长期航天飞行中,航天失重、节律紊乱等因素引起的认知功能减退,严重影响航天员作业能力和航天飞行任务的完成。开展该条件下的认知损伤机制研究,寻找有效的防护措施,是国际航天医学领域重点关注的问题。航天特因环境应激所诱导的认知功能损伤,是正常健康人群在特因环境下,面临远超本底作业强度的任务时,诱发的认知功能减退。功能性损伤没有明确的病变部位,靶点不明确,现代医学难以发挥作用。中医药强调从整体出发,辨证施治,通过调节人体对外源性伤害性刺激的抵抗力发挥健康维护的作用,对于应激所致认知功能性损伤的防护具有独特优势。长期临床实践表明传统中药人参等具有延缓衰老、抗疲劳、促进学习记忆等作用。药理研究表明所含人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1是其主要活性成分,并可以改善多种应激引起的认知损伤。本论文将采用两种常见的航天应激动物模型（模拟失重模型、睡眠干扰模型）,在建立操作任务下学习记忆能力评价方法的基础上,结合多种行为学评价方法,研究航天模拟动物模型的学习记忆能力改变的特征、损伤强度;研究人参皂苷Rg1、Rb1的改善作用和作用特点,并探讨其作用机制。全文研究内容和结果如下:1.失重效应对学习记忆能力特征的影响研究（1）基于自发活动原理（物体认知、Y迷宫）:Y迷宫实验中,经历两周和四周模拟失重的动物自发交替百分率未发生显著性改变,动物的工作记忆能力在模拟失重两周至四周诱导后未受影响,而在物体认知实验中,两周模型动物辨别指数显著降低,提示新物体识别能力在两周时即显著损伤。（2）基于惩罚原理（跳台、避暗、穿梭、水迷宫）:跳台实验中,获得阶段:两周和四周模型动物登台潜伏期显著延长,安全区时间显著缩短,表现出对躲避电击的学习能力较差。巩固阶段,两周和四周模型动物从台上跳下的潜伏期显著缩短,安全区时间显著缩短,表现出对安全区域的记忆较差。避暗实验中,两周及四周模型动物可能因动物嗜暗驱动力不足,避暗不适用于此模型评价。穿梭实验中,经过两周的模拟失重后动物主动穿梭次数减少,逃避失败次数显著增加,安全区时间显著缩短,提示模型动物联想学习记忆能力减退。水迷宫实验中,两周及四周模拟失重模型动物潜伏期显著升高,目标象限游程比和目标象限时间比显著降低,显示出空间记忆能力受损。（3）基于奖赏原理:首次设置踏板操作-多重颜色信号辨识-奖赏获取一体化联动的奖赏操作任务,对模拟失重动物执行操作任务时的决策、信号辩识等学习记忆行为进行检测。本研究表明,模拟失重四周后,模拟失重大鼠在单次操作条件反射模式中鼻触次数、踏板次数显著减少,完成时间、操作潜伏期延长,在信号辨识模式中辨别指数显著降低,模拟失重效应对动物复杂操作能力、注意力,决策能力,信号辨识能力等均有一定影响。2.人参皂苷Rg1和Rb1及其苷元PPT、PPD对模拟失重效应模型的空间和联想式学习记忆能力改善作用及作用机制研究通过两种行为学实验表明不同剂量的人参皂苷Rg1（30,60μmol/kg）和Rb1（30,60μmol/kg）及其苷元PPT、PPD（30,60μmol/kg）灌胃给药两周后对模拟失重所致认知障碍均具有一定的改善作用。采用液质联用法和免疫印迹实验分别测定海马组织中神经递质变化和蛋白表达水平,发现人参皂苷Rg1和Rb1对模拟失重所引起的学习记忆障碍的改善作用可能与调控线粒体分裂融合平衡,抑制细胞凋亡进程,增强突触可塑性,调节Ach、DA、5-HT、Glu等神经递质水平有关。3.人参皂苷Rg1和Rb1对航天特因环境所致复杂操作任务时学习记忆能力下降的改善作用及作用机制在训练动物学会单次操作条件反射后,筛选达标动物,经过四周的模拟失重效应诱导之后再进行奖赏操作条件反射实验（包括单次操作条件反射、逆转操作、视觉信号辨识三个模式）。实验结果表明,灌胃给药人参皂苷Rg1（30,60μmol/kg）和Rb1（30,60μmol/kg）、石杉碱甲（0.1mg/kg）两周可在一定程度上改善动物的探索兴趣、注意力、操作执行力等,其中以人参皂苷Rg1的改善效果更为显著。通过HE染色、液质联用法和免疫印迹实验等对动物执行功能的重要脑区前额叶皮层区组织的进一步检测显示,人参皂苷Rg1和Rb1改善动物复杂操作任务能力可能与调节线粒体氧化磷酸化功能,改善氧化应激,介导BDNF-TrkB/PI3K-AKT通路抑制细胞凋亡,从而调节突触可塑性相关。同时,在BDNF-TrkB/PI3K-AKT信号通路上,Rg1的调控作用优于Rb1,可能是Rg1发挥较好操作任务能力改善作用的原因之一。4.人参皂苷Rg1和Rb1对睡眠干扰所致认知功能减退的改善作用及机制研究通过两周的滚筒法睡眠干扰诱导动物认知功能改变,以灌胃方式给予两周的人参皂苷Rg1和Rb1（30,60μmol/kg）,提高了模型动物在Y迷宫实验中自发交替百分率（工作记忆能力）,缩短水迷宫实验中寻台潜伏期（空间记忆能力）,同时升高了物体认知实验中的辨别指数（物体辨识能力）。采用液质联用法和免疫印迹实验分别测定海马组织神经递质和蛋白水平改变发现,睡眠干扰会诱导动物海马组织GABA水平升高,干扰PI3K-AKT信号通路,影响突触可塑性,并可能诱导细胞凋亡增加。人参皂苷Rg1和Rb1给药后逆转以上睡眠干扰所致海马组织损伤。综上所述,本课题利用三类不同原理（自发、惩罚、奖赏）的7种行为学实验方法对模拟失重模型认知损伤进行了系统、全面的分析评价。明确了模拟失重诱导的学习记忆能力改变的特征、损伤强度,其中建立的动物执行复杂操作任务时学习记忆能力评价技术为国内外首次报道。证实了人参皂苷Rg1和Rb1能够改善不同类型应激致认知功能损伤,尤其是能够改善应激状态下执行复杂操作任务时学习记忆能力。聚焦线粒体结构和功能研究,发现其改善作用与调节神经递质水平,调控线粒体分裂融合平衡,调节线粒体氧化磷酸化功能,抑制线粒体损伤引发的细胞凋亡进程,增强突触可塑性等相关。本论文为航天在轨飞行应激所致认知功能损伤评价提供了一种与临床表观、结构、预测效度高度相似的实验技术,为航天特因环境下脑功能增强提供了有效的候选药物品种,为各种应激所致认知功能损伤及防护研究从实验方法及防护品种提供了重大战略储备。