大腦讓人平衡

美國宇航局的研究人員發現一些奇怪現象：當你讓一名參加過太空飛行的航天員坐到一個旋轉的椅子上的時候，他們的腦可能認為他們又回到太空。

平衡并不像看上去那么容易，如果不信，你可試著用一只腳站一分鐘，你就體會到需要不斷地調整姿勢才能保持住身體的平衡。實際上，在地球上維持人體的平衡，也像讀書一樣有一個學習的過程，芭蕾舞演員為了保持舞蹈中身體的平衡，經過了長期艱苦的學習過程，只有很好地掌握了平衡的技巧，才能跳出優美的舞蹈。對于一般人來說，好像不必要進行這種學習，就可以在地球上生活得很好。其實，在人的生長過程中，對保持身體平衡的技巧也有一個逐漸累積經驗的過程，只是沒有感覺到而已。

但是，到了太空，所有的人都會深刻地體會到維持人體的平衡是多么不容易，要很好地保持平衡，就要進行學習和實踐，掌握太空中平衡的技巧。在這個無上無下、幾乎沒有重力的環境里，航天員都像仙人一樣在座艙里飄來飄去，稍一用力人就會飄起了。航天員不能像在地面時那樣行走，必須學會用手指的輕輕動作來控制自己的身體，手指在艙壁上輕輕一點，人就會飄出去，用力稍大，人就會飄到座艙另一頭的艙壁上。如果別的航天員輕輕地推你一下，你就會飛過整個機艙。在太空睡覺時，如果不將自己固定在睡床上，睡著時的一個深呼吸將會將你推到別處。這種情況下，要像在地球上那樣保持平衡是一件很難做的事。

保持身體的平衡是人進行正常的生活和運動必要的條件， 當你保持平衡的時候，你可以從以下三個途徑獲得信息：肌肉里的本體感受傳感器、內耳的前庭系統和眼睛，這三個部分的信息都與重力有關，它們將你身體在空間的位置、身體各部分的相對位置和狀態等信息傳入腦，通過腦的整合，控制眼球的運動和肌肉的收縮，才能保持身體平衡和定向。

控制人體平衡和定向的司令部是腦，腦是通過建立“模型”的方法來處理所有的信息的。計算機程序員稱它為智能子程序，但是它勝過任何一個計算機的運算規則，比它們要復雜得多！腦中的這個模型可以對傳入的信息進行解釋，并產生反應，告訴身體中與平衡和運動有關的系統應該如何行動。腦是我們學習和適應新事物和環境的工具。在地球上，人長期生活在重力條件下，生活和訓練所逐步形成的一些感覺－運動信息儲存在腦內，建立了適應重力環境的平衡－運動模型。在地球上，當我們進行平衡動作或學會一種新的平衡動作時，這個模型就發揮作用了，它可以迅速、自動地完成絕大部分人體的平衡動作而不感到困難。一些難度較高的動作也可以通過訓練，形成各種復雜的感覺－運動子模型，使人可以進行體操、跳芭蕾舞這樣復雜的平衡動作。

在地球上，對于一個健康人來說，要保持平衡和進行一般的運動或操作是不成問題的。對于航天員來說，他們通過各種各樣復雜的訓練，腦中的平衡－運動模型要比一般人更復雜，有更多的通路可以使人適應不同環境的要求。但要注意的是這個平衡－運動模型是在有重力的地球上建立的，它只能告訴航天員在正常重力情況下，應該如何控制他們的身體和進行操作。在太空中，這個模型不僅發揮不出作用，而且成為航天員適應新環境的障礙，他們必須重新建造一個新的、適應失重環境的模型。這是因為航天中重力消失，與重力有關的肌肉、前庭器官、觸覺及內感受器的傳入沖動都減少了，他們不僅改變了腦中原來的平衡－運動模式，使航天員在太空中不知道應該如何維持他的姿勢和平衡，而且干擾了航天員進行平衡和運動。例如，人在地面大部分時間是處于直立狀態的，人在直立時肌肉、肌腱和前庭感受器受重力的作用，將他們得到的信息傳入腦，在腦中已經形成一個很鞏固的、與重力有關的維持人體直立的模式。因此，人在地面要維持站立姿勢是一件很容易的事。但是，在太空，這些與重力有關感受器提供的信息發生改變，腦中原來控制直立姿勢的模式不僅不起作用了，而且總是發出錯誤的命令，讓航天員還是按照地球上的調節身體的方式來站立，結果使航天員很難維持住站立姿勢。在太空，如果航天員不用力來控制自己的話，他的姿態就像子宮里的胎兒一樣，四肢蜷曲著。用力稍大一點，人就會飛出去或在座艙中旋轉起來。

為了了解失重對航天員運動協調能力的影響，科學家在太空曾經做過一個“腳放下”的實驗：讓航天員將自己的腳放到身下一個指定的位置上。這個在地面很容易完成的動作，在太空卻成了難題，航天員需要不斷調整自己的腳，經過多次訓練，才能將腳準確放到指定的位置上。因此，在失重飛行初期，航天員在運動或作業時常常出現用力過度，肌肉工作不協調，不能辨別方向，能量消耗過高，肌緊張度過高等現象，從而導致工作能力下降。

航天員生活在失重環境下，體內的感受器逐漸將失重環境下感受到的信息傳到腦，腦接受了這些新的信息，修改原來腦中的平衡－運動模型，建立新的、適應失重環境的模型。因此，經過一段時間，航天員最初進入太空所出現的平衡－運動障礙逐漸消失了，能夠在太空自由地行走和工作了。但當航天員返回地面時，腦中新建立的適應失重環境的模式必須再轉回到重力模式，否則就無法在地球上很好地生活。航天醫學研究人員發現航天員在太空飛行后返回地面時，雖然還能保持身體的平衡，但比飛行前困難得多。美國宇航局的神經科學家比爾·帕勞斯凱解釋說這是由于他們的腦不知道應該如何解釋他們感覺器官傳入的信息。

航天員在進入太空和返回地面時所出現的腦中平衡－運動模式的轉換并不是一件容易的事。例如，當腦遇到像太空這樣一個全新的環境時，人的腦必須進行一些工作，它必須確定這是否是一個穩定的環境，是否值得為這種環境建立一個模型。如果認為需要的話，它將通過逐漸輸入新信息的方法建立一個適應這種環境的新模型。

在腦中建立新的模型，要經過一段時間。在此過程中，也會產生一些令人不快的感覺。腦首先要學會如何去解釋新環境下的傳入信息，要確定建立一個怎樣的新模型，要不斷地接受感受器的傳入信息來修改原來的模型，要判別何時從一種模型轉換成另一種模型。在這種轉換過程中，當腦猶豫應該采用哪種模型的時候，它會以一種奇怪的方式來解釋感受器的傳入沖動，而引起航天員身體的不適。例如，在飛行初期，有98％的航天員出現周圍物體移動、身體懸吊在空中、倒飛、頭朝下、頭離開身體等錯覺，50％航天員出現惡心、嘔吐、頭痛、頭暈、食欲下降等癥狀。

通過旋轉和平衡測試，可以了解腦中平衡－運動模型的轉換過程。帕勞斯凱希望通過它能夠更好地幫助航天員從一種狀態轉化到另一種狀態。如果能夠采用一些方法加速腦中模型的轉換過程，那么航天員到太空后就可以更快地適應失重環境，在返回地球后也可以更快地適應地球重力環境，使航天員更快地恢復平衡功能。其實，它的意義遠不止如此。例如，在模型之間轉換時會出現運動病癥狀。帕勞斯凱的工作是能夠幫助醫生了解這樣的疾病，提出防護方法。它還有可能訓練航天員事先建立新模型。例如，在火星探險者到達那顆紅色行星之前，就使航天員腦中建立一個1/3重力的模型，航天員到達火星時就可以很快適應新的環境了。

那么，對于我們在地球上的人呢？帕勞斯凱的工作可能也有一定幫助。他的研究成果可以使人們更容易掌握平衡的技巧。

【責任編輯】蒲暉