L'espace peut être un endroit dangereux pour les humains fragiles. Les personnes disposées à s'aventurer sur l'orbite terrestre doivent négocier des risques pour leur santé, tels que des températures extrêmes, des quartiers restreints, de longues périodes d'isolement et les effets physiologiques débilitants de la vie sans gravité. Les choses vont devenir encore plus difficiles pour les astronautes qui espèrent se rendre sur un astéroïde ou sur Mars.
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L’exposition prolongée à un rayonnement cosmique inlassable, qui peut endommager l’ADN et augmenter les risques de contracter une maladie telle que le cancer au cours de sa vie, est l’une des plus grandes menaces des voyages dans les espaces lointains. À présent, des recherches sur des souris suggèrent que les premières personnes à tenter une mission sur Mars auront un problème plus immédiat: des lésions cérébrales. Les rayons cosmiques qui bombardent le cerveau peuvent entraîner des troubles cognitifs et de la mémoire qui se manifesteront en quelques mois seulement.
Le rayonnement cosmique galactique est constitué de particules de haute énergie provenant d'explosions passées de supernova qui traversent notre système solaire. La NASA a parrainé de nombreuses études sur les effets à court et à long terme des radiations spatiales sur chaque système du corps, révélant que ces rayons peuvent avoir un effet dévastateur sur les tissus biologiques au cours de la vie.
Des études antérieures ont suggéré que l'exposition aux rayonnements pourrait également causer des troubles cognitifs, y compris l'apparition précoce d'une démence de type Alzheimer. Maintenant, Charles Limoli, professeur de radio-oncologie à la faculté de médecine Irvine de l'Université de Californie, et son équipe ont démontré que des doses même relativement faibles de rayons cosmiques induisent une série spécifique d'anomalies neuronales qui pourraient se manifester au cours d'une mission aller-retour. sur Mars, qui devrait durer deux à trois ans.
«C’est la première étude, à mon avis, qui relie vraiment beaucoup de choses en suspens et fournit un mécanisme permettant de déterminer ce qui se passe pour provoquer un dysfonctionnement cognitif», déclare Limoli, dont l’équipe rapporte les résultats aujourd’hui dans Science Advances .
Pour étudier les effets «insensés» des rayonnements, les chercheurs ont examiné plusieurs groupes de souris âgées de six mois, âge moyen approximatif des astronautes au cours des années souris. L'équipe a sablé les souris avec des doses faibles ou élevées de particules chargées énergétiques similaires à celles trouvées dans le rayonnement cosmique galactique. Ces particules déplacent des électrons dans des tissus vivants qui déclenchent ensuite des réactions radicalaires, qui provoquent des modifications dans les cellules et les tissus du corps. Bien que les réactions des radicaux libres se produisent en quelques millisecondes, les anomalies cellulaires qu’elles provoquent se manifestent au fil de mois, voire d’années. Les chercheurs ont donc attendu six semaines avant de tester les souris irradiées afin de permettre à la lésion cellulaire de se déployer.
Les résultats ont montré que les souris irradiées étaient moins capables d'explorer de nouveaux objets placés dans leur environnement, tâche qui s'appuie sur un système d'apprentissage et de mémoire en bonne santé. «Les animaux exposés ont perdu leur curiosité. Ils ont perdu leur tendance à explorer la nouveauté », explique Limoli.
Plus précisément, l'équipe a découvert des changements structurels induits par les radiations dans le cortex préfrontal médial, une région du cerveau responsable de processus d'ordre supérieur connus pour être engagés lors de tâches de mémoire. Les neurones dans ces zones dégradées ont montré une réduction de la complexité et de la densité de structures appelées dendrites, qui agissent comme antennes pour les messages cellulaires entrants et sont essentielles pour un échange efficace d'informations à travers le cerveau. L'équipe de recherche a également découvert des altérations du PSD-95, une protéine importante pour la neurotransmission et qui est également associée à l'apprentissage et à la mémoire.
Les modifications cellulaires dans les dendrites étaient directement liées aux performances cognitives: les souris présentant les modifications structurelles les plus importantes affichaient les résultats les plus médiocres. Et bien que ces carences aient mis du temps à se manifester, elles semblent être permanentes.
Limoli note que, bien que le travail ait été effectué sur des souris, les dommages observés dans leur étude ressemblent beaucoup à des défauts observés dans le cerveau humain souffrant de maladies neurodégénératives telles que la démence. «Étant donné que ces types de changements ont également été observés dans diverses conditions neurodégénératives et se produisent au cours du vieillissement, ils constituent un contexte logique pour les effets des radiations sur le cerveau des rongeurs et des humains», déclare M. Limoli.
Il est probable que personne n'a vu ce type de défauts chez les astronautes d'aujourd'hui car les personnes travaillant sur la Station spatiale internationale sont «protégées par la magnétosphère terrestre, qui dévie tout ce qui a une charge», explique M. Limoli. Et tandis que les astronautes qui se rendaient sur la Lune n'étaient pas protégés par l'étreinte magnétique de la Terre, leurs voyages relativement courts auraient des niveaux d'exposition limités à une fraction de ceux qui seraient expérimentés lors d'une mission sur Mars.
Bien que les résultats de cette expérience aient été frappants, d'autres experts ont souligné qu'il manquait encore suffisamment de données pour pouvoir tirer des conclusions définitives sur les effets des radiations sur les personnes. "Une grande partie des informations dont nous disposons a été extrapolée à partir d'études sur des événements catastrophiques de la Seconde Guerre mondiale", déclare Nathan Schwadron, professeur agrégé de physique des plasmas spatiaux à l'Université du New Hampshire. "Nous n'avons tout simplement pas beaucoup de connaissances. sur ce qu'il advient des systèmes biologiques lorsqu'ils sont exposés à des niveaux de rayonnement élevés pendant de longues périodes. Je pense qu'il y a un risque potentiel ici, mais nous ne le comprenons vraiment pas encore. ”
Alors, que faut-il faire? La NASA étudie actuellement des technologies de blindage plus avancées qui pourraient mieux protéger les astronautes effectuant des missions à long terme dans l'espace lointain. Les ingénieurs pourraient également modifier les capacités de protection dans certaines régions du navire, comme l'endroit où les astronautes dorment, ou équiper les passagers de casques spécialisés pour les promenades dans l'espace, explique M. Limoli.
Schwadron, dont les recherches sont principalement axées sur le développement du blindage avancé, indique que l'énergie du rayonnement cosmique galactique est si élevée qu'elle interagit avec les matériaux de blindage de manière potentiellement problématique. «Ce qui se passe, c’est que le rayonnement à haute énergie frappe le bouclier puis produit un bain de particules secondaires. Les neutrons en sont probablement le principal exemple. »Ces particules de haute énergie peuvent alors interagir avec le corps, induisant des réactions radicalaires et des lésions tissulaires ultérieures.
À l'avenir, Limoli et son équipe prévoient de concevoir des expériences simulant plus précisément l'exposition humaine aux rayons cosmiques galactiques et d'étudier d'autres mécanismes sous-jacents et types de cellules susceptibles de contribuer à la prolifération des déficits cognitifs. Il étudie également des interventions pharmacologiques susceptibles de protéger les tissus cérébraux de ce rayonnement.
«Nous avons des composés prometteurs qui aideront probablement beaucoup», dit Limoli. «Ce n’est pas un facteur décisif, c’est quelque chose que nous devons comprendre et connaître afin que nous ne soyons pas pris au dépourvu.»
