《Frontiers in Psychology》：Perceptual and sensorimotor adaptations to hypogravity: implications for manual task performance and verticality perception
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低重力环境（如月球1/6 g、火星3/8 g，重力加速度低于地球1 g）深刻改变支撑空间定向、知觉及手动任务执行的本体感觉运动机制。理解这些适应性变化对于保障航天员操作绩效至关重要。目前尤其需要深入了解长期低重力暴露对坐姿操作（如驾驶、着陆、导航）中手动任务绩
低重力环境（如月球1/6 g、火星3/8 g，重力加速度低于地球1 g）深刻改变支撑空间定向、知觉及手动任务执行的本体感觉运动机制。理解这些适应性变化对于保障航天员操作绩效至关重要。目前尤其需要深入了解长期低重力暴露对坐姿操作（如驾驶、着陆、导航）中手动任务绩效的影响——此类任务依赖前庭、视觉与本体感觉信号的整合，进而驱动不熟悉重力环境下的运动适应。然而，低重力下的感觉运动过程及其适应机制仍未被完全阐明，特别是长期暴露后的效应。本述评（perspective paper）综合了现有主要源自具固有局限性的实验平台的知识，探讨用于太空飞行准备之低重力模拟技术与用于前庭或神经损伤后康复支持技术之融合，并建议未来研究应通过跨学科合作，聚焦利用AI驱动辅助技术进行长期低重力模拟。
本文解读文献发表于《Frontiers in Psychology》，题为"Perceptual and sensorimotor adaptations to hypogravity: implications for manual task performance and verticality perception"。
【研究背景与问题提出】
低重力（Hypogravity, HG；0 < g < 1 g，如月球约1/6 g、火星约3/8 g）使人体重量与法向力减小而惯性不变，摩擦降低，引发感觉运动系统、肌肉骨骼系统及心血管系统的生理适应，进而影响空间定向、知觉与任务绩效。感觉输入（尤其是本体感觉与耳石前庭觉）受损会破坏运动协调，且返回地面后仅部分恢复；感觉运动紊乱受经验调节。中枢神经系统通过多感觉整合（前庭、视觉、本体感觉）构建重力的内部模型（internal model），但在低重力下感觉信息冲突使校准困难，导致垂直性知觉（Subjective Visual Vertical, SVV）、平衡控制及运动控制受损。已有研究多关注站坐转换、指向/追踪及全身平衡行走，而对坐姿状态下的操作性手动任务（驾驶、巡视器操控、着陆等需精确垂直知觉与空间更新）研究明显不足。此外，现有实验范式在低重力暴露时长上受限，难以研究长期生理与行为适应。因此有必要在模拟低重力条件下开展针对坐姿、任务相关性、长期暴露的评估。本文作为述评，整合现有知识并指出未来方向。
【关键技术方法】
研究人员采用文献述评与多学科技术平台对比分析方法。低重力及微重力（Microgravity, MG；近0 g）模拟平台包括：抛物线飞行（Parabolic Flight, PF；每周期20–30 s失重/低重力段，短时暴露）、短臂离心机（Short Arm Centrifuge, SAC；可模拟>1 g及部分低重力，分钟至小时级）、中性浮力（Neutral Buoyancy；模拟近0 g机械卸载）、体重支持系统（Body Weight Support, BWS；可调节有效体重，模拟0.2–0.8 g下肢加载但前庭真实性低）、头倒倾斜/头正倾斜（Head-Down Tilt/Head-Up Tilt, HDT/HUT；模拟体液移位）、干浸没（Dry Immersion, DI；轴向卸载模拟MG）、头低位卧床（Head-Down Bed Rest, HDBR；模拟MG心血管与感觉运动效应）及轴向加载服（Axial Loading Suits，如Penguin/Adeli服）。研究人员对比各平台在持续时间可扩展性、低重力保真度、心血管与肌肉骨骼去适应程度、感觉运动重加权（sensorimotor reweighting）诱导能力、前庭-本体感觉不匹配特性及局限性方面的差异，以此论证现有平台缺乏可长期、可控模拟上肢/坐姿低重力感觉运动适应的集成框架。
【研究结果】
2 Major findings for perceptual processes under hypogravity（低重力下知觉过程的主要发现）
研究人员指出低重力主要影响空间定向、视觉垂直知觉、本体感觉与前庭功能及身体图式（body schema）。低重力下耳石重力感受信号减弱，感觉运动系统发生重加权（reweighting）——视觉依赖增强，视觉成为解决感觉冲突的首要信号。前庭-重力感受系统可出现左右或模态不对称直至适应完成。滚转倾斜知觉（roll-tilt perception）被低估（"G-shortage"现象），即相同倾斜角在低重力下被感知为更小角度，Observer模型预测0.5 g下20°静态滚倾可低估约17.5%，3/8 g及1/6 g更低估；训练可改善准确率但变异性长期偏高。主观视觉垂直（Subjective Visual Vertical, SVV）向躯干参照偏移，因前庭线索可靠性下降及岛叶/前庭系统参与度有限；抛物线飞行研究发现约0.3 g为临界阈值，低于此重力线索依赖体中心参照而非真垂直；Neurolab离心机及国际空间站（International Space Station, ISS）研究显示中等级g（0.5–1 g）出现倾斜/俯仰错觉，微重力16 d内快速适应但仅部分再校准，长期飞行引起耳石介导眼反射适应性改变，训练有素航天员多感觉整合改变较少。低于约0.22 g垂直性知觉与任务绩效受影响，距离、坡度、相对位置变异性增大，近距低估远距高估，月表地形深度知觉受无大气光影、色彩对比及尺度陌生影响而误判。本体感觉方面，肌梭敏感性迅速下降，前庭脊髓反射（vestibulospinal reflex）减弱，足跖皮肤感觉改变（振动知觉频依赖变化），肌肉-关节-足部g负荷减少使本体驱动进一步降低，但短时内可能因短时记忆在g转换初期保持稳定；干浸没2 h即见肌张力变化。本体输入减少促使身体图式重新校准，仍受先前期望影响致垂直性漂移与前庭可靠性下降，系统逐步适应以保留空间知觉与动作，预测性控制暴露于微重力约6个月达平台，返回后约30 d恢复基线。
3 Major findings for motor processes under hypogravity（低重力下运动过程的主要发现）
感觉运动计划与控制：周边空间（peripersonal space）够物（reaching）依赖视觉-本体-前庭信号编码目标相对身体位姿，低重力下到达运动准确性下降，归因于前庭与本体信息改变及肌梭参与不足致脊髓长环路反馈微调能力改变。
姿势控制与平衡：低重力下姿势策略从踝策略转向髋/躯干策略，脊柱刚度增加以稳定躯干，质心平衡需更大振幅、更慢节奏的髋/躯干调控，伴较大姿势摆动；抛物线飞行显示下肢协同收缩增加，但此为非精细调节的低效策略。Apollo登月任务记录至少23次跌倒佐证平衡问题。
反射机制：H反射/T反射阈值降低、幅值增大，肢体卸载实验示反射兴奋性增高或正常姿势依赖性调谐平坦化，致用力平滑性与精确性降低、反应变慢或变异性增大、易疲劳肌力减弱。
精细运动控制（Fine Motor Control）：随时间推移神经肌肉协调改变与本体驱动减少致肌力下降，键盘与装配类精细任务主观工作负荷略高于1 g，力量分级恶化（更少力量阶梯、更高阈值），关节僵硬限制微调整。
空间更新（Spatial Updating）：受损且仅部分恢复；0.5 g下滚倾手动控制绩效即刻下降可达69%（n=10，离心机摇杆闭环任务，暴露18 min），适应后改善轻微；头低位卧床进一步抑制运动、减慢反应时间（尤高视觉依赖者），代偿性运动策略增加低重力下行走能耗。
4 Convergent technologies: space medicine and rehabilitation（交叉技术：航天医学与康复）
重力量级调节装置（PF、BWS、离心机、重力补偿系统如外骨骼）中，PF时长短成本高，BWS可长期评估但尚无成熟上肢低重力训练方案，离心机临床用于卒中康复步态平衡改善但上肢研究仅能间接涉及，外骨骼提供上肢机械卸载不改前庭输入故限制知觉重加权。地面重力卸载类比（HDT模拟MG头侧体液移位、HUT模拟立位应激、DI轴向与支撑卸载、HDBR模拟MG多系统效应）多用于早期康复与临床，但因诱发轴向卸载或取向改变而非真实重力扭矩与动态臂负载改变，对上肢研究受限。轴向加载服（Penguin/Adeli/Regent服及可变向量对抗服）通过弹性组件重建轴向负荷、增强本体输入、促神经肌肉激活，用于脑瘫与卒中康复中姿势与步行恢复，但不改变上肢重力负荷故不适用于手动绩效与垂直性知觉研究。综上航天与康复技术在促进改变机械-感觉-重力条件下的感觉运动再校准上有交集，但仍缺专注上肢手动任务低重力适应过程的解决方案。
【讨论与结论翻译】
讨论部分指出航天员在飞行期间特别是g转换时（最关键的操纵任务阶段）经历显著感觉运动变化与适应。NASA关注手动航天器控制、人适应能力预测、神经重塑、感觉运动整合及专项训练；ESA Explore 2040战略聚焦地月火表面任务中人因绩效保障技术。现存缺口包括：缺乏长期低重力（月/火）暴露的人体数据、未明确低重力水平-暴露时长-频次对训练保证绩效的阈值、缺验证对抗措施。未来应设计模拟变重力下长期、任务定义明确的坐姿/上肢精细控制研究；开发融合并行运动与知觉过程的自适应系统（基于实时绩效指标与知觉状态的人体约束个性化重力系统）；结合任务相关人-机交互（Human-Machine Interaction, HMI）与AI/ML构建数据驱动个性化辅助，用精度、变异性、运动时间、跨 session 进步量化验证。跨学科（神经科学、工程、生物力学、医学、任务规划、终端用户）协作并利用航天-康复共性任务与标准化指标加速数据与对策开发。未来上肢研究应超越单纯生物力学卸载，走向融合HMI与数据驱动自适应控制的集成交叉系统，以更准确表征变重力载荷下的人体运动与知觉过程。
研究结论归纳：低重力环境下耳石前庭信号衰减引致多感觉重加权（视觉依赖增强），造成滚转倾斜低估、SVV向体中心偏移及身体图式漂移；到达准确性降低、姿势控制转为髋-躯干刚度策略、反射兴奋性改变、精细运动力量分级退化及空间更新受损，共同影响坐姿手动任务绩效。现有低重力模拟平台均无法同时满足长期、可控重力、真实前庭输入及上肢任务导向的感觉运动适应研究需求。航天医学与神经康复在感觉运动再校准技术上存在双向转化价值。建议未来通过跨学科合作研发AI驱动的个性化可变重力上肢/坐姿任务模拟与自适应HMI系统，填补长期低重力暴露人因数据空白并为航天员训练与前庭神经损伤康复提供循证对策。
