Hippocampal functional adaptation to hypergravity exposure : new insights for cognitive alterations in astronauts
Adaptation fonctionnelle de l'hippocampe à l'exposition à l'hypergravité : nouvelles perspectives pour les altérations cognitives chez les astronautes
Résumé
One of the challenges for space exploration is the establishment of manned missions to Mars. These missions are the most difficult to date, mainly because of prolonged exposure to radiations and confinement, but also to repetitive gravitational intensity variations. Such variations could affect sensory systems and cognitive capacities altering crew performances. So far, the underlying cerebral mechanisms are poorly understood. This study aimed to investigate the effects of a 24h, 48h or 15 days exposure to 2G hypergravity (HG) on C57BL/6JRj male mice hippocampus. Synaptic transmission and functional plasticity were investigated using electrophysiological extracellular recordings of CA1 region in ex vivo hippocampal slice preparations. Basal synaptic transmission was unaffected by HG exposure. However, Long-term potentiation (LTP), induced by high-frequency stimulation (HFS, 1x100Hz, 1s), was impaired in 24h-exposed mice. LTP was
not affected by 48h or 15 days exposure. NMDA receptor activation (required for LTP), was also impaired after 24h of HG, but this was compensated by delivering the NMDA co-agonist D-serine (100µM) to slices. This result suggests that the impaired NMDAR activationand consequently the LTP deficit could rely on a weaker synaptic availability of endogenous D-serine.
This electrophysiological study shows transient changes in functional plasticity in CA1 hippocampal networks of mice exposed to HG. These changes thus represent one of synaptic mechanisms possibly driving cognitive alterations (at least short term) in astronauts, notably during and/or shortly after manoeuvers in which gravity increases such as launching and landing.
L'un des défis de l'exploration spatiale est la mise en place de missions habitées vers Mars. Ces missions sont les plus difficiles à ce jour, principalement en raison de l'exposition prolongée aux radiations et au confinement, mais aussi aux variations répétitives de l'intensité gravitationnelle. Ces variations pourraient affecter les systèmes sensoriels et les capacités cognitives et altérer les performances de l'équipage. Jusqu'à présent, les mécanismes cérébraux sous-jacents sont mal compris.
Cette étude a pour but d'étudier les effets d'une exposition de 24h, 48h ou 15 jours à une hypergravité de 2G sur l'hippocampe de souris mâles C57BL/6JRj. La transmission synaptique et la plasticité fonctionnelle ont été étudiées à l'aide d'enregistrements extracellulaires électrophysiologiques de la région CA1 dans des préparations de tranches d'hippocampe ex vivo. La transmission synaptique basale n'a pas été affectée par l'exposition à l'HG. Cependant, la potentialisation à long terme (LTP), induite par une stimulation à haute fréquence (HFS, 1x100Hz, 1s), était altérée chez les souris exposées à 24h. La LTP n'a pas été n'a pas été affectée par une exposition de 48 heures ou de 15 jours. L'activation des récepteurs NMDA (nécessaire à la LTP) a également été altérée après 24 heures d'exposition, mais cette altération a été compensée par l'administration de D-sérine (100 µM), un co-agoniste des récepteurs NMDA, aux tranches. Ce résultat suggère que l'altération de l'activation des NMDAR et, par conséquent, le déficit de LTP pourraient être dus à une plus faible disponibilité synaptique de la D-sérine endogène.
Cette étude électrophysiologique montre des changements transitoires de la plasticité fonctionnelle dans les réseaux hippocampiques CA1 de souris exposées à l'HG. Ces changements représentent donc l'un des mécanismes synaptiques susceptibles d'entraîner des altérations cognitives (au moins à court terme) chez les astronautes, notamment pendant et/ou peu après les manœuvres au cours desquelles la gravité augmente, telles que le lancement et l'atterrissage.
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