Cohérence entre la fonction cérébrale corticale et la performance neurocognitifs dans des conditions de gravité Changé

Cette procédure applique une technique combinée d'enregistrement d'EEG et de spectroscopie proche infrarouge afin de déterminer dans quelle mesure la diminution des performances neurocognitives en apesanteur est due aux effets primaires de changements hémodynamiques et électrocorticaux ou à des effets secondaires liés au stress. Cela est réalisé en surveillant les modifications de l'activité électrocorticale des participants durant un vol parabolique, incluant des phases de microgravité, de microgravité et de gravité normale. Les changements hémodynamiques au sein du cerveau frontal peuvent être surveillés en parallèle à l'aide de la spectroscopie proche infrarouge ou des nerfs.

Les modifications de l'activité corticale cérébrale peuvent ensuite être localisées à l'aide de la tomographie électromagnétique. La dernière étape consiste à corréler les changements électrocorticaux et hémodynamiques. En définitive, les résultats montrent que les modifications hémodynamiques dues à des conditions de gravité modifiées sont associées à des changements de la fonction électrocorticale.

Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que l'IRM ou la TEP est que l'électrophotographie combinée à la tomographie électrique et à la spectroscopie proche infrarouge est réalisable dans des environnements extrêmes, comme lors de vols paraboliques ou de vols spatiaux avec des charges limitées et un espace restreint en conditions d'apesanteur HyperV. Elle permet de mesurer et de corréler les modifications de l'activité électrique neuronale et les changements hémodynamiques dans le cerveau. Cette méthode contribue à répondre à des questions clés dans le domaine de la neurophysiologie et de la recherche spatiale, notamment aux effets des conditions de gravité modifiée sur les changements corticaux hémodynamiques et électriques. Elle aide à déterminer précisément où dans le cerveau ces modifications se produisent et quelles en sont les conséquences.

Une fois que nous avons identifié les processus neurophysiologiques sous-jacents, une fois que nous avons déterminé ce qui se produit au niveau de la fonction corticale cérébrale et de l’hémodynamique lorsque nous sommes dans l’espace, en état d’apesanteur, nous sommes en mesure de développer des contre-mesures spécifiques afin d’améliorer la qualité de vie, la réussite de la mission et la sécurité en mission. Cette méthode peut donc fournir des informations sur les mécanismes de fonctionnement du cerveau, ou encore être appliquée à d'autres systèmes, comme les troubles neurologiques chez les patients neurologiques, ou à l'idée fondamentale de la manière dont notre cerveau fonctionne. Nous avons eu l'idée de cette recherche lorsque nous avons entendu parler de la détérioration neurocognitive chez les astronautes vivant dans l'espace.

La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car il est difficile d'apprendre les étapes d'analyse en raison des nombreuses façons de traiter et d'analyser les données. Une à deux heures avant le vol, les participants sont conduits dans une salle de l'aéroport pour se préparer aux expériences. Tout d'abord, leur tour de tête est mesuré et leur cuir chevelu est nettoyé afin que la calotte EEG intégrant les optodes et le récepteur puisse être placée sur la tête du participant.

L'étape suivante consiste à marquer les positions des électrodes FP un et FP deux. Tout d'abord, la distance entre le nasion et l'inion est mesurée, puis une distance correspondant au dixième du trajet entre le nasion et l'inion. À partir du nasion, deux repères sont placés à gauche et à droite de la ligne médiane, à une distance équivalente au vingtième du périmètre crânien.

Le casque contient les électrodes qui seront fixées au cuir chevelu et assure la position correcte des capteurs. Un casque EEG est choisi en fonction de la taille de la tête du participant. Ensuite, le casque est enfilé.

La tête du participant et sa position sont vérifiées. L'électrode CZ doit être positionnée sur le vertex, les électrodes FP1 et FP2, ainsi que les électrodes O1 et O2, doivent être alignées horizontalement et placées sur les repères. Une sangle de menton est fixée afin d'assurer que le casque reste en position symétrique et correcte. Ensuite, l'électrode de fréquence cardiaque est placée ; pour cela, une électrode EEG peut être utilisée, et le capteur est positionné sur la poitrine du participant.

Maintenant, l'impédance des électrodes est minimisée et la conduction du signal est vérifiée. Chaque électrode contient des DEL qui s'allumeront lorsque la mesure d'impédance sera lancée. Les cheveux sont écartés de l'extrémité de l'électrode à l'aide d'une aiguille à bout émoussé, et du gel est injecté entre l'extrémité de l'électrode et la surface de la peau, en commençant par les électrodes de référence et de masse.

Au fur et à mesure que le gel est injecté, la couleur des DEL changera à mesure que l'impédance diminue, de sorte que la couleur initiale rouge deviendra d'abord jaune, puis verte. Lorsque la valeur cible d'impédance est atteinte à 25 kiloohms, l'activité des électrodes fournira un bon rapport signal sur bruit à cette valeur cible ou en dessous. Cette procédure est répétée pour toutes les électrodes du casque.

Une fois que le casque d'électrodes est préparé pour les deux participants, ces derniers reçoivent des instructions détaillées sur le vol parabolique et le planning expérimental à suivre. Un aperçu schématique des paraboles allant de zéro à 30 ainsi que des tâches à réaliser est présenté aux participants. En outre, les annonces verbales précisant quand et comment commencer et interrompre les tests sont revues ensemble.

Enfin, les participants sont conduits vers l'avion pour la préparation au vol embarqué. Une fois à bord, les participants sont assis l'un à côté de l'autre dans le dispositif expérimental, et les ceintures de sécurité sont attachées lâchement. Les câbles EEG sont reliés à la boîte de commande des électrodes, et la boîte de commande des électrodes est connectée à l'amplificateur.

Ensuite, les OIN des nerfs et le récepteur sont fixés dans le support d'OIN du casque EEG. À ce stade, le module EEG NERS est lancé. Celui-ci contrôle la connectivité et la qualité du signal.

Ensuite, les nerfs et le logiciel d'EEG sont démarrés et un espace de travail est configuré pour l'enregistrement. Les données sont ouvertes. Puis le nom du fichier, la fréquence d'enregistrement et le montage sont saisis.

Si des signaux sont sous-optimaux, les valeurs d'impédance pour l'EEG ou les valeurs DAQ pour les nerfs sont réajustées ou davantage de gel est injecté selon les besoins. À ce stade, l'enregistrement de l'EEG et du signal nerveux est lancé, et les mesures de l'état de repos avant l'administration du produit (prem) sont collectées.

Les participants n'ont aucune tâche à accomplir à ce stade, mais doivent rester immobiles, détendus et garder les yeux fermés. L'enregistrement est arrêté après trois minutes. Après la période de repos, les participants effectueront un test de référence de la tâche cognitive appelée défi du tableau noir.

Enfin, tous les appareils sont éteints et la boîte de commande des électrodes EEG ainsi que les optos de l'infirmière et le récepteur sont déconnectés. Tout l'équipement, y compris la caméra et les iPhones, est rangé dans un compartiment en prévision de la préparation au décollage pour les expériences en vol. Une fois que l'aéronef a atteint son altitude de croisière, la première étape consiste à fixer la caméra vidéo à la rampe, puis à démarrer l'enregistrement vidéo.

Ensuite, les participants sont installés à leurs places et les ceintures de sécurité sont attachées lâchement. Les participants doivent rester assis au moins de la parabole zéro à la parabole 25. Les iPhones sont fixés à la cuisse des participants à l’aide de velcro.

Maintenant, la boîte de commande des électrodes EEG est connectée et les composants optos et récepteur sont fixés dans le support opto du casque. Le module EEG et nerfs est lancé, et la qualité du signal nerveux EEG est vérifiée en contrôlant l'impédance EEG et les valeurs DAQ du NS. Un enregistrement au repos est effectué pendant trois minutes.

La première parabole, désignée parabole zéro, permettra aux participants de s'habituer à la procédure et au changement de conditions de gravité. Ensuite, durant les paraboles une à dix, seul l'EEG au repos est enregistré tandis que les participants restent assis tranquillement sur leurs sièges, les yeux fermés. Puis, les participants sont préparés aux tâches cognitives qui seront réalisées au cours de deux blocs de cinq paraboles.

L’enregistrement est contrôlé par l’opérateur qui donne des instructions aux participants et sauvegarde également les résultats des tests cognitifs et les temps. Dans cette tâche de traitement cognitif, le participant identifie quel côté d'une équation est plus grand que l'autre, en fonction de la vitesse et de la précision du participant. La réponse est enregistrée par le programme, et un score final élevé est attribué, en fonction de la précision, de la rapidité et du niveau le plus élevé atteint par le participant pendant la parabole 11 à 15.

Le participant un effectuera cette tâche en apesanteur (0 G) et le participant deux en gravité normale (1 G). Ensuite, lors des paraboles 16 à 20, le participant un effectuera cette tâche en gravité normale (1 G) et le participant deux en apesanteur (0 G), occasionnellement. Des mesures au repos sont enregistrées également durant la séquence parabolique, ainsi qu’avant la première et après la dernière parabole. Les 10 dernières paraboles peuvent être utilisées au cas où certaines mesures ou expériences précédentes devraient être répétées.

Une fois revenus au sol, les participants et l'opérateur peuvent quitter temporairement l'avion avant de retourner vers le dispositif expérimental et de tout préparer pour les mesures postérieures. À ce moment-là, les mesures d'EEG au repos par infirmier sont répétées. Une fois tous les enregistrements terminés et le casque retiré du participant, l'expérience s'achève à l'aide de la tomographie électromagnétique cérébrale à faible résolution ou Loretta.

Il est possible de déterminer les changements individuels de l'activité corticale du cerveau frontal. Chez le premier participant, la modification survenue 2000 millisecondes après le début de la microgravité a été localisée dans l'aire de Brodmann neuf, qui appartient au cortex préfrontal latéral dorsal. Cette région joue un rôle important dans l'intégration des informations sensorielles et mnésiques au cours de l'organisation et de la régulation de la planification motrice.

Pour le participant deux, ces modifications pourraient être localisées dans l'aire de Brodmann neuf ainsi que dans l'aire de Brodmann six, le cortex prémoteur, connu pour son rôle dans la régulation sensorielle au cours de la stabilisation corporelle. Ce tracé suivant montre la spectroscopie proche infrarouge dans la région frontale du cerveau. La courbe noire indique le niveau de G.

L'arrière-plan jaune indique une gravité normale. L'arrière-plan bleu indique une hypergravité et l'arrière-plan rose indique une microgravité, comme prévu. On observe une diminution du sang oxygéné, indiquée par la courbe rouge durant la phase de microgravité, suivie d'une augmentation du sang oxygéné au cours de la phase de microgravité.

Des résultats similaires sont observés sur cette figure provenant d'un autre participant. Fait intéressant, la quantité de sang désossyéné, indiquée par la courbe bleue, n'a montré aucun comportement cohérent durant la première phase d'HyperV ou durant la phase d'apesanteur, mais a diminué durant la seconde phase d'HyperV chez les deux sujets. Cette figure illustre la tâche cognitive pour deux sujets à trois points de mesure durant l'entraînement, mesurée avant le vol en zéro G, mesurée pendant le vol, et à un G également mesurée pendant le vol.

Les scores varient entre les sujets, ce qui indique que les déficits neurocognitifs rapportés précédemment pendant les vols paraboliques sont très probablement dus à des réactions individuelles au stress. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment appliquer la technique combinée e, e, g et genoux, ainsi que la manière de surveiller simultanément l'activité électrocorticale et les modifications hémodynamiques. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de vérifier la qualité du signal et de surveiller le comportement des sujets.

Ces techniques pourraient ouvrir la voie aux chercheurs intéressés par la fonction corticale cérébrale et l'exploration des effets de la microgravité sur cette fonction. Une fois ces mécanismes identifiés, cela pourrait aider les patients, les astronautes ainsi que les personnes en bonne santé.