UPThèses

Le déclin cognitif qui s'observe au cours du vieillissement se réduirait grâce à une bonne condition physique cardiorespiratoire. Dans le cadre de cette thèse, les corrélats neurophysiologiques sous-jacents de cet effet prophylactique de la condition physique cardiorespiratoire ont été explorés par le biais de la spectroscopie proche de l'infrarouge qui permet de mesurer de manière non invasive l'activité hémodynamique cérébrale. Les objectifs sont d'une part, d'investiguer les effets de la complexité de la tâche, de l'âge et de la condition physique cardiorespiratoire sur l'évolution des indicateurs de la performance cognitive, de la perception subjective de la difficulté et de l'activité hémodynamique cérébrale. D'autre part, d'examiner les relations fonctionnelles qui pourraient exister entre ces différents indicateurs. A travers trois études utilisant différentes tâches exécutives dont nous avons manipulé le niveau de complexité, nous avons mesuré ces différents indicateurs chez des jeunes adultes et des seniors à haut et faible niveaux de VO2max. Les résultats obtenus ont montré dans un premier temps que l'activité hémodynamique, la performance cognitive ainsi que la perception subjective de la difficulté augmentent significativement en fonction de la complexité de la tâche exécutive. Ceci démontre la sensibilité des différents indicateurs à la manipulation de la complexité cognitive. De plus, l'avancée en âge induit une réduction des performances cognitives et de l'activité hémodynamique mais pas de la perception subjective de la difficulté. Dans un deuxième temps, nos résultats ont indiqué que la condition physique cardiorespiratoire est liée à une augmentation des performances exécutives ainsi que de l'activité hémodynamique, seulement chez les seniors et pour certaines tâches; les bénéfices étant limités à la fonction de mise à jour de la mémoire de travail. Enfin, dans un troisième temps, les résultats de l'ensemble de nos travaux ont montré un lien possible entre l'activité hémodynamique et la performance cognitive seulement chez les jeunes adultes et les seniors à haut niveau de VO2max lorsque la tâche expérimentale est particulièrement complexe, donc lorsque la charge cognitive est élevée. En somme, ce travail de thèse a permis d'apporter des supports de compréhension des mécanismes neurophysiologiques sous-jacents aux effets prophylactiques de la condition physique cardiorespiratoire, sur le déclin de la mise à jour de la mémoire de travail, au cours du vieillissement normal.

L’objectif de cette thèse était de préciser les relations entre la mobilité, la condition physique et les fonctions cognitives dans une perspective de vieillissement sain. D’abord, une étude méthodologique a été présentée pour spécifier les modalités d’évaluation du CE. Les résultats ont démontré que le CE est plus élevé lorsque la mesure est effectuée sur tapis roulant en comparaison avec une mesure directement au sol. Il a aussi été suggéré que le niveau d’assocation entre les deux modalités était insatisfaisant. Ensuite, une approche transversale a été utilisée afin de préciser les déterminants de la condition physique associés à une meilleure mobilité et à un profil cognitif favorable. En plus de la VO2max, une force élevée et un faible CE ont caractérisé les individus qui présentaient les meilleures performances dans une tâche de flexibilité cognitive. Il a aussi été démontré que des tests cliniques comme le Timed up and go et la vitesse maximale de marche sur 10 mètres pouvaient être utilisés pour discriminer les individus qui présentent les profils physiques et cognitifs les moins favorables. Enfin, une étude d’intervention a été proposée afin de vérifier si un entraînement de l’aptitude aérobie et de la force visant une augmentation de la VO2max et la réduction du CE allait permettre de meilleures performances cognitives lors d’une double tâche (motrice et cognitive). Les résultats démontrent, malgré que ce type d’intervention semble favoriser de meilleures performances en inhibition, qu’un programme visant le développement des habiletés motrices globales est aussi efficace pour induire des améliorations en inhibition.

Ce travail de thèse repose sur l'analyse des processus impliqués dans l'apprentissage de nouveaux comportements moteurs, et sur l'étude de nos capacités à adapter notre comportement à de nouvelles situations. Nous avons réalisé une série de trois expériences où ont été utilisés des dispositifs expérimentaux permettant une analyse de mouvements discrets et continus. L'objectif principal qui a motivé ce travail était d'évaluer : 1) les variables d'apprentissage susceptibles d'influencer l'acquisition d'un geste discret et/ou continu (Expériences 1 et 2), et 2) la nature des représentations sensori-motrices dans l'apprentissage de séquences motrices (Expérience 3). Les données obtenues dans la première étude (Expériences 1 et 2) révèlent que la condition de pratique et/ou le niveau de similarité entre les tâches à apprendre sont susceptibles de moduler les processus intra- et/ou inter-tâches mis en jeu par l'apprenant au cours de la phase de pratique, et donc d'influencer l'apprentissage. De plus, nos résultats indiquent également que les facteurs condition de pratique et similarité des tâches interagissent avec le facteur quantité de pratique ; l'apprentissage de nouveaux comportements moteurs nécessite donc de prendre en considération l'ensemble de ces facteurs. Les résultats de l'Expérience 3 révèlent une prédominance du code visuo-spatial dans la représentation des séquences motrices, associée à une dépendance du système effecteur, quelle que soit la quantité de pratique. Nos résultats ne confirment pas l'hypothèse du passage progressif d'un codage de type visuo-spatial (effecteur indépendant) au début de la pratique (après 1 jour), à un codage de type moteur (effecteur

Chez les patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives, le rétrécissement du calibre des bronches peut induire des perturbations fonctionnelles ventilatoires comme la limitation de débit expiratoire (LDE) et/ou l’hyperinflation pulmonaire (HP). Dans un tel contexte, l’équilibre métabolique pourrait être perturbé au sein du tissu musculaire intercostal, notamment à l’exercice, ce qui pourrait favoriser la survenue ou l’aggravation de la dyspnée. Pour simuler les perturbations ventilatoires que peuvent rencontrer les patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives (e.g. résistance anormalement élevée des voies aériennes à l’expiration, LDE et HP), une pression expiratoire positive (PEP) de 20 cmH2O a été imposée au repos et à l’exercice chez des sujets sains. L’oxygénation des muscles intercostaux a été mesurée par spectroscopie dans le proche infrarouge au niveau du 7ème espace intercostal. Au repos, une diminution de la concentration en oxyhémoglobine ([O2Hb]) probablement liée à une baisse de la concentration en hémoglobine totale ([tHb], i.e. volume sanguin local) a été observée en réponse à la PEP (Étude 1). Toutefois, aucune diminution de l’indice de saturation tissulaire en oxygène (TSI) n’a été constatée (Études 1 à 3), y compris lorsque la PEP était à l’origine d’une HP (Étude 2). A l’exercice, une moindre augmentation de [O2Hb] et de [tHb] a été rapportée lorsque la PEP était imposée (vs. contrôle). Une diminution du TSI et de la capacité inspiratoire a aussi été observée entre le repos et l’exercice dans cette condition (Étude 3). D’après les résultats de nos études, lorsqu’une PEP de 20 cmH2O est imposée au repos chez de jeunes sujets sains, aucun déséquilibre métabolique ne semble se produire au niveau des muscles intercostaux. En revanche, lorsque cette PEP est imposée à l’exercice, une perturbation de l’équilibre métabolique semble avoir lieu. Cette dernière pourrait être en partie expliquée par des altérations hémodynamiques locales induites par l’HP. Toutefois, des études complémentaires sont nécessaires pour éclaircir cet aspect. Enfin, aucune relation entre la dyspnée et la condition métabolique des muscles intercostaux n’a été observée lors de nos études. En revanche, des corrélations entre l’inconfort respiratoire et les débits ventilatoires instantanés ont été mises en évidence au repos et à l’exercice lorsque la PEP était imposée (Études 1 et 3). Une relation entre la dyspnée et l’HP a aussi été observée au repos (Étude 2). Les travaux de recherche futurs auront pour objectif de vérifier, au repos et à l’exercice, si l’oxygénation des muscles intercostaux est influencée par l’HP chez des patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives.

Le but de ce travail de thèse était de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels nous nous représentons nos propres actions et celles d'autrui. En nous situant notamment dans la perspective de la théorie idéomotrice, nous avons examiné ces questions tout d'abord dans le cadre de l'imitation. Nos résultats indiquent un effet de l'apprentissage idéomoteur sur l'imitation intentionnelle (Etude 1), confirmant la flexibilité des liens perception-action, et démontrant le rôle des associations réponse-effet dans l'imitation. Toutefois, les performances à une tâche d'imitation automatique n'étaient pas influencées par un tel type d'apprentissage (Etude 2), possiblement en raison de processus différents n'ayant pas la même sensibilité à l'apprentissage idéomoteur. Nous avons ensuite étendu nos recherches au cadre des tâches conjointes (Etude 3). Nous montrons qu'une expérience idéomotrice corrélant l'exécution d'une action avec celle d'un agent non-humain conduit à la co-représentation de l'action de cet agent (présence d'un effet Simon social). Ainsi, l'expérience idéomotrice pourrait également permettre de modifier la co-représentation de l'action d'autrui en situation de tâche partagée. Ce travail confirme donc l'approche idéomotrice de la perception et de la représentation des actions d'autrui.

Ce travail de thèse repose sur la combinaison de deux paradigmes de recherche en psychologie cognitive : la rotation mentale et les transferts intermodaux/inter-tâches. Dans notre première étude (Expériences 1a, 1b, 1c, 2a, et 2b), l'objectif était d'évaluer la dépendance/indépendance des traitements visuel et tactile, lors de tâches de rotation mentale : le Test des Rotations Mentales (Vandenberg & Kuse, 1978) et une tâche élémentaire de rotation mentale (Shepard & Metzler, 1971). En utilisant un plan expérimental intra-sujet, nous avons comparé quatre conditions expérimentales incluant des apprentissages intramodaux : 1. Visuel-Visuel ; 2. Tactile-Tactile, et des transferts intermodaux : 3. Visuel-Tactile ; 4. Tactile-Visuel. Les participants ont ainsi réalisé deux tâches successives dans des conditions sensorielles similaires ou différentes (session 1 et session 2). Nos résultats révèlent que la rotation mentale peut dépendre de processus de traitement des représentations spécifiques à la modalité sensorielle utilisée. Les informations découlant d'une expérience visuelle sont réutilisables dans la condition tactile, alors qu'à l'inverse, nous n'avons observé que très peu de transferts tactiles en condition visuelle. Les traitements visuels et tactiles, sur des objets tridimensionnels complexes, permettent ainsi le développement de stratégies d'imagerie mentale spécifiques (Visuel-Visuel-IM vs. Tactile-Spatial-IM), découlant de différents modes de traitements perceptifs (visuel-global vs. tactile-spatial)...

L’impact de l’exposition au froid dans le contexte de l’exercice physique et de la récupération sur des variables physiologiques et perceptives a été investigué. Nous avons mis en évidence, par méta-analyse, que : - L’exposition au froid lors de l’activité physique permet une amélioration de la performance pour des exercices de type aérobies et anaérobies (taille de l’effet variant suivant la technologie de refroidissement utilisée et la partie du corps refroidie). - La cryothérapie/cryostimulation et l’immersion en eau froide utilisées à la suite d’une activité physique permet une réduction des courbatures, de la fatigue perçue et des concentrations sanguines de marqueurs de dommages musculaires et de l’inflammation. Nos travaux expérimentaux montrent que : - Le port d’un gilet refroidissant lors d’une activité physique éprouvante améliore les réponses perceptives de confort thermique, d’humidité et de bien-être et réduit le stress physiologique (température cutanée diminuée, retour plus rapide à la fréquence cardiaque de base, amélioration de l’oxygénation cérébrale). - 3 min d'exposition en cryothérapie corps partiel est une durée optimale pour améliorer la qualité de sommeil après un entraînement. - 3 min d’exposition en cryothérapie corps entier améliore la qualité subjective (questionnaires) et objective du sommeil (actimétrie). Les mécanismes liés à cette amélioration dépendent de l’activité du système parasympathique lors des phases de sommeil profond. Ce travail montre l’efficacité de l’utilisation du froid dans différents contextes de l’activité physique et dans les processus de récupération. Les mécanismes biologiques susceptibles d'interagir dans ces processus de récupération sont présentés.

Ce travail de thèse, qui repose sur l'utilisation de la méthode d'amorçage (Rosenbaum & Kornblum, 1982), a pour objectif de vérifier la validité du modèle paramétrique de Rosenbaum (1980, 1983) et de déterminer les processus impliqués dans le cas où on se trouve face à une situation imprévue. La question qui se pose concernant ces processus est, d'une part, de savoir si notre système sensori-moteur déprogramme la totalité de ce qu'il avait traité et reprogramme le nouveau mouvement indépendamment des programmes antérieurs, ou au contraire s'il ne reprogramme que les paramètres erronés en gardant une trace des anciens programmes et, d'autre part, de savoir si dans ce dernier cas, la reprogrammation partielle se fait de façon sérielle ou parallèle. Dans une série de trois expériences, différentes méthodes d'analyse ont été utilisées : analyse des distributions de temps de réaction, delta plots et fonction de précision conditionnelle (étude 1), analyse des essais erronés (études 1 et 2) et enfin l'électromyographie (EMG, étude 3). L'ensemble de ces méthodes permettait une analyse fine des processus de déprogrammation-reprogrammation du mouvement. Les résultats de l'étude 1 révèlent que la déprogrammation n'est ni partielle ni totale et que la reprogrammation n'est faite de façon ni sérielle ni parallèle ; ceux de l'étude 2 révèlent que les résultats obtenus dans la première étude ne sont pas dus aux contraintes biomécaniques liées au mouvement utilisé. Dans l'étude 3, l'enregistrement EMG a permis de distinguer deux catégories d'essais : purs-corrects et incorrects-corrects. Dans ces derniers, on observe des activités EMG partielles précédant l'activation EMG de la réponse correcte (ébauche d'erreur). Les résultats révèlent que la déprogrammation dans les essais purs-corrects est totale. De plus, l'analyse des erreurs (études 1, 2) et celle des ébauches d'erreurs (étude 3) révèlent des traces de la réponse préparée dans ces réponses erronées.

De nombreuses études ont montré que l’activité physique régulière et le niveau de condition physique étaient associés à la performance cognitive et plus particulièrement aux fonctions exécutives. Parmi les nombreux mécanismes physiologiques qui sous-tendent cette association, l’oxygénation du cortex préfrontal semble avoir un rôle majeur. Il est bien établi que l'impact spécifique de l'oxygénation préfrontale sur le lien entre l’activité physique et la cognition est influencé par certains facteurs comme le sexe, l’âge, et la santé cardio-vasculaire. Ainsi, l'objectif de cette thèse était d'étudier l'impact de l'activité physique et du niveau de condition physique sur les fonctions exécutives au cours du vieillissement chez des hommes sains. L'influence de l'oxygénation du cortex préfrontal et de la santé cardiovasculaire sur la relation « niveau de condition physique – fonctions exécutives » a également été étudiée. A partir de la littérature existante, nous avons formulé l’hypothèse que l’activité physique et le profil cardiorespiratoire auraient des effets bénéfiques sur les fonctions exécutives chez les hommes jeunes et plus âgés, et que pour ces deux populations, l’oxygénation du cortex préfrontal et la santé cardiovasculaire seraient impliquées dans cette relation. Une revue de littérature et quatre études transversales ont été réalisées pour vérifier ces hypothèses. Notre revue de littérature chez les personnes âgées a indiqué que: • Un niveau de condition physique plus élevé est associé à de meilleures performances dans certains tests de fonction exécutive. • Un niveau de condition physique plus élevé est associé à une moindre rigidité artérielle, à une réactivité vasculaire plus élevée, et à une plus grande amplitude de l'oxygénation cérébrale au cours de l'exercice ou d'une tâche cognitives. • Un plus grand volume de matière grise et une plus grande d’intégrité de la substance blanche sont liés àu profil cardiorespiratoire, mais moins systématiquement associés à l’activité physique. • Au moins de 12 semaines d'un programme d'exercice aérobie sont nécessaires pour obtenir un effet significatif sur les fonctions cognitives Nos études expérimentales nous ont permis de conclure que: Chez les jeunes hommes: • Les individus actifs obtenaient de meilleures performances dans les tâches exécutives que les inactifs et avaient un changement important dans l'oxygénation du cortex préfrontal lors des conditions les plus complexes de la tâche de Stroop. • Un niveau de condition physique plus élevé était liée à une meilleure performance en double tâche et une plus grande oxygénation des deux côtés du cortex préfrontal. Chez les hommes âgés: • Le niveau de condition physique n’est pas lié aux performances de Stroop ni à l’ oxygénation du cortex préfrontal. • Un niveau de condition physique plus élevé est lié à une meilleure performance et une plus grande oxygénation de cortex préfrontal droit au cours d’une tâche de Stroop dans le groupe de 61+ ans mais pas dans le groupe de 55-60 ans, ce qui suggère l'importance de la classification de groupe d'âge pour évaluer l'effet du niveau de condition physique sur les fonctions exécutives chez les hommes âgés. • Les hommes âgés ont des relations plus fortes entre plusieurs paramètres cardiovasculaires et la performance des tâches de Stroop que les jeunes hommes Cette projet de recherche montre que l'activité physique et le niveau de condition physique ont des effets positifs sur les fonctions exécutives chez les jeunes hommes et âgés, en particulier dans la tâche la plus complexes. L’oxygénation du cortex préfrontal et la santé cardiovasculaire modulent la relation entre l'activité physique et la cognition. Nous concluons que d’être physiquement actif ou d'avoir un meilleur niveau de condition physique donne des effets avantageux pour la santé vasculaire, l’oxygénation du cortex préfrontal, et les fonctions exécutives non seulement chez les hommes âgés, mais aussi chez les jeunes hommes.

Le modèle bioénergétique de P.E. di PRAMPERO permet d'expliquer la performance dans les disciplines de locomotion (course à pied, cyclisme, natation, ...) à partir d'une puissance métabolique et d'un indice de la dépense d'énergie par unité de distance parcourue. Néanmoins, pour les épreuves de natation de haute intensité telles que le 100m crawl, le contexte environnemental rend l'estimation de la puissance métabolique d'origine aérobie techniquement difficile. L'objectif de cette thèse est alors de proposer une nouvelle approche des réponses aérobies d'un 100-m nage libre, réalisé dans des conditions les plus proches possible d'une compétition. Le travail expérimental a porté sur des nageurs entraînés. Dans un bassin de 25-m, la procédure propose que les nageurs réalisent une performance sur 100-m nage libre à allure de compétition et trois épreuves (25m, 50m, 75m) réitérant les mêmes allures intermédiaires que celles du 100-m. VO2 est mesuré avant et juste après chaque épreuve, pendant 1min, par rétro-extrapolation. Les valeurs de VO2 mesurées à la fin des épreuves de 25m, 50m, 75m et 100m permettent de reconstruire la cinétique de VO2 d'une épreuve de 100-m. Les résultats contrastent avec les estimations des cinétiques de VO2 publiées précédemment : VO2 augmente plus vite dans la première moitié de l'épreuve (à 50m, VO2 ≈ 94%VO2max), atteint 100 %VO2max au 75ème mètre de l'épreuve puis chute de 7% sur le dernier 25-m. Une estimation de la contribution relative du métabolisme aérobie montre également des valeurs plus importantes que celles publiées jusqu'à ce jour, du fait de l'atteinte précoce de VO2max en cours d'épreuve.