4 Novembre 2021

[NEURO#1] Pourquoi mener des expériences de neurosciences dans l'espace ?

Des millions d’années d’évolution et d’adaptation pour aboutir à un arsenal neurosensoriel optimal. Et arrivé en orbite, l’humain voit tout cela perturbé par l’impesanteur. Au CNES, nous étudions les neurosciences en micropesanteur, ce véritable défi médical pour comprendre le corps sur Terre comme pour de futures missions au long cours, depuis 40 ans.

Quand nos sens nous jouent des tours

Le saviez-vous ?

Les astronautes tout juste arrivés en orbite ont du mal à estimer la trajectoire d’une balle, la taille ou la distance d’un objet, et parfois peuvent se tromper en tournant à droite plutôt qu’à gauche… Ce qui est tout à fait normal ! Leur système nerveux central (SNC), qui gère la perception et qui toute leur vie s’appuyait sur la pesanteur, est perturbé. La vision, l’audition, le toucher, le goût, l’odorat et l’équilibre, notre interprétation du monde qui nous entoure ou celle du temps qui passe peuvent ainsi varier. Et c’est loin d’être anodin.

Du « mal de l’espace » jusqu’à des problèmes de concentration ou d’adaptation lors d’une situation d’urgence, voire à une géométrie qui joue des tours, la compréhension du système neurosensoriel est un défi médical.

Patrick Baudry mène l’expérience « Équilibre et Vertiges » dans la navette spatiale américaine lors de la mission STS-51-G en 1985. Crédits : NASA/CNES

Plus de 40 ans d’études des neurosciences !

L’impesanteur perturbe nos sens, et il existe différentes approches expérimentales pour tenter d’en reproduire ses effets. L’alitement prolongé ou l’immersion sèche (le sujet flotte sans contact avec l’eau), par exemple, mais aussi les vols paraboliques « Zéro-G » montrent selon les cas des résultats représentatifs, mais ne peuvent égaler le vol spatial et l’expérience des astronautes eux-mêmes.

Dès 1966, la France et l’Union Soviétique signent un accord de coopération scientifique qui couvre le domaine spatial. Les médecins français sont alors régulièrement invités par leurs homologues russes et suivent leurs travaux en sciences de la vie. L’étude du système neurosensoriel fait d’ailleurs partie du tout 1er voyage d’un Français dans l’espace (la mission PVH pour Premier Vol Habité de Jean-Loup Chrétien en 1982), avec l’expérience Posture… Une aventure que nous poursuivons au CNES aujourd’hui, avec les astronautes de l’ESA comme Thomas Pesquet et sa mission Alpha actuellement, mais aussi avec ceux des agences spatiales partenaires dans la Station spatiale internationale (ISS) grâce à une expertise française reconnue.

Chacun des 10 astronautes français a pu expérimenter et contribuer aux progrès techniques et scientifiques durant ces 40 ans de recherche sur les neurosciences en impesanteur !

Leopold Eyharts travaille « à l’envers » lors de sa mission sur l’ISS en 2008. Crédits : ESA/NASA

Nos sens, comme notre corps, s’adaptent

Etudier les neurosciences en orbite permet de mieux adapter les astronautes au vol spatial. La perception de l’espace et du temps évolue au cours d’une mission, certains phénomènes s’estompent alors que les astronautes sont en impesanteur, quand d’autres apparaissent.

En impesanteur, cette coordination œil-tête se dégrade fortement après 2 semaines de vol

« Nous avons par exemple observé des changements du réflexe vestibulo-oculaire, explique Gilles Clément, directeur de recherche CNRS au centre de recherche en neurosciences de Lyon. Sur Terre, c’est ce qui nous permet de fermer les yeux et de retrouver l’endroit ou l’objet que nous avons regardé pour la dernière fois malgré un déplacement. En impesanteur, cette coordination œil-tête se dégrade fortement après 2 semaines de vol ».

Or c’est loin d’être anecdotique pour piloter et poser une navette (parfois de nuit) sur sa piste en Floride ou reprendre les commandes lors d’un amarrage à l’ISS ! Les expériences que nous menons identifient ces changements de perception et les quantifient, pour pouvoir à l’avenir lutter contre les effets indésirables ou s’y adapter plus rapidement.

Claudie Haigneré à bord de la station Mir avec l'expérience Cognilab lors de la mission Cassiopée en 1996. Crédits : CNES.

Les troubles neurosensoriels sont aussi observés lors du retour des astronautes sur Terre, avec de mauvaises perceptions de l’équilibre et des mouvements associés. On sait aujourd’hui qu’après un vol spatial, il faut du temps pour se réadapter… Pas question par exemple de conduire une voiture quelques jours après une mission de longue durée, car le cerveau interprète mal les informations liées à l’accélération, qu’il retrouve progressivement après le vol. Et nos équipes se penchent déjà sur les futurs atterrissages sur la Lune ou Mars, après lesquels les astronautes n’auront peut-être qu’un temps limité pour réussir leur mission, il leur faudra donc des outils adaptés.

Des études sans gravité

On ne peut marcher sur un mur vertical, une marche d’escalier horizontale est stable.

Enfin, analyser le système neurosensoriel des astronautes, c’est mieux comprendre l’adaptation de l’humain à la gravité, jusque dans les plus petits détails. « La gravité sert de référence stable à notre cerveau, détaille le Dr Joseph McIntyre, professeur à la Fondation Basque pour la Science (anciennement au CNRS). Si on laisse quelque chose tomber par exemple, l’objet va vers le bas, tandis que la lumière naturelle vient d’en haut… Et la gravité est associée aux différentes formes : on ne peut marcher sur un mur vertical, une marche d’escalier horizontale est stable. Nos expériences sont là pour étudier comment le cerveau utilise cette référence, et comment il réagit lorsqu’elle disparaît ». Dans notre cas, la méthode scientifique pour étudier un système aussi complexe que celui de la perception revient à analyser les conséquences de sa modification et de sa disparition. Depuis les 1eres aventures en impesanteur jusqu’au 2e vol de Thomas Pesquet et pour les futurs vols lointains, nos travaux en neurosciences profitent aussi à tous.