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Les médecins et biologistes savent depuis plusieurs années déjà que les voyages dans l’espace ne sont pas sans incidence sur le corps humain : perte de densité osseuse, atrophie musculaire ou encore modification de l’expression des gènes, l’espace peut entraîner toute une gamme de changements biologiques qui doivent être pris en compte pour assurer la bonne santé des astronautes. Récemment, des chercheurs ont découvert que les voyages spatiaux affectaient également la connectivité cérébrale.

Une équipe internationale de chercheurs russes et belges, dont des scientifiques de l’Université HSE, a découvert que les voyages dans l’espace avaient un impact important sur le cerveau : ils ont découvert que les cosmonautes démontraient des modifications de la connectivité cérébrale liées à la perception et au mouvement.

Certaines zones, telles que les régions des cortex insulaire et pariétal, fonctionnent de manière plus synchrone avec d’autres zones du cerveau après le vol spatial. En revanche, la connectivité de certaines autres régions, telles que le cervelet et les noyaux vestibulaires, diminue. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Frontiers in Physiology.

Voyages spatiaux et corps humain

Alors que Roscosmos (l’agence spatiale russe) discute de futurs vols habités vers Mars, que la NASA envisage d’ouvrir la Station spatiale internationale à des fins de tourisme commercial et que SpaceX teste son prototype Starship Mars, les scientifiques sont gravement préoccupés par les conséquences d’un séjour prolongé dans l’espace. Pendant les vols, les astronautes sont continuellement exposés à l’apesanteur, ce qui nécessite une adaptation et provoque des modifications au sein du corps.

La vie sur les planètes et les satellites colonisés exigera des conditions spéciales pour que notre corps conserve son intégrité. Bien que les effets de l’apesanteur sur les os, les muscles et le système vestibulaire soient bien connus, la manière dont le cerveau humain gère la microgravité n’a pas encore été complètement examinée. Des études récentes utilisant la neuroimagerie ont montré que les voyages dans l’espace affectaient bien le cerveau.

L’IRM fonctionnelle pour traquer les modifications cérébrales chez les cosmonautes

Une collaboration internationale de chercheurs a utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour mesurer la connectivité cérébrale chez un groupe de onze cosmonautes dans le cadre d’un projet de recherche novateur. Il s’est avéré que l’adaptation à la microgravité et les modifications de l’activité motrice associées peuvent entraîner des modifications de la connectivité fonctionnelle entre les zones du cerveau.

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Les chercheurs ont utilisé l’IRM fonctionnelle pour étudier le cerveau des cosmonautes, et ont utilisé un système de simulation de marche (KORVIT) afin de stimuler certaines zones sensorielles. Crédits : Ekaterina Pechenkova et al. 2019

Les chercheurs ont réalisé des IRMf cérébrales sur les cosmonautes avant et après des missions spatiales d’une durée moyenne de six mois, puis ont comparé leurs données à celles de volontaires en bonne santé restés sur Terre.

Les scientifiques étaient à la recherche de changements dans la connectivité entre les zones cérébrales sous-jacentes aux fonctions sensorimotrices telles que le mouvement et la perception de la position du corps. Ces zones cérébrales ont été activées par une stimulation plantaire imitant la démarche.

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Des modifications dans la connectivité fonctionnelle de certaines zones cérébrales

Une diminution de connectivité pour limiter le flux d’informations contradictoire

Les chercheurs ont découvert des changements dans les connexions cérébrales des cosmonautes. Pour compenser le manque d’informations des organes de l’équilibre, qui ne peuvent fournir des informations fiables en microgravité, le cerveau développe un système auxiliaire de contrôle somatosensoriel, reposant davantage sur le retour visuel et tactile, plutôt que sur l’entrée vestibulaire.

D’une part, une diminution de la connectivité entre le cortex cérébral et les noyaux vestibulaires a été mise en évidence. Sous la gravité terrestre, les noyaux vestibulaires sont responsables du traitement des signaux provenant du système vestibulaire. Mais dans l’espace, selon les chercheurs, le cerveau pourrait alléger l’activité de ces structures pour éviter des informations contradictoires sur l’environnement. Ils ont également constaté qu’après le vol spatial, les connexions du cervelet et de plusieurs autres structures, en particulier celles responsables des mouvements, diminuaient.

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Carte des modifications de connectivité entre les zones cérébrales ; le bleu indique une diminution et le rouge une augmentation. Crédits : Ekaterina Pechenkova et al. 2019

Une augmentation de connectivité pour faciliter l’adaptation sensorielle en microgravité

D’autre part, l’IRMf a montré une augmentation des connexions entre le cortex insulaire dans les hémisphères gauche et droit, ainsi qu’entre le cortex insulaire et d’autres zones du cerveau.

Les lobes insulaires, entre autres, sont responsables de l’intégration des signaux provenant de différents systèmes de capteurs. Des fonctions similaires sont remplies par la région du cortex pariétal dans le gyrus supramarginal droit, qui a également démontré une connectivité accrue avec d’autres régions du cerveau après le vol.

« Il est intéressant de noter que l’augmentation de la connectivité entre le gyrus supramarginal droit et le cortex insulaire gauche était plus importante chez les cosmonautes qui avaient connu un processus d’adaptation initial moins confortable sur la station spatiale (ceux qui avaient le vertige, l’illusion de la position du corps, etc.) » déclare Ekaterina Pechenkova, chercheuse principale au laboratoire HSE pour la recherche cognitive.

Les chercheurs pensent que ce type d’information permettra éventuellement de mieux comprendre pourquoi il faut plus de temps à certaines personnes pour s’adapter aux conditions de vol dans l’espace, et de développer des programmes de formation individuels plus efficaces pour les voyageurs de l’espace.

Sources : Frontiers in Physiology

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