Selon une nouvelle étude, le cerveau des astronautes est « recâblé » pendant un vol spatial de longue durée pour les aider à s’adapter à cet environnement inhabituel.

Une équipe internationale, dirigée par l’Université d’Anvers en Belgique, a étudié le cerveau de cosmonautes russes restés dans l’espace pendant 172 jours en moyenne.

Les cerveaux changent et s’adaptent, à la fois dans leur structure et leur fonction, tout au long de notre vie, mais cette nouvelle étude a révélé que les effets des vols spatiaux peuvent déclencher leurs propres changements.

Les résultats montrent des changements microstructuraux significatifs dans plusieurs voies de la substance blanche telles que les voies sensorimotrices, responsables des fonctions sensorielle, motrice et de traitement.

L’étude, financée par l’Agence spatiale européenne et Roscomos, constituera la base de recherches futures sur l’ensemble des changements cérébraux lors des voyages spatiaux.

Les cosmonautes impliqués dans l’étude n’ont pas été nommés par les chercheurs.

Alors que l’exploration humaine de l’espace atteint de nouveaux horizons, comme passer plus de temps en orbite terrestre basse, ainsi que voyager vers la Lune et revenir sur Mars, comprendre les effets des vols spatiaux sur le cerveau humain est crucial, a déclaré l’équipe.

Des recherches antérieures ont montré que les vols spatiaux ont le potentiel de modifier à la fois la forme et la fonction d’un cerveau adulte.

L’auteur principal, le Dr Floris Wuyts et ses collègues ont étudié les changements structurels dans le cerveau après un vol spatial au niveau des voies de la substance blanche du cerveau profond.

C’est la partie du cerveau responsable de la communication entre la matière grise et le corps, ainsi qu’entre les différentes régions de la matière grise.

En bref, la matière blanche est le canal de communication du cerveau et la matière grise est le lieu où se fait le traitement de l’information.

Pour étudier la structure et le fonctionnement du cerveau après un vol spatial, les chercheurs ont utilisé une technique d’imagerie cérébrale appelée tractographie des fibres.

«La tractographie des fibres donne une sorte de schéma de câblage du cerveau. Notre étude est la première à utiliser cette méthode spécifique pour détecter les changements dans la structure du cerveau après un vol spatial», a expliqué le Dr Wuyts.

Wuyts et son équipe ont acquis des scans IRM de diffusion (dMRI) de 12 cosmonautes masculins avant et juste après leurs vols spatiaux. Ils ont également collecté huit analyses de suivi, sept mois après le vol spatial.

Les cosmonautes, envoyés dans l’espace par l’agence spatiale russe Roscosmos, se sont tous engagés dans des missions de longue durée d’une durée moyenne de 172 jours.

Les chercheurs ont trouvé la preuve du concept de « cerveau appris », qui est le niveau de neuroplasticité que le cerveau doit s’adapter au vol spatial.

«Nous avons trouvé des changements dans les connexions neuronales entre plusieurs zones motrices du cerveau», a déclaré le premier auteur Andrei Doroshin, de l’Université Drexel.

«Les zones motrices sont des centres cérébraux où les commandes de mouvements sont initiées. En apesanteur, un astronaute doit adapter drastiquement ses stratégies de déplacement par rapport à la Terre.

« Notre étude montre que leur cerveau est recâblé, pour ainsi dire. »

Des analyses de suivi, sept mois après leur retour sur Terre, ont révélé que les changements du vol spatial étaient toujours visibles dans le cerveau.

«D’après des études antérieures, nous savons que ces zones motrices montrent des signes d’adaptation après un vol spatial. Maintenant, nous avons une première indication que cela se reflète également au niveau des connexions entre ces régions», a déclaré le Dr Wuyts.

Les auteurs ont également découvert une explication aux changements anatomiques du cerveau observés après un vol spatial.

«Au départ, nous pensions avoir détecté des changements dans le corps calleux, qui est l’autoroute centrale reliant les deux hémisphères du cerveau», a expliqué le Dr Wuyts.

Le corps calleux borde les ventricules cérébraux, un réseau communicant de chambres remplies de liquide, qui se dilatent à cause des vols spatiaux.

«Les changements structurels que nous avons initialement trouvés dans le corps calleux sont en fait causés par la dilatation des ventricules qui induisent des changements anatomiques du tissu neural adjacent», a déclaré le Dr Wuyts.

« Alors qu’au départ on pensait qu’il y avait de réels changements structurels dans le cerveau, on n’observe que des changements de forme. Cela place les résultats dans une perspective différente.

L’étude illustre la nécessité de comprendre comment les vols spatiaux affectent notre corps, en particulier via des recherches à long terme sur les effets sur le cerveau humain, a-t-il déclaré.

Des contre-mesures actuelles existent pour la perte musculaire et osseuse, comme l’exercice pendant au moins deux heures par jour. Des recherches futures pourraient fournir des preuves que des contre-mesures sont nécessaires pour le cerveau.

«Ces découvertes nous donnent des pièces supplémentaires de l’ensemble du puzzle. Étant donné que cette recherche est si pionnière, nous ne savons pas encore à quoi ressemblera l’ensemble du puzzle.

«Ces résultats contribuent à notre compréhension globale de ce qui se passe dans le cerveau des voyageurs spatiaux.

«Il est crucial de maintenir cette ligne de recherche, en recherchant les changements cérébraux induits par les vols spatiaux sous différents angles et en utilisant différentes techniques», a déclaré le Dr Wuyts.

Les résultats ont été publiés dans la revue Frontières dans les circuits neuronaux.