圖一、Christina H. Koch 在 2013 年被美國太空總署（NASA）選為太空人，曾一次在太空中飛行了 328 天，是女性的最高紀錄。最新一輩的太空人中，40% 為女性，因此了解太空醫學中的性別差異是很重要的。（圖片來源：https://www.nasa.gov/astronauts/biographies/christina-h-koch）
當身處於高壓、長時間的工作環境之中，一個團隊的成員必須擁有傑出的認知能力、情緒智商、以及善於合作的社會性，才能減少人為錯誤，確保任務成功。星際旅行可能是人類所計畫最大膽、但也最危險的探險任務，因此太空人是一群必須維持最佳表現的特殊工作者。
太空人所面臨的最大健康威脅包括宇宙射線（cosmic rays）——高能的帶電原子核，在穿透人體時，可能會損害神經系統，造成認知和情緒管理能力下降。加州大學舊金山分校的 Krukowski et al. 團隊探討宇宙射線對神經損害的性別差異，發現相較於雄性小鼠，雌性小鼠竟然有更強的抵抗力，在認知、情緒、和社會各方面能力不受輻射影響。
宇宙射線由多種元素的帶電原子核組成，為了模擬真實的太空輻射，研究團隊將雄性和雌性小鼠暴露在單次高劑量的質子、氦核、及氧核三種離子，並長期追蹤小鼠的行為改變和神經發炎反應。在測量焦慮的動物行為實驗中，照射過輻射的雄性小鼠傾向於避開曠場試驗（open field test）的中央區塊，花更多時間在角落，顯示較高的焦慮；這個效果在照射輻射 80 天後才變得顯著，代表慢性的神經系統損傷。照射過同樣輻射的雌性小鼠則沒有表現較高的焦慮行為。
圖二、照射輻射 80 天後（15、50 cGy 為不同的輻射劑量），雄性小鼠（藍色）在曠場試驗中花較少時間在中央區塊，顯現較高的焦慮行為，雌性小鼠（紅色）則與控制組沒有差別。（圖片來源：doi: 10.1016/j.bbi.2018.08.008）
小鼠是社會性動物：和人類一樣，牠們喜歡和同類互動，也會對沒見過面的同類好奇。藉著觀察小鼠與同類的互動，社會行為實驗可評估以下兩者：社會性和社會記憶。照射過輻射的雄性小鼠不但對同類興趣缺缺，在遇見另一個新的同類時，也沒有像控制組一樣花更多時間在新朋友上，顯示社會性和社會記憶的雙重減損，而雌性小鼠的社會性和社會記憶沒有受到輻射影響。
圖三、小鼠是社會性動物，遇到新的同類時，通常會先友好地嗅聞對方，再梳理對方的毛。（圖片來源：https://www.princeton.edu/news/2017/12/14/hope-autism-optogenetics-shines-light-social-interactions）
第三個行為實驗是新奇物識別（novel object recognition），可以評估依賴海馬迴的記憶。在熟悉一個環境中的物品後，如果其中一個物品被換成新物品，小鼠會在新物品旁邊花更多時間，好奇地嗅聞、打量。控制組的雄性小鼠與所有的雌性小鼠擁有正常的識別記憶力，照射過輻射的雄性小鼠卻不認得新的物品，在新物品和舊物品旁邊待一樣久。
圖四、新奇物識別試驗示意圖。（圖片來源：http://www.bris.ac.uk/synaptic/research/projects/memory/recognition-memory/memory-tasks.html）
圖五、照射輻射 80 天後，控制組和實驗組的雌性小鼠（紅色）都能夠在新奇物識別試驗上辨識新物品，雄性小鼠（藍色）卻受到輻射影響而辨識記憶力減損，在新物品和舊物品上花一樣的時間（圖片來源：doi: 10.1016/j.bbi.2018.08.008）
這些與認知及記憶相關的實驗結果，意味著海馬迴可能受到損傷，研究團隊發現照射輻射 100 天後，雄性小鼠的海馬迴有較多活化的微膠細胞（microglia），顯示慢性神經發炎，與工作記憶相關的興奮性突觸也數量減少；驚人地，雌性小鼠的海馬迴微膠細胞與控制組並無差別，突觸也沒有減少。
圖六、照射輻射 100 天後，雄性小鼠（A-E）的海馬迴有較高的 Iba-1 染色訊號，代表微膠細胞的活化和慢性神經發炎，雌性小鼠（F-J）的 Iba-1 表達量則與控制組沒有差別。（圖片來源：doi: 10.1016/j.bbi.2018.08.008）
這篇研究的創新為使用最接近真實宇宙射線的混合離子，也是第一個探討太空輻射引起的傷害的性別差異。至少在這項研究測量的範圍中，雌性小鼠對輻射造成的慢性神經系統傷害和行為缺損幾乎免疫，呼應了以往的研究結果：雌性動物對生理創傷有較低的炎性反應，並有更強的保護力。保護太空人不受宇宙射線影響是星際旅行的重要前提，不過在科技能將傷害降到最低以前，我們是否可考慮優先派女性太空人進行任務呢？
參考文獻：
[1] Krukowski, K., Grue, K., Frias, E. S., Pietrykowski, J., Jones, T., Nelson, G., & Rosi, S. (2018). Female mice are protected from space radiation-induced maladaptive responses. Brain Behav Immun, 74, 106-120. doi:10.1016/j.bbi.2018.08.008
撰文｜陳昱慈
審稿｜吳冠廷
