Je flotte, donc je suis… dans l’espace, la neurophysiologie spatiale à l’Institut Neurosciences et Cognition

Je flotte, donc je suis… dans l’espace, la neurophysiologie spatiale à l’Institut Neurosciences et Cognition

Liée à la masse de la Terre, la gravité constitue la donnée physique la plus importante dans l’évolution des espèces terriennes. Le corps humain, et a fortiori le cerveau, sont adaptés à un environnement gravitaire « normal » de 1 fois la pesanteur terrestre (1g). Et sur Terre, il y a un haut et il y a un bas. Ce repère intuitif, essentiel pour l’orientation et pour le contrôle moteur, dépend de la détection de la gravité par les capteurs vestibulaires de l’oreille interne.

L’équipe Adaptations Sensorimotrices et Pathologies Vestibulaires de l’Institut Neurosciences et Cognition étudie comment la gravité terrestre influence le cerveau humain. Elle collabore sur ce sujet avec le Centre National d’Études Spatiales (CNES) et l’European Space Agency (ESA) ainsi qu’avec le Laboratoire Vision Action Cognition, membre également de l’INC. Les questions liées à l’adaptation de l’homme à des gravités altérées sont en effet au cœur de l’exploration spatiale qui produit une exposition successive à des niveaux gravitaires différents : 1g sur terre, 3g au décollage, 0g en orbite, mais 0,3g sur la lune et 0,6g sur Mars.

Un moyen efficace pour étudier le rôle de cette force omniprésente et constante consiste à effectuer des expériences dans des conditions dans lesquelles la gravité est absente ou altérée. Pour cette raison des expériences de psychophysique sont menées en apesanteur sur la station spatiale internationale (ISS) ou au cours de vols en avion, dits « paraboliques », qui permettent des expositions de courtes durées à des niveaux de gravité compris entre 0 et 1,8g.

Gravité 2

Credits CNES NOVESPACE

Les chercheurs de l’équipe ont montré que, si l’on demande à des spationautes en orbite d’attraper un objet lancé vers eux, ils continuent à contrôler leurs mouvements en utilisant un modèle interne de la gravité terrestre. Ce modèle, qui en conditions « normales » leur permet de prédire correctement la trajectoire de l’objet, produit en microgravité des réponses motrices précoces. C’est seulement après plusieurs jours dans l’espace que le cerveau adapte la stratégie en prédisant l’absence d’accélération de l’objet. D’autres expériences ont démontré que des mécanismes comparables sont utilisés pour contrôler la force de saisie d’un objet et qu’en microgravité les sujets continuent à contrôler la préhension comme si l’objet risquait toujours de tomber.

La gravité n’affecte pas uniquement nos mouvements, notre perception de l’environnement est également affectée. A titre d’exemple, un sujet qui doit estimer visuellement la largeur d’une ouverture en apesanteur la sous-estime par rapport à ce qu’il ferait sur terre. De même notre perception haptique des dimensions d’un objet, reposant sur le toucher et la proprioception, dépend également de la gravité. Une expérience conçue par les chercheurs de l’équipe pour la prochaine mission de Thomas Pesquet, spationaute Français, à bord de l’International Space Station testera l’hypothèse selon laquelle la gravité influencerait la capacité du cerveau à utiliser les informations visuelles et proprioceptives pour contrôler les mouvements.

Pour étudier l’adaptation à long terme à des changements de la gravité et les mécanismes cellulaires qui la sous-tendent, les membres de l’équipe utilisent une centrifugeuse du CNES dédiée à l’étude du rongeur (PLEXAN, Université de Saint-Etienne). Cet appareil utilise la force centrifuge pour augmenter la pesanteur perçue par l’animal de 1 à 4g. Les souris sont embarquées dans des cages en rotation pendant plusieurs semaines consécutives. Le groupe a étudié les effets de l’hypergravité en fonction de la durée et du moment d’exposition au cours du développement.

Nos résultats montrent que tous les animaux exposés à 2g, y compris ceux ayant effectué l’intégralité du développement en centrifugeuse, ont été ensuite capables de se réadapter à un environnement normal de 1g. Cela démontre que le système vestibulaire peut se développer normalement dans un environnement gravitaire modifié et que le corps peut s’adapter à des changements répétés de gravité. Un résultat encourageant dans la perspective des missions spatiales au long cours qui sont envisagées, vers Mars et au-delà.