北大教授茶座 | 魏坤琳教授:太空飞行对宇航员大脑的影响

11月11日下午,北京大学学生工作部举办第110期教授茶座,北京大学心理与认知科学学院教授魏坤琳就“太空飞行对宇航员大脑的影响”这一话题与同学们展开深入交流。

活动现场

魏坤琳介绍了本期茶座主题的来源,表示这一话题不仅是自己的研究兴趣,更来源于自身对亲临太空,出任载人航天载荷专家的梦想。几十年来,我国的航天事业发展取得了令人骄傲的成就,与此同时,宇航员在太空中的感知研究作为航天员心理学研究领域最重要的话题,我国在这一领域的科研和科普却仍与发达国家存在较大差距,欧美国家在太空环境认知科学之中的技术垄断,成为了魏坤琳不断探索创新的动力。

魏坤琳从太空飞行对于人类机体的种种挑战谈起。太空飞行在入轨时巨大的加速度只算是宇航员的一个小挑战。进入轨道以后,宇航员面临低重力加速度的考验。另外,空间站环境主要是荧光,缺乏紫外线、蓝光和红光,从而影响神经内分泌功能、昼夜节律、松果体分泌和情绪。在太空环境中,失去了大气层的保护,宇航员要面临宇宙射线辐射的威胁,可能出现细胞损伤和癌症。此外,空间站上的长时间封闭环境也会让宇航员产生极大的孤独。可以说,太空环境对于人体的挑战来源于认知、生理、心理乃至于人际关系的各个方面。

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魏坤琳作分享

魏坤琳聚焦于认知科学领域,指出低重力环境对人脑的影响来自于方方面面。首先是前庭系统,缺失重力的作用,前庭系统会失去对加速度的判断,导致严重的太空眩晕,并进一步影响到大脑各个方面的功能。其次是中枢神经系统的信息处理,微重力环境导致的各种信息综合运算的偏差,例如空间定向的障碍。再次是运动系统,无需对抗重力的肌肉系统使得脊髓的兴奋性降低,造成肌肉功能的减退;低重力下人体的移动方式的改变也将导致运动习惯的改变。此外,太空也将导致宇航员对重力的预期、对空间感的认知等改变。

魏坤琳以国外几起太空飞行中的事故说明了太空环境认知科学研究的重要性,如1998年“哥伦比亚号”宇宙飞船降落时,速度远超预期,宇航员报告一个头部动作后短暂丧失方向感,险些酿成重大后果。目前,各种在地球上研究高低重力影响的方法,无论是失重飞机还是水槽作业,都有其很强的局限性。魏坤琳以一项实证研究为例解释了如何研究低重力对大脑功能的影响,这一研究对航天员进行太空飞行前后的各项认知能力进行评估,结果显示太空飞行对航天员的一般智力功能没有影响,但感知运动受到较大的影响,如手部操作和模拟驾驶之中都会出现认知上的错误判断。另外,为了对付太空眩晕,科学家在航天员的训练之中加入了前庭与视觉整合的PAT训练,以对太空环境下可能产生的感知问题进行提前干预。

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魏坤琳作分享

作为总结,魏坤琳指出,太空环境的认知机理研究之中,还有很多科学问题亟待回答。虽然中国在航天实践和研究的领域还有很长的路要走,但我国在大工程项目上的延续性和计划严密性保障了航天事业的飞速发展。魏坤琳由此表达了对于在座同学立足伟大时代、深耕伟大事业的殷切希冀。

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学生认真听讲

提问环节,有同学就人工智能对认知科学的影响提出问题。魏坤琳指出,人类是在进化的过程中修修补补而来的,无论是身体还是大脑都有很多弱点。例如,硕大的大脑和女性骨盆宽度的矛盾造成我们都是大脑发育的“早产儿”,从而促成了人类相互配合来抚养下一代的需求,按很多学者的假说这甚至导致了社会结构的改变。人工智能不必模仿人类发展中的弱点,人脑最大的特点是其灵活性和冗余性,如在太空中大脑会降低被低重力深刻影响的前庭器的信号影响,从而让人类大脑拥有强大的鲁棒性。人工智能未来发展趋势是向实体发展,通过与世界产生交互,培养人工智能适应环境的能力。

有同学提及外界的关注对学者的影响。魏坤琳指出,自己在科研上从未改变过自己的初心,也没有改变作为北大教授的社会责任感。魏坤琳以自身参加综艺节目的经历为例,指出自身的社会经历是为了对象牙塔之外的世界产生更多的了解,在这一过程中可以对大众文化和媒介文化产生更深入的认识。同时,学者在社会经历中所收获的社会价值,也会对于科研的推进有极大的帮助。

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学生提问

有同学就天赋在科学研究中的重要性这一话题与魏坤琳进行讨论。魏坤琳指出,天赋当然有其先天的基因的基础,但是刻苦的训练和超人的意志才能换取超乎常人的智力表现。例如珠心算就是用人类更强大的空间记忆能力代替相对薄弱的数值运算能力,但熟练的珠心算技巧需要大量重复的练习。对我们个人来说,合理评估个人的能力方向,找到合适的项目和正确的方法,并加以重复的练习,就能拥有过人的天赋。

还有同学提到感性和理性在科学研究和个人观念上有何影响。魏坤琳在心理学领域寻求感性的定义,认为感性是在正常的场景产生正常人的情感,并且能理解他人的情感的能力,也能对自己的情感有所控制。魏坤琳进一步指出,人类的重要特点就是容易感同身受,而同理心更强的人就会获得更多的幸福。感性和理性在科学上是相互促进的,两种能力共同拥有,无论对于科研还是对于生活都是有益的。

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学生提问

活动最后,魏坤琳与在场同学合影,并为同学们写下寄语“理性照亮人生”。参加本次茶座的同学表示,魏坤琳教授结合自身科研经历对太空环境下人类认知挑战问题的讲解幽默风趣、丰富翔实、深入浅出,不仅激发了同学们对于心理学与认知科学的强烈兴趣,更彰显了当代学者心系家国、严谨求实的治学风范,为同学们的求学与科研之路作出了表率。

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魏坤琳写寄语

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活动合影

“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦。经过几代航天人的接续奋斗,我国航天事业创造了以‘两弹一星’、载人航天、月球探测为代表的辉煌成就,走出了一条自力更生、自主创新的发展道路,积淀了深厚博大的航天精神。” 神州问天,嫦娥奔月,祝融探火、羲和逐日、天和遨游,探寻九天的梦想从未停歇,奋斗的征程不曾止步。航天事业的瑰丽,心理学科的魅力以及脑科学领域的星辰大海始终吸引着代代有志青年投身其中。新的火花不断涌现,新的目标一直在前方。航天事业的发展充分展示了伟大的中国道路、中国精神、中国力量,北大青年要以航天精神为感召,以一代代航天人为榜样,在求学和科研的道路上立足社会需求,怀揣理性精神,不忘初心,坚守理想,艰苦探索,奋勇前进。

微语录:

    我们在太空研究中所面临的问题就是我们都没有亲临过太空,只能通过看书去猜测,但最好的获得科学问题的方式就是亲身体验。

    中国人只要树立了工程目标,就一定会实现,这需要在座的各位通过动用我们的大脑来完成。

    很多人低估了现代科技对大脑运作方式带来的影响。

    如果人工智能能够模仿人类的话,为什么一定要模仿人类的缺陷呢?

    人类大脑最大的特征就是灵活性和冗余性。

    不需要看一个人说了什么,要看他做了什么。

    大众传媒和大量的信息并没有让人更聪明。如何在维护言论自由的情况下保证信息的真实性,仍然是亟待思考的问题。

    知觉是无意识的推理,个体得到了很多信号,但对外界的感知是推理获得的。

    所谓的天赋其实所有人都能拥有,只是需要正确的方法,加上成千上万个小时的练习。

    心理学的知识和方法会给我们的生活带来巨大的优势,无论你是什么专业,都应该学一点心理学。

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