太空飞行中脑电β波段活动与功能连接的变化：微重力环境下中枢神经系统的适应性研究

编辑推荐：为探究微重力对大脑功能的影响，研究人员通过EEG分析5名宇航员在飞行前、低地球轨道(LEO)及返回后的β波段(12-30 Hz)功率与功能连接(FC)。结果发现，太空飞行中传感器运动皮层(SMC)和额颞叶区域β功率与FC显著增强(p<0.01)，提示大脑对微重力下前庭与本体感觉输入的重组。该研究为长期太空任务中中枢神经系统(CNS)健康监测提供了新依据。

　　

太空探索的壮举背后，隐藏着对人类生理极限的挑战。微重力、辐射和封闭环境等因素不仅影响骨骼和肌肉，还可能重塑大脑功能。宇航员常报告短暂的空间定向障碍、视觉异常和运动协调问题，这些现象暗示着中枢神经系统(CNS)的潜在改变。然而，相比心血管或肌肉骨骼系统，太空飞行对大脑的影响仍知之甚少。传统神经心理学测试难以捕捉细微变化，而磁共振成像(MRI)在太空环境中应用受限。在此背景下，脑电图(EEG)因其便携性和高时间分辨率成为研究太空神经科学的利器，尤其是β波段(12-30 Hz)活动——这一与运动控制和本体感觉密切相关的神经振荡指标。

为填补这一空白，由西班牙马德里康普顿斯大学等机构组成的国际团队在《Scientific Reports》发表研究，分析了5名男性宇航员在飞行前、国际空间站(ISS)任务期间及返回后的EEG数据。研究聚焦静息状态下的β波段功率和功能连接(FC)，发现微重力环境显著增强了传感器运动皮层(SMC)和额颞叶网络的β活动，且这些变化在返回地球后逐渐恢复。这一发现揭示了大脑对太空环境的动态适应机制，为长期深空任务中的健康监测提供了重要依据。

研究采用多中心协作的回顾性设计，数据来自欧洲航天局(ESA)的NEUROSPAT实验。关键技术包括：1) 使用59通道EEG系统(MEEMM)在ISS和地面采集数据，采样率1116 Hz；2) 通过球形样条插值处理坏通道，PCA去除眼动伪迹；3) 基于纽约头模型(ICBM-NY)和eLORETA算法进行源定位；4) 采用相位锁定值(PLV)量化功能连接；5) 通过重复测量ANOVA比较飞行阶段差异。

β波段相对功率的变化
在闭眼(EC)状态下，所有宇航员在太空期间的β功率均显著高于飞行前(p<0.01)和返回后(p<0.01)，差异主要集中在左前/后中央回（运动皮层）。开眼(EO)状态下，β功率仅在与返回后的对比中显现差异(p<0.05)，提示视觉输入可能部分抵消微重力效应。

β波段功能连接强度的变化
闭眼时，太空期间的FC强度显著高于返回后(p<0.01)，前额叶和颞上回是主要差异脑区。开眼时，FC强度在太空期间均高于飞行前(p<0.05)和返回后(p<0.01)，其中左罗兰岛盖和右角回变化最显著。

睁闭眼状态的调节作用
闭眼状态普遍引发更高的β功率与FC强度，尤其在返回后阶段(p<0.0001)，表明重力环境改变可能影响感觉信息整合的基线模式。

讨论部分指出，β活动的增强可能反映两种机制：一是微重力下运动控制系统从依赖本体感觉转向视觉主导的重组过程；二是自由漂浮姿势导致运动抑制状态的持续激活。前额叶FC的增强则暗示高级认知区域参与新运动策略的制定。研究局限性包括样本量小、缺乏女性数据及在轨MRI验证，但为后续研究奠定了方法学基础。

这项研究首次系统描绘了太空飞行中大脑电生理的动态适应图谱，证实EEG可作为监测中枢神经系统变化的有效工具。未来需结合更大队列和多模态数据，以区分微重力与其他太空因素的独立效应，并为开发对抗措施（如人工重力训练）提供理论支撑。随着商业航天时代的到来，此类研究对保障人类星际旅行的健康安全具有深远意义。