Fonctions exécutives

En psychologie, les fonctions exécutives désignent un ensemble assez hétérogène de processus cognitifs de haut niveau. Elles permettent de faire varier le traitement et le comportement de l'information à chaque instant en fonction des objectifs actuels d'une manière adaptative, plutôt que de rester rigide et inflexible. Les fonctions exécutives sont nécessaires pour effectuer des activités telles que la planification, l'organisation, l'élaboration de stratégies, pour être attentif et se rappeler les détails, et pour gérer le temps et l'espace[1]. En s'appuyant sur des études neuropsychologiques et neurophysiologiques, il est largement admis que le cortex préfrontal joue un rôle-clé dans le soutien des fonctions exécutives (ou contrôle cognitif) dans le cerveau[2]. Cependant, les différentes fonctionnalités des fonctions exécutives semblent recruter différentes parties du cortex frontal, ainsi que d'autres régions du cerveau[3].

Les chercheurs en sciences cognitives ont créé des modèles des fonctions exécutives, dont l'un des plus connus est le modèle du système attentionnel superviseur de Donald Norman et Tim Shallice.

Les précurseurs de la notion de fonctions exécutives

Alexandre Luria

Article connexe : Alexandre Luria.

Pour Luria[Où ?], toute activité de résolution de problèmes suppose quatre choses : une analyse de la situation, une élaboration d'un plan de résolution, une résolution séquentielle et organisée de ce plan et une vérification en comparant l'objectif de départ avec le résultat obtenu.

Il définit[Où ?] trois fonctions :

  • la volition : c'est la volonté d'agir, l'initiation ;
  • la planification des étapes ;
  • le contrôle.

Il insiste sur l'importance des lobes frontaux dans ce type de fonctions.

Dubois

Dubois[Qui ?] définit[Où ?] ces fonctions comme étant l'ensemble des processus qui contrôlent et régulent les autres activités cognitives.

Rabbit

Rabbit[Qui ?] définit[Où ?] cinq fonctions :

  • l'adaptation aux situations nouvelles (qui peut être rapprochée de la notion d'intelligence fluide) ;
  • la planification et la mise en œuvre de stratégies nouvelles (qui peuvent aussi être liées à l'intelligence fluide) ;
  • le contrôle et la régulation de l'action ;
  • la capacité à tenir compte de l'information en retour pour ajuster sa réponse ;
  • la capacité à inhiber des informations non pertinentes pour la réalisation de la tâche.

Rôle des fonctions exécutives

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Nous avons besoin des fonctions exécutives dans notre vie quotidienne. Elles nous permettent de :

  1. faire des plans ;
  2. garder une trace du temps et terminer le travail à temps ;
  3. garder une trace de plus d'une chose à la fois ;
  4. inclure de façon significative les connaissances antérieures dans les discussions ;
  5. évaluer des idées et réfléchir sur notre travail ;
  6. changer d'avis et apporter des corrections à mi-parcours en pensant, la lecture et l'écriture ;
  7. demander de l'aide ou demander plus d'information quand nous avons besoin ;
  8. s'engager dans la dynamique du groupe.

Les types de fonctions exécutives

Le contrôle exécutif représente une série de fonctions de contrôle de haut-niveau qui prend en charge le comportement orienté vers un but[4]. La théorie de Miyake, Friedman, Emerson, Witzki, Howerter et Wagner est une théorie très dominante dans la littérature sur les fonctions exécutives[5]. Grâce à une analyse de régression, ils ont pu mettre à jour trois fonctions exécutives spécifiques, qui sont à la fois indépendantes et font partie d'une certaine unité (corrélées entre elles).

La flexibilité mentale (shifting)

Cette fonction définit la capacité de changer de tâche ou de stratégie mentale et à passer d'une opération cognitive à une autre[6]. Elle peut requérir le désengagement d'une tâche pour se réengager dans une autre. Il existerait trois sous-classes de flexibilité mentale : la flexibilité d'information en mémoire de travail (interne), la flexibilité externe (pour des stimuli environnementaux) et la flexibilité de source[7].

La mise à jour (updating)

Cette fonction permet la mise à jour d'information dans la mémoire de travail. Cela implique la modification du contenu sur la base de l'information entrante plus récente[5],[8]. Cette mise à jour d'une action nécessite la surveillance et le codage de l'information entrante pour la pertinence de la tâche qui est en cours d'exécution à un moment. Alors, elle révise d'une façon appropriée les items conservés en mémoire de travail en remplaçant l'information qui n'est plus pertinente avec l'information plus récente et plus pertinente[9].

L'inhibition

L'inhibition se réfère à une série de mécanismes qui permettent la suppression des cognitions et des actions inappropriées et aussi la résistance aux interférences de l'information non pertinente[10]. C'est la capacité de supprimer l'expression ou la préparation de l'information qui perturberait le bon achèvement de l'objectif souhaité[11]. Cette fonction exécutive permet le contrôle de la cognition et le comportement complexe et c'est essentiel pour une interaction efficace avec l'environnement[12]. En outre, l'inhibition est importante dans l'intelligence, la mémoire et l'attention et elle est liée à la compétence sociale et la régulation émotionnelle[13].

Substrat neuronal des fonctions exécutives

Le substrat neuronal de contrôle cognitif est souvent alloué au cortex frontal[14]. Cela a été démontré en utilisant principalement des études de patients[15]. Cependant, les trois différentes fonctions de contrôle cognitif semblent recruter différentes parties du cortex frontal, ainsi que d'autres régions du cerveau[16].

  1. La mise à jour est associée à l'activation des zones du cortex préfrontal (dorso-latéral, inférieur et cingulaire) et du cortex pariétal (postérieur et supérieur)[17].
  2. La flexibilité mentale nécessite les zones préfrontale, pariétale et sous-corticales du cerveau[18],[19],[20],[21].
  3. L'inhibition est principalement associée au gyrus frontal inférieur droit[22], mais des études ont également montré l'implication d'autres structures cérébrales, telles que les zones cingulaire, préfrontale, pariétale et temporale[23]. La recherche a également confirmé la contribution des noyaux gris centraux, une structure du cerveau qui est principalement importante pour le contrôle moteur[24]

Épreuves mesurant les fonctions exécutives

Trail Making Test (test des tracés)

Les informations suivantes proviennent principalement de : Reitan 1958[25].

Cette épreuve mesure la flexibilité mentale et se déroule en deux temps. Dans un premier temps, le sujet doit relier des chiffres dans l'ordre croissant le plus rapidement possible (1-2-3-4 ; etc.), et dans un second temps, il doit procéder de la même manière mais en alternant des chiffres et des lettres (1-A-2-B-3-C, etc). Le « coût de shifting » est calculé en faisant la différence entre la deuxième et la première tâche.

Le Plus-Minus

Ce test est aussi une mesure de la flexibilité mentale. Dans un premier temps, le sujet est entraîné à faire une série d'additions sur des nombres à deux chiffres (+3), puis il est entraîné à faire une série de soustractions (-3), et enfin, il doit alterner les additions et les soustractions (+3;-3;+3, etc).

Le N-Back

Les informations suivantes proviennent principalement de : Smith et Jonides 1997[26].

Cette épreuve mesure la mise à jour de la mémoire de travail[27]. La tâche n-back est une tâche de reconnaissance où les personnes sont tenues d'indiquer si un élément dans une liste présentée correspond à l'élément qui a été présenté n positions avant (par exemple, F-B-L-B est un exemple d'un match 2-back ; F-B-L-G est un exemple de décalage 2-back). Les essais leurres sont cruciaux dans ce paradigme, qui sont des essais où un élément correspond à l'élément qui a été présenté juste avant ou après la position cible n-back (par exemple, l'essai 2-back B-G-L-B). En général, il a été constaté que les gens sont plus lents et font plus d'erreurs sur ces essais en raison d'interférence proactive. Szmalec et collègues[28] ont trouvé 2-back effets de leurres non seulement avec des items identiques, mis aussi avec des objets sémantiquement liés. Ils ont soumis les participants à une tâche 2-back avec les mots et ils ont introduit des leurres sémantiques (par exemple, fourchette-âne-maison-couteau) qui ont donné des effets clairs des leurres sémantiques.

La tâche Stroop

Les informations suivantes proviennent principalement de : Stroop 1935[29].

Cette épreuve permet de mesurer l'inhibition. Dans cette tâche, des noms de couleurs qui sont imprimés en différentes couleurs d'encres, sont présentés aux participants. La tâche consiste à désigner la couleur de l'encre du mot le plus rapidement que possible, en ignorant le contenu du mot. Les résultats montrent généralement des difficultés à nommer la couleur appropriée dans les essais non congruents, qui sont des essais dans lesquels la couleur de l'encre est différente du mot de couleur. Les gens ont une tendance à lire automatiquement le mot et cela conduit à des interférences entre le mot de couleur et la couleur de l'encre. Pour réussir la tâche, il est important d'inhiber la tendance à lire les mots et à se concentrer sur la couleur de l'encre des mots.

La tâche Flanker

Les informations suivantes proviennent principalement de : Eriksen et Eriksen 1974[30].

La tâche Flanker est une tâche de réaction qui est conçue pour mesurer la capacité de pointer l'attention visuelle, en inhibant les informations gênantes. Dans cette tâche, les participants doivent donner une réponse rapide de gauche ou de droite à une flèche centrale, tout en ignorant les flèches d'accompagnement congruentes (par exemple, < < < < <) ou non congruentes (par exemple, < < > < <). Les gens ont une tendance à traiter automatiquement les informations de distraction, car ils sont généralement plus lents sur les stimuli non congruents que sur les stimuli congruents.

Le Wisconsin Card Sorting Test

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Cette épreuve permet de mesurer la flexibilité mentale, qui est une bonne représentante globale des fonctions exécutives. On présente au sujet quatre cartes qui diffèrent de par leur couleur, la forme des items présentés sur chaque carte (ronds, carrés, triangles, etc.) et de par le nombre de ces items. La personne a, dans sa main, le paquet du reste des cartes. Sa tâche est de catégoriser une à une les cartes restantes en les posant sur l'un des quatre tas. On ne lui donne pas de critère pour organiser ses cartes, il peut, à sa guise les classer par couleurs, formes ou nombres de formes mais l'examinateur lui signifie uniquement par oui ou pas non si le critère choisi est le bon. On laisse alors le sujet organiser ses cartes selon le premier critère choisi pendant quelques cartes, puis à un moment, l'examinateur décide de changer de critère et le sujet doit retrouver le nouveau critère de classification.

La mesure principale de cette tâche est alors les erreurs persévératives (c'est-à-dire si le sujet persévère dans le critère qui lui est devenu routinier). Cela permet de voir si le sujet est capable de tenir compte de l'information en retour, mais aussi s'il est capable d'inhiber une réponse qui lui est devenue routinière.

Notes et références

  1. Chan, R., Shum, D., Toulopoulou, T., & Chen, e. (2008). Assessment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Archives of Clinical Neuropsychologie, 23, 201-216.
  2. Wagner, A., Bunge, S.,& Badre, D. (2004). Cognitive control, semantic memory, and priming: Contributions from prefrontal cortex. In M. Gazzaniga (Ed.), The new cognitive neurosciences. (3rd ed.). Camebridge, MA: MIT PRESS.
  3. Alvarez, J., & Emory, E. (2006). Executive function and the frontal lobes: A meta-analytic review. Neuropsychology Review, 16, 17-42.
  4. Taconnat, L., & Lemaire, P. (2013). Fonctions exécutives, veillissement cognitif et variations stratégiques. In Psychologie Française. https://dx.doi.org/10.1016/j.psfr.2013.03.007 (consulté le ).
  5. Miyake, A., Friedman, N.P., Emerson, M.J., Witzki, A.H., Howerter, A., & Wager, T.D. (2000). The unity and diversity of executive fonctions and their contributions to complex 'Frontal Lobe' tasks: A latent variable analysis. Cognitive Psychology, 41, 49-100.
  6. Collette, F., Hogge, M., & Van der Linden, M. (2006). Exploration of the neural substrates of executive fonctioning by functional neuroimaging. Journal of Neuroscience, 139, 209-221.
  7. Rochat, L., Billieux, J., & Van der Linden, M. (2012). Difficulties to disengage attentional resources from self-generated thoughts moderate the link between dysphoria and maladaptive self-referential thinking. Cognition & Emotion, 26, 748-757.
  8. Shimamura, A. (2000). The role of prefrontal cortex in dynamic filtering. Psychobiology, 28, 207-218. [lire en ligne] [PDF] (consulté le ).
  9. Morris, N., & Jones, D. (1990). Memory updating in working memory: The role of the central executive. British Journal of Psyhcologie, 81, 111-121.
  10. Bjorklund, D., & Harnishfeger, K. (1995). The evolution of inhibition mechanisms and their role in human cognition and behavior. In D.F.N. & B.C.J. (Eds). Interference and inhibition in cognition. San Diego: Academic Press (p. 142-169).
  11. Dempster, F. (1992). The rise and fall of the inhibitory mechanism: Toward a unified theory of cognitive development and aging. Developmental Review, 12, 45-75.
  12. Burke, W., Zencius, A., Wesolowski, M., & Doubleday, F. (1991). Improving executive function disorders in brain-injured clients. Brain Injury, 5, 241-252.
  13. Urben, S. (2011). L'inhibition d'une réponse dominante chez l'enfant: développement et interaction avec les processus émotionnels. http://archives-ouverture.unige.ch/unige:16693 (consulté le ).
  14. Wagner, A., Bunge, S., & Badre, D. (2004). Cognitive control, semantic memory, and priming: Contributions from prefrontal cortex. In M. Gazzaniga (Ed.), The new cognitive neurosciences. (3rd ed). Cambridge, MA:MIT PRESS.
  15. Godefroy, O., Jeannerod, M., Allain, P., & Le Gall, D. (2008). Lobe frontal, fonctions exécutives et contrôle cognitif. Revue Neurologique, 164, 119-127
  16. Elliot, R. (2003). Executive functions and their disorders. British Medical Bulletin, 65, 49-59.
  17. Schumacher, E., Lauber, E., Awh, E., Jonides, J.E.E., & Koeppe, R. (1996). Pet evidence for an amodal verbal working memory system. Neuroimage, 3, 79-88.
  18. Fink, G., Halligan, P., Marshall, J., Frith, C., Frackowlack, R., & Dolan, R. (1997). Neural mechanisms involved in the processing of global and local aspects of hierarchically organized visual stimuli. Brain, 120, 1779-1791.
  19. Gurd, J., Amunts, K., Weiss, P., Zafiris, O., Zilles, K., Marshall, J., & Fink, G. (2002). Posterior parietal cortex is implicated in continuous switching between verbal fluency tasks: An fMRI study with clinical implications. Brain, 125, 1024-1038.
  20. Rogers, R., Andrews, T., Grasby, P., Brooks, D., & Robbins, T. (2000). Contrasting cortical and subcortical activations produced by attentional set-shifting and reversal learning in humans. Journal of Cognitive Neuroscience, 12, 142-162.
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  22. Aron, A., Robbins, T., & Poldrack, R. (2004). Inhibition and the right inferior cortex. Trends in Cognitive Sciences, 8, 170-177.
  23. Collette, F., Van der Linden, M.,Delfiore, G., Degueldre, C., Luxen, A., & Salmon, E. (2001). The functional anatomy of inhibition processes investigating the hayling task. Neuroimage, 14, 258-267.
  24. Heyder, K., Suchan, B, & Daum, I. (2003). Cortico-subcortical contributions to executive control. Acta Psychologica, 115, 271-289.
  25. (en) Ralph M. Reitan, « VALIDITY OF THE TRAIL MAKING TEST AS AN INDICATOR OF ORGANIC BRAIN DAMAGE », Perceptual and Motor Skills, vol. 8, no 3,‎ , p. 271-276 (ISSN 0031-5125 et 1558-688X, DOI 10.2466/pms.1958.8.3.271, lire en ligne).
  26. Smith, E.E., & Jonides, J. (1997). Neuroimaging analyses of human working memory. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95, 12061-12068.
  27. Collette, F., & Van der Linden, M. (2002). Brain imaging and the central executive componant of working memory. Neurosci Biobehav Rev., 26, 105-125.
  28. Szmalec, A., Verbruggen, F., Vandierendonck, A., & Kemps, E. (2011). Control of interference during working memory updating. Journal of Experimental Psychology: Human Perception & Performance, 37, 137-151.
  29. Stroop, J. (1935). Studies of interference in serial verbal reaction. Journal of Experimental Psychology, 18, 643-662.
  30. Eriksen, B., & Eriksen, C. (1974). Effects of noise letters upon identification of a target letter in a non-search task. Perception and Psychophysics, 16, 143-149.
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