宇航員在太空上如何睡覺?睡不好怎麼辦?

(圖片來源: Nasa) Image copyright NASA

此刻,我正站在位於德國科隆附近一座被森林環繞的地下實驗室裏。吸頂燈把牆壁照得一片慘白,沒有窗戶,也幾乎沒有裝飾。我所處的房間裏擺著一張單人牀,一台計算機和一幅描繪太空景象的畫,畫中是一株正在開花的巨大植物和造型怪異的太空飛船。天花板上的攝像頭注視著我的一舉一動。

在這個與世隔絶的地方,你根本不知道現在是白天還是黑夜。我感覺到與世界完全隔離,甚至都不在地球上。這正是這座德國太空署DLR下屬設施的設計師想達到的效果。對於想研究太空飛行對人體影響的科學家和醫生來說,這座名為"Envihab"的實驗室再適合不過了。

這裏的最新一項實驗是研究睡眠不足對宇航員的影響——對於在國際空間站上工作的宇航員,這是一個很實際的問題。"理論上,他們應該睡眠充足,每晚睡足8小時,"研究負責人愛娃-瑪利亞·埃曼霍斯特(Eva-Maria Elmenhorst)表示。"但是,大多數宇航員都只能睡5-6小時,這明顯不夠。"

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Image caption 實驗要求志願者呆在裝修簡陋、牆壁雪白、沒有窗戶的房間裏(圖片來源: Richard Hollingham)

實際上,我們大多數人的睡眠時間都不夠,在白天需要濃咖啡來提神。就在我拜訪埃曼霍斯特的那天,為了趕上飛往德國的飛機,我凌晨4點1刻就起牀了。但是,這一天我的工作負擔並不重:只需問她幾個問題,並把答案記錄下來而已。然而,宇航員卻是以每小時2.7萬公里的速度沿地球軌道飛行,與寒冷的真空僅僅相隔幾厘米的人。一個錯誤決策、短暫的粗心大意或者注意力不集中就有可能對宇航員自己和同事造成滅頂之災。想像一下,在只睡了5小時以後,你要操縱重達數噸的飛船與太空站精確對接的挑戰性。

然而,在太空中美美地睡一覺卻並非易事,這裏沒有牀也沒有枕頭——宇航員鑽進睡袋,然後用帶子固定在牆上。這還沒完,"宇航員睡不好的原因有幾個,"埃曼霍斯特表示。"與世隔絶,每90分鐘就會日出一次,並且國際太空站的通風系統噪音很大。"很多情況下,宇航員要輪班工作來監控實驗或者與到訪的補給飛船實現對接。

為了研究睡眠缺乏會對宇航員的工作表現產生何等影響,埃曼霍斯特的實驗團隊安排不同組的付費志願者經受睡眠剝奪實驗。"我們想了解睡眠缺乏會對認知功能產生什麼影響,"她說,"還有在同樣睡眠不足的情況下,為什麼有些人比其他人表現得更好。"

除了宇航員以外,她希望輪班工人和醫生、護士等等需要在睡眠不足的情況下做出重大決策的人員也能從實驗中獲益。埃曼霍斯特說,僅在德國一地就有16%的員工會定期上夜班,而許多從事重大安全性工作的工人的睡眠時間達不到建議的8小時。

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Image caption 盧卡斯(Lucas)等志願者在堅持不睡覺的情況下完成複雜的任務(圖片來源: Richard Hollingham)

在埃曼霍斯特的實驗中,要求志願者每天完成一系列任務,包括記憶力測驗、反應速度測試和重覆性電腦遊戲。在5個晚上,他們每晚只允許睡5個小時。然後是保證8小時睡眠的恢復期,最後則是長達38小時的高強度睡眠剝奪實驗。

醫生用由多個電極組成的,外觀類似頭髮網的帽子監測受試者的大腦活動,同時進行血檢和MRI掃描。

"我們感興趣的是大腦控制睡意的深層機制,"埃曼霍斯特說。"即便只是一晚不睡,我們也能監測到體內激素的變化。"

對於志願者(他們承認,參與實驗的主要動機就是為了獲得報酬,在兩周的實驗時間裏他們只需坐在房間裏看電視、聊天而已)這項實驗的難度要超過他們當初的想像。"很難保持不睡,"參與實驗的一名學生盧卡斯說。"當我們快睡著時,總有人過來打攪我們。"

"我們唯一能做的就是互相聊天、看電視或者玩筆記本電腦,"來自師範學校的另一位志願者瑪格達萊那(Magdalena)說。"總有人對我嚷嚷'瑪格達萊那,你還醒著嗎?瑪格達萊那,醒醒!'"

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Image caption 國際空間站上的宇航員只能綁在牆壁上入睡,並且根本沒枕頭(圖片來源: Nasa)

為了確保志願者們沒有打盹,研究團隊的人會隨時監控他們,坐在他們身邊,或者通過閉路電視監控。如果一位志願者眼睛閉上的時間稍長,就會被推醒。

隨著時間的推移,盧卡斯發現他的記憶力和靈敏度都開始下降。"我在實驗過程中感覺很難受,"他說。"現在就想盡可能多睡,再也不熬通宵改作業了。"

除了思維表現出現下降外,研究團隊還發現,志願者們出現了更加令人不安的生理變化。"我們發現,連續5天每天5小時的睡眠會減緩葡萄糖代謝,同時他們體內的激素水平也出現了波動,"埃曼霍斯特表示。這進一步驗證了另一項發現:在輪班工作的人中,糖尿病和高血壓患者的比例較常人更高。

這項仍在進行中的研究的最終目標在於,為宇航員制定更科學的工作計劃,並且避免宇航員過於疲勞。隨著長時間太空飛行越來越普遍,同時人類正在計劃開展太空殖民,確保宇航員擁有足夠睡眠的重要性也在不斷提高。

就在我採訪埃曼霍斯特的同時,最後一組志願者剛剛離開Envihab實驗室。諷刺的是,埃曼霍斯特自己現在終於也能睡個好覺了。"實驗期間,我幾乎每天要在5點起牀來做研究,"她說,"缺乏睡眠也對我的認知功能產生了不良影響。"

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