11 月 9 日消息,在探討太空飛行對人類健康的影響時,人們通常會關注輻射危害、骨密度流失以及視力變化等長期風險。然而,一個較少被提及、卻同樣關鍵的問題是暈動病(motion sickness)。
科研工作者泰勒在童年時期就極易罹患暈動病 —— 無論是坐在汽車后座、搭乘火車,還是乘坐公交車,都可能引發不適。當時,她將此視為命運的殘酷捉弄;而如今,作為一名成年科研工作者,泰勒可以明確地指出:問題根源並非外界所致,而是完全源於她自身的感覺系統特性。
兒童時期,我們被教導人類擁有五種基本感官:視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。然而,還存在一個鮮為人知的「第六感」—— 前庭系統(vestibular system),它負責感知身體在空間中的運動與方位。大腦持續整合來自所有感官的信息,並將其與基於過往經驗所形成的「運動預期」進行比對。
據IT之家了解,理想情況下,前庭系統傳入的信息與大腦預期之間僅有微小偏差;但當二者出現顯著且持續的衝突時,便可能誘發暈動病。
例如,泰勒在車內閱讀時,眼睛聚焦於靜止的文字頁面,而前庭系統卻向大腦傳遞「正在沿道路移動」的信號。這種感官不匹配令大腦陷入困惑:通常,當身體感知到運動時,視覺理應同步看到周圍環境的相對移動。正因如此,她才會出現暈動病症狀。若她望向窗外,觀察外部景物的流動,症狀往往可以緩解;更優解是坐於前排座位,這樣她不僅能實時感知運動狀態,還可通過預判前方路況,提前調整大腦預期。
這種「感官衝突」不僅會引發暈車,也被認為是虛擬現實頭顯誘發的眩暈(cybersickness)、暈船(seasickness)乃至太空暈動病(space motion sickness)的主要原因。
迄今為止,所有宇航員均在地球重力環境下成長,其大腦已構建起一套以地球重力為基準的運動感知模型。但當他們進入太空軌道後,情況就不再是這樣了。
在近地軌道的微重力環境中,前庭系統失去了重力輸入信號。當大腦仍期待感知重力作用,而實際卻處於「零重力」狀態時,強烈的感官衝突便會誘發太空暈動病。
所幸,大腦具備神經可塑性 —— 通過反覆暴露於新環境,其預期模型可逐步調整。航海界稱之為「適應海況」(getting your sea legs),宇航員在軌期間通常也能逐漸克服太空暈動病。但這一適應過程又帶來新的挑戰:返回地球後的再適應問題。
若宇航員的大腦已適應微重力環境,重返地球重力場時會發生什麼?不出所料,感官衝突再次出現,導致陸地再適應性暈動病(terrestrial readaptation motion sickness)。雪上加霜的是,自航天飛機退役後,載人飛船多採用海上濺落回收方式,這意味著宇航員可能在等待打撈期間,持續暴露於顛簸海浪中,暈船症狀可能進一步加劇再適應性暈動病。
此類情況並不罕見:超過半數宇航員在進入太空初期會出現不同程度的太空暈動病症狀;返回地球時,陸地再適應性暈動病的發病率亦與之相當。
任何經歷過暈動病的人都深知:劇烈噁心感會嚴重削弱行動能力,唯有閉目、深呼吸,竭力壓制嘔吐衝動。作為普通乘客,這或許尚可容忍;但對身處海上返回艙、孤立無援的宇航員而言,維持清醒與警覺至關重要,緊急情況下,他們必須迅速響應。若因暈動病導致反應遲緩,將直接延誤其在救援隊抵達前自主撤離艙體的時機,危及任務安全乃至生命。
目前,多數宇航員依賴藥物干預 —— 通過阻斷大腦利用特定激素觸發暈動病反應的通路來緩解症狀。但與諸多商業藥品類似,這些藥物可能會產生嗜睡等副作用,並且其療效會隨著時間的推移而減弱。
為探索非藥物干預路徑,美國一科研團隊開展了兩項實驗,旨在通過調控視覺信息輸入,減輕宇航員暈動病症狀。
實驗中,受試者首先經歷模擬重力環境轉換的運動刺激,隨後接受持續一小時的類海浪顛簸運動。在此過程中,科研人員重點評估了一種「虛擬舷窗」(virtual window)技術對暈動病發生率的抑制效果。
由於返回艙內的宇航員被固定於座椅,且舷窗視野極為有限,科研人員以虛擬現實(VR)頭顯設備替代實體窗戶,構建全景式虛擬舷窗。
對照組:無任何運動視覺線索(類比泰勒當年在后座埋頭讀書的情形);
干預組一:呈現與身體運動自然同步的視覺場景(類比從側窗觀察外部移動景物);
干預組二:除同步視覺場景外,疊加未來運動軌跡預測層(類比從前窗觀察前方道路,預判車輛動向)。
結果符合預期:無視覺線索組症狀最重 —— 三分之二受試者因嚴重噁心,未能完成一小時測試即提前退出;側窗視景組僅約五分之一提前終止;而前窗 + 預測視景組(同時提供當前與未來運動信息)的退出率僅為十分之一。
這表明:通過實時追蹤返回艙運動姿態,並將對應視覺信息投射至宇航員 VR 頭顯中,可將暈動病的發生率降低約 50%。若進一步實現運動軌跡的精準預測,賦予宇航員「前窗視角」體驗,著陸期間的舒適性與安全性還可顯著提升。在緊急情況下,他們也可以隨時摘下頭顯。
此次研究為非藥物性暈動病干預開闢了新路徑,規避了現有藥物在保質期、穩定性及副作用等方面的固有缺陷。除服務航天任務外,該技術亦有望惠及地球上的暈動病易感人群 —— 尤其適用於無法「望向前方道路」的場景,如民航客機、高速列車、長途巴士乃至未來超高速地面交通系統。