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Selon des études récentes, le cerveau des astronautes est durablement modifié par les séjours orbitaux de longue durée. Pour un voyage vers Mars, la solution pourrait être… l’hibernation. Cet article est extrait du magazine Sciences et Avenir n°867 (mai 2019).

Espace 11 05 2019
Un astronaute un chouïa dissipé ©Pixabay

La planète Mars est en ligne de mire des Américains et des Chinois, résolus à être les premiers à fouler son sol rouillé dans les prochaines décennies. Voici venu l’époque des explorateurs interplanétaires ! Ou presque… Car un obstacle semble se dessiner : à l’instar des explorations maritimes frappées par le scorbut, la conquête spatiale pourrait être freinée par… la dégénérescence cérébrale. Une étude européenne, menée sous la houlette du Belge Floris Wuyts, de l’université d’Anvers (Belgique), et publiée en novembre 2018 dans le New England Journal of Medicine, vient en effet de montrer les effets délétères d’un voyage au long cours dans l’espace sur cet organe.

Ce n’est pas la première fois que les chercheurs émettent des doutes sur la capacité de l’organisme humain à résister aux effets d’un voyage en apesanteur de six mois au moins pour rallier la planète Rouge. C’est précisément pour expérimenter ces effets et leur trouver des parades que les équipages séjournent durant six mois dans la Station spatiale internationale (ISS). La fonte des muscles, la baisse de la vue ou de la densité osseuse sont aujourd’hui bien documentées. Mais le comportement du cerveau restait une grande inconnue.

Menée par l’équipe du psychiatre américain Vincent Koppelmans, de l’université de l’Utah, la toute première étude (2016) s’appuyait sur des analyses d’IRM (imageries par résonance magnétique) pratiquées sur 27 astronautes de la Nasa avant et après leur mission : la moitié d’entre eux ayant réalisé un vol de deux à trois semaines sur la navette spatiale, les autres de longs séjours sur l’ISS. Il s’agissait d’analyser les modifications éventuelles de la matière grise. "Nous avons constaté une diminution importante de son volume, comprenant de grandes zones couvrant les pôles temporal et frontal et autour des orbites, soulignent les auteurs de l’étude. Dans certaines régions du cerveau, cet effet était plus important pour les équipages de l’ISS que pour ceux de la navette." Les zones cérébrales les plus affectées sont celles où sont représentés les membres inférieurs… sans emploi en apesanteur.

Les vols de courte durée ont peu d’effets

Une seconde étude américaine, dirigée par la neuroradiologue Donna Roberts, de l’université de Caroline du Sud, publiée dans le New England Journal of Medicine, a abondé dans le même sens en 2017. Elle portait sur 34 astronautes de la Nasa ayant effectué des vols de courte durée à bord de la navette ou séjourné longuement sur l’ISS. L’analyse des IRM cérébrales, réalisées avant et après le vol, montre que les astronautes ayant réalisé des vols de courte durée sont peu touchés. En revanche, chez les autres, le sillon central - qui sépare les lobes pariétal et frontal - se rétrécit. En outre, le cerveau se déplace vers le haut du crâne. En d’autres termes, plus on passe de temps dans l’espace, plus le cerveau se modifie. Ce que vient donc de confirmer l’équipe de neuroscientifiques menée par Floris Wuyts en analysant le cerveau de dix cosmonautes russes ayant passé en moyenne 189 jours à bord de l’ISS. Les scientifiques ont réalisé des IRM cérébrales avant puis peu après la fin de leur mission, et sept mois après leur retour pour sept d’entre eux. Ils ont ainsi pu mettre en évidence les modifications des trois principaux tissus cérébraux : réduction du volume de la matière grise, augmentation du volume du liquide céphalorachidien dans le cortex et variations de la substance blanche qui sert aux communications entre neurones. Sept mois après leur retour, si ces effets étaient en partie inversés, ils demeuraient toutefois encore détectables.

Une explication aux malaises des astronautes

Ces changements pourraient expliquer certains malaises endurés par les astronautes, tels qu’une augmentation de la pression intracrânienne, des oedèmes du nerf optique ainsi qu’une perte d’acuité visuelle. Sans que les chercheurs puissent préciser à ce stade si cela pourrait entraîner d’autres pathologies plus invalidantes. D’autant que les lobes frontal et pariétal, les plus affectés, sont en charge du mouvement du corps et de la fonction exécutive supérieure. Or une atteinte de celle-ci altérerait les capacités des astronautes à s’adapter à un nouvel environnement et à gérer des situations nouvelles… Toutes choses que l’on attend justement d’un explorateur de nouveaux mondes.

Ces modifications cérébrales dues à l’absence de gravité pourraient-elles avoir un effet durable sur les capacités cognitives ? Et comment réagira le cerveau non plus à l’apesanteur, mais à la faible gravité qui règne sur la Lune et sur Mars si des bases spatiales s’y établissent un jour ? Personne ne peut le dire, les études étant balbutiantes. C’est pourquoi, le 23 janvier, Donna Roberts, de l’université médicale de Caroline du Sud, et Lonnie Petersen, de l’université de Californie à San Diego, ont publié dans la revue Jama Neurology une tribune réclamant davantage d’analyses de ce qu’elles nomment le syndrome Hals (hydrocéphalie associée à un vol spatial de longue durée). "Ce syndrome peut constituer une réponse normale du cerveau. Mais nous devons évaluer si Hals représente une réponse adaptative ou un processus pathologique qui doit être atténué, peut-être par gravité simulée", précisent les chercheuses dans un communiqué publié par l’université médicale de Caroline du Sud.

La gravité simulée, entre science-fiction et réalité

La science-fiction a souvent recouru à la gravité simulée pour imaginer comment les hommes pourraient accomplir des voyages interstellaires. Dans de vastes vaisseaux en lente rotation, la force centrifuge permet en effet de reproduire une gravité artificielle. Mais simuler la gravité terrestre nécessiterait un engin d’au moins 450 mètres de diamètre ! Quant à un petit vaisseau avançant en rotation rapide, cela entraînerait vertiges et nausées. La solution ? Endormir les astronautes pendant la durée du voyage pour qu’ils ne subissent pas ces tourments. La Nasa et l’Esa, l’Agence spatiale européenne, ont entamé des recherches dans ce sens. Lors de la conférence de la Société américaine de physiologie, en octobre 2018 à La Nouvelle-Orléans, les scientifiques ont abordé la possibilité pour les humains d’entrer en hibernation dite synthétique. Pour cela, il faudrait connaître le déclencheur neuronal qui, chez les animaux hibernants, enclenche l’abaissement de la température corporelle pour ralentir le métabolisme. Mais ce processus, qui prend place dans le bulbe rachidien, siège du contrôle de la production de chaleur chez les mammifères, reste inconnu.

L’hypothermie thérapeutique est déjà utilisée à l’hôpital en cas de manque d’oxygène à la naissance, de crise cardiaque ou d’hémorragie : la température corporelle est abaissée à 32-34 °C grâce à une enveloppe réfrigérée ou à l’injection de sérum physiologique refroidi, permettant à l’organisme de consommer moins d’oxygène et au cerveau de récupérer ou de se protéger. En vue d’adapter ce protocole aux voyages spatiaux, l’entreprise américaine SpaceWorks a présenté en 2017 ses premiers travaux sur la stase humaine (ralentissement de la circulation sanguine) qui ont consisté à plonger un équipage en état d’hypothermie et de profond sommeil pendant 14 jours. Un début prometteur, mais les chercheurs reconnaissent progresser difficilement sur l’étroite ligne de crête entre la longue torpeur… et le grand sommeil.

Un jumeau plus vieux que l’autre

Scott et Mark Kelly, vrais jumeaux américains au patrimoine génétique identique, viennent d’entrer dans l’histoire spatiale. Le premier a séjourné 340 jours dans la Station spatiale internationale en 2015, tandis que le second était utilisé comme témoin à terre. Pendant 25 mois, les deux frères ont été les cobayes d’expériences scientifiques avant et après le vol orbital, ce qui a permis de réaliser la première étude de physiologie comparative de longue durée. Le résultat de l’étude, annoncé le 11 avril par la Nasa, interroge. En orbite, le système immunitaire semble en surchauffe, activant des milliers de gènes jusque-là silencieux, tandis que le microbiome s’enrichit de nouvelles espèces de bactéries. Si celles-ci disparaissent rapidement au retour, 8,7% des gènes de Scott Kelly avaient encore un comportement altéré 6 mois plus tard. Quant aux télomères, l’extrémité des chromosomes, leur longueur moyenne augmente étrangement dans l’espace, comme si les cellules rajeunissaient. Mais cet effet s’annule au retour, et les chercheurs ont détecté au final de nombreuses cellules contenant des télomères plus courts, signe d’un vieillissement accéléré. Enfin, l’astronaute s’est montré, après son vol, bien moins performant aux différents tests cognitifs…

 

Source : Sciencesetavenir.fr

 

Information complémentaire :

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