人脑的未来与太空探索
人脑的未来与太空探索
大家好，欢迎来到知乎大学，我是葛鉴桥。
- 导言
关于人脑的未来以及人脑的升级，在「升级吧大脑」课程的最后一讲中，我想和你一起来开一些更大的脑洞，探究一下迈入太空时代的人脑。
我们在以前的课上多次讲到，我们的人脑是在和所处环境不断的进行相互作用下、被塑造起来的，而现在，我们的人类大脑说白了还是地球环境的产物。地球上一切的物理化学属性，对我们目前的人脑来说，已经变成了默认的背景信息设置。
然而，目前人类文明和科技的发展方向，除了人工智能是我们不可避免的以外，我觉得人类作为群体，或者作为一个种族，迈出地球、迈入太空、登陆别的星球、甚至在别的星球上居住，都不是科幻作品的想象，而是一个必然的发展。这和郑和下西洋、哥伦布大航海、徐霞客游历名山大川一样，是我们人类一脉相承的空间探索精神的未来发展。在这几乎是必然的未来，在太空里，人类所面临的物理环境发生的巨大变化，或许还可以通过让我们的身体穿上钢铁侠一般的防护服来解决。那么，人类在太空探索，甚至居住在别的星球中所要遭遇的一切，又会对我们的人脑提出怎样的挑战呢？
- 课程正文
1、重力影响下的人脑
说到迈入太空后最大的环境变化，可能许多人首先想到的就是重力的变化——失重。我们都看过宇航员在太空飞船里的一些视频，在失重的情况下，这些宇航员可以在空间内飞来飞去，看起来十分有趣。然而事实上，地球的重力场对于我们这些地球人的大脑已经产生了默认设置，让我们已经默认去把地球重力当做环境的一部分而进行加工了。
近些年来，我看到国外有一些研究团队在研究人脑对重力的加工机制。你也能想到，这种研究其实是不太容易做的，因为你要想研究人脑对于重力的加工，那你至少要让我们的脑处于两种重力差别很大的情境中，比如一种是有重力、一种是失重，然后进行对比，才能知道大脑对重力的加工是怎样的。
这个重力差别变化的情境，要实现起来就很有挑战性了。一般常见的研究重力对人脑影响的方法可以分成两大类，一类是用太空模拟环境来研究重力变化对人脑的影响，另一类则是去研究上过太空之后的宇航员的大脑。
所谓太空模拟环境，有比如让人漂浮在某种液体中、模拟太空里那种身体不受支撑的感觉，还有让人睡在大头朝下的床上、模拟头颅液体移位的情况，或者乘坐一架飞机做抛物线飞行、模拟微重力或超重环境。可能对于重力改变的模拟，只有抛物线飞机才能更像一些，然而在这些飞机上，一般像磁共振成像这种大型的、比较精确的脑成像设备都无法使用，所以采用脑电图的研究比较多。
2014 年发表的一篇论文指出，在这种模拟太空环境所营造的重力变化研究中，发现当重力增加时，我们大脑的高频段脑电波也随之增加，直到重力加速度到 4 个 G 时，一般人都会因缺氧而失去意识；当重力减小到微重力情形时，体现在我们大脑的阿尔法还有西塔频段的脑电波变化最为显著，体现了皮层的抑制；而当在抛物线飞机上进行短暂快速地从超重到失重变换时，我们大脑的脑电波表现为运动感觉输入信号的减少，以及在微重力情形下更低的唤醒程度与更少的情绪加工。
人脑的脑电波随重力环境的改变而发生的变化提示我们，首先，我们的大脑当然可以感受到重力，无论是通过前庭系统还是其他的一些外周感官，重力是人脑进行认知和情绪加工的一个重要影响因素，而且我们的大脑在超重与失重情形下的反应是有所不同的。当然，这些研究还算是在地球上，用模拟太空环境做出来的。
另一类脑科学研究则直接找到那些从太空归来的宇航员做的。比如 2015 年有一篇联合了比利时还有俄罗斯科学家的研究论文，对一名 44 岁第一次上太空的男性宇航员大脑进行了研究。他们一共对他进行了两次大脑扫描，第一次是在他出发前 30 天，第二次是在他重返地球后的第 9 天。
很多人都知道，失重环境会对人的骨骼还有肌肉系统产生影响，而他们好奇的是，太空旅行到底会对人脑功能产生什么影响呢？所以，他们主要关注的是这名宇航员的脑功能。
经过对比他们发现，就在我们之前讲过的大脑的后台功能系统，也就是静息态功能网络中，这位宇航员在从太空回来之后，大脑中和前庭系统相关的右侧脑岛区、以及运动区和小脑之间的功能连接网络、以及包括后扣带回在内的默认网络功能连接都发生了显著地降低。
这名俄罗斯宇航员此次在国际空间站（ISS）一共呆了 169 天，差不多是半年了，也算是停留在太空中时间比较长的。研究者们认为，他大脑中和运动区有关的静息态功能连接的降低，可能说明长期的太空飞行以及微重力环境让他大脑的运动区域产生了功能适应、以及功能代偿；他的中央前回以及中央后回、小脑等区域受到的影响，可能是和主动的运动动作、本体感觉、以及运动协调等功能有所关联；而右侧脑岛一直是我们前庭系统功能网络的一部分，与我们自身的运动、空间方向感、记忆、视知觉都有关系。
在太空飞行结束、回到地球 9 天后，还能观察到这个区域的相关功能连接降低，这对人类未来的太空任务，比如火星任务，都非常重要。因为我们需要知道大脑要花多长时间才能对一个改变的重力环境进行适应加工、并且调整回来。
当然，这个研究只对单独一个宇航员进行了案例考察，这样的结果在多大程度上有普适性，就需要研究更多的宇航员大脑才知道。有意思的是 年著名的医学刊物《新英格兰医学杂志》刊登了一篇由多国科学家合作进行的研究论文，展示了对 34 名宇航员大脑的研究成果，其中 18 位是长期停留在太空以及国际空间站的，他们平均停留了半年左右；剩下的 16 位是短期在太空中停留过的，平均停留 15 天左右。科学家们发现，宇航员大脑在经过了太空环境之后，最显著的改变来自于中央沟变窄，尤其是在长期停留组里最为显著。而且，长期停留太空组的大脑还出现了向上偏移，他们大脑顶部的脑脊液空间也变窄了，而且这个发现和宇航员之前是否上过太空没有关系。
研究者们认为，长期太空旅行者的大脑出现这些变化，可能是由于大脑为了适应太空中的微重力环境，其神经可塑性导致了大脑感觉运动皮层的体积有所增加，导致中央沟变窄。而大脑在长期太空航行中产生的这些变化又和宇航员其他感觉和认知功能的改变与症状有什么关系，依然有待于进一步的探索。
所以，你或许看到了，我们脑科学家对于迈入太空的大脑会是什么样子，也依然是处于刚刚起步的探索阶段。然而，人脑在太空航行中要面临的，可不仅仅是重力环境改变这一个因素。
2、太空中以及其他星球上的感官环境变化
太空和其他星球中变化的，还有我们所熟悉的感官环境。比如，太空中是没有声音的，而声音对大脑的作用却非常深远。在寂静无声中，人脑的感知和认知系统将要面对不同的工作方式。
比如，对我们地球人来说，听觉和声音的作用之一就是起到警示。听觉是我们人脑全天 24 小时在线的器官，比如我们睡着了以后很容易被吵醒，但如果有人把灯打开可能我们也不会被惊醒，这也是为什么我们晚上睡觉的时候会定个闹钟，用声音叫醒自己。有时候我们到野外徒步，比如走在一个树林里，虽然我们的眼睛还没看清，但只要听到了一声虎啸，就足以让我们拔腿就跑。
对于我们来说，声音无处不在，听觉信息已经是我们大脑做出决策和行动的必不可少的要素。然而在太空中，比如在一个缺少大气、空气极其稀薄的星球上，声音无法获得有效地传播，假如那个星球上有老虎的话，老虎可能在你身后咆哮着追上来了，爪子都碰到你了，你才听到了一点声响。总之，各种在地球上标志着警示的声音，在这个星球上对你来说都毫无意义了。你的大脑对听觉信息的利用，如果还和在地球上的时候一样，那简直就是灾难。
以上说的还仅仅是听觉环境。其实我们大脑的每一个感官、很多认知功能，都在太空探索中面临着考验。除了微重力、感知觉的变化外，远离地球、远离家园的滋味，对于我们这个社会脑也很有挑战。
我看过不止一位宇航员的采访都提到说，当坐上航天飞船一步步远离地球、远离大部分人类的时候，心中的孤独感体验是前所未有的。
所以，回到之前我们说的，去到太空和外星的陌生环境中，我们的身体还能穿上钢铁侠般的盔甲进行防护，然而目前我们地球人的大脑以及我们大脑的外周感受器能解读的信息，却依然是适应于地球上常见的这些种类、以及感知范围，并且我们对感官信息的解读，也是基于地球的环境背景下。
那么，带着地球人类的耳朵、地球人类的眼睛、还有地球人类的触味嗅，我们又该如何在地外行星上一步一步走下去、活下去呢？
有的同学可能会说，你刚才讲的所有问题，如果是在太空或者别的星球上出生成长起来的人类、他们的大脑从小就受到所处地外星球的塑造，是不是就能完美适应了呢？
这样的想法确实没有错。因此，这些挑战主要对于我们地球人类的早期太空探索者而言，也就是我们这一代地球人、甚至我们下一代地球人，需要在别的星球上建立家园的地球人而言的。我们所要面对的，除了刚刚提到的挑战外，还有更多。
比如，对我们大脑的知识还有技能储备的要求。先不说在外太空没有 Wi – Fi 信号、卫星信号让你联网，有什么不懂的去网上查一查。即使你能接入互联网、能接入任何地球资料库，问题是你要的资料可能网上根本就没有。因为你所处的地方不光超出了你大脑有生以来全部的经验、感官、认知范畴，还超越了你的祖先、全部地球人的经验范畴。没有什么巨人的肩膀能让你站上去，你只能自己去当这个巨人。
很多你在地球上已经习以为常的便利，很多在地球的社会分工下、别人在帮你做的事情，在太空上你都得自己去做。比如要是生了病，太空中可没有医生等等。
但是，你在太空可能要生活好几个月，肯定会遇到各种状况，很多时候你遇到了麻烦，可能只有一个呼吸的时间去解决它，下一口再呼吸不到氧气，人就挂了。所以，你要在上去之前尽可能准备好。
在这样一个充满生理压力、尤其是心理压力的环境中，我们要长期生活工作，这对我们大脑的人际沟通能力与技巧、应对危机的技巧、组织和领导力、创造性和抗压性，都提出了更高的要求，而这一切都呼唤着我们这些地球人赶快升级自己的大脑。
- 总结
好了，这节课就是最后一节，感谢你一直听到最后。在最后这节课中，我特意选择了太空中的人脑未来这个主题，是因为我觉得探索太空和探索人类大脑、探索人类自身有着巨大的相似性。
加拿大第一位宇航员、曾经长期在国际空间站生活并且进行过两次宇航器外太空行走的宇航员 Chri Hadfield 说：「如果你是生在 120 年前，人类能在天上飞的这个想法还会被整个社会认为是不正常的。但是现在，我们人类已经能让很多事情发生。对未知的探索，无论是向外探索我们周围的位置空间、还是向内探索我们每一个人自己，这种探索都能给我们带来愉悦，带来希望，为我们真实的生活添砖加瓦。在进行太空航行的一路上，我发现我对自己了解的越来越多，对如何把自己变成一个和以往完全不同的人越来越了解，而这都是太空飞行的必经过程。」
我希望我们这个「升级吧大脑」的课程，也像一次太空飞行一样，让我和正在听课的你一起，在这航行的一路上，对我们自己、对我们自己大脑的了解越来越多，让我们也越来越了解把自己的大脑进行升级这件事情。
作为目前的地球人类，到未来可以直接在太空中或者地外星球、比如火星上降生并成长的未来人类，我们和我们下一代的大脑还有一段充满挑战的升级之路要走。但这或许也是我们地球人类、现在的 homo aie 智人、向太阳系人类、乃至银河系人类，比如 homo galactica 演化的必经之路。
在这条路上，人工智能或许可以帮助我们这些早期地球人类充当外星感官环境翻译官、乃至重要合作伙伴的角色。我也祝我们所有人、正在听课的你，我们一起，能够和所有地球人、和所有地球上的智能一起，不管是人类的、人工的、还是其他物种的智能一起，在这条升级大脑之路上，走的精彩，走出自己的升级之路。
谢谢大家！
大家好，欢迎来到知乎大学，我是葛鉴桥。
- 导言
关于人脑的未来以及人脑的升级，在「升级吧大脑」课程的最后一讲中，我想和你一起来开一些更大的脑洞，探究一下迈入太空时代的人脑。
我们在以前的课上多次讲到，我们的人脑是在和所处环境不断的进行相互作用下、被塑造起来的，而现在，我们的人类大脑说白了还是地球环境的产物。地球上一切的物理化学属性，对我们目前的人脑来说，已经变成了默认的背景信息设置。
然而，目前人类文明和科技的发展方向，除了人工智能是我们不可避免的以外，我觉得人类作为群体，或者作为一个种族，迈出地球、迈入太空、登陆别的星球、甚至在别的星球上居住，都不是科幻作品的想象，而是一个必然的发展。这和郑和下西洋、哥伦布大航海、徐霞客游历名山大川一样，是我们人类一脉相承的空间探索精神的未来发展。在这几乎是必然的未来，在太空里，人类所面临的物理环境发生的巨大变化，或许还可以通过让我们的身体穿上钢铁侠一般的防护服来解决。那么，人类在太空探索，甚至居住在别的星球中所要遭遇的一切，又会对我们的人脑提出怎样的挑战呢？
- 课程正文
1、重力影响下的人脑
说到迈入太空后最大的环境变化，可能许多人首先想到的就是重力的变化——失重。我们都看过宇航员在太空飞船里的一些视频，在失重的情况下，这些宇航员可以在空间内飞来飞去，看起来十分有趣。然而事实上，地球的重力场对于我们这些地球人的大脑已经产生了默认设置，让我们已经默认去把地球重力当做环境的一部分而进行加工了。
近些年来，我看到国外有一些研究团队在研究人脑对重力的加工机制。你也能想到，这种研究其实是不太容易做的，因为你要想研究人脑对于重力的加工，那你至少要让我们的脑处于两种重力差别很大的情境中，比如一种是有重力、一种是失重，然后进行对比，才能知道大脑对重力的加工是怎样的。
这个重力差别变化的情境，要实现起来就很有挑战性了。一般常见的研究重力对人脑影响的方法可以分成两大类，一类是用太空模拟环境来研究重力变化对人脑的影响，另一类则是去研究上过太空之后的宇航员的大脑。
所谓太空模拟环境，有比如让人漂浮在某种液体中、模拟太空里那种身体不受支撑的感觉，还有让人睡在大头朝下的床上、模拟头颅液体移位的情况，或者乘坐一架飞机做抛物线飞行、模拟微重力或超重环境。可能对于重力改变的模拟，只有抛物线飞机才能更像一些，然而在这些飞机上，一般像磁共振成像这种大型的、比较精确的脑成像设备都无法使用，所以采用脑电图的研究比较多。
2014 年发表的一篇论文指出，在这种模拟太空环境所营造的重力变化研究中，发现当重力增加时，我们大脑的高频段脑电波也随之增加，直到重力加速度到 4 个 G 时，一般人都会因缺氧而失去意识；当重力减小到微重力情形时，体现在我们大脑的阿尔法还有西塔频段的脑电波变化最为显著，体现了皮层的抑制；而当在抛物线飞机上进行短暂快速地从超重到失重变换时，我们大脑的脑电波表现为运动感觉输入信号的减少，以及在微重力情形下更低的唤醒程度与更少的情绪加工。
人脑的脑电波随重力环境的改变而发生的变化提示我们，首先，我们的大脑当然可以感受到重力，无论是通过前庭系统还是其他的一些外周感官，重力是人脑进行认知和情绪加工的一个重要影响因素，而且我们的大脑在超重与失重情形下的反应是有所不同的。当然，这些研究还算是在地球上，用模拟太空环境做出来的。
另一类脑科学研究则直接找到那些从太空归来的宇航员做的。比如 2015 年有一篇联合了比利时还有俄罗斯科学家的研究论文，对一名 44 岁第一次上太空的男性宇航员大脑进行了研究。他们一共对他进行了两次大脑扫描，第一次是在他出发前 30 天，第二次是在他重返地球后的第 9 天。
很多人都知道，失重环境会对人的骨骼还有肌肉系统产生影响，而他们好奇的是，太空旅行到底会对人脑功能产生什么影响呢？所以，他们主要关注的是这名宇航员的脑功能。
经过对比他们发现，就在我们之前讲过的大脑的后台功能系统，也就是静息态功能网络中，这位宇航员在从太空回来之后，大脑中和前庭系统相关的右侧脑岛区、以及运动区和小脑之间的功能连接网络、以及包括后扣带回在内的默认网络功能连接都发生了显著地降低。
这名俄罗斯宇航员此次在国际空间站（ISS）一共呆了 169 天，差不多是半年了，也算是停留在太空中时间比较长的。研究者们认为，他大脑中和运动区有关的静息态功能连接的降低，可能说明长期的太空飞行以及微重力环境让他大脑的运动区域产生了功能适应、以及功能代偿；他的中央前回以及中央后回、小脑等区域受到的影响，可能是和主动的运动动作、本体感觉、以及运动协调等功能有所关联；而右侧脑岛一直是我们前庭系统功能网络的一部分，与我们自身的运动、空间方向感、记忆、视知觉都有关系。
在太空飞行结束、回到地球 9 天后，还能观察到这个区域的相关功能连接降低，这对人类未来的太空任务，比如火星任务，都非常重要。因为我们需要知道大脑要花多长时间才能对一个改变的重力环境进行适应加工、并且调整回来。
当然，这个研究只对单独一个宇航员进行了案例考察，这样的结果在多大程度上有普适性，就需要研究更多的宇航员大脑才知道。有意思的是 年著名的医学刊物《新英格兰医学杂志》刊登了一篇由多国科学家合作进行的研究论文，展示了对 34 名宇航员大脑的研究成果，其中 18 位是长期停留在太空以及国际空间站的，他们平均停留了半年左右；剩下的 16 位是短期在太空中停留过的，平均停留 15 天左右。科学家们发现，宇航员大脑在经过了太空环境之后，最显著的改变来自于中央沟变窄，尤其是在长期停留组里最为显著。而且，长期停留太空组的大脑还出现了向上偏移，他们大脑顶部的脑脊液空间也变窄了，而且这个发现和宇航员之前是否上过太空没有关系。
研究者们认为，长期太空旅行者的大脑出现这些变化，可能是由于大脑为了适应太空中的微重力环境，其神经可塑性导致了大脑感觉运动皮层的体积有所增加，导致中央沟变窄。而大脑在长期太空航行中产生的这些变化又和宇航员其他感觉和认知功能的改变与症状有什么关系，依然有待于进一步的探索。
所以，你或许看到了，我们脑科学家对于迈入太空的大脑会是什么样子，也依然是处于刚刚起步的探索阶段。然而，人脑在太空航行中要面临的，可不仅仅是重力环境改变这一个因素。
2、太空中以及其他星球上的感官环境变化
太空和其他星球中变化的，还有我们所熟悉的感官环境。比如，太空中是没有声音的，而声音对大脑的作用却非常深远。在寂静无声中，人脑的感知和认知系统将要面对不同的工作方式。
比如，对我们地球人来说，听觉和声音的作用之一就是起到警示。听觉是我们人脑全天 24 小时在线的器官，比如我们睡着了以后很容易被吵醒，但如果有人把灯打开可能我们也不会被惊醒，这也是为什么我们晚上睡觉的时候会定个闹钟，用声音叫醒自己。有时候我们到野外徒步，比如走在一个树林里，虽然我们的眼睛还没看清，但只要听到了一声虎啸，就足以让我们拔腿就跑。
对于我们来说，声音无处不在，听觉信息已经是我们大脑做出决策和行动的必不可少的要素。然而在太空中，比如在一个缺少大气、空气极其稀薄的星球上，声音无法获得有效地传播，假如那个星球上有老虎的话，老虎可能在你身后咆哮着追上来了，爪子都碰到你了，你才听到了一点声响。总之，各种在地球上标志着警示的声音，在这个星球上对你来说都毫无意义了。你的大脑对听觉信息的利用，如果还和在地球上的时候一样，那简直就是灾难。
以上说的还仅仅是听觉环境。其实我们大脑的每一个感官、很多认知功能，都在太空探索中面临着考验。除了微重力、感知觉的变化外，远离地球、远离家园的滋味，对于我们这个社会脑也很有挑战。
我看过不止一位宇航员的采访都提到说，当坐上航天飞船一步步远离地球、远离大部分人类的时候，心中的孤独感体验是前所未有的。
所以，回到之前我们说的，去到太空和外星的陌生环境中，我们的身体还能穿上钢铁侠般的盔甲进行防护，然而目前我们地球人的大脑以及我们大脑的外周感受器能解读的信息，却依然是适应于地球上常见的这些种类、以及感知范围，并且我们对感官信息的解读，也是基于地球的环境背景下。
那么，带着地球人类的耳朵、地球人类的眼睛、还有地球人类的触味嗅，我们又该如何在地外行星上一步一步走下去、活下去呢？
有的同学可能会说，你刚才讲的所有问题，如果是在太空或者别的星球上出生成长起来的人类、他们的大脑从小就受到所处地外星球的塑造，是不是就能完美适应了呢？
这样的想法确实没有错。因此，这些挑战主要对于我们地球人类的早期太空探索者而言，也就是我们这一代地球人、甚至我们下一代地球人，需要在别的星球上建立家园的地球人而言的。我们所要面对的，除了刚刚提到的挑战外，还有更多。
比如，对我们大脑的知识还有技能储备的要求。先不说在外太空没有 Wi – Fi 信号、卫星信号让你联网，有什么不懂的去网上查一查。即使你能接入互联网、能接入任何地球资料库，问题是你要的资料可能网上根本就没有。因为你所处的地方不光超出了你大脑有生以来全部的经验、感官、认知范畴，还超越了你的祖先、全部地球人的经验范畴。没有什么巨人的肩膀能让你站上去，你只能自己去当这个巨人。
很多你在地球上已经习以为常的便利，很多在地球的社会分工下、别人在帮你做的事情，在太空上你都得自己去做。比如要是生了病，太空中可没有医生等等。
但是，你在太空可能要生活好几个月，肯定会遇到各种状况，很多时候你遇到了麻烦，可能只有一个呼吸的时间去解决它，下一口再呼吸不到氧气，人就挂了。所以，你要在上去之前尽可能准备好。
在这样一个充满生理压力、尤其是心理压力的环境中，我们要长期生活工作，这对我们大脑的人际沟通能力与技巧、应对危机的技巧、组织和领导力、创造性和抗压性，都提出了更高的要求，而这一切都呼唤着我们这些地球人赶快升级自己的大脑。
- 总结
好了，这节课就是最后一节，感谢你一直听到最后。在最后这节课中，我特意选择了太空中的人脑未来这个主题，是因为我觉得探索太空和探索人类大脑、探索人类自身有着巨大的相似性。
加拿大第一位宇航员、曾经长期在国际空间站生活并且进行过两次宇航器外太空行走的宇航员 Chri Hadfield 说：「如果你是生在 120 年前，人类能在天上飞的这个想法还会被整个社会认为是不正常的。但是现在，我们人类已经能让很多事情发生。对未知的探索，无论是向外探索我们周围的位置空间、还是向内探索我们每一个人自己，这种探索都能给我们带来愉悦，带来希望，为我们真实的生活添砖加瓦。在进行太空航行的一路上，我发现我对自己了解的越来越多，对如何把自己变成一个和以往完全不同的人越来越了解，而这都是太空飞行的必经过程。」
我希望我们这个「升级吧大脑」的课程，也像一次太空飞行一样，让我和正在听课的你一起，在这航行的一路上，对我们自己、对我们自己大脑的了解越来越多，让我们也越来越了解把自己的大脑进行升级这件事情。
作为目前的地球人类，到未来可以直接在太空中或者地外星球、比如火星上降生并成长的未来人类，我们和我们下一代的大脑还有一段充满挑战的升级之路要走。但这或许也是我们地球人类、现在的 homo aie 智人、向太阳系人类、乃至银河系人类，比如 homo galactica 演化的必经之路。
在这条路上，人工智能或许可以帮助我们这些早期地球人类充当外星感官环境翻译官、乃至重要合作伙伴的角色。我也祝我们所有人、正在听课的你，我们一起，能够和所有地球人、和所有地球上的智能一起，不管是人类的、人工的、还是其他物种的智能一起，在这条升级大脑之路上，走的精彩，走出自己的升级之路。
谢谢大家！