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Sans gravité, le fluide autour du cerveau d’un astronaute se déplace de manière étrange

Le fluide autour du cerveau se redistribue dans le crâne pendant le vol spatial, ont découvert des scientifiques dans une nouvelle étude de 11 cosmonautes qui ont visité la Station spatiale internationale (ISS).

L’étude, qui confirme les conclusions précédentes sur les effets de la microgravité sur le cerveau humain, a été dirigée par Steven Jillings, doctorant au Lab for Equilibrium Investigations and Aerospace (LEIA) de l’Université d’Anvers en Belgique. Auparavant, Jillings était co-auteur de deux études qui examinaient l’effet des vols spatiaux sur le cerveau des cosmonautes russes, et récemment Jillings a pris la barre analytique pour approfondir le sujet.

Jillings et l’équipe ont étudié le cerveau de 11 cosmonautes avant leurs vols spatiaux, puis à nouveau neuf jours après l’atterrissage, puis à nouveau six à sept mois après leur retour sur Terre. Jillings a participé à des travaux antérieurs sur les cerveaux des vols spatiaux qui utilisaient un type standard d’imagerie par résonance magnétique (IRM), et ce nouveau travail utilisait un type particulier d’IRM qui impliquait une série d’images IRM de diffusion (IRMd). Cela a permis un examen plus approfondi du paysage du cerveau pour voir comment les vols spatiaux l’ont changé.

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Cette illustration provient de l’étude du cerveau des cosmonautes réalisée par Steven Jillings de l’Université d’Anvers. En septembre 2020, Jillings et son équipe ont publié des résultats qui confirment les découvertes antérieures sur l’effet du vol spatial sur la distribution du liquide craniospinal autour du cerveau. La région inférieure du cerveau était entourée de plus de ce fluide que la région supérieure du cerveau. C’est probablement un signe que le vol spatial a provoqué un déplacement du cerveau vers le haut dans le crâne. (Crédit d’image: Steven Jillings / Ben Jeurissen / MRtrix3)

Jillings s’est intéressé aux effets des vols spatiaux sur le cerveau humain avec l’aide de son superviseur, Floris Wuyts, qui a une expérience dans l’étude du système vestibulaire – un ensemble d’organes sensoriels dans l’oreille interne qui sont responsables de l’équilibre et de l’orientation spatiale.

En 2009, Wuyts a rédigé une proposition visant à faire des IRM sur 11 cosmonautes de l’agence spatiale russe Roscosmos pour étudier la neuroplasticité cérébrale, ou la capacité du cerveau à s’adapter à de nouveaux environnements. Ce travail a commencé en 2013 et Jillings a rejoint en 2016. Les nouvelles analyses étaient basées sur des observations du cerveau des cosmonautes qui ont commencé en 2017, date à laquelle les chercheurs avaient suffisamment de données pour faire un test statistique formel. Jillings a principalement analysé et interprété les données de cette étude.

Le corps humain est conçu pour fonctionner sous la gravité terrestre, et nombre de ses parties ont évolué pour répondre à cette traction vers le bas. Ces systèmes biologiques changent lorsque les humains (et d’autres mammifères) passent une longue période de temps en orbite, où un environnement de microgravité provoque une sensation d’apesanteur.

À la surface de la Terre, les matériaux liquides et gélifiés de notre corps réagissent à la gravité d’une manière qui est importante pour notre fonctionnement quotidien. Un endroit où cela se produit est dans l’organe de l’otolithe, une partie du système vestibulaire.

L’otolithe, trouvé à l’intérieur de l’oreille interne, aide le cerveau à recevoir des informations qui lui indiquent l’orientation de la tête. Il est composé de minuscules structures cristallines appelées otoconie, qui reposent à plat sur un gel dans l’oreille interne.

Lorsque la tête fait un mouvement comme s’incliner vers une épaule, la gravité tire les cristaux d’otoconie vers le bas à travers les poils de l’oreille interne, envoyant un signal au cerveau que la tête s’est inclinée. Mais en microgravité, il n’y a pas assez d’attraction gravitationnelle pour dire au cerveau que la tête a changé de position. Les premiers jours dans l’espace sont désorientants pour les membres de l’équipage spatial, et une exposition prolongée à la microgravité signifie qu’ils ont besoin d’une période de réajustement à la gravité lorsqu’ils reviennent sur Terre.

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Jillings et son équipe ont découvert que, pendant les vols spatiaux, le fluide autour du cerveau et de la colonne vertébrale ne bouge pas comme il le fait sur Terre. Ce nouveau travail a révélé que les cosmonautes qui avaient effectué des missions de six mois sur l’ISS ont subi un déplacement de leur cerveau vers le haut et que le fluide trouvé autour du cerveau et de la colonne vertébrale se redistribuait en raison de la microgravité.

« Le liquide céphalo-rachidien est tout le liquide qui circule autour de votre cerveau et de votre moelle épinière; il l’entoure », a déclaré Jillings à Space.com. « [The fluid] a plusieurs fonctions, mais le fait que ce soit autour de votre cerveau aide également [when you] bosse la tête. Il agit comme un espace tampon [so] vous ne touchez pas immédiatement votre tissu cérébral.  »

En plus d’amortir le cerveau, le liquide céphalo-rachidien aide également à éliminer les déchets de l’organe de l’esprit. Et dans les corps des cosmonautes surveillés dans cette étude, ce fluide semblait s’accumuler près de la partie inférieure du cerveau après leur retour de l’espace. Cela suggère que le cerveau s’est soulevé. Cependant, cela est temporaire et réversible, car les analyses de suivi ont montré que les cerveaux étaient presque entièrement revenus à ce à quoi ils ressemblaient lors des analyses avant le vol.

L’étude a confirmé ce que des études antérieures avaient également détecté, à savoir que les structures ouvertes trouvées profondément à l’intérieur du cerveau où le liquide céphalo-rachidien est produit, appelées ventricules, se dilatent dans l’espace. Et ce nouveau travail a révélé que, bien que les ventricules aient rétréci entre les examens post-vol et les examens de suivi de 7 mois, il y avait encore plus de liquide céphalo-rachidien dans les ventricules des cosmonautes qu’avant leur départ dans l’espace.

Les chercheurs ont vu qu’il y avait en effet une entrave à la circulation normale de ce fluide. Et, bien que cela ne semble pas avoir d’effet sur la pression à l’intérieur du crâne, cette perturbation de la circulation normale du liquide craniospinal pourrait être la raison pour laquelle généralement, certains membres d’équipage éprouvent une vision floue pendant et après le vol spatial.

Jillings a déclaré à Space.com que l’utilisation de différentes techniques d’IRM dans la recherche future pourrait aider les scientifiques à glaner encore plus d’informations sur le cerveau dans l’espace, comme si le vol spatial provoque ou non un changement structurel du cerveau lui-même.

L’étude de Jillings a été financée par l’Agence spatiale européenne et est une collaboration avec l’Institut des problèmes biomédicaux de l’Académie russe des sciences. La recherche est détaillée dans un article publié le 4 septembre dans la revue Science Advances.

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