17 Novembre 2021

[NEURO#3] Quels résultats et quelles retombées pour ces recherches en neurosciences ?

Pour la recherche, envoyer des humains dans l’espace est un moyen d’analyser l’effet de la pesanteur et de l’impesanteur sur notre cerveau et nos sens. Mais c’est aussi une formidable façon de comprendre leur fonctionnement ici, sur Terre. Avec à la clé, quelques avancées techniques surprenantes.

Les neurosciences vont encore évoluer

En impesanteur, les changements de référentiels sont constants. Crédits : ESA/NASA–T. Pesquet.

Tissus osseux et musculaire, structure cardiovasculaire, posture… Le corps humain est un système qui s’est adapté pour lutter contre la pesanteur, et a donc été modelé par la gravité. Notre perception et nos sens n'y font pas exception. Pouvoir, depuis plus de 40 ans, étudier des sujets en impesanteur est une opportunité unique de bien comprendre les effets de la gravité sur notre système nerveux, notre perception, nos réflexes. Toutefois de l’aveu même des chercheurs, les neurosciences dans l’espace réservent encore bien des surprises. Non seulement le domaine est considéré comme jeune, mais surtout, les résultats sont parfois difficiles à quantifier car les paramètres peuvent énormément varier d’une mission à l’autre.

Un rapport naturel à la gravité

L’un des résultats majeurs parmi les centaines de publications des chercheurs français et internationaux sur le sujet concerne le traitement neuronal de la gravité : notre système nerveux central anticipe correctement et intuitivement l’accélération d’un objet soumis à la pesanteur... Tant qu'elle est présente !

[...] ils déclenchaient le mouvement trop tôt par rapport au moment de l’impact [...]

« Nous avons demandé à des astronautes au sein de la navette américaine d’attraper une balle lancée vers eux comme si elle venait du haut, explique le Dr Joseph McIntyre, professeur à la Fondation Basque pour la Science (anciennement au CNRS). Ils déclenchaient le mouvement trop tôt par rapport au moment de l’impact, comme si leur cerveau gardait la notion d’un mouvement qui s’accélère lorsque la balle "tombe" vers le bas » (photo ci-contre).

Cette représentation interne de la gravité, cette anticipation gravitaire est une avancée majeure et novatrice. D’autant qu’il n’existe pas de zone du cortex cérébral qui soit dédiée à ce calcul : ce sont des neurones dans plusieurs régions du cerveau qui gèrent notre compréhension de la physique du monde extérieur.

Jim Pawelczyk dans le Neurolab de la navette Columbia en 1998. Crédits : NASA.

Toucher, tenir, bouger : en impesanteur, tout change 

L’expérience COGNI menée par Claudie Haigneré lors de sa mission Andromède en 2001. Crédits : ESA.

Une partie des difficultés que les astronautes peuvent constater pour attraper ou tenir un objet s’expliquent parce que sur Terre, l’humain sait doser la force qu’il lui faut pour le tenir et le stabiliser… Tandis qu’en impesanteur, cette perception est brouillée entre masse (qui reste constante), poids et accélération. Résultat, il est courant d’agripper trop fort un objet en début de mission ou lors de vols paraboliques, ou à l’inverse de sous-estimer le poids d’un outil (ou d’un verre …) après plusieurs mois d’impesanteur.

D’autre part en orbite, la posture naturelle de l’humain change : « être debout» n’a plus de sens, et la proprioception, c’est-à-dire la perception de la posture et des mouvements de notre corps dans l’espace, change aussi. Les Dr Régine et Jean-Pierre Roll ont généré une « neurothèque » des mouvements en équipant des participants au sol et en vol avec des électrodes sur les nerfs musculaires :

Grâce à des micro-stimulations, on peut aussi créer des perceptions illusoires de mouvement, comme un étirement du muscle par exemple.

Les résultats sont déjà utilisés aujourd’hui pour aider les personnes amputées et en rééducation (et sont envisagés pour traiter les patients post-AVC), et pourraient également sur le long terme accompagner la transition des astronautes vers les activités en impesanteur comme pour préparer leur retour sur Terre.

Quand la technique évolue Sur Terre

Que ce soit en coordination avec les mouvements ou pour le mouvement oculaire direct, les yeux font l’objet de nombreuses publications quant aux effets (le plus souvent délétères) de l’impesanteur. En particulier, notre vision est stabilisée suivant le sens gravitaire. Tandis que les mouvements rapides des yeux pour suivre un point ou un objet en impesanteur peuvent déstabiliser les astronautes.

Pour mener à bien nos études, chercheurs et ingénieurs du Cadmos ont mis au point la technique ETD (Eye Tracking Device) qui a fait ses débuts en 2004. Elle est capable de suivre et de mesurer avec précision le mouvement des yeux en impesanteur. Et depuis, l’ETD est couramment utilisée sur Terre lors des interventions en chirurgie laser oculaire.

Dispositif de suivi de l’œil (ETD Eye Tracking Device). Crédits : CNES/CADMOS.


Un usage inédit alors et que l’on doit à nos recherches en neuroscience, exactement comme une autre technologie, plus ancienne, utilisée quotidiennement à Hollywood :
« Nous avions besoin pour l’expérience Physalie en 1988, de mesurer les mouvements des astronautes, et de les capturer de façon précise. À l’époque, cela s’appelait le kinésigraphe. La technologie n’était pas vraiment au point, mais le système était intéressant, détaille le Dr Thierry Pozzo, professeur à l’Inserm – Université de Bourgogne. Des italiens ont ensuite commercialisé le système, mais il ne s’est pas développé en Europe. C’est bien dommage, parce que c’est à Hollywood que l’idée a été transformée au fil du temps dans le "MoCap" ou Motion Capture qui est indispensable aujourd’hui ! »

La technique du « Motion Capture », aujourd'hui largement répendue au cinéma, trouve son origine dans le kinésigraphe qui servait à mesurer les mouvements des astronautes en impesanteur dans les années 1980. Crédits : gettyimages.

Les débuts du kinésigraphe lors de la mission Aragatz en 1988. Crédits : CNES.