Apesanteur, proprioception et cerveau

Dans l’espace, les astronautes ne subissent plus la pesanteur. Certains effets négatifs de cette absence de gravité sont déjà bien documentés, comme la fonte des muscles. Mais, selon des études récentes, le cerveau des astronautes est durablement modifié par les séjours orbitaux de longue durée.

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Image parskeeze de Pixabay 

La proprioception est étroitement liée au système postural qui est notre capacité à maintenir une posture en  nous opposant à l’effet de l’apesanteur. La lutte contre cette force est sous la dépendance du tonus des muscles antigravitaires (muscles extenseurs des membres inférieurs, muscles paravertébraux). En situation d’apesanteur, le système musculo-squelettique n’est plus soumis au contrainte de la gravité, ce qui entraîne son altération progressive. Mais, le cerveau est aussi affecté ! ( Nda : Est-ce bien surprenant quand on sait que la proprioception a la particularité de s’appuyer sur la plasticité cérébrale ?)

En effet, on peut lire dans un article de Sciences et Avenir, qu’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 de montrer les effets néfastes d’un voyage au long cours dans l’espace, sur le cerveau .

Pour expérimenter ces effets et trouver des moyens de les diminuer, des 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 maintenant bien étables. Mais le comportement du cerveau demeurait une grande inconnue.

Une étude (2016) menée par l’équipe du psychiatre américain Vincent Koppelmans, de l’université de l’Utah, s’ est appuyée 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. L’objectif était 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.

Une autre étude américaine, dirigée par la neuroradiologue Donna Roberts, de l’université de Caroline du Sud, publiée dans le New England Journal of Medicine a porté sur 34 astronautes de la Nasa ayant effectué des vols de courte durée à bord de la navette ou séjourné longuement sur l’ISS. Elle a montré, grâce à l’analyse des IRM cérébrales, réalisées avant et après le vol, que les astronautes ayant réalisé des vols de courte durée sont peu impactés par les effets de la gravité. A contrario, plus le temps passé dans l’espace est important et plus le cerveau se modifie. Sept mois après le retour des astronautes, ces effets étaient en partie inversés, mais ils demeuraient encore détectables.

Ensuite, l’article explique que les changements observés dans le cerveau pourraient expliquer les malaises endurés par les astronautes dans l’espace et note que les lobes frontal et pariétal, les plus touchés, sont en charge du mouvement du corps et de la fonction exécutive supérieure (qui permet de s’adapter à un nouvel environnement et de gérer des situations nouvelle).

L’ article se termine sur une étude portant sur des jumeaux, l’un  ayant séjourné 340 jours dans la Station spatiale internationale en 2015, tandis que le second était utilisé comme témoin à terre. Pendant 25 mois, ils ont été les cobayes d’expériences scientifiques réalisées avant et après le séjour orbital. Les chercheurs ont constaté que l’astronaute testé s’est montré, après son vol, bien moins performant aux différents tests cognitifs !

L’article dans son intégralité : Dans l’espace, le cerveau ne tourne pas rond

Précédemment, un article de Le Soir avait rapporté une étude publiée dans le journal Brain Structure and Function, portant sur le cerveau d’un cosmonaute de 44 ans avant sa première mission spatiale vers l’ISS et après son retour sur Terre, six mois plus tard. Elle avait montré comment la connectivité du cerveau des spationautes est modifiée dans ses zones liées à la proprioception (insula, cervelet).

Le cosmonaute, dont le nom est resté secret afin de protéger ses données médicales, a effectivement subi deux changements majeurs dans le fonctionnement de son cerveau par rapport à l’analyse effectuée par l’imagerie à résonance magnétique (IRM) fonctionnelle effectuée avant le vol. Les images montrent clairement une connectivité réduite de l’insula dans l’hémisphère droit. L’insula est une composante de base de notre système vestibulaire dans l’oreille interne. C’est elle qui est responsable de l’intégration visuelle et de l’information sensorielle proprioceptive. La proprioception désigne la perception, consciente ou non, de la position des différentes parties du corps. Elle fonctionne grâce à de nombreux récepteurs musculaires et ligamentaires, ainsi qu’aux voies et centres nerveux impliqués. […]

D’autre part, ce cosmonaute a montré également une connexion plus faible entre son cervelet et les zones cérébrales liées à la motricité.[…]

Pour le professeur Floris Wuyts de l’Université d’Anvers, qui coordonne le projet, « si ces résultats ne constituent pas une surprise, car on savait déjà que les cosmonautes rencontraient divers problèmes moteurs à leur retour de l’espace (vitesse, précision et coordination des mouvements) ; c’est cependant la première fois que l’on peut visualiser ces changements dans le cerveau et démontrer leurs effets sur le fonctionnement cérébral ». […]

L’article se concluait en expliquant que ce type de recherches est également très pertinent pour des patients alités depuis plusieurs mois ou connaissant un syndrome vestibulaire. (Nda : Le fait de rester sans bouger pendant de nombreux mois entrainant une fonte musculaire et une altération de la proprioception)

L’article dans son intégralité : L’apesanteur modifie le cerveau

A noter qu’à leur retour sur terre, les astronautes sont contraints à un programme intense de rééducation, dont proprioceptive, pour réhabituer leur corps à la gravité terrestre :

Sauf impératifs, il restera cantonné à l’EAC, à Cologne, où des exercices quotidiens d’activité physique l’attendent dont l’intensité et la variété dépendront de sa propre récupération. Au départ, les exercices sont plus doux, axés sur la proprioception, et comportent aussi des massages ; ensuite, il aura un entraînement plus conséquent avec augmentation progressive de la charge et intensité des exercices pour stimuler le muscle.

En règle générale, les astronautes redeviennent autonomes environ trois semaines après leur retour sur Terre, mais il faut compter de « six mois à un an pour que la récupération soit comparable à leur état pré-vol. »

Lire l’article de Futura Sciences :  Comment les astronautes se réadaptent à la gravité terrestre 

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