L'effet de l'apesanteur et hypergravité sur les deux processus hémodynamiques et électrophysiologiques dans le cerveau va être suivi pendant un vol parabolique par des techniques EEG et SPIR. Une étude de faisabilité d'une expérience de plus complexe, ce qui est prévu de réaliser pendant un vol spatial à moyen et long terme.
Des études antérieures sur les processus cognitifs, mentaux et / ou le moteur lors de courts-, l'apesanteur à moyen et long terme n'ont été de nature descriptive, et axé sur les aspects psychologiques. Jusqu'à présent, l'observation objective des paramètres neurophysiologiques n'a pas été effectué – sans doute parce que les moyens techniques et méthodologiques n'ont pas été disponibles -, les enquêtes sur les effets neurophysiologiques de l'apesanteur sont à leurs balbutiements (Schneider et al 2008)..
Alors que les techniques d'imagerie telles que la tomographie par émission de positrons (TEP) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) serait difficilement applicable dans l'espace, le non-invasive spectroscopie proche infrarouge (SPIR) technique représente une méthode de cartographie des processus hémodynamiques dans le cerveau en temps réel qui est à la fois relativement peu coûteux et qui peuvent être utilisés même dans des conditions extrêmes. La combinaison avec l'électroencéphalographie (EEG) ouvre la possibilité de suivre le processus électrocorticale dans des conditions changeantes gravité avec une résolution plus fine temporelle ainsi que la localisation profonde, par exemple avec electrotomography (LORETA).
Des études antérieures ont montré une augmentation de l'activité de fréquence bêta dans des conditions normales de gravité et d'une diminution des conditions d'apesanteur lors d'un vol parabolique (Schneider et al. 2008a + b). Des études ont révélé des changements d'inclinaison différente de la fonction cérébrale, ce qui laisse suggérer que les changements en vol parabolique pourrait refléter des processus émotionnels plutôt que des changements hémodynamiques. Cependant, il est encore difficile de savoir si ce sont des effets de la gravité modifiés ou les changements hémodynamiques dans le cerveau. Combinant EEG / Loreta et SPIR devrait pour la première fois permettent de cartographier les effets de l'apesanteur et la gravité réduite sur les deux processus hémodynamiques et électrophysiologiques dans le cerveau. Initialement, ce qui doit être fait dans le cadre d'une étude de faisabilité au cours d'un vol parabolique. Ensuite, il est également prévu d'utiliser les deux techniques pendant un vol spatial à moyen et long terme.
On peut supposer que la redistribution à long terme du volume sanguin et de la hausse de l'apport d'oxygène au cerveau va entraîner des changements dans le système nerveux central qui sont aussi responsables de processus anémiques, et qui peut à son tour de réduire les performances (De Santo et coll. 2005), ce qui signifie qu'ils pourraient être cruciales pour le succès et la sécurité d'une mission (Genik et al. 2005, Ellis 2000).
Selon ces résultats, il sera nécessaire de développer et employer des contre-mesures étendues. Les premiers résultats de l'étude suggèrent que MARS500, en plus de leur importance dans le contexte des systèmes cardiovasculaire et locomoteur, le sport et l'activité physique peut jouer un rôle dans l'amélioration des paramètres neurocognitifs. Avant que cela puisse être pleinement établi, toutefois, il semble nécessaire d'en apprendre davantage sur l'influence de l'évolution des conditions de gravité sur les processus neurophysiologiques et de la déficience neurocognitive associée.
En raison de manque de méthodes d'imagerie cérébrale dans des conditions extrêmes jusqu'à présent processus sous-jacents neurophysiologiques pour dépréciation des performances cognitives et l'état mental n'ont pas été évaluées. Dans ce papier nous avons été en mesure d'afficher des changements dans l'activité cérébrale corticale et le niveau d'oxygénation dans le cadre d'un vol parabolique et de localiser ces changements dans le cerveau en utilisant l'EEG combiné avec Loreta et SPIR. Comme prévu, nous avons trouvé une augmentation de l'activité électrocorticale en apesanteur, qui a été localisée dans les régions frontales (aires de Brodmann 9 6). Les résultats indiquent que près de 2000 ms après l'activité cérébrale corticale de transition est altérée principalement dans les régions frontales du cerveau. On pourrait supposer que cette activité a augmenté dans l'aire de Brodmann 6 et 9 reflète les mécanismes du cerveau détection et de traitement des conditions de gravité a changé afin de maintenir la stabilité du corps ainsi que la capacité du moteur dans des conditions de gravité est altérée.
En ce qui concerne les changements hémodynamiques, la SPIR a révélé que la O2Hb du cerveau frontal diminue de façon spectaculaire dans la phase hypergravité première et augmente en apesanteur, tandis que, HHB a montré que des changements modérés. En conséquence cet effet ne peut être attribué à un déplacement de volume sanguin uniquement. Plus vraisemblablement, cela semble refléter une sorte d'autorégulation cérébrale, d'autant que l'augmentation de la O2Hb intervient longtemps avant la transition, passant de 1,8 G 0G (en particulier dans la figure 4). En revanche O2Hb et HHB fois diminution de la phase hypergravité secondes.
Les résultats de la tâche cognitive montrent aucune dépréciation clair pendant la pesanteur normale ou en apesanteur à bord par rapport à une session de contrôle en amont. Basé sur les résultats de deux sujets sans déclaration claire est possible si les vols paraboliques en apesanteur ou en collaboration avec son augmentation de l'activité cérébrale et le niveau d'oxygénation ont une influence sur les performances cognitives. Des études antérieures donnent à croire que dans ce contexte, le stress pourrait aussi jouer un rôle (Schneider et coll. 2007), pourtant aucun changement dans la concentration de cortisol pourrait être obtenue pour les deux sujets. Des données supplémentaires sont nécessaires pour valider ces résultats et pour permettre la corrélation des changements dans l'activité cérébrale corticale, des changements hémodynamiques ainsi que les performances cognitives.
Ce document vise à montrer que la surveillance des changements locaux dans l'activité cérébrale corticale et niveau d'oxygénation à travers les différentes phases de gravité a changé est possible en utilisant l'EEG en combinaison avec la SPIR et Loreta. Ces résultats sont un succès pour la recherche spatiale et permettra d'afficher des changements complexes et locaux d'activité du cerveau cortical dans hypergravité ou l'apesanteur et la corrélation de test mental ou moteur avec des changements objectifs dans le cerveau. La prochaine étape est d'appliquer cette méthode au cours des missions spatiales de longue durée.
The authors have nothing to disclose.
Nous tenons à remercier le cerveau Products GmbH pour fournir leur équipement, d'expertise et d'aide. Cette étude a été financée par le Ministère fédéral de l'Économie et de la technologie grâce à une subvention de l'Agence spatiale allemande (DLR) 50WB0819.