Cerveaux sur Mars: comment le voyage spatial affecte la fonction cognitive

Qui veut aller sur Mars? Étonnamment, pas si peu de gens. L'idée de coloniser la planète rouge circule dans la société depuis plus d'un an, mais jusqu'à présent, personne n'a cultivé de pommes de terre sur Mars. Il y a plusieurs raisons à cela. L'un des principaux est la nécessité de calculer tous les aspects d'un voyage aussi long, dangereux et imprévisible, sans parler d'être sur une planète avec un environnement très hostile. Les ingénieurs sont engagés dans des vaisseaux spatiaux, des rovers planétaires, des habitations et des combinaisons spatiales pour les futurs colons. Mais l'homme est au centre de toute cette richesse technologique, et comprendre ce que ressentira son corps pendant les longs vols spatiaux et pendant la vie sur une autre planète est une priorité. Par conséquent, les scientifiques de l'Université de Caroline du Sud ont décidé de mener une étude sur le cerveau, sa structure et tous les changements cognitifs possibles qui pourraient se produire s'il se rendait sur Mars. Comment le cerveau change-t-il exactement en fonction du temps passé dans l'espace, comment affecte-t-il le comportement humain, et y a-t-il une crainte pour la future mission de coloniser Mars? Les réponses à ces questions nous apprennent du rapport du groupe de recherche. Allons-y.

Base d'étude

La mystérieuse et mystérieuse Mars, qui a visité à plusieurs reprises le rôle de l'emplacement central des œuvres de science-fiction, est très proche de notre planète Terre, à l'échelle de l'Univers bien sûr. La distance minimale entre les planètes est de 54,6, le maximum est de 401 et la moyenne est d'environ 225. Et tout cela en millions de kilomètres. Pour les gens ordinaires, c'est une distance énorme, et pour les connaisseurs de l'espace - une courte promenade. Cependant, pour surmonter de telles distances avec les technologies à notre disposition, cela prendra de 150 à 300 jours, selon la vitesse de déplacement, la position de la Terre par rapport à Mars et la trajectoire de vol. Pour de nombreux astronautes qui ont visité l'ISS, ce n'est pas si long, mais il y a une différence entre la station orbitale et l'espace entre les planètes.

Des études antérieures sur le cerveau après avoir été sur l'ISS ont déjà été menées. Le résultat de ces études a été l'identification du déplacement vertical du cerveau, l'accumulation de tissus éloquents ( éloquents ) * du cerveau dans le sommet (couronne) et l'expansion des ventricules du cerveau.

Tissu cérébral éloquent * - ce terme fait référence à une région du cerveau dont l'ablation entraînera une perte des capacités linguistiques, des problèmes sensoriels, une paralysie partielle ou complète.

Les chercheurs notent que les données précédemment obtenues sur les changements qui se produisent dans le corps des astronautes pendant et après leur orbite, bien que connues des scientifiques, ne sont toujours pas entièrement comprises. Ainsi, par exemple, l'étiologie et la signification fonctionnelle des changements structurels dans le cerveau ne sont toujours pas claires. Dans les travaux que nous examinons aujourd'hui, les scientifiques ont décidé d'examiner plus en détail ces anomalies et de découvrir dans quelle mesure les changements structurels du cerveau avant / après le vol et les caractéristiques cognitives / motrices d'une personne sont liés.

De plus, les scientifiques ont décidé de lier l'étude de la structure du cerveau des astronautes et le syndrome déjà connu associé aux voyages dans l'espace. En 2017, il a été constaté qu'un long séjour à bord de l'ISS a provoqué des changements ophtalmologiques chez un certain nombre d'astronautes: un changement d'acuité visuelle, des taches de «coton» et des plis choroïdiens sur la rétine (changements ischémiques dans la rétine) et un gonflement du disque optique. La NASA a donné à ces changements le nom commun - SANS ( syndrome neuro-oculaire associé aux vols spatiaux ), c'est-à-dire syndrome neuro-oculaire associé aux voyages dans l'espace.

Les chercheurs pensent que les changements dans le cerveau sont directement liés au SANS et peuvent affecter d'autres aspects du travail du corps, y compris les fonctions cognitives.

Résultats de recherche

L'étude du cerveau des astronautes s'est déroulée en plusieurs étapes, au cours desquelles les scientifiques ont prêté attention à un certain indicateur. Ensuite, nous considérons les points des résultats des analyses et des tests.

Analyse du volume par segments de tissu cérébral

Aucun changement significatif avant et après le vol dans le volume total de matière grise ou blanche n'a été détecté ni par les astronautes navettes ni par les astronautes de l'ISS.


Tableau 1: données concernant l'évolution du volume de matière grise et blanche chez les astronautes avant / après le vol sur la navette et sur l'ISS.

Comme prévu, une augmentation significative du volume ventriculaire total a été observée chez les astronautes après le vol sur l'ISS, mais pas chez les astronautes après le vol sur la navette (10,7% - ISS et 0% - navette, 1A ).


Image n ° 1

Pour les astronautes de l'ISS, la variation en pourcentage du volume ventriculaire pour les ventricules latéral gauche, latéral droit, troisième et quatrième était: 17,1% ± 6 7,3%, 15,2% ± 6 8,4%, 15,4% ± 6 4,9% et 0,83% ± 6 4,57%, respectivement. La valeur de% ∆VV (pourcentage de variation du volume ventriculaire total) variait avant / après le vol en fonction de sa durée ( 1B ). Fait intéressant, la valeur de% ∆VV chez les jeunes astronautes était plus élevée que chez les astronautes plus âgés ( 1C ).

Évaluation des changements locaux dans les limites du cerveau

Compte tenu du fait précédemment établi du déplacement des tissus cérébraux en raison de leur présence sur l'ISS, les scientifiques ont analysé le déplacement local des tissus cérébraux à l'interface entre le cerveau et le liquide céphalorachidien. Les astronautes qui ont subi de longues missions spatiales ont montré d'importants changements locaux dans la structure du cerveau (image ci-dessous).


Image 2: Image IRM du cerveau d'un astronaute montrant l'accumulation de tissu cérébral éloquent dans la région du sommet (couleur rouge) et le déplacement tissulaire local (couleur bleue).

Au cours de l'étude, un encombrement des tissus cérébraux parenchymateux * dans la couronne a été observé, ce qui s'est accompagné d'un encombrement des régions motrices, prémotrices et sensorimotrices primaires. Il a également été révélé un changement dans le tissu cérébral le long des bords du ventricule, ce qui est cohérent avec les observations précédentes concernant l'élargissement ventriculaire.

Parenchyme * - tissu cérébral fonctionnel, composé de neurones et de neuroglies. Des blessures à cette zone du cerveau peuvent entraîner des troubles cognitifs et même la mort.

Dans le même temps, les astronautes qui ont connu des vols spatiaux à court terme (navette) n'ont montré aucune déviation.

La relation entre les changements structurels du cerveau et les habiletés motrices

Tableau 2: résultats des tests de motricité des astronautes avant / après les vols en navette et avant / après avoir été sur l'ISS.

Les tests de motilité ont montré que des modifications structurelles locales du noyau caudé gauche entraînaient néanmoins une diminution du contrôle postural * ( 3A ).

Réflexe postural * - un ensemble de réactions et de réflexes qui assurent la préservation d'une certaine position du corps ou d'une partie du corps dans l'espace.

Image n ° 3: Modifications locales du parenchyme cérébral affectant les résultats des tests moteurs.

Des tests pour restaurer la position du corps après une chute et pour maintenir une position stationnaire ont également montré un effet sur les changements moteurs locaux dans le parenchyme cérébral ( 3B ).

Le temps passé par les astronautes sur les tests «marche» et «accroupissement» ( 3C ) était plus que normal, ce qui indique l'influence des changements locaux dans le cortex cingulaire, qui joue un rôle important dans la mise en œuvre des fonctions exécutives.

Pour résumer le résultat intermédiaire, les changements dans le cerveau causés par un séjour prolongé sur l'ISS (dans le contexte de l'étude) affectent directement la capacité d'une personne à effectuer certaines tâches liées à la motilité. Ces déviations ne peuvent pas être qualifiées de critiques ou affectant négativement les tâches quotidiennes ou professionnelles, mais le fait de leur présence indique la nécessité d'une étude plus approfondie de cet aspect du cerveau humain.

Les scientifiques ont également décidé de tester la relation entre les valeurs de% ∆VV et les résultats des tests moteurs (tableau ci-dessous).


Tableau 3: Corrélation entre la variation en pourcentage du volume ventriculaire total et la variation en pourcentage des résultats des tests de la motilité de 8 astronautes (7 personnes - ISS et 1 - navette).

Une corrélation significative a été trouvée dans les tests pour restaurer la position du corps après une chute et pour maintenir une position fixe. Cela suggère que les sujets avec une augmentation plus importante du% ∆VV ont éprouvé des difficultés avec le contrôle postural en raison du vol spatial.

La relation entre les changements structurels du cerveau et la fonction cognitive

Tous les sujets avant l'étude ont réussi les tests standard WinSCAT ( Windows Spaceflight Neuro-Cognitive Assessment Tool ) pour tous les astronautes, qui évaluent les fonctions neurocognitives.


Capture d'écran d'une version antérieure de WinSCAT (disponible ici ).

Ce programme comprend différentes questions et tâches (logique, mathématiques, etc.).

Cependant, les résultats WinSCAT ne montrent aucune corrélation avec la durée du vol. Par conséquent, comme le disent les scientifiques, ce programme ne peut pas être pris en compte dans cette étude.


Tableau n ° 4: statistiques des tests des astronautes WinSCAT avant et après les vols vers l'ISS.

Après le vol, les astronautes ont montré une diminution significative de la précision des tests CDS (séquences codées) et des tests d'entraînement. Cependant, une amélioration a été notée dans la vitesse du test CDS et du test d'économie d'attention.

Ensuite, les scientifiques ont décidé de vérifier le volume cérébral et les fonctions cognitives, ainsi que la relation entre eux. Au cours de cette étude, 3 sites de substance blanche ont été identifiés qui sont associés à un changement du temps de réponse au CPT (tâches cognitives).


Image 4: Déformation locale du parenchyme cérébral associée au succès du test de performance continue.

Les images cérébrales des astronautes après le vol, dans lesquelles le temps de réaction au test a subi une réduction minimale, ont montré la présence de changements structurels dans trois régions de la substance blanche, à savoir un changement de volume.

Le volume ventriculaire, comme pour le test de décodage des séquences codées, avait également une corrélation négative avec le succès des tests de performance continus. Les astronautes dont les ventricules ont augmenté de volume après le vol ont montré une diminution de la précision et de la vitesse des tests.

Sur les 12 astronautes qui étaient sur l'ISS depuis longtemps, quatre présentaient des signes de SANS: trois avaient des plis choroïdiens sur la rétine, et le quatrième, par ponction lombaire, a révélé une augmentation de la pression intracrânienne et un gonflement du disque optique.

Curieusement, les quatre astronautes avec SANS avaient significativement moins de changements dans le volume ventriculaire du cerveau que les huit sans SANS: 12,8% contre 6,5%. Cependant, les scientifiques ne sont pas prêts à considérer ces observations à cent pour cent correctes et représentatives par rapport à tous les astronautes qui ont connu de longs vols spatiaux, car le nombre de sujets dans l'étude est trop petit. Mais à l'avenir, cette observation inhabituelle recevra une étude plus détaillée.

Si vous réunissez les résultats de tous les tests et de l'IRM, une image définitive émerge du lien entre les voyages dans l'espace et les changements structurels dans le cerveau.

Premièrement, il s'agit d'une corrélation temporaire - les changements dans le cerveau deviennent plus prononcés avec une augmentation du temps passé dans l'espace. Deuxièmement, l'âge - l'effet des longs voyages dans l'espace est plus prononcé chez les jeunes astronautes. Troisièmement, cognitif - tous les changements trouvés dans le cerveau d'une manière ou d'une autre ont influencé les fonctions cognitives des astronautes, dont la qualité de mise en œuvre a diminué après les vols.

L'étude a impliqué 19 astronautes: 6 hommes et 1 femme (âge moyen 46,7 ± 2,1 ans) qui ont piloté la navette (14,7 ± 1,6 jours), ainsi que 10 hommes et 2 femmes (âge moyen 47,5 ± 4,8 ans) qui sont restés sur l'ISS (162,7 ± 21,8 jours). D'une part, un tel nombre de sujets n'est peut-être pas suffisant pour décrire tous les aspects de l'influence de l'espace sur les changements dans le cerveau humain, mais cela suffit pour affirmer sans équivoque qu'il y a de tels changements. Par conséquent, ils doivent être pris en compte lors de la planification de longs vols spatiaux et de la colonisation éventuelle de Mars.

Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques et les documents supplémentaires qui s'y rapportent.

Épilogue

Dans ce travail, il a été constaté que le fait de rester dans l'espace a un effet direct sur les changements dans la structure du cerveau humain et, par conséquent, sur ses fonctions cognitives. Une déclaration similaire pourrait être faite sans mener de recherche, mais il était nécessaire d'établir exactement quels changements se produisent et comment ils affectent exactement les astronautes après de longs vols.

Les tests des habiletés motrices et des processus de pensée ont montré une diminution de la vitesse et de la précision de leur exécution, et l'IRM a permis de déterminer quelles parties du cerveau étaient affectées et sont à l'origine de tels changements dans les fonctions cognitives.

Il convient également de noter que les participants à l'étude étaient des astronautes formés, qui passent beaucoup de temps à se préparer avant les vols, affectant non seulement leur état physique, mais aussi leur état mental. Si les professionnels étaient affectés par la corrélation négative entre le cosmos et les fonctions cognitives, alors que dire des gens ordinaires.

C'est précisément l'importance de cette étude. Étant donné que le désir d'une personne d'explorer l'espace et de coloniser des planètes ne peut être apaisé, il est nécessaire d'être aussi préparé que possible pour une occupation aussi dangereuse et imprévisible.

Les auteurs de notre étude considèrent qu'il est nécessaire de donner la priorité au cerveau humain si nous voulons labourer avec succès les étendues de la galaxie. Tout d'abord, selon eux, il est nécessaire de se concentrer sur l'étude de l'adaptation du cerveau à l'espace et de développer de nouvelles méthodes susceptibles d'améliorer et d'accélérer ce processus.

Voyager dans l'espace n'est pas une tâche facile et nécessite de prendre en compte tous les détails, toutes les options possibles pour le développement d'événements, tous les problèmes et toutes les solutions. Cela devrait concerner non seulement la composante technique, car au centre de toutes ces navettes, fusées, satellites, satellites et autres équipements incroyables, il y aura toujours un homme - une créature avec ses propres avantages et inconvénients.


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