南卡罗来纳医科大学的莱斯利·坎图 该小组准备了抛物线，将刺激零重力
信用:MUSC “真令人兴奋
我喜欢这东西！巴沙尔·巴德兰博士说
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“这太好玩了
" 没有多少研究人员有机会在地球上方32000英尺的地方自由漂浮
南卡罗来纳医科大学的科学家通常在实验室控制的环境中进行研究，在那里他们可以仔细重复实验以再次检查结果
但是着眼于真正的宇航员在未来的太空旅行中可能会经历什么，一些科学家最近登上天空在零重力状态下进行大脑研究
神经放射科医生唐娜·罗伯茨
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，和神经科学家巴德兰在这个项目上合作，对他们自己和一群志愿者助手进行经颅磁刺激，志愿者助手大多来自MUSC医学院精神病学和行为科学系
罗伯茨花了数年时间研究零重力和微重力是如何影响人类大脑的——事实上，这就是她上医学院的动机
该实验主要是一个测试案例，旨在表明在零重力环境下可以安全地使用经颅磁刺激，并将参与者在地球重力作用下的结果与他们在零重力环境下的结果进行比较
在经颅磁刺激过程中，磁脉冲通过颅骨进入大脑，刺激电活动
脉搏是高度局部化的——它不会到达整个大脑
TMS管理员将一个线圈放在受试者的头上；当受试者的拇指抽搐时，管理员知道经颅磁刺激线圈在正确的位置
在地球上，TMS是美国食品和药物管理局批准的难以治疗的抑郁症
MUSC和其他地方的科学家也在研究使用经颅磁刺激治疗创伤后应激障碍；治疗阿片类药物使用障碍患者的渴望和疼痛；以及中风患者的身心康复
对于那些在远离地球的地方执行长期任务的人来说，抑郁症可能是一个问题，他们预计多年内不会踏上坚实的土地。罗伯茨和巴德兰说，TMS可能是一个有用的、节省空间的工具，可以用来完成长期的太空任务，而不是一整个药房的药物价值
“最终，你不会想带着这些药物去火星或星际旅行
你也不能轻易建立一个化学实验室来合成所有的化学物质
因此经颅磁刺激将是一个非常清晰、简单的神经精神问题的解决方案
这是20年的远景，”巴德兰说
它也有可能让宇航员在长期飞行中保持良好的认知状态，以便他们在月球或红色星球上着陆时准备好工作
但是首先，研究人员必须弄清楚零重力下的“正常”读数应该是什么样的
经颅磁刺激有助于在长期航天飞行中保持精神健康和能力
为了获得在零重力状态下TMS读数的基线，MUSC的研究人员登上了天空
信用:MUSC 众所周知，当一个人在太空中时，药物代谢是不同的
罗伯茨说，例如，服用安眠药的宇航员必须通过反复试验来确定太空中合适的剂量
罗伯茨之前的研究比较了宇航员在国际空间站旅行前后的脑部核磁共振成像，显示出大脑的物理变化与宇航员的运动技能和认知能力的变化相关
“如果有一种方法可以让大脑在去火星的路上保持健康，那将会非常有用
这就是为什么美国宇航局对这项技术感兴趣
但是为了在太空中使用它，我们必须明白，“宇航员在地球上和在太空中对它的反应有什么不同吗？”就像他们在药物治疗上的不同
所以这才是这项研究真正的基础，”她说
这是科学家们获得乐趣的地方
为了在零重力环境下测试TMS，他们将登上一架由零重力公司运营的特殊飞机，该公司为个人冒险、媒体制作和研究提供零重力飞行
这架被称为“重力一号”的飞机沿着一系列弧线飞行，以45度角向上飞行，然后以45度角向下飞行
在上升和下降之间短暂的20到30秒内，飞机上的每个人都变得失重
任何没有栓住的东西都会浮上来
在这短短的20到30秒的时间里，罗伯茨和巴德兰不得不进行测试
他们总共有30条弧线或者抛物线可以使用
他们一组有10个人，分为男性和女性，每个人至少需要做两次测试才能得到好的样本
但是首先，需要克服一些后勤问题
在实验室里，可能会有很多人为了把线圈放到某人头上的正确位置而对设备大惊小怪
由于在飞机上进行测试的时间如此之短，所以没有时间和机器打交道
他们需要一种万无一失的方法来确保线圈在正确的时间出现在正确的位置
巴德兰说:“我们都非常关注小事。”
“这项研究确实是一次性的
航班已经预定了
一切都准备好了
我们有一个固定的开始日期，一个固定的实验时间，一切都必须完美进行——一切都取决于创造这个不存在的东西
”于是巴德兰拿起摩托车头盔和德勒梅尔锯，开始工作
他发现他可以把一个TMS线圈安装到他在头盔上切割的一个壁龛里，但是这个装置太重了，而且不稳定，不实用
接下来，他转向使用玻璃纤维铸带，这种材料与制作断骨模型的材料相同
每个参与者都坐下来试戴，巴德兰制作了一个适合个人头部的轻便耐用的头盔，头盔上有一个TMS线圈的连接区域，确保磁脉冲到达个人大脑的正确位置——不需要修补
分布式资源调度程序（Distributed Resource Scheduler的缩写）
巴沙尔·巴德兰和唐娜·罗伯茨利用他们不同的专业知识完成了一项零重力实验
信用:莎拉包 罗伯茨和巴德兰的志愿者团队由来自精神病学和行为科学系的人组成，他们有管理经颅磁刺激的经验，因为他们都需要轮流担任受试者和管理者
他们想要和真正的宇航员年龄差不多的人，所以平均年龄在30岁左右
“每个人都是飞行者，他们不只是来飞来玩
他们也是研究小组的积极成员，”巴德兰说
罗伯茨和巴德兰知道他们只有一次机会让实验成功
这些飞行费用很高，而且大部分研究经费都花在这上面了
在每20到30秒钟的失重状态下，他们需要启动电脑上的软件，该软件会向线圈发送信号，记录拇指抽动，然后报告颞下颌关节已经工作
如果它没有记录到拇指抽动，那么系统将增加功率并发送另一个信号，直到记录到拇指抽动
但是如果它根本不起作用，他们将不得不在运行中排除故障——或者面临整个实验完全失败的可能性
MUSC小组与其他三个进行太空研究的组织分享了这次飞行
因为TMS机器从飞机上提取能量，巴德兰必须首先在地面上以全功率运行测试，以确保它们不会使飞机过载
他说，非常接近，但是机组人员给了他们许可
所以他们上去了
手工制作的头盔表现得非常漂亮
他们对每个人至少进行了三次测量，可以与飞行前后在地面上进行的多次测量进行比较
另外，这个实验比你典型的实验室实验有趣多了
他们的论文发表于2009年9月
21《自然微重力》表明，在零重力环境下，诱导拇指抽动所需的电磁比在地球上要少
这表明大脑发生了神经物理变化，但有几种可能的解释，从大脑在颅骨内的物理移动到神经元对刺激的反应更强烈
他们说，还有更多需要学习的
这是罗伯茨非常关心的一个问题，因为她已经多次主张对太空探险者的大脑变化进行更多研究，最近一次是在《柳叶刀神经病学》的一篇评论文章中
已经表明在零重力状态下TMS是可能的，该团队已经准备好继续寻找这些问题的答案
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