中國航天員科研訓練中心的焦學軍教授，去年在《面向航天任務環境的認知增強技術研究綜述》中，分析了認知訓練、非侵入式腦刺激、經皮穴位電刺激、聯合干預手段等技術，在未來航天員進行航天任務中的意義，并對這些認知增強技術進行梳理和總結。這里把其中tDCS部分做一個整理。

在浩瀚的宇宙探索征程中，航天員作為人類的先鋒，肩負著執行復雜航天任務的重任。然而，航天飛行環境的特殊性對航天員的認知能力提出了嚴峻挑戰，這也促使了認知增強技術在航天領域的深入研究與應用探索。

航天員認知增強訓練的必要性

航天飛行過程中，航天員長期處于微重力、大溫差、空間輻射和密閉隔離的特殊環境。這種環境會對航天員的中樞神經系統造成損傷，進而嚴重影響其腦神經功能，導致認知功能出現不良影響。具體表現為工作記憶能力下降，難以高效存儲和處理任務信息；信息加工處理能力減退，面對復雜任務場景時反應遲緩；注意力分散，容易在長時間的任務執行中出現疏忽。而航天任務的復雜性要求航天員必須具備高度的集中力、記憶力和決策能力。例如，在軌空間實驗涉及多個系統協同操作，實驗步驟繁瑣且精確度要求高；出艙活動巡檢需要在復雜的太空環境中精準操控設備并應對突發狀況。認知能力的下降輕則影響航天任務的順利執行，導致任務進度延誤、實驗數據準確性受損等問題，重則嚴重威脅到航天員的生命安全，如在太空行走過程中因注意力不集中而出現操作失誤。因此，保持航天員在執行航天任務期間的良好注意力、記憶力和警覺性至關重要，利用多種認知增強技術來提高航天員的認知能力、減輕航天環境對認知的負面影響，已成為航天員訓練中的關鍵環節。

目前，認知增強技術主要包括藥物干預、認知訓練、非侵入式物理刺激等。藥物干預雖能通過調節神經遞質水平改善大腦認知功能，但其副作用明顯，如可能導致航天員出現惡心、頭暈、心律失常等身體不適癥狀，影響其在太空中的正常工作和生活，因此在航天領域一般不予采用。而非侵入式物理刺激中的 tDCS 技術憑借其獨特優勢，逐漸成為研究熱點。

tDCS 技術在提升航天員認知能力方面的研究

經顱直流電刺激（tDCS）是一種非侵入性的腦刺激技術，它利用 1 至 2 毫安的低強度直流電調節大腦皮層神經元活動及興奮性。自本世紀初以來，研究人員發現施加在大腦運動皮層的陽極刺激可以增強大腦的活躍度，而陰極刺激則相反。隨后，越來越多的研究報道 tDCS 對大腦認知功能具有調節作用。

2017 年，一項試驗采用 tDCS 刺激被試者的前額葉皮層，同時被試者進行為期幾天的決策訓練。結果顯示，與偽刺激組相比，陽極刺激顯著改善了被試者的認知表現，加快了大腦獲取信息的速度。這表明 tDCS 技術在決策力提升方面具有潛力，而決策力對于航天員在復雜任務場景中迅速做出正確判斷至關重要。

2021 年，一項針對工作記憶的研究中，使用 1×1 tDCS 器械對被試者左側背外側前額葉皮質（DLPFC）施加 tDCS 刺激（1mA，10min）。結果發現，陽極刺激顯著改善了被試者的工作記憶。工作記憶是航天員在執行任務時暫時存儲和操作信息的關鍵認知能力，如在進行復雜儀器操作時需要同時記住多個步驟和參數，良好的工作記憶能力能確保任務的準確執行。

2023 年，研究進一步深入。一方面，對健康被試者右前額葉上施加陽極刺激（1.5mA，10min），發現刺激額葉和頂葉可以改善被試者的工作記憶能力，且工作記憶容量較高的個體改善效果更為顯著。另一方面，對被試者右側背外側前額葉皮質 DLPFC 和右側后頂葉皮層（PPC）施加 tDCS 刺激（1.5mA，15min），發現刺激額葉和頂葉均顯著改善被試者的工作記憶容量，使被試者反應速度變快，同時與 PPC 相比，對 DLPFC 的刺激誘發了更快的反應時間。這些研究結果表明，刺激不同腦區域對空間工作記憶的改善效果有所差異，為針對性地利用 tDCS 技術提升航天員認知能力提供了依據。

此外，在軍事領域的一項對飛行員的研究中，通過復雜的真實飛行模擬任務，在訓練期間向右背外側前額葉皮層施加高精度經顱直流電刺激（HD - tDCS）（1.5mA，30min）。結果發現，tDCS 刺激顯著改善了訓練期間和訓練后飛行員的駕駛技術，尤其對新手飛行員效果顯著。這表明 tDCS 具有在復雜技能領域增強技能的潛力，而航天員的航天任務操作技能同樣復雜且關鍵，這為 tDCS 技術在航天員訓練中的應用提供了有力參考。

隨著技術的不斷進步和發展，小型化的 tDCS 設備技術已經趨于成熟，例如 1×1 經顱直流電刺激器，重量僅為 0.8kg，變得更加輕便、緊湊且易于操作。這使得 tDCS 設備在航天環境中的使用成為可能，航天員可以在有限的空間和資源條件下進行認知增強訓練。同時，tDCS 是一種相對安全的技術，對人體沒有誘發疾病的副作用，這為其在航天領域的廣泛應用奠定了基礎。

聯合干預手段 —— 認知增強的未來發展方向

在航天領域內，tDCS 被認為是一種潛在的工具，用于提高航天員在復雜任務中的認知表現。將 tDCS 與認知訓練聯合使用，可以增強作用效果，改善認知功能。

2017 年，一項研究對 59 名健康大學生的左側前額葉進行陽極刺激（0.7mA，13min），同時受試者接受由三種不同實驗類型組成的感覺 - 運動范式訓練：單一視覺任務、單一聽覺任務和雙重任務。結果發現，認知訓練和 tDCS 刺激聯合的方法增強了未經訓練的任務績效。在該研究中，反應選擇任務在 2 周隨訪時顯示出較弱的益處，但視覺搜索任務表現出持續的性能增強。這表明，通過增加訓練的數量或修改 tDCS 參數（刺激強度），可能會使近遷移任務獲得更長的持續效果。

另一項對 71 名健康被試者的左側和右側 DLPFC 進行 tDCS 刺激（1mA，20min），同時進行空間和語言工作記憶的訓練。結果顯示，tDCS 刺激可以增強訓練的效果，此外，tDCS 的這些有益效果可以轉移到未經訓練的任務中，并且作用效果可以維持長達 9 個月。

國外研究也證明，在軍事背景下，tDCS 刺激聯合認知訓練干預手段可實現對軍事人員更持久和高效的認知增強效果，幫助軍事人員在長時間任務執行中保持高水平的認知表現。這與航天任務的需求高度契合，航天員在長時間的太空任務中需要持續保持良好的認知狀態，以應對各種復雜情況和突發狀況。

去年一項研究采用隨機、雙盲對照研究，對被試者左側背外側前額葉皮層進行陽極刺激（1mA，20min），并進行 9 次字母更新和馬爾可夫決策任務。結果發現，個體記憶改善與 tDCS 誘發的較高電位之間存在相關性，磁共振成像（MRI）數據表明干預可能會導致神經網絡動力學的調制。這進一步揭示了 tDCS 聯合認知訓練對認知能力改善的神經機制，為其在航天領域的應用提供了更深入的理論支持。

綜上所述，聯合干預手段將 tDCS 技術與認知訓練有機結合，能夠發揮兩者的優勢，實現對航天員認知能力更顯著、更持久的提升效果。

結論

面對極端的航天環境，與腦科學緊密相關的多種認知增強技術已經成為改善航天員認知功能的重要手段。非侵入式物理刺激中的 tDCS 技術起效時間快，且其設備已經具備小型化優勢，可輕便攜帶，方便航天員在太空環境中使用。同時，聯合干預手段如結合認知訓練維持時間長和 tDCS 刺激起效時間快兩者的優點，使其相比單模態刺激對認知能力提升更加高效。隨著技術的不斷發展和完善，這些認知增強技術預計將在未來的航天活動中發揮更加重要的作用，助力航天員在浩瀚宇宙中更好地完成任務，推動人類太空探索事業不斷向前發展。未來，進一步深入研究 tDCS 技術在不同航天任務場景中的應用效果、優化刺激參數以及探索與其他技術的協同作用，將為航天員的認知增強提供更精準、更有效的解決方案，保障航天員在太空任務中的認知表現和生命安全。