微重力与空间辐射下，脑机接口如何守护航天员的"最强大脑"

图：航天员在空间站利用脑电采集设备和VR眼镜进行在轨脑电测试研究

当航天员在距离地面400公里的空间站驻留半年以上，微重力、空间辐射和封闭环境对他们的大脑会产生怎样的影响？如何实时监测和评估航天员的认知状态与情绪健康？能否用"意念"直接控制空间站的机械臂和探测设备？这些问题，正是脑机接口技术在航空航天领域的核心应用方向。从神舟二十一号乘组的在轨脑电测试，到深圳先进院的神经电生理芯片首次在轨验证，从西工大柔性电极的太空环境测试，到国际空间站的fNIRS设备部署，脑机接口正在成为载人航天工程的重要技术支撑。本文将深度分析脑机接口在航空航天领域的应用价值、主要场景和发展趋势。

一、太空环境对航天员大脑的影响

太空环境对大脑的主要影响：

· 微重力影响：微重力导致脑脊液重新分布，可能引起颅内压变化，影响脑血流和认知功能

· 空间辐射：宇宙射线和太阳高能粒子可能损伤神经元，增加长期认知衰退风险

· 封闭环境：长期封闭隔离可能导致情绪波动、睡眠障碍和社交退缩

· 视空间能力变化：失重环境下，航天员的深度知觉和运动协调能力发生改变

· 执行功能：注意力、决策能力、应急反应等执行功能需要持续评估和训练

太空环境对航天员大脑的影响是多维度的。青年报报道指出，太空环境中的空间辐射与失重状态会对航天员大脑造成剧烈损伤，引发记忆力衰退、情绪感知异常甚至人格分离。李小鹏所在团队积极参与国家地球外太空科研站建设，将灵长类狨猴送入太空，通过光遗传技术精准标记特定神经元，结合超微型显微镜、电信号记录设备，实时观测大脑神经元活动，破解太空环境对大脑的损伤机制。

这些研究表明，长期太空飞行对大脑的影响不容忽视。对于未来的月球基地、火星任务等长期深空探测任务，建立完善的航天员脑健康监测与防护体系，是保障任务安全和航天员健康的关键。

二、脑机接口在载人航天中的四大应用场景

场景一：在轨脑电监测与认知评估

神舟二十一号乘组在空间站驻留期间，利用脑电采集设备、虚拟现实眼镜等进行在轨脑电测试研究。航天员佩戴VR眼镜，利用脑电设备完成眼脑协同等多项实验，相关研究可用于探讨失重条件下航天员脑控信号特征模式和变化趋势。

此外，乘组还完成了执行功能训练、应急决策能力评估和在轨情绪状态测试，相关指标可用于分析航天员执行功能的训练效果。这些在轨脑电数据为地面科研人员开展后续研究提供了宝贵的第一手资料。

场景二：航天员脑健康监测与防护

西工大研发的柔性电极搭载"迪迩五号"在极端太空环境下持续稳定采集模拟体液环境中的脑电信号，获取噪声水平、服役稳定性等核心数据，填补了该领域国际技术空白。未来，该技术将用于解析微重力、空间辐射等特殊环境对航天员大脑神经活动的影响机制，构建航天员脑健康监测与防护体系。

深圳先进院自主研发的神经电生理检测芯片技术已达到适应航天工况的水平，实现了国产神经电生理芯片的首次在轨验证，为未来航天员肌肉状态评估、人机交互以及脑机融合应用奠定了重要基础。

场景三：意念控制飞船与机械臂

脑机接口可通过直接解码大脑信号，实现航天员对飞船、机械臂、探测装置等设备的意念控制，减少传统手动操作的延迟和疲劳，同时降低微重力环境下对物理控制界面的依赖，提升操作灵活性。

多项研究表明，BCI在三维导航控制（如四旋翼无人机）中具有可靠性。随着空间机器人技术的发展，机器人辅助或替代航天员执行舱外任务，以及航天员通过脑机接口远程操控机器人，将成为未来航天任务的重要模式。指令可以高精度、实时地发送，使航天员能够仅凭一个BMI同时执行多种任务。

场景四：航天员能力增强与应急干预

长期太空飞行后，航天员身体机能可能出现下降，脑机接口辅助设备可以帮助体能减弱的航天员完成复杂任务。在应急情况下，脑机接口可以快速识别航天员的认知状态和情绪变化，及时发出预警，为地面指挥中心和航天员本人提供决策支持。

神经调控技术也可以用于太空环境下的情绪调节和认知增强。例如，经颅电刺激可以帮助航天员在长途飞行中保持警觉和专注，或者在长时间任务后促进放松和睡眠。

三、国内外太空脑机接口研究进展

3.1 中国：从在轨验证到体系化布局

神舟二十一号在轨脑电测试：2026年5月，中国载人航天工程办公室发布视频显示，神舟二十一号乘组张陆、武飞、张洪章在中国空间站利用脑电采集设备、虚拟现实眼镜等进行在轨脑电测试研究。这是我国空间站任务中首次系统开展在轨脑电研究。

深圳先进院芯片在轨验证：中国科学院深圳先进技术研究院自主研发的神经电生理检测芯片完成了首次在轨验证。该芯片技术已达到适应航天工况的水平，实现了国产神经电生理芯片的首次在轨验证，为未来航天员肌肉状态评估、人机交互以及脑机融合应用奠定了重要基础。

西工大柔性电极太空测试：2025年12月，西工大研发的柔性电极搭载"迪迩五号"完成太空环境测试。在极端太空环境下，器件持续稳定采集模拟体液环境中的脑电信号，获取噪声水平、服役稳定性等核心数据。

天津大学"神工"系列：天津大学团队研发的"神工"系列脑机交互产品已应用于载人航天、特种医学等多类场景。依托脑机交互与人机共融海河实验室，天津大学正在打造脑机接口全链条创新体系。

3.2 国际：从ISS实验到深空探索

国际空间站fNIRS实验：Cortivision开创了国际空间站（ISS）上首个fNIRS（功能近红外光谱）设备，标志着便携式脑研究在地球之外的突破。Ax-4任务乘组在国际空间站上使用fNIRS技术开展研究，Ax-2任务乘组也完成了相关实验。

NASA脑机接口航天应用：NASA一直在探索脑机接口在航天任务中的应用，包括航天员认知状态监测、机器人远程操控、失重环境下的人机交互等。相关研究论文探讨了通过脑机接口增强航天员能力的技术路径。

四、太空脑机接口的技术挑战

极端环境适应性：太空环境具有微重力、强辐射、温度剧烈变化等特点，脑机接口设备需要在这些极端条件下稳定工作。电子器件可能受辐射影响出现单粒子翻转，柔性材料可能因温度变化而性能漂移，这些都对设备的环境适应性提出了极高要求。

信号质量变化：微重力环境下，脑脊液重新分布，颅内压变化，可能导致脑电信号特征与地面不同。需要重新建立适用于太空环境的脑电解码模型，才能准确解读航天员的神经信号。

佩戴舒适性与便捷性：航天员在太空环境中工作繁忙，脑电设备需要佩戴舒适、操作简便、信号稳定。传统的多电极脑电帽在太空微重力环境下佩戴和调整都很不方便，需要开发更轻便、更便捷的脑电采集方案。

实时性与可靠性：航天任务对设备的实时性和可靠性要求极高。脑机接口系统需要在毫秒级延迟内完成信号采集、处理和指令输出，同时确保在任何情况下都不会产生误触发。

数据安全与隐私：航天员的脑电数据属于高度敏感的个人信息，同时也涉及国家安全。如何在太空环境中安全地采集、传输和存储这些数据，是必须解决的问题。

五、未来展望

从监测到干预：未来的航天脑机接口系统将从单纯的脑电监测发展为"监测—评估—干预—防护"的完整闭环。当系统检测到航天员认知能力下降或情绪异常时，可以自动启动神经干预方案，如神经反馈训练、经颅电刺激等，帮助航天员恢复最佳状态。

从辅助到融合：随着脑机接口技术的发展，航天员与航天器的关系将从"人操作机器"进化为"人机融合"。航天员可以通过意念直接控制飞船、机械臂和探测设备，大幅提升操作效率和任务执行能力。

从短期到长期：随着月球基地、火星任务等长期深空探测任务的推进，航天员将在太空环境中驻留数月甚至数年。建立完善的脑健康监测与防护体系，保障航天员在长期太空飞行中的认知功能和心理健康，将成为脑机接口航天应用的核心目标。

从航天到民用：航天环境下开发的脑机接口技术，将反哺地面的医疗健康、人机交互、智能可穿戴等领域。深圳先进院的研究成果已经明确提到，将进一步促进空间生命保障技术升级，并反哺地面医疗健康、人机交互、智能可穿戴等领域的发展。

结语

从神舟二十一号乘组的在轨脑电测试，到深圳先进院神经电生理芯片的首次在轨验证，从西工大柔性电极的太空环境测试，到国际空间站的fNIRS实验，脑机接口正在为载人航天工程提供越来越重要的技术支撑。太空环境对航天员大脑的独特影响，既是挑战也是机遇——它推动着脑机接口技术向更极端、更可靠、更智能的方向发展。随着中国空间站长期运营和载人登月、深空探测等任务的推进，脑机接口将在航天员脑健康监测、认知能力评估、人机交互增强等方面发挥越来越重要的作用。在探索宇宙的征程中，守护好航天员的"最强大脑"，就是守护好人类航天事业的未来。

参考资料：中国航天科技集团、中国新闻网、央视网、中国科学院广州分院、中国日报网、PMC、青年报、Cortivision等公开资料

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