Selon une nouvelle étude, après avoir passé 14 mois glaciaux en Antarctique, neuf expéditionnaires ont quitté le continent avec un cerveau légèrement plus petit.
Une équipe de chercheurs a scanné le cerveau des expéditeurs avant et après le voyage et a constaté que certaines structures de l'organe avaient rétréci pendant le voyage. En particulier, une structure cérébrale critique pour l'apprentissage et la mémoire appelée l'hippocampe avait perdu un volume important. Les résultats, publiés aujourd'hui (4 décembre) dans le New England Journal of Medicine, suggèrent que les expéditionnaires peuvent avoir manqué la stimulation cérébrale si nécessaire en vivant et en travaillant dans une station de recherche isolée sur la glace polaire, avec seulement un quelques personnes choisies et pendant des mois.
Le rétrécissement du cerveau peut également miner la capacité des expéditionnaires à traiter les émotions et à interagir avec les autres, car l'hippocampe est "la clé" de ces capacités cognitives, co-auteur Alexander Stahn, chercheur en médecine spatiale à la Charité - Universitätsmedizin Berlin et professeur adjoint de la science médicale en psychiatrie à l'Université de Pennsylvanie, a déclaré Live Science dans un e-mail.
Les changements cérébraux observés dans l'équipe antarctique font écho à des observations similaires faites chez des rongeurs, ce qui suggère que des périodes prolongées d'isolement social émoussent la capacité du cerveau à construire de nouveaux neurones. Vivre dans un environnement "monotone", un endroit qui change rarement et contient peu d'objets ou de pièces intéressants à explorer, semble provoquer des changements dans le cerveau des rongeurs qui ressemblent à ceux vus chez les expéditionnaires, en particulier dans l'hippocampe. En tant que l'une des rares régions du cerveau à générer des neurones à l'âge adulte, l'hippocampe recâble continuellement nos circuits neuronaux à mesure que nous apprenons et acquérons de nouveaux souvenirs, selon BrainFacts.org.
Bien que le cerveau des rongeurs semble s'appuyer sur une stimulation environnementale pour soutenir l'hippocampe, on en sait moins sur les effets de l'isolement et de la monotonie sur le cerveau humain. Stahn et ses co-auteurs pensaient qu'une station de recherche éloignée au pôle Sud pourrait être le laboratoire parfait pour enquêter. Stahn étudie principalement comment le cerveau pourrait changer pendant un voyage spatial à long terme, mais l'Antarctique lui a permis d'examiner ces effets un peu plus près de chez lui, a-t-il déclaré.
"Il peut être considéré comme un excellent analogue spatial pour évaluer les effets d'une isolation et d'un confinement prolongés", a-t-il déclaré.
La station de recherche polaire en question, appelée Neumayer Station III, se trouve sur la plate-forme de glace Ekström près de la mer de Weddell et abrite neuf personnes pendant les mois d'hiver, selon l'Institut Alfred Wegener, qui gère la station. Le bâtiment lui-même contient la plupart des espaces de travail de l'équipe, des espaces communs et des salles d'approvisionnement, se dressant au-dessus de la plate-forme de glace enneigée sur 16 entretoises hydrauliques. Entourée d'une nature sauvage d'un froid glacial, la station correspond certainement à la définition du manuel «isolé».
Avant que les expéditionnaires ne se réfugient pour l'hiver antarctique, Stahn et ses co-auteurs ont scanné le cerveau des sujets via l'imagerie par résonance magnétique (IRM), qui utilise un champ magnétique puissant et des ondes radio pour capturer des images structurelles du cerveau. Pour des raisons médicales, l'un des expéditeurs n'a pas pu subir d'IRM, mais les auteurs ont mesuré les niveaux internes d'une protéine appelée facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) pour les neuf membres de l'équipe. La protéine BDNF soutient la croissance de nouveaux neurones et permet aux cellules en herbe de survivre; sans BDNF, l'hippocampe ne peut pas forger de nouvelles connexions neuronales.
Les auteurs ont testé les niveaux de BDNF et les performances cognitives des expéditionnaires tout au long de l'expédition, analysant à nouveau leur cerveau après le retour de l'équipe. Les chercheurs ont également tiré les mêmes mesures de neuf participants en bonne santé qui n'ont pas participé à l'expédition.
Effectivement, les expéditeurs ont perdu plus de volume hippocampique et de BDNF pendant leurs 14 mois au pôle Sud que le groupe qui est resté à la maison.
En particulier, une région de l'hippocampe appelée gyrus denté a plongé de manière significative chez les huit expéditeurs qui ont subi une IRM. Cette région sert de foyer à la neurogenèse au sein de l'hippocampe et enregistre des souvenirs d'événements, selon BrainFacts.org. En moyenne, le gyrus dentelé de chaque expéditeur a diminué d'environ 4% à 10% pendant son séjour à la station de recherche.
Les expéditeurs avec une plus grande perte de volume dans le gyrus denté ont également obtenu de moins bons résultats aux tests de traitement spatial et d'attention sélective, par rapport à leurs scores avant l'expédition. D'autres régions du cerveau des expéditeurs semblaient également se rétrécir pendant le voyage, notamment plusieurs taches sur le cortex cérébral (la couche externe ridée du cerveau); ces taches étaient le gyrus parahippocampique gauche, le cortex préfrontal dorsolatéral droit et le cortex orbitofrontal gauche.
Un quart du chemin à travers l'expédition, les niveaux de BDNF des expéditeurs étaient déjà tombés de leurs niveaux de base, et ils ont finalement diminué d'environ 45%, en moyenne. Ces niveaux sont restés bas même 1,5 mois après le retour de l'équipe à la maison. Des réductions plus importantes des niveaux de BDNF étaient en corrélation avec une plus grande perte de volume dans le gyrus denté d'avant l'expédition à après, selon l'étude.
Parce que leur étude ne comprenait que neuf personnes, les auteurs ont souligné que leurs «données doivent être interprétées avec prudence». Sur la base de leurs seules recherches, les auteurs ne peuvent pas déterminer quels éléments de l'expédition constituaient une privation sociale ou environnementale, en particulier, ont-ils noté. Néanmoins, selon les chercheurs, les résultats suggèrent qu'un isolement prolongé peut épuiser le cerveau humain du BDNF, altérer la structure de l'hippocampe et miner des fonctions cognitives importantes comme la mémoire.
Les chercheurs étudient actuellement plusieurs moyens possibles de prévenir ce rétrécissement du cerveau, "tels que des routines d'exercice physique spécifiques et la réalité virtuelle pour augmenter la stimulation sensorielle", a déclaré Stahn. Théoriquement, si les résultats d'études sur les rongeurs se vérifient chez l'homme, "enrichir" l'environnement d'une personne avec de nouveaux objets et activités pourrait protéger l'hippocampe du rétrécissement, ont déclaré les auteurs.
