Aging, executive control and physical exercise : Investigation of the neurophysiological correlates by Near-Infrared Spectroscopy
Vieillissement, contrôle exécutif et exercice physique : Étude des corrélats neurophysiologiques par la spectroscopie proche de l'infrarouge
Résumé
The cognitive decline that occurs during aging would be reduced by a high level of cardiorespiratory fitness. In this thesis, the underlying neurophysiological correlates of this prophylactic effect of cardiorespiratory fitness have been explored by near-infrared spectroscopy, which allows non-invasive measurement of cerebral hemodynamic activity. The objectives are firstly, to investigate the effects of task complexity, age and cardiorespiratory fitness level on the evolution of different indicators of cognitive performance, subjective perception of task difficulty and cerebral hemodynamic activity. Secondly, to examine the functional relationships that might exist between these different indicators. Throughout three experimental studies using different tasks involving executive control processes, whose level of complexity was manipulated, we measured these different indicators in young adults and seniors with high and low levels of VO2max. The results obtained showed that hemodynamic activity, cognitive performance and subjective perception of difficulty increase significantly as a function of the complexity of the cognitive tasks. This demonstrates the sensitivity of the different indicators to the manipulation of cognitive complexity. Furthermore, advancing in age induces a reduction in cognitive performance and hemodynamic activity but not in the subjective perception of difficulty. Also, our results indicated that cardiorespiratory fitness is linked to an increase in executive performance as well as in hemodynamic activity, only in seniors and for some tasks; the benefits being limited to the updating of working memory. Finally, the overall results have shown a possible link between hemodynamic activity and cognitive performance selective to young adults and seniors with a high level of VO2max when the experimental task is particularly complex; thus when the cognitive load is high. In sum, this work provides support for the understanding of the neurophysiological mechanisms underlying the prophylactic effects of cardiorespiratory fitness on the decline of the updating of working memory during normal aging.
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.
Origine : Version validée par le jury (STAR)