Comment les radiations spatiales affectent-elles le cerveau?

Une nouvelle étude révèle que l’irradiation chronique provoque des déficits physiologiques et comportementaux chez les souris, ce qui indique des risques potentiels pour la santé des humains se rendant sur Mars.

Par Jennifer Huber

L’exposition à l’espace lointain présente de nombreux risques potentiels pour la santé des astronautes, mais l’un des plus grands dangers est le rayonnement spatial. Au-dessus du bouclier protecteur de la Terre, les astronautes sont exposés à des radiations de particules chargées d’énergie qui augmentent leur risque de cancer, de dommages au système nerveux central et une foule d’autres problèmes de santé.

Une nouvelle étude a maintenant examiné l’impact de l’irradiation chronique de type spatial sur la fonction cérébrale des souris. Pour en savoir plus, j’ai parlé avec Ivan Soltesz, PhD, auteur principal de l’étude et professeur de neurochirurgie et de neurosciences à Stanford.

Quel était le but de votre étude?

Notre question de base était: «Qu’arrive-t-il à votre cerveau pendant une mission sur Mars?» Jusqu’à présent, seuls les astronautes d’Apollo ont voyagé suffisamment loin au-delà du champ magnétique protecteur de la Terre pour être exposés à des niveaux de rayonnement cosmique galactique similaires, mais seulement pour courtes durées.

Dans des études précédentes sur les rongeurs, mon laboratoire a observé que la fonction neuronale est perturbée par de faibles niveaux de rayonnement, une fraction de la dose utilisée pour le traitement du cancer. Cependant, des contraintes techniques nous ont obligés à délivrer la totalité de la dose de rayonnement en quelques minutes, plutôt que sur plusieurs mois comme lors d’une mission sur Mars. Dans l’étude actuelle, nous sommes les premiers à étudier l’impact d’expositions prolongées aux rayonnements, à des doses et débits de dose pertinents pour Mars, sur la fonction neurologique. Nous avons utilisé une nouvelle installation d’irradiation neutronique à la Colorado State University.

Quelle partie du cerveau avez-vous étudiée?

L’hippocampe, qui est essentiel pour plusieurs fonctions cérébrales importantes, y compris la formation de nouveaux souvenirs et la navigation spatiale. Et le cortex préfrontal médian, qui est important pour récupérer des souvenirs préexistants, prendre des décisions et traiter les informations sociales. Ainsi, des déficits dans l’une ou l’autre de ces deux régions du cerveau pourraient avoir un impact négatif sur la capacité des astronautes à mener en toute sécurité et avec succès une mission sur Mars.

Qu’avez-vous trouvé?

Mon laboratoire à Stanford a mesuré les propriétés électriques de neurones individuels de souris exposées à six mois de rayonnement neutronique chronique. Nous avons déterminé qu’après une exposition chronique aux rayonnements, les neurones de l’hippocampe étaient moins susceptibles de répondre aux stimuli entrants et ils recevaient une fréquence de communication réduite des neurones voisins.

Nos collaborateurs de l’Université de Californie à Irvine ont découvert que les rayonnements neutroniques chroniques faisaient également en sorte que les circuits neuronaux de l’hippocampe et du cortex préfrontal médian ne montrent plus de renforcement durable de leurs réponses à la stimulation électrique, normalement appelée à long terme potentialisation. La potentialisation à long terme est un mécanisme cellulaire qui permet la formation de la mémoire.

Nos collaborateurs ont également réalisé des tests comportementaux. Les souris présentaient des déficits durables en matière d’apprentissage, de mémoire, d’anxiété et de comportement social – même des mois après l’exposition aux radiations. Sur la base de ces résultats, notre équipe prédit que près d’1 astronaute sur 5 connaîtrait un comportement anxieux élevé lors d’une mission sur Mars, tandis qu’un astronaute sur 3 aurait du mal à se souvenir.

Comment ces découvertes peuvent-elles faciliter l’exploration spatiale en toute sécurité?

En comprenant les risques liés aux rayonnements, les missions futures peuvent planifier des changements pratiques – tels que la localisation des espaces de couchage des astronautes vers le centre du vaisseau spatial où le matériel intervenant bloque davantage de rayonnement entrant – qui peuvent aider à atténuer les risques associés aux voyages interplanétaires.

Cependant, mon laboratoire pense que la meilleure façon de protéger les astronautes des effets nocifs des rayonnements spatiaux est de comprendre à un niveau scientifique de base comment l’activité neuronale est perturbée par les expositions chroniques aux rayonnements.

Un signe prometteur est que les expositions aux rayonnements qui se produisent dans l’espace provoquent rarement la mort de neurones dans le cerveau, mais provoquent plutôt des changements cellulaires à plus petite échelle. Ainsi, nous devrions être en mesure de développer des stratégies pour moduler l’activité neuronale pour compenser les changements induits par les rayonnements. Notre équipe lance déjà une nouvelle série d’expériences de radiation spatiale chronique pour tester un médicament de contre-mesure candidat.

Est-ce que vous iriez jamais dans l’espace, étant donné à quel point il est nocif pour le corps humain?

Les risques de radiation que nous avons découverts sont principalement une préoccupation pour les voyages au-delà de l’orbite terrestre basse, comme les missions de plusieurs mois sur Mars. Des voyages plus courts sur la Lune – comme les missions Apollo – ou des mois passés en orbite terrestre à bord de la Station spatiale internationale semblent présenter un risque beaucoup plus faible de déficits cognitifs induits par les radiations. J’aimerais vraiment aller dans l’espace pour au moins quelques orbites rapides.

Je suis également convaincu que mon laboratoire et d’autres élargiront notre compréhension de l’impact des rayonnements chroniques sur le système nerveux et développeront les contre-mesures efficaces nécessaires pour permettre des missions sûres vers la Lune ou Mars au cours de la prochaine décennie. Cependant, je ne suis pas sûr d’être prêt à laisser mon laboratoire sans surveillance pendant deux ans pendant que je prends un congé sabbatique sur Mars.

Photo de ColiN00B

Publié à l’origine sur https://scopeblog.stanford.edu le 12 août 2019.