Projet Moonirs – Etude activité cérébrale
Date :
2023
Etat d'avancement :
Terminé
Objectif :
Evaluation de la circulation cérébrale et la charge cognitive des astronautes
Partenaires :
CNES, SpaceshipFR, MEDES
Le contexte
L’environnement spatial, et particulièrement la micropesanteur, entraînent des modifications qui sont susceptibles d’affecter les performances des astronautes. Les futures missions d’exploration spatiale lointaine vers la Lune et Mars seront de plus amenées à exposer les astronautes à de fortes charges mentales en les exposant à divers facteurs de stress (isolement géographique, fortes contraintes physiques et psychiques, etc). Ceci peut nuire aux capacités cognitives et même présenter un risque pour la santé mentale et les performances de l’équipage.
Il parait dès lors nécessaire de surveiller et évaluer la santé comportementale de l’équipage et prévoir l’impact potentiel sur leur performance.
Afin d’évaluer la capacité à quantifier la charge de travail mentale dans l’espace, une étude a ainsi été proposée au sol, en condition de micropesanteur simulée (par alitement anti-orthostatique), grâce à un capteur portatif placé sur le front (capteur infrarouge appelé NIRS pour Near Infrared Spectroscopy). L’activité cérébrale induite par une tâche consomme en effet une certaine quantité de ressources en oxygène liées à la difficulté de la tâche, et cette demande de ressources peut être quantifiée et mesurée.
Cette étude a été menée par le SpaceShipFR (programme du CNES) et réalisée par les équipes MEDES dans les locaux de la Clinique Spatiale de MEDES. L’étude a par ailleurs bénéficié du support et de l’expertise de l’équipe du CHU de Purpan, de l’équipe de l’INSERM Paris et de l’équipe du CHU d’Angers pour divers examens médicaux.
Objectifs de l’étude
Les objectifs principaux de l’étude étaient :
- démontrer la faisabilité de l’évaluation de la charge de travail mentale en condition de micropesanteur simulée par fNIRS portable,
- évaluer si les paramètres de la fNIRS ne sont pas modifiés par les modifications de la circulation cérébrale, évaluées en utilisant de nouvelles techniques ultrasoniques qui permettent une imagerie du cerveau humain adulte à l’échelle microscopique.
Cette étude cherche également à quantifier et comparer la charge cognitive associée à une même tâche mentale en condition de micropesanteur simulée et en position allongée.
Les résultats de cette étude pourront être utilisés pour implémenter un capteur permettant de mesurer la charge cognitive de l’équipage pour les futurs vols spatiaux.
Déroulement de l’étude
Pour le CNES, cette étude a été réalisée à l’automne 2023 au sein de la Clinique Spatiale. Neuf femmes et neuf hommes ont participé à cette étude.
Après une visite de sélection, chaque volontaire a participé à 2 visites de tests permettant d’évaluer les paramètres de circulation cérébrale en alitement anti-orthostatique (Head-Down Tilt) :
- sans charge cognitive supplémentaire
- avec charge cognitive supplémentaire : le volontaire devra alors réaliser une tâche nécessitant la mobilisation de ressources cognitives et/ou physiques (questionnaire notamment utilisé pour évaluer la charge de travail d’astronautes et pilotes dans le cadre d’études similaires) puis évaluer la difficulté perçue à la réalisation de la tâche
Le volontaire était allongé sur une table de tilt et a été incliné progressivement avec plusieurs paliers d’inclinaison différente : 0°, -10°, -20°, suivi d’un retour à 0°. Chaque palier a eu une durée de 20 minutes.
Perspectives
La spectroscopie fonctionnelle à infrarouge (fNIRS) est une alternative particulièrement intéressante aux méthodes d’exploration cérébrale type IRM, difficilement envisageable lors de vols spatiaux. C’est une technologie de mesure de l’activité cérébrale non invasive, et qui fournit une mesure d’oxygénation sanguine en temps réel via la mesure de l’intensité optique. Étant facile à utiliser, portative, peu coûteuse et sûre pour les mesures à long terme et répétées, la fNIRS est un outil prometteur pour les vols spatiaux de longue durée.
L’utilisation de ce type de capteur à bord de modules spatiaux pourrait ainsi permettre à terme de surveiller et d’évaluer la santé comportementale de l’équipage, notamment pour les futures missions lunaires et martiennes.
Les résultats de l’étude MONNIRS permettront d’avancer sur ces problématiques.
Pour aller plus loin
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