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小鼠实验显示:空间辐射损害宇航员大脑

2015年05月06日09:15    来源:中国科学报    手机看新闻

美国宇航局(NASA)一直打算在本世纪30年代开始第一轮的火星载人航天飞行。如果一切按计划进行,那么宇航员在长达数年的飞行过程中将受到大量宇宙射线的狂轰滥炸。如今,对小鼠进行的一项研究表明,宇宙射线能够改变神经细胞的形状,损害宇航员的记忆和其他认知能力。

宇宙射线是由超新星和其他星系爆发所释放的在宇宙空间穿行的高能粒子。正是对宇宙射线的长期关注,促使NASA花费大量时间讨论保护宇航员免遭其伤害的方式。(一种流行的想法是在宇宙飞船船体周围设置水体缓冲区。)但是科学家并不真正清楚这种辐射带来的威胁到底有多大。

纽约医学院细胞生物学家Patric Stanton表示,很难就宇宙射线对真正宇航员——例如生活在国际空间站上的人们——的影响开展可行性研究,这是因为许多变量,包括在一艘宇宙飞船上生活的压力都将对认知能力产生影响。Stanton同时指出,也不可能控制宇航员的辐射暴露水平,因此很难开展严格的实验。

为了克服这些挑战,几个由NASA资助的研究团队正在小鼠身上测试宇宙辐射对生物体产生的影响。

在一项日前发表于《科学进展》杂志上的新研究中,加利福尼亚大学欧文分校分子生物学家Charles Limoli和同事将公鼠带到了位于纽约州厄普顿的NASA空间辐射实验室,在那里,一部粒子加速器正在等着它们。

研究人员让氧离子和钛离子沿着100米的传输通道运行,并以2/3的光速进入束缚着的啮齿动物的大脑。Limoli表示,其剂量类似于在一次飞往火星的航程中,穿过无保护的宇宙飞船船体的高能粒子辐射的剂量。

在把小鼠进行了6周这样的辐射之后,研究人员对它们进行了一系列认知测验,包括让啮齿动物区分熟悉与陌生的事物,例如玩具。Limoli表示,与没有暴露在辐射下的对照组相比,被辐射千锤百炼的小鼠在几个测试中表现出认知功能“严重受损”。

Limoli的研究团队同时还发现,辐射组小鼠的神经细胞结构也产生了改变。例如在其前额皮质(与执行能力及一系列高级认证能力如推理、短期记忆和解决问题有关的一个大脑区域)中,神经细胞减少了30%到40%的名为树突的神经分支,后者负责接收来自其他神经细胞的电信号输入。

达拉斯市得克萨斯大学西南医学院神经科学家Amelia Eisch认为,这项研究“建立在大量文献的基础之上,表明空间辐射对大脑和行为产生了负面影响”。Eisch说:“与前额皮质相关的工作与宇宙航行的关系尤为密切,因为宇航员需要将他们的执行能力调整到最佳状态。”

Stanton强调,尽管树突的减少看上去是大量的,但除了辐射之外的许多因素也能够迅速改变神经细胞的结构。他说,例如,仅仅简单地剥夺啮齿动物的玩具和其他形式的环境刺激,就有可能导致其树突的萎缩。“对于你我来说幸运的是”,当环境条件改变后,它们似乎能够恢复过来,Stanton认为,这意味着提升大脑功能的药物以及认知训练能够抵消宇宙辐射带来的不良作用。

Stanton指出,未来还需要进行更长期的研究以确定在小鼠实验中发现的神经细胞结构变化及行为损伤。对于自己的研究,Limoli并不认为这些发现是火星任务的“搅局者”,但“没有理由认为我们在啮齿动物中发现的情况不会出现在宇航员身上”。他说:“这是NASA需要认真考虑的一个问题。”(赵熙熙)

(责编:赵竹青、马丽)


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