我国空间站人体研究获重大突破 揭示微重力环境下视觉运动加工新机制

在空间站长期稳定运行的背景下,如何在微重力环境中保障航天员安全高效完成任务,已成为太空人体研究的重要方向。

视觉运动信息加工直接关系到航天员对运动目标的判断、对自身姿态变化的感知以及与设备交互的准确性。

在轨工作节奏快、任务复杂、场景多变,一旦感知判断出现偏差,可能引发操作失误、效率下降甚至安全风险。

因此,揭示微重力条件下人类视觉运动加工的变化规律及其脑机制,是提升载人航天任务可靠性的重要基础。

问题层面,传统地面条件下形成的运动感知与姿态判断机制,进入微重力环境后可能出现“参照系不稳”“重力线索弱化”等现象,尤其对依赖重力线索的感知加工带来挑战。

此次入选年度报告的研究聚焦“重力在运动感知中扮演何种角色”“微重力会改变哪些关键加工环节”“大脑如何重塑相关功能连接”三类核心问题,尝试从行为表现与脑功能机制两端给出证据链。

原因层面,重力不仅是物理环境参数,也是人类长期进化与学习过程中形成的稳定感觉线索。

地面环境下,前庭系统提供与重力相关的姿态与加速度信息,视觉系统则负责运动目标与环境变化的解读,两者在大脑中协同完成对“我在动还是物在动”的判断。

当微重力削弱前庭系统的重力线索后,视觉—前庭的协同模式可能被迫调整,进而影响对运动信息的整合与解释。

这种“感觉线索权重再分配”,是微重力改变感知加工的关键机制之一。

影响层面,研究提出并验证了评估运动感知中重力敏感性的测试范式,为量化“重力线索在运动感知中的贡献”提供了可操作工具。

通过天地基实验,研究首次发现:微重力会减弱航天员对生物运动知觉及其神经响应的重力敏感性,而非生物运动感知相对保持稳定。

换言之,在微重力条件下,人对具有生命特征的运动模式(如人体动作的动态结构)在利用重力线索方面更容易发生变化,而对一般物体运动的感知则表现出较强的稳定性。

进一步的脑影像结果显示,微重力可能通过影响前庭—视觉相关的功能连接,促使大脑对生物运动知觉进行重塑。

该发现从神经机制层面补充了不同重力条件下人脑感知觉可塑性的理论证据,也提示长期在轨任务中,感知系统的适应并非简单“变弱或变强”,而是结构性重组与策略性补偿并存。

对策层面,面向应用需求,该成果建立了视觉运动信息加工特性的测试方法、范式和平台,构建了高敏感性、高信效度的行为与脑功能指标体系,为后续系统研究“重力如何塑造视觉运动加工”提供了技术支撑。

对载人航天工程而言,这类可量化指标有望在任务全流程中发挥作用:一是在航天员选拔与训练阶段,用于评估个体对重力线索变化的适应特征,优化训练内容与节奏;二是在在轨阶段,作为监测感知功能状态与适应进程的参考,服务任务编排与风险预警;三是在地面支持与设备改进方面,为舱内显示、提示、交互逻辑等人机界面设计提供依据,减少对易受微重力影响线索的过度依赖,提高关键操作的容错性与直观性。

前景层面,随着我国空间站进入更长周期的常态化运营,出舱活动、在轨维护、精细实验以及多任务并行将成为常态,航天员的感知—决策—操作链条需要更稳定、更可预测。

该研究围绕生物运动知觉、前庭—视觉连接与重力敏感性评估的进展,为下一步构建“微重力感知模型—训练干预策略—界面与流程优化”的闭环提供了方向。

未来若能结合更多在轨数据、不同任务负荷条件以及跨学科研究手段,有望进一步厘清微重力适应的时间窗、个体差异与可干预环节,并为深空探测等更复杂环境下的人因保障奠定基础。

人类对太空的认识,本质上是对自身适应能力的认识。

中科院心理所的这项研究通过揭示微重力条件下人脑感知觉的变化机制,不仅拓展了神经科学的知识边界,更为航天员的安全保障和空间站的科学运营提供了坚实的科学基础。

随着中国空间站科学实验的不断深入,类似的基础研究成果将继续为人类的太空探索事业积累宝贵的科学财富,为最终实现更远距离、更长时间的太空活动奠定坚实基础。