Sciences

Dreams : étudier le sommeil des astronautes

Avec Dreams, le sommeil des astronautes dans l’ISS est scruté à la loupe. En micropesanteur l’ensemble des paramètres physiologiques est perturbé et le corps humain doit s’adapter à ces nouvelles conditions. Le rythme circadien s’en trouve affecté, eu égard notamment à l’absence de cycle naturel jour / nuit lors d’un voyage en orbite autour de la Terre : les astronautes voient le soleil se lever et se coucher 16 fois par jour ! 

Le protocole de l’expérience Dreams consiste à équiper l’astronaute, pendant plusieurs nuits, d’un bandeau frontal doté d’un capteur électroencéphalographique fonctionnant grâce à des électrodes sèches.

Afin d’observer l’adaptation et l’évolution des cycles du sommeil, des mesures de référence ont été réalisées avant le vol, puis plusieurs sessions sont prévues à bord en début, milieu et fin de mission. Dreams vise ainsi à démontrer le fonctionnement de l’instrument pour l’étude du sommeil en micropesanteur.

Le bandeau a vocation à rester à bord de l’ISS afin de mettre à disposition de la communauté scientifique un appareil biomédical destiné à recueillir des données hypniques et neuroscientifiques.

L’impact du confinement et de la micropesanteur sur le sommeil est un enjeu important dans le cadre de la préparation des futures missions de longue durée vers La Lune et Mars. Les résultats de Dreams serviront notamment à prévoir et adapter la mise en place de thérapies cognitives afin d’améliorer l’endormissement ou le ré-endormissement des astronautes lors des phases de réveil nocturne.



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© CNES/GRARD Emmanuel, 2021

Partenaires

  • Hôpitaux de Toulouse

  • Dreem

Pilote : la réalité virtuelle pour la télérobotique

Dans la continuité des expériences de neurosciences françaises menées à bord de MIR puis de l’ISS, l’objectif de Pilote est d’évaluer une méthode optimisée d’assistance visuo-tactile aux astronautes lors de la réalisation de tâches télérobotiques

Pilote utilise un casque de réalité virtuelle immersif couplé à un dispositif haptique à retour d’effort1 recréant les sensations de pression et de toucher.

Conçu comme un jeu vidéo immersif, le protocole inclut deux types de tâches à réaliser :

  • les tâches de guidage, d’une part, sont matérialisées par le pilotage d’un drone à travers un parcours d’obstacles afin d’évaluer l’alignement des informations visuelles et haptiques ;
  • les tâches de capture d’un véhicule spatial grâce à un bras robotique doivent permettre, quant à elles, d’évaluer les différences entre un pilotage bi-manuel et un pilotage uni-manuel avec retour haptique. 

1 Un dispositif haptique est une technologie de réalité virtuelle permettant une interaction physique avec un objet virtuel. Il s’agit de restituer à l’utilisateur la perception du toucher (sens tactile) et la sensation de déplacement dans l’espace (sens kinesthésique). 

Les résultats de Pilote fourniront des informations importantes pour optimiser l'ergonomie des postes de travail à bord de l'ISS et, par la suite, du futur véhicule spatial pour les missions lunaires et martiennes. En concevant des interfaces capables de faire face aux défis que l’impesanteur présente pour le système humain, notamment pour la coordination œil-main, les méthodologies qui en résulteront conduiront à une meilleure intégration des informations gravitationnelles dans la conception des interfaces destinées à être utilisées sur Terre.



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© CNES/GRARD Emmanuel, 2021

Partenaires

  • Université de Paris

  • CNRS

  • Tecnalia

  • Oculus

Immersive Exercise : quand le sport rencontre la réalité virtuelle

2h par jour, c’est la fréquence à laquelle les astronautes dans l’ISS doivent s’entraîner pour compenser les effets physiologiques négatifs de la micropesanteur, et notamment la perte de masse musculaire et osseuse. Cet exercice physique quotidien, réalisé dans un environnement fermé et immuable, devient vite répétitif et ennuyeux pour les astronautes dont la motivation s’estompe peu à peu.

L’objectif d’Immersive Exercise est de briser cette routine sportive grâce à la réalité virtuelle. Installé sur l’ergomètre CEVIS, équipé d’un casque de réalité virtuelle immersif et d’une paire de chaussures de cycliste dotée de capteurs de cadence, l’astronaute peut ainsi pédaler depuis l’ISS tout en ayant l’esprit sur Terre.

Des vidéos filmées à 360° sur Terre sont jouées dans le casque de réalité virtuelle et leur vitesse de défilement varie proportionnellement à la vitesse de pédalage. Plusieurs scènes ont été tournées en extérieur parmi lesquelles, à la demande de Thomas Pesquet, un parcours dans Paris à la découverte de ses différents monuments.

Déjà utilisé dans certaines salles de sport terrestres, le dispositif Immersive Exercise pourra être amené à évoluer en intégrant une fonctionnalité de variation de la difficulté de pédalage en fonction du visuel diffusé, selon qu’il s’agit d’une pente ascendante ou descendante par exemple. 

Immersive Exercise vise donc à améliorer la motivation des astronautes à bord de l’ISS, et par conséquent leur performance, dans la perspective des longs voyages spatiaux vers la Lune et vers Mars dont l’impact psychologique est un enjeu majeur.



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© CNES/GRARD Emmanuel, 2021

PARTENAIRES

  • Fit immersion

  • Oculus

  • Danish Aerospace Company (DAC)

Cerebral Ageing : comprendre le vieillissement du cerveau

L’expérience Cerebral Ageing vise à étudier le vieillissement du cerveau à l’échelle moléculaire. L’ISS fournit un environnement unique pour observer le vieillissement cellulaire et l’impact des radiations sur la physiologie humaine.

L’analyse moléculaire du cerveau étant particulièrement difficile à réaliser, c’est par l’utilisation d’organoïdes cérébraux (cellules nerveuses) que cette expérience est rendue possible. Son objectif : démontrer que ces structures cellulaires, fabriquées sur Terre, peuvent être envoyées et cultivées dans l’espace puis redescendues sur Terre pour y être analysées.

Les scientifiques comptent sur le vieillissement accéléré qui prend effet sur le corps humain lors des séjours dans l’espace pour étudier le développement et le vieillissement de ces organoïdes.

Dans un premier temps, il s’agit essentiellement de faire une démonstration technologique. Cerebral Ageing pourra ensuite évoluer vers un protocole plus complexe visant à étudier le développement de différents types d’organoïdes cérébraux, sains et malades, sur des durées plus longues.

L’intérêt de cette expérience est double : les résultats de ces études pourraient, d’une part, aider à mieux comprendre certaines maladies génétiques, telles que le syndrome de Hutchinson-Gilford, également appelé Progéria, qui provoque un vieillissement prématuré chez les enfants qui en sont atteints. D’autre part, la santé et la condition physique des astronautes représentent un enjeu majeur dans la perspective de vols habités lointains et de longue durée. Connaître les effets de la micropesanteur et d’une exposition prolongée aux radiations ionisantes sur les cellules du cerveau est un prérequis indispensable pour le futur de l’exploration et la protection des astronautes.

L'expérience Cerebral Ageing rejoindra l'ISS en 2022.

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© CNES/GRARD Emmanuel, 2021

PARTENAIRES

  • Institut Pasteur

  • Sup'Biotech

  • Space Tango