许这将是新材料的发展,以某种方式保护宇航员免受这种辐射。也许这将通过饮食或药物补充。

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