5月29日，神舟十四號船箭組合體轉運至發(fā)射區，按計劃將有3名航天員搭乘飛船飛往中國空間站，將在軌駐留6個(gè)月時(shí)間。

　　現在，中國航天員太空“出差”的日常生活通過(guò)各種報道已為大眾所了解。但是，他們肩負的科學(xué)實(shí)驗任務(wù)對于公眾來(lái)說(shuō)仍很神秘。

　　《中國科學(xué)報》近日獲悉，此前，6位中國航天員在太空親身參與了一項認知科學(xué)研究。這項研究由腦與認知科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、中國科學(xué)院心理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)心理所）蔣毅研究團隊與中國航天員科研訓練中心人因工程國家級重點(diǎn)實(shí)驗室陳善廣研究團隊合作，通過(guò)“天地實(shí)驗”，揭示了地球重力環(huán)境在塑造人類(lèi)視知覺(jué)功能中的關(guān)鍵作用。相關(guān)論文近期發(fā)表于《自然—通訊》。

　　這篇論文為了解中國航天員的科研使命打開(kāi)了一個(gè)小窗口。

　　該論文第一作者、心理所副研究員王瑩告訴《中國科學(xué)報》，這次的實(shí)驗過(guò)程讓她和同事心潮澎湃?！罢怯捎谖覈d人航天工程取得長(cháng)足進(jìn)步，我們科研工作者才能獲得寶貴的數據?！?/p>

　　“航天員在太空任務(wù)繁重，完成科學(xué)實(shí)驗對他們而言是不小的挑戰?！蓖醅撓颉吨袊茖W(xué)報》介紹此次“天地”結合的實(shí)驗時(shí)說(shuō)，“而參與地面頭低位臥床模擬失重實(shí)驗的志愿者則克服了種種生理上的不適，全部堅持到了最后，他們是航天事業(yè)、科學(xué)事業(yè)的‘無(wú)名英雄’?！?/p>

　　倒立過(guò)來(lái)就“蒙圈”？

　　想要知道最新發(fā)表的這篇論文中航天員作出了怎樣的貢獻，需要從心理學(xué)領(lǐng)域的概念“生物運動(dòng)知覺(jué)”說(shuō)起。

　　人類(lèi)有一些“超能力”，比如能從走路姿勢中辨認出熟人，或者瞬間認出奔跑的小貓小狗。心理學(xué)家把人類(lèi)敏感捕捉這些視覺(jué)運動(dòng)信息的能力叫做“生物運動(dòng)知覺(jué)”。

　　人類(lèi)對生物運動(dòng)信息的知覺(jué)敏感性究竟從何而來(lái)？這一問(wèn)題一直以來(lái)吸引著(zhù)科學(xué)家。為了開(kāi)展科學(xué)研究，科學(xué)家于20世紀70年代發(fā)展出“光點(diǎn)生物運動(dòng)”動(dòng)畫(huà)，即把發(fā)光的小球貼在人的關(guān)節部位，讓這些人在黑暗中做動(dòng)作，并記錄下光點(diǎn)的位置，制作出一些運動(dòng)著(zhù)的“光點(diǎn)小人”。

　　王瑩介紹，心理學(xué)實(shí)驗中，科學(xué)家會(huì )要求作為被試的志愿者觀(guān)看若干個(gè)這樣的動(dòng)畫(huà)，識別不同動(dòng)畫(huà)的動(dòng)作，或辨別動(dòng)畫(huà)中人物的朝向、性別、情緒等信息?！白詈?，科學(xué)家會(huì )根據被試者識別光點(diǎn)動(dòng)畫(huà)的正確率，判斷他們生物運動(dòng)感知的水平?！?/p>

　　如今，“光點(diǎn)生物運動(dòng)”已經(jīng)成為這一領(lǐng)域的經(jīng)典研究材料。在眾多關(guān)注“生物運動(dòng)知覺(jué)”的心理學(xué)實(shí)驗中，科學(xué)家曾發(fā)現，把光點(diǎn)生物運動(dòng)的動(dòng)畫(huà)倒過(guò)來(lái)呈現給被試者，他們對其的感知就會(huì )顯著(zhù)變差。這意味著(zhù)，人對生物運動(dòng)的知覺(jué)敏感性是特異于正立朝向的。

　　換言之，倒立著(zhù)蹦跳，就不認識了。那是為什么呢？一種假設指向了地球上無(wú)處不在的重力——人類(lèi)對符合重力作用的生物運動(dòng)具有特殊的敏感性，“倒立”著(zhù)運動(dòng)不符合重力作用的影響，自然就更難辨認。

　　只對符合重力作用的生物運動(dòng)敏感，有助于人在地球環(huán)境中更有效地探測生命體的存在，具有進(jìn)化意義。這種敏感性與生俱來(lái)，研究者猜測，它可能是人在進(jìn)化過(guò)程中適應地球重力環(huán)境的產(chǎn)物。

　　到底是不是因為重力、這種現象多大程度上依賴(lài)于我們身處的地球重力環(huán)境、能不能找到神經(jīng)活動(dòng)上的依據、工作機制是什么，這些問(wèn)題長(cháng)期以來(lái)困擾著(zhù)心理學(xué)家。

　　失重一周后，啥情況？

　　最新發(fā)表的論文中，科學(xué)家在中國航天員科研訓練中心的大力支持下，獲得了中國航天員在軌“生物運動(dòng)知覺(jué)”的實(shí)驗數據。在每次測試中，航天員需要觀(guān)看若干個(gè)短暫呈現的光點(diǎn)動(dòng)畫(huà)，辨別其中包含的正立或者倒立小人的行走方向。

　　數據表明，航天員在太空失重環(huán)境中待了大約一周之后，對正、倒立光點(diǎn)生物運動(dòng)的感知差異明顯減少了。也就是說(shuō)，他們在失重環(huán)境中對小人行走方向的感知較少受動(dòng)畫(huà)倒立影響。

　　而且，參加實(shí)驗的每一位航天員都具有這一趨勢。這提示，地球重力環(huán)境對于維持人類(lèi)對生物運動(dòng)信息的“朝向特異敏感性”至關(guān)重要。

　　這一結論正好“實(shí)錘”了此前的假設。

　　在此之前，國際上利用航天員數據主要揭示了失重如何影響肌肉、骨骼、心血管等生理系統，而失重對人類(lèi)認知加工及腦功能的影響研究，則還有很大空白。

　　要確認航天實(shí)驗的結論，讓論證更加充分、完善，還需要排除一些可能的因素，例如航天實(shí)驗環(huán)境和練習效應。為此，研究人員在地面開(kāi)展了兩個(gè)控制實(shí)驗。

　　結果發(fā)現，在正常的地球重力條件下，無(wú)論是在模擬航天任務(wù)的幽閉環(huán)境中還是在實(shí)驗室中進(jìn)行測試，被試者都沒(méi)有表現出對生物運動(dòng)感知“朝向特異敏感性”的降低，從而支持了航天實(shí)驗得到的結果主要來(lái)自于失重的影響的觀(guān)點(diǎn)。

　　“頭低腳高”，大腦有什么變化？

　　為驗證航天實(shí)驗的發(fā)現，科研人員在地面采用-6°頭低位臥床方法開(kāi)展了模擬失重實(shí)驗。作為被試的志愿者以頭低腳高的“傾斜躺平”姿勢進(jìn)行45天的實(shí)驗，其間人體的體液會(huì )向頭和胸部轉移，腿部骨骼肌肉相應減少了活動(dòng)和刺激，這與航天員在太空因失重而出現的身體變化很接近。

　　據了解，在認知和腦科學(xué)方面，近期有研究證實(shí)，頭低位臥床可以誘發(fā)類(lèi)似失重狀態(tài)下前庭響應的改變。

　　實(shí)驗同樣以“光點(diǎn)生物運動(dòng)知覺(jué)”的方法展開(kāi)。研究人員看到，隨著(zhù)實(shí)驗時(shí)間的推移，志愿者生物運動(dòng)知覺(jué)倒置效應逐漸減弱，最終降至顯著(zhù)低于前測的水平，顯示出和航天實(shí)驗類(lèi)似的趨勢。

　　為進(jìn)一步探究模擬失重帶來(lái)的生物運動(dòng)知覺(jué)變化背后的神經(jīng)機制，研究人員利用功能磁共振成像技術(shù)掃描了志愿者的神經(jīng)活動(dòng)。在排除其他因素之后，他們鎖定了大腦中特異于生物運動(dòng)加工的“pSTS腦區”和前庭系統的核心腦區后腦島。

　　一系列實(shí)驗結果最終表明，正是前庭的重力計算參與了視覺(jué)生物運動(dòng)信息朝向特異性加工。改變身體接受的重力刺激將通過(guò)影響前庭重力估計，重塑視覺(jué)生物運動(dòng)知覺(jué)敏感性。

　　在我國太空實(shí)驗室即將建成之際，科研團隊期待，未來(lái)能獲得更多的航天實(shí)驗數據，繼續開(kāi)展包含重力線(xiàn)索的視覺(jué)運動(dòng)感知研究，進(jìn)一步探究不同重力條件下人腦的可塑性，為未來(lái)人類(lèi)探索深空、踏上登月之旅提供幫助。

　　該論文第一作者為中科院心理所副研究員、中科院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )會(huì )員王瑩，通訊作者為中科院心理所研究員、腦與認知科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室副主任蔣毅和中國載人航天工程副總設計師、中國航天員科研訓練中心人因工程國家級重點(diǎn)實(shí)驗室主任陳善廣。(來(lái)源：中國科學(xué)報 甘曉）

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30347-y

　　原文鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlpaper/2022/5/20225311336866673165.shtm