Vieillissement et fonctions exécutives

2Les FE (ou mécanismes de contrôle exécutif) sont définies de diverses manières dans la littérature. Ces définitions ont pour point commun de considérer les FE comme un ensemble de processus au service du contrôle et de la régulation de nos comportements [4]. Plusieurs taxonomies ont été proposées, la plus fréquemment utilisée étant celle défendue par Miyake et al. [4] distinguant la flexibilité (i.e., permettant d’alterner aisément entre plusieurs entités cognitives), l’inhibition (ou la capacité à empêcher l’exécution d’une action ou réponse dominante/automatique) et la mise à jour (permettant de réactualiser le contenu de la mémoire de travail).

3De nombreuses études ont observé une diminution de l’efficacité des FE au cours du vieillissement normal [3]. Ainsi, la diminution de la flexibilité cognitive avec l’âge a été observée avec divers protocoles. Dans les études expérimentales, elle a pu être mise en évidence grâce à des études utilisant les paradigmes de changement de tâche [5]. Dans des études plus cliniques ou corrélationnelles, la diminution de la flexibilité cognitive avec l’âge a pu être observée avec des tests neuropsychologiques classiques, comme le Trail Making Test [6].

4De la même manière, de nombreuses études ont rapporté une diminution des capacités d’inhibition avec l’âge. Avec l’âge, nous avons de plus en plus de mal à nous empêcher de réaliser une action (même inappropriée) ou à effacer de notre mémoire de travail un contenu non pertinent pour la tâche à accomplir. Cette diminution de l’inhibition avec l’âge a été observée dans des études expérimentales avec des tâches de type go/no-go [7], des tâches de stop-signal [8], ou bien encore des tâches d’amorçage négatif [9]. La diminution des capacités d’inhibition a également été observée avec des épreuves neuropsychologiques classiques comme le test de Stroop [10] ou le test de Hayling [11].

5Les travaux sur l’évolution de la mise à jour ont montré que notre capacité à actualiser le contenu de l’information en mémoire de travail diminue avec l’âge [12]. La capacité de mise à jour est habituellement mesurée par des tests qui nécessitent le remplacement efficace d’informations (verbales ou visuospatiales) dans la mémoire de travail. Ainsi, un déclin des performances lié à l’âge a été observé avec le running span [13], le n-back [14], et en observant les erreurs d’intrusion (d’anciens éléments) qui suggèrent un échec de mise à jour [13, 15].

Vieillissement et variations stratégiques

6Dans de nombreux domaines de la cognition, les psychologues du vieillissement ont cherché à caractériser l’évolution des performances cognitives avec l’âge, au-delà d’une simple diminution ou un maintien. Ils ont alors observé que le déclin mais aussi le maintien des performances cognitives avec l’âge étaient sous-tendus par des variations stratégiques. Très simplement, les différences de performances entre les jeunes et les âgés sont souvent associées à des différences dans le type de stratégies utilisées (i.e., répertoire stratégique). Par exemple, les adultes âgés pourraient utiliser des stratégies moins efficaces que les adultes jeunes, réduisant ainsi leurs performances. Des différences peuvent également exister dans la fréquence d’utilisation des stratégies disponibles (i.e., distribution stratégique). Par exemple, les personnes âgées pourraient avoir des préférences pour certaines stratégies qui sont différentes de celles des adultes jeunes, ainsi changeant leurs performances de façon qualitative. Même si les adultes jeunes et âgés exécutent les mêmes stratégies, la vitesse et la précision associées à chaque stratégie peuvent être différentes chez les adultes jeunes et âgés (i.e., exécution stratégique). Finalement, les personnes jeunes et âgées peuvent ne pas choisir sur chaque problème la stratégie la plus efficace (les choix ou sélections stratégiques). Ces choix stratégiques non optimaux conduisent à de moins bonnes performances. Ces quatre dimensions stratégiques, proposées par Lemaire et Siegler [16] pour analyser l’évolution des performances cognitives avec l’âge chez les enfants comme au cours du vieillissement, ne connaissent pas le même rythme d’évolution [2].

7Par exemple, dans des tâches de calcul mental (i.e., dire combien font 47 + 69), Lemaire et Arnaud [17] ont observé que les personnes âgées saines et avec un bon niveau scolaire initial avaient tendance à utiliser un nombre plus restreint de stratégies. Le plus étonnant est que les personnes âgées connaissaient toutes les stratégies disponibles, comme les participants jeunes. Toutefois, elles préféraient se focaliser sur un nombre plus petit de stratégies. Par ailleurs, dans de nombreuses tâches, les personnes âgées préfèrent utiliser les stratégies les plus simples, mêmes si elles sont moins efficaces, que des stratégies plus complexes, par ailleurs connues aussi bien par les jeunes que les âgés [18, 19]. De plus, lorsque la procédure expérimentale permet de neutraliser les différences liées à l’âge dans le répertoire, la sélection et la distribution stratégiques (i.e., en forçant les participants à exécuter chaque stratégie disponible sur l’ensemble des items), les données montrent que les personnes âgées exécutent souvent les stratégies de manière moins efficace que les jeunes. Cette différence jeunes-âgés est d’autant plus importante que la stratégie est difficile [20-23], une stratégie difficile étant une stratégie qui demande l’intégration d’un nombre plus important d’étapes de traitement. Enfin, les travaux ayant sondé la capacité à sélectionner la stratégie la plus efficace sur chaque item ont tous observé qu’avec l’âge, il est de plus en plus difficile de choisir la meilleure stratégie sur chaque item. Les personnes âgées ont tendance à davantage sélectionner des stratégies qui sont moins efficaces en termes de vitesse et de précision sur chaque problème [17, 21].

Études corrélationnelles

11Le principe général de ces études est :

• de recueillir pour chaque participant des mesures des FE, des stratégies utilisées et des performances à une tâche cognitive ;
• de corréler ces trois mesures.

12En 2006, Taconnat et al. [22] ont demandé à des participants jeunes et âgés d’apprendre des paires de mots qui rimaient (e.g., château-plateau) avec deux stratégies. Les participants devaient soit simplement lire les 20 paires de mots (stratégie de lecture) soit compléter la racine du second mot avec un mot rimant avec le premier mot de la paire (e.g., château-plat___) (stratégie de production de rimes). Ensuite, les participants devaient rappeler autant de mots qu’ils pouvaient. Les auteurs ont étudié l’évolution avec l’âge de l’effet dit de production (i.e., différence de performances avec la stratégie de production et la stratégie de lecture). Les auteurs ont observé de meilleures performances avec la stratégie de production qu’avec la stratégie de lecture. Ils ont par ailleurs observé que cet effet diminuait avec l’âge et que 38 % de cette diminution étaient expliqués par la diminution des FE (évaluées par le taux d’erreurs persévératives au test du Wisconsin). Après la prise en compte statistique des FE, les régressions hiérarchiques conduites par les auteurs ne montraient plus aucun effet significatif de l’âge sur la diminution de l’effet de production. En d’autres termes, la diminution de l’efficacité des stratégies d’encodage en mémoire épisodique (telle que mesurée par la diminution de l’effet de production de rimes) pouvait être expliquée par la diminution avec l’âge de l’efficacité des FE.

13Les mêmes résultats ont été retrouvés par la même équipe [23] concernant la récupération des informations en mémoire épisodique. Les auteurs ont demandé aux participants de déterminer si les deux mots de chacune des 24 paires de mots à apprendre (e.g., maison-soldat) étaient fortement ou faiblement associés. Après une pause d’une minute, les participants devaient accomplir une tâche de rappel indicé (i.e., compléter les trois premières lettres du mot à rappeler) soit dans une condition favorisant le rappel, condition dite de support élevé au rappel (i.e., les participants voyaient le premier mot et les trois premières lettres du second mot ; e.g., maison-sol___), soit dans une condition dite de support faible au rappel (i.e., ils voyaient seulement les trois premiers lettres du mot à rappeler ; e.g., sol___). Les auteurs ont comparé l’effet de support chez les adultes jeunes et âgés (i.e., taux de rappels corrects en condition support élevé-taux de rappels corrects en condition support faible). Ils ont observé une augmentation chez les âgés de l’effet de support, augmentation expliquée par la diminution des FE (mesurées par le taux d’erreurs persévératives au Wisconsin). En d’autres termes, la diminution avec l’âge de l’efficacité de l’exécution des stratégies d’encodage et de récupération des informations en mémoire épisodique semble essentiellement due au déclin des FE.

14Dans le domaine de la résolution de problèmes, les données vont dans le même sens d’une médiatisation par les FE de l’effet de l’âge sur les variations stratégiques. En 2011, Hodzik et Lemaire [24] ont publié les résultats de deux études, l’une portant sur le répertoire stratégique, l’autre sur la sélection stratégique. Dans la première, des participants jeunes et âgés avaient à résoudre des additions de deux nombres à deux chiffres (e.g., 44 + 87). Les auteurs ont recueilli le type de stratégie utilisée par les individus sur chaque problème et ont pu établir que les deux groupes d’âge utilisaient le même ensemble de neuf stratégies. Toutefois, au niveau individuel (i.e., nombre moyen de stratégies utilisées par chaque individu), les âgés utilisaient un nombre plus petit de stratégies (répliquant Lemaire et Arnaud, 2008 [17]). Par ailleurs, les auteurs ont évalué la flexibilité cognitive (par le Trail Making Test) et l’inhibition (par le test de Stroop). Ils ont observé que 91 % de la variance liée à l’âge dans le nombre de stratégies utilisées étaient expliqués par un déclin de la flexibilité et de l’inhibition (combinées). Une fois prises en compte ces deux FE, l’âge n’avait plus d’effet significatif sur la diminution du nombre de stratégies utilisées.

15Dans leur seconde étude, Hodzik et Lemaire [24] ont donné aux participants une tâche d’estimation calculatoire. Les participants voyaient des multiplications de deux nombres à deux chiffres (e.g., 43×69) et devaient donner un produit approximatif. Pour cela, ils devaient choisir, sur chaque problème, la meilleure stratégie (i.e., celle aboutissant au produit estimé le plus proche du produit exact) parmi deux stratégies disponibles. Selon la stratégie d’arrondi inférieur, les participants arrondissaient les deux opérandes aux dizaines inférieures les plus proches (e.g., faire 40×60 = 2 400 pour estimer 43×69). Selon la stratégie d’arrondi supérieur, ils devaient arrondir les deux opérandes aux dizaines supérieures les plus proches (e.g., faire 50×70 = 3 500). Les problèmes avaient été soigneusement sélectionnés pour que la stratégie d’arrondi inférieur soit la meilleure pour la moitié des problèmes (e.g., 41×57) et la stratégie d’arrondi supérieur la meilleure sur les autres problèmes (e.g., 34×68). Les données ont montré que les participants jeunes sélectionnaient plus fréquemment la meilleure stratégie que les participants âgés. Par ailleurs, 39 % de la variance liée à l’âge dans le pourcentage de sélection de la meilleure stratégie étaient expliqués par les capacités d’inhibition (évaluée par le test de Stroop) et de flexibilité (testée par le Trail Making Test) combinées. Notons qu’à la différence du répertoire stratégique (voir supra), l’âge avait encore un effet significatif après la prise en compte statistique des FE, ce qui suggère que d’autres facteurs contribuent à l’effet du vieillissement sur la sélection stratégique.

16En résumé, les données montrent que les FE sont cruciales dans les variations stratégiques liées à l’âge, ces variations étant à la source des différences (ou similitudes) dans les performances cognitives entre les participants jeunes et les participants âgés.

Études expérimentales

17Le principe des recherches expérimentales ayant étudié le rôle des FE dans les changements stratégiques avec l’âge est de manipuler des facteurs dont les études précédentes ont montré qu’ils faisaient varier la demande en FE dans la tâche accomplie. Ces manipulations entraînent des effets expérimentaux, lesquels peuvent varier avec l’âge, faisant preuve du rôle du déclin des FE dans l’utilisation des stratégies. Trois effets expérimentaux et leur évolution au cours du vieillissement peuvent illustrer cette approche. Il s’agit des effets de changements stratégiques inter-items et intra-items, de répétitions stratégiques, et de difficulté séquentielle.

Effets de changements stratégiques inter-items

18Lemaire et Lecacheur [25] ont mis en évidence des coûts de changements stratégiques inter-items. Ils ont donné aux participants une tâche d’estimation calculatoire portant sur des multiplications de deux nombres à deux chiffres (e.g., 43×69). Pour chaque problème, les participants devaient estimer un produit approximatif en exécutant la stratégie indicée (e.g., le participant voyait à l’écran de l’ordinateur 43×69 et « arrondi inférieur » ; il devait faire 40×60 et donner 2 400 comme réponse). Les participants n’avaient donc pas à choisir la stratégie, mais à exécuter sur chaque problème la stratégie indicée. Deux types d’essais étaient testés. Les participants devaient répéter la même stratégie sur deux problèmes successifs dans la condition stratégie répétée et utiliser deux stratégies différentes dans la condition stratégie changée. Les participants allaient plus lentement dans la condition stratégie changée que dans la condition stratégie répétée. Dans la condition stratégie changée, les participants devaient inhiber la stratégie juste exécutée, réactiver la stratégie inhibée à l’essai précédent et exécuter cette nouvelle stratégie. Dans la condition stratégie répétée, ils n’avaient qu’à exécuter la stratégie qu’ils venaient d’exécuter sur l’item précédent (et qui était donc disponible en mémoire de travail pour une exécution immédiate). Récemment, Ardiale et al. [26] ont observé une augmentation avec l’âge de ces coûts de changements stratégiques, mais seulement lorsque les participants devaient alterner entre trois stratégies (et des coûts comparables lorsqu’ils devaient alterner entre deux stratégies ; figure 1). Ces coûts de changements stratégiques inter-items semblent mettre en œuvre les mêmes mécanismes de contrôle exécutif que les coûts de changement de tâche et semblent varier avec l’âge d’autant plus que les participants doivent alterner entre plus de stratégies ([5], pour une augmentation avec l’âge des coûts de changement de tâche dans une condition où les participants devaient alterner entre quatre tâches et aucune augmentation quand ils devaient alterner entre deux tâches).

Figure 1

Coûts associés aux changements stratégiques chez des participants jeunes et âgés quand ils devaient alterner entre deux stratégies versus trois stratégies. Les temps de réponse montrent que les participants sont plus lents quand ils changent de stratégie d’un item à l’autre que lorsqu’ils répètent la même stratégie et que ces coûts de changements stratégiques sont plus importants chez les âgés que chez les jeunes dans la condition trois stratégies.

Effets de changements intra-items

19Dans une étude récente, Ardiale et Lemaire [27] ont montré une augmentation des coûts de changements stratégiques intra-items et une tendance plus importante chez les âgés à ne pas changer de stratégie sur un même item quand la stratégie engagée s’avérait ne pas être la meilleure. Ils ont donné aux participants jeunes et âgés une tâche d’estimation calculatoire. Les participants voyaient un problème à l’écran (e.g., 41×86). Ils devaient exécuter une stratégie indicée (e.g., arrondir vers le haut, 50×90 = 4 500) pendant une seconde. Au bout d’une seconde, le problème était à nouveau présenté à l’écran (d’une autre couleur). À ce moment-là, le participant pouvait choisir de continuer d’exécuter la stratégie déjà partiellement exécutée ou de changer de stratégie s’il estimait que la stratégie engagée n’était pas la meilleure, la consigne étant d’utiliser la meilleure stratégie le plus souvent possible. Les données (figure 2) ont montré que les participants âgés avaient tendance à changer de stratégie moins fréquemment que les jeunes, aussi bien sur des problèmes où la meilleure stratégie était difficile à déterminer (e.g., 34×56) que sur des problèmes où elle était plus facile (e.g., 34×59). Les auteurs ont trouvé par ailleurs que lorsqu’ils répétaient la même stratégie, les participants étaient plus rapides que lorsqu’ils changeaient de stratégies et cette différence était plus importante chez les âgés que chez les jeunes. En d’autres termes, les coûts de changement stratégique inter-item, observés par Ardiale et al. [26], se généralisent aux coûts de changements stratégiques intra-items. Là encore, la mise en œuvre de mécanismes de contrôle exécutif et la diminution de leur efficacité avec l’âge expliquent ces phénomènes de changements stratégiques intra-items. Lorsqu’un participant est engagé dans l’exécution d’une stratégie, il lui faut mobiliser des ressources exécutives (lui permettant d’inhiber la stratégie en cours d’exécution et d’activer la stratégie non utilisée) dont on sait qu’elles diminuent avec l’âge. C’est pourquoi les participants âgés ont tendance à changer de stratégie moins fréquemment que les jeunes, même quand il le faudrait pour exécuter au final la meilleure stratégie.

Figure 2

Taux de changements stratégiques intra-items chez des participants jeunes et âgés. Les données montrent que la probabilité pour interrompre l’exécution stratégique et changer de stratégie pour une meilleure stratégie est plus faible chez les âgés que chez les jeunes.

Effets de répétitions stratégiques

20Dans une étude récente, Lemaire et Leclère [28] ont étudié les différences liées à l’âge dans la tendance à répéter la même stratégie d’un item à l’autre. Dans une tâche d’estimation calculatoire portant sur des produits de deux nombres à deux chiffres, les participants voyaient des essais comprenant trois problèmes successifs (dont le produit devait être estimé avec la stratégie d’arrondi inférieur ou supérieur), puis une série de lettres (e.g., « aeiou ») dont le participant devait dire si elle ne comprenait que des voyelle (ou que des consonnes) ou les deux types de lettres. La manipulation cruciale était le nombre de problèmes amorce avant le problème cible. Les participants voyaient, avant le problème cible, un problème amorce dans une condition e deux dans l’autre. Les problèmes amorces étaient des problèmes pour lesquels la sélection de la meilleure stratégie était facile (e.g., 41×52 ; 39×68). En revanche, la sélection de la meilleure stratégie était difficile sur les problème cibles (e.g., 56×34). Dans la condition une amorce, les participants voyaient un problème amorce, un problème cible et un problème post-cible. Dans la condition deux amorces, les participants voyaient les mêmes trois problèmes, mais dans un ordre différent. Le problème post-cible devenait le deuxième problème amorce et le problème cible devenait le troisième problème. Par exemple, les participants voyaient les trois problèmes suivants dans la condition une amorce (41×32 ; 37×53 ; 23×72) et dans l’ordre suivant dans la condition deux amorces (41×32 ; 23×72 ; 37×53). Les participants avaient pour consigne de choisir la meilleure stratégie sur chaque problème. Les auteurs ont étudié la tendance à répéter la même stratégie sur les problèmes amorces et cibles. Comme le montre la figure 3, le pourcentages de répétitions stratégiques étaient plus élevé chez les âgés que chez les jeunes, dans la condition deux problèmes amorces (mais pas de différences liées à l’âge dans la condition une amorce). Là encore, ces résultat peuvent s’expliquer en termes de demande en ressource exécutives et de diminution de ces ressources au cours du vieillissement. Pour changer de stratégie, les participant devaient inhiber la stratégie exécutée sur le problème précé dent, et ce d’autant plus qu’elle avait été exécutée sur deux problèmes précédents, afin d’activer et d’exécuter l’autre stratégie. La diminution des ressources exécutives avec l’âge rendait plus difficile pour les âgés la mise en œuvre de ce opérations, même lorsqu’il s’avérait que la meilleure stratégie était différente sur les problèmes cibles et les problèmes amorces.

Figure 3

Taux de répétitions stratégiques chez des participants jeunes et âgés. Les données montrent que les personnes âgées ont davantage tendance à répéter la même stratégie d’un item à l’autre que les jeunes, surtout dans la condition où ils ont exécuté cette stratégie sur deux items précédant un item cible.

Effets de difficulté séquentielle

21Un dernier effet expérimental renforce l’hypothèse selon laquelle les FE contribuent aux variations stratégiques liées au vieillissement. Il s’agit de l’effet de difficulté séquentielle mis en évidence par Uittenhove et Lemaire [29]. Toujours dans une tâche d’estimation calculatoire, les auteurs ont comparé le temps d’exécution de la stratégie d’arrondi mixte (i.e., les participants arrondissent un opérande à la dizaine inférieure et l’autre à la dizaine supérieure comme lorsqu’ils font 40×70 pour estimer 42×67) après avoir exécuté la stratégie d’arrondi inférieur versus après la stratégie d’arrondi supérieur. Les données recueillies (figure 4) ont fait apparaître que :

• les participants avaient besoin de plus de temps pour exécuter la stratégie d’arrondi mixte après la stratégie d’arrondi supérieur qu’après la stratégie d’arrondi inférieur ;
• cet effet de difficulté séquentielle était de taille comparable chez les participants jeunes et âgés témoins.

Figure 4

Effets de difficulté séquentielle stratégique chez des participants jeunes et âgés. Les participants exécutaient plus lentement une stratégie sur un item lorsqu’ils avaient utilisé sur l’item précédant une stratégie difficile que lorsqu’ils avaient utilisé une stratégie facile. Cet effet était comparable chez les jeunes et chez les âgés.

22Les auteurs ont interprété les effets de difficulté séquentielle en proposant qu’après avoir exécuté la stratégie difficile (arrondi supérieur), qui consomme plus de ressources en mémoire de travail, moins de ces ressources seraient disponibles pour pouvoir exécuter la prochaine stratégie. En d’autres termes, l’interférence créée par la stratégie qu’on vient d’exécuter sur la stratégie à exécuter était plus importante après l’exécution d’une stratégie difficile. Cette interférence ne semblait pas affecter plus les participants âgés témoins que les jeunes. La diminution des ressources en mémoire de travail après l’exécution d’une stratégie difficile semblait ne pas excéder les ressources disponibles chez les âgés.