Le périple vers Mars ne sera pas chose facile, et nombre de problèmes devront être réglés avant de s’y rendre. L’une des nombreuses questions auxquelles il nous faut répondre concerne le suivi des astronautes. S’il est facile de surveiller leur pouls et leur pression artérielle, comment évaluer ce qui se passera dans leur tête ?
Notre équipe de chercheurs en neurosciences, venant tous du Canada, a récemment séjourné durant une semaine dans le laboratoire de simulation « Mars Habitat » (the Hab) de l’Hawaii Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) dans le but de s’attaquer à ce problème – en développant la capacité de mesurer la santé du cerveau de même que sa performance en temps réel.
À l’aide d’électroencéphalogrammes portatifs (EEG) pour mesurer les ondes cérébrales, nous avons réussi à observer cinq facettes différentes des fonctions cognitives du cerveau : la perception, l’attention, la mémoire, l’apprentissage et le processus décisionnel. Nous avons également pu observer les déficits neurologiques causés par le stress, la dépression et la fatigue cognitive.
En tant que responsable de recherche au laboratoire de neuroscience théorique et appliquée de l’université de Victoria, je dirige une équipe formée d’étudiants de troisième cycle, du baccalauréat ainsi que des assistants de recherche. Deux de mes étudiants au doctorat ont pris part au projet Mars – Chad Wiliams et Tom Ferguson – aux côtés de mes collègues d’autres universités, le psychologue expérimental Gordon Binsted et l’expert en statistiques Kent Hecker.
L’étude de la fatigue
Pour notre mission « Mars » au centre HI-SEAS, notre objectif était de suivre l’évolution de la fatigue cognitive. La fatigue physique, c’est ce que l’on ressent quand nos muscles deviennent douloureux et que nous percevons un manque d’énergie. La fatigue mentale en est l’équivalent : lorsque notre cerveau est fatigué et que nous commençons à souffrir d’une baisse de nos fonctions neurologiques.
Cela fait un bon moment que nous savons que les gens commettent plus d’erreurs et que leur activité cérébrale diminue lorsqu’ils ressentent de la fatigue cognitive. La question est simple : comment mesurer cette fatigue ?
L’étalon que l’on utilise présentement est un processus d’auto-évaluation, ce qui est clairement insuffisant. Dans certains cas, les personnes à qui l’on demande d’évaluer leur état de fatigue cognitive n’en sont tout simplement pas conscientes. On pourrait par exemple envisager le cas d’un athlète professionnel ignorant sa fatigue afin de pouvoir continuer à jouer, ou encore celui d’un chirurgien opérant alors qu’il est trop fatigué. Dans ces deux cas, ces personnes pourraient commettre des erreurs importantes en raison de cette fatigue cognitive, ce qui pourrait avoir des conséquences dramatiques.
En utilisant la technologie EEG mobile, nous avons développé un test cérébral qui permet une évaluation complète de la santé et de la performance du cerveau. Notre test s’appuie sur la mesure du potentiel cérébral lié à l’événement (ERP) : c’est-à-dire les réactions du cerveau à des événements. Afin d’étudier les ERP, nous avons fait jouer des gens à des jeux vidéos et utilisé des EEG mobiles afin de mesurer les réactions du cerveau aux événements se produisant dans ces jeux. Les algorithmes que nous avons créés combinent les réactions ERP afin de projeter une image des fonctions cérébrales, ce qui permet de quantifier le stress, la dépression, la fatigue cognitive et autres états neurologiques.
Simulation d’une mission
Afin de valider cette approche, nous avons participé à une simulation d’expédition martienne de sept jours dans le centre HI-SEAS. Le personnel du HI-SEAS prend ces simulations très au sérieux : nous ne pouvions quitter ce laboratoire qu’équipés de nos combinaisons spatiales, et devions respirer l’air pompé dans nos casques depuis un système de respiration artificielle contenu dans nos sacs à dos. Nous n’avons consommé que des aliments secs surgelés. Toutes les communications étaient différées de 20 minutes, répliquant les délais de transmission depuis Mars. Et malgré nos deux heures par jour d’exercices physiques, nous n’avons eu droit qu’à une douche de 8 minutes durant la semaine.
Afin de rendre cette simulation encore plus réaliste, les journées étaient structurées pour refléter le quotidien durant une expédition vers Mars. Chaque matin commençait par un petit-déjeuner suivi d’une réunion de l’équipage pour étudier les objectifs de la journée. Les activités au quotidien variaient selon que l’on soit assigné à une sortie dans la sonde martienne, ou bien à des tâches à l’intérieur de l’habitat. Hors habitat, nous avons exploré la géologie avoisinante, plus spécifiquement les tubes de lave situés tout autour de la capsule. Ceux qui restaient à l’intérieur faisaient de l’exercice, préparaient les repas et travaillaient sur des projets de recherche. La fin de la journée était consacrée au compte-rendu des tâches accomplies et à l’horaire du lendemain.
À l’intérieur de notre routine quotidienne, nous avons testé notre santé cérébrale et nos performances. Pour mener à bien cette évaluation, nous avons utilisé les casques EEG mobiles fabriqués par Muse, disponibles sur le marché. Nous avions auparavant comparé la performance de cet équipement avec celle d’un casque aux normes médicales et avions pu démontrer que le Muse était capable de produire un signal EEG de bonne qualité.
Nous avons également travaillé avec Suva Technologies afin de développer PEER – une application iOS qui mesure les données ERP dont nous avions besoin pour effectuer nos tests de santé et de performance cérébrales. L’un des aspects sympathiques de cette technologie est que les mesures, du début à la fin, ne prennent que cinq minutes environ.
Mesurer rapidement l’état de santé
Notre projet sur l’habitat martien a été un succès total – nous avons réussi à mesurer nos niveaux de fatigue cognitive. Nous avons noté une nette augmentation de cette fatigue au long de la journée de travail – ce à quoi il faut s’attendre quand elle dure 16 heures. Mais, bien que n’ayant résidé qu’une semaine dans la capsule, nous avons également observé une augmentation de la fatigue cognitive d’un jour à l’autre.
Nous sommes capables de mesurer la santé et la performance mentales d’un astronaute en moins de cinq minutes grâce à la technologie EEG mobile, au PEER et aux algorithmes que nous avons développés. Et il y d’autres champs d’application pour cette technologie : nous pouvons mesurer les commotions cérébrales survenant au cours d’événements sportifs, mesurer la fatigue cognitive dans les milieux industriels et médicaux, prédire la performance d’un athlète, et suivre l’évolution d’une baisse cognitive de faible intensité jusqu’au stade de la maladie d’Alzheimer et de la démence.