Les personnes atteintes de troubles cognitifs légers (i.e., Mild Cognitive Impairment, MCI) souffrent d’un déclin cognitif, pouvant engendrer des troubles exécutifs et fonctionnels, pénalisants dans leurs activités de la vie quotidienne. Face à ces déficits, plusieurs programmes d’intervention de stimulations physique ou cognitive montrent des résultats encourageants sur les performances de ces profils. / People with Mild Cognitive Impairment (MCI) suffer from a cognitive decline, which engender executive and functional disorders, punishing in their activities of the everyday life. Given these deficits, several programs of physical or cognitive stimulations show encouraging results on cognitive performances of these profiles.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Notre société occidentale fait face actuellement à une hausse de l’espérance de vie, ce qui amène à un vieillissement de la population. Malgré les avancées médicales, il s’opère une dégradation des fonctions cognitives et des capacités physiques, responsable d’une baisse de la qualité de vie et de la perte d’autonomie. De plus, le nombre de pathologies dégénératives, dont le premier facteur de risque est l’âge, ne cesse d’augmenter. A l’heure actuelle, il n’existe encore aucun moyen pharmacologique permettant de contrer efficacement le déclin cognitif et physique lié à l’âge. Ainsi, l’objectif de ce travail de thèse était de tester l’impact de méthodes non-pharmacologiques sur la cognition, particulièrement au niveau de la mémoire de travail et des fonctions exécutives, la qualité de vie, et l’autonomie. Nous nous sommes concentrés sur les entraînements cognitifs et physiques, en émettant l’hypothèse principale qu’une combinaison de ces deux sphères au sein d’un même entraînement serait plus efficace qu’un entraînement seul (i.e. cognitif ou physique) dans la mesure où ils engendreraient des bénéfices différents mais complémentaires. Ce travail de thèse s’organise donc autour de trois études : l’Etude 1, qui a pour but d’investiguer l’impact d’un entraînement cognitif simple comparé à un entraînement combiné cognitif-et-physique sur la cognition ; l’Etude 2, qui compare l’impact de ces deux mêmes entraînements mais cette fois à un niveau fonctionnel cérébral ; l’Etude 3 qui investigue l’impact d’une prise en charge multidimensionnelle dans la maladie d’Alzheimer. Les résultats de ce travail de thèse nous montrent, en ce qui concerne le vieillissement normal, des bénéfices des deux types d’entraînement au niveau comportemental, en termes de transfert et de maintien à long-terme. En revanche, si l’entraînement combiné a engendré un transfert plus important, l’entraînement cognitif seul produit un meilleur maintien des bénéfices dans le temps. Par rapport au niveau fonctionnel cérébral, des bénéfices ont été montrés sur la composante P100, qui reflète le recrutement attentionnel uniquement pour le groupe d’entraînement cognitif seul. Ensuite, nous avons observé des bénéfices dans le vieillissement pathologique au niveau de la cognition. Pour conclure, ce travail de thèse nous a permis de montrer des effets bénéfiques des entraînements cognitifs et/ou physiques dans le vieillissement normal et pathologique, même si à l’heure actuelle nous ne pouvons pas conclure par une supériorité de l’entraînement combiné comparé à un entraînement cognitif. / Our western society is currently facing an increase in life expectancy, which is leading to a growing aging population. Despite medical advances, there is a deterioration of cognitive functions and physical abilities, which is responsible for a decline in life quality and a loss of autonomy. In addition, the number of neurodegenerative diseases, whose first risk factor is age, is increasing. Today, there is no pharmacological means to effectively counter agerelated cognitive and physical decline. Thus, the objective of this thesis was to test the impact of non-pharmacological methods on cognition, particularly on working memory and executive functions, quality of life, and autonomy. We focused on cognitive and physical training, with the main hypothesis that a combination of these two aspects within the same training would be more effective than a single workout (ie cognitive or physical) insofar as they would generate different but complementary benefits. This thesis work is organized around three studies : Study 1, which aims to investigate the impact of a simple cognitive training compared to a combined cognitive-and-physical training on cognition ; Study 2, which compares the impact of these two same trainings but this time at a cerebral functional level ; Study 3 which investigates the impact of multidimensional intervention in Alzheimer's disease. The results of this thesis work showed, with regard to normal aging, the benefits of both types of training at the behavioral level, in terms of transfer and long-term maintenance. On the other hand, if combined training has resulted in greater transfer, cognitive training alone produces better benefits maintenance over time. Relative to brain function level, benefits were shown on the P100 component, which reflects attentional recruitment solely for the cognitive training group alone. Then, we observed benefits in pathological aging at the level of cognition. To conclude, this thesis work allowed us to show the beneficial effects of cognitive and / or physical training in normal and pathological aging, even if at present we cannot conclude for the superiority of combined training compared to cognitive training.

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Ce travail de thèse présente une approche clinique et thérapeutique visant à fournir de nouvelles techniques de soins pour les patients atteints de troubles neurocognitifs et notamment de maladie d’Alzheimer. Les serious exergames sont des jeux vidéo sérieux intégrant une activité physique. Ils peuvent constituer des outils de production d’environnement enrichi pour les utilisateurs, en associant notamment exercice physique et entraînement cognitif. L’objectif de cette thèse est d’explorer en quoi les serious exergames peuvent contribuer à la prise en charge non médicamenteuse des troubles neurocognitifs. Dans ce travail, nous avons réalisé deux types de contribution. Les premières contributions sont générales, l’une présente notre approche clinique intégrative combinant exercice physique et entraînement cognitif via l’utilisation de serious exergames, et l’autre présente des recommandations concernant l’usage des serious games. Les secondes contributions sont de nature expérimentale. La première expérimentation vise à vérifier une des bases théoriques de notre approche clinique. Les deux expérimentations suivantes constituent une évaluation de la mise en œuvre de notre approche. / This thesis presents a clinical and therapeutic approach aiming to create new care for patients with neurocognitive disorder. Serious exergames are serious video games integrating physical activity. Serious exergames could be tools to product enriched environment associating physical exercise and cognitive training. The aim of this thesis is to investigate whether serious exergames can contribute to the non-pharmacological management of neurocognitive disorders. In this thesis we have made two types of contributions. The first type are general contributions. One presents our integrative clinical approach associating physical exercise and cognitive training using serious exergames. The other one presents recommendations concerning the use of serious exergames. The second type of contributions are experimental. The first one aims to confirm a theoretical base of our clinical approach. The two other experiments assess the implementation of our approached in a population of patients with neurocognitive disorder.

L’objectif principal de cette thèse est d’examiner et d’intervenir auprès des déficits de la mémoire de travail (MdeT) à l’intérieur de deux populations cliniques : la maladie d’Alzheimer (MA) et le trouble cognitif léger (TCL). La thèse se compose de trois articles empiriques. Le but de la première expérimentation était d’examiner les déficits de MdeT dans le vieillissement normal, le TCL et la MA à l’aide de deux versions de l’empan complexe : l’empan de phrases et l’empan arithmétique. De plus, l’effet de «l’oubli» (forgetting) a été mesuré en manipulant la longueur de l’intervalle de rétention. Les résultats aux tâches d’empan complexe indiquent que la MdeT est déficitaire chez les individus atteints de TCL et encore plus chez les gens ayant la MA. Les données recueillies supportent également le rôle de l’oubli à l’intérieur de la MdeT. L’augmentation de l’intervalle de rétention exacerbait le déficit dans la MA et permettait de prédire un pronostic négatif dans le TCL. L’objectif de la deuxième étude était d’examiner la faisabilité d’un programme d’entraînement cognitif à l’ordinateur pour la composante de contrôle attentionnel à l’intérieur de la MdeT. Cette étude a été réalisée auprès de personnes âgées saines et de personnes âgées avec TCL. Les données de cette expérimentation ont révélé des effets positifs de l’entraînement pour les deux groupes de personnes. Toutefois, l’absence d’un groupe contrôle a limité l’interprétation des résultats. Sur la base de ces données, la troisième expérimentation visait à implémenter une étude randomisée à double-insu avec groupe contrôle d’un entraînement du contrôle attentionnel chez des personnes TCL avec atteinte exécutive. Ce protocole impliquait un paradigme de double-tâche composé d’une tâche de détection visuelle et d’une tâche de jugement alpha-arithmétique. Alors que le groupe contrôle pratiquait simplement la double-tâche sur six périodes d’une heure chacune, le groupe expérimental recevait un entraînement de type priorité variable dans lequel les participants devaient gérer leur contrôle attentionnel en variant la proportion de ressources attentionnelles allouée à chaque tâche. Les résultats montrent un effet significatif de l’intervention sur une des deux tâches impliquées (précision à la tâche de détection visuelle) ainsi qu’une tendance au transfert à une autre tâche d’attention divisée, mais peu d’effets de généralisation à d’autres tâches d’attention. En résumé, les données originales rapportées dans la présente thèse démontrent un déficit de la MdeT dans les maladies neurodégénératives liées à l’âge, avec un gradient entre le TCL et la MA. Elles suggèrent également une préservation de la plasticité des capacités attentionnelles chez les personnes à risque de développer une démence. / The principal aim of this dissertation is to investigate and intervene upon working memory (WM) impairments in two clinical populations: Alzheimer’s disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI). The dissertation is comprised of three empirical articles. The goal of the first study was to examine WM impairments in normal aging, MCI and AD using two versions of the complex span task: sentence span and operation span. In addition, the effect of forgetting was assessed by manipulating the length of the retention interval. Results indicate impaired WM on complex spans in MCI and, to a greater extent, in AD. Data also support a role for forgetting within WM. Increasing the retention interval augmented deficit in persons with AD, and showed potential in predicting a negative prognosis in those with MCI. The objective of the second article was to investigate the feasibility of a computerized cognitive training paradigm for the attentional control component of WM in healthy older individuals and those with MCI. Data from this experiment revealed positive effects of the intervention for both groups. However, the absence of a control group limited interpretation of results. Based on those data, the third article aimed to implement a double-blind randomized controlled study of training of attentional control in MCI with executive deficits. This involved a dual-task paradigm comprised of a visual detection task and a visual alpha-arithmetic judgment task. While the control group performed simple dual-task practice over six one-hour sessions, the experimental group received variable-priority training, in which participants managed their attentional control by varying the proportion of attentional resources allocated to each task. Results show a significant effect of intervention on one of the two tasks involved (accuracy on the visual detection task) and a trend for transfer to another task of divided attention, but little generalization to other tasks of attention. In summary, the original data reported in this thesis demonstrates WM impairment in age-related disorders, with a gradient between MCI and AD, and suggest preserved plasticity of attentional capacities in persons at risk of developing dementia.

L’objectif principal de cette thèse est d’examiner et d’intervenir auprès des déficits de la mémoire de travail (MdeT) à l’intérieur de deux populations cliniques : la maladie d’Alzheimer (MA) et le trouble cognitif léger (TCL). La thèse se compose de trois articles empiriques. Le but de la première expérimentation était d’examiner les déficits de MdeT dans le vieillissement normal, le TCL et la MA à l’aide de deux versions de l’empan complexe : l’empan de phrases et l’empan arithmétique. De plus, l’effet de «l’oubli» (forgetting) a été mesuré en manipulant la longueur de l’intervalle de rétention. Les résultats aux tâches d’empan complexe indiquent que la MdeT est déficitaire chez les individus atteints de TCL et encore plus chez les gens ayant la MA. Les données recueillies supportent également le rôle de l’oubli à l’intérieur de la MdeT. L’augmentation de l’intervalle de rétention exacerbait le déficit dans la MA et permettait de prédire un pronostic négatif dans le TCL. L’objectif de la deuxième étude était d’examiner la faisabilité d’un programme d’entraînement cognitif à l’ordinateur pour la composante de contrôle attentionnel à l’intérieur de la MdeT. Cette étude a été réalisée auprès de personnes âgées saines et de personnes âgées avec TCL. Les données de cette expérimentation ont révélé des effets positifs de l’entraînement pour les deux groupes de personnes. Toutefois, l’absence d’un groupe contrôle a limité l’interprétation des résultats. Sur la base de ces données, la troisième expérimentation visait à implémenter une étude randomisée à double-insu avec groupe contrôle d’un entraînement du contrôle attentionnel chez des personnes TCL avec atteinte exécutive. Ce protocole impliquait un paradigme de double-tâche composé d’une tâche de détection visuelle et d’une tâche de jugement alpha-arithmétique. Alors que le groupe contrôle pratiquait simplement la double-tâche sur six périodes d’une heure chacune, le groupe expérimental recevait un entraînement de type priorité variable dans lequel les participants devaient gérer leur contrôle attentionnel en variant la proportion de ressources attentionnelles allouée à chaque tâche. Les résultats montrent un effet significatif de l’intervention sur une des deux tâches impliquées (précision à la tâche de détection visuelle) ainsi qu’une tendance au transfert à une autre tâche d’attention divisée, mais peu d’effets de généralisation à d’autres tâches d’attention. En résumé, les données originales rapportées dans la présente thèse démontrent un déficit de la MdeT dans les maladies neurodégénératives liées à l’âge, avec un gradient entre le TCL et la MA. Elles suggèrent également une préservation de la plasticité des capacités attentionnelles chez les personnes à risque de développer une démence. / The principal aim of this dissertation is to investigate and intervene upon working memory (WM) impairments in two clinical populations: Alzheimer’s disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI). The dissertation is comprised of three empirical articles. The goal of the first study was to examine WM impairments in normal aging, MCI and AD using two versions of the complex span task: sentence span and operation span. In addition, the effect of forgetting was assessed by manipulating the length of the retention interval. Results indicate impaired WM on complex spans in MCI and, to a greater extent, in AD. Data also support a role for forgetting within WM. Increasing the retention interval augmented deficit in persons with AD, and showed potential in predicting a negative prognosis in those with MCI. The objective of the second article was to investigate the feasibility of a computerized cognitive training paradigm for the attentional control component of WM in healthy older individuals and those with MCI. Data from this experiment revealed positive effects of the intervention for both groups. However, the absence of a control group limited interpretation of results. Based on those data, the third article aimed to implement a double-blind randomized controlled study of training of attentional control in MCI with executive deficits. This involved a dual-task paradigm comprised of a visual detection task and a visual alpha-arithmetic judgment task. While the control group performed simple dual-task practice over six one-hour sessions, the experimental group received variable-priority training, in which participants managed their attentional control by varying the proportion of attentional resources allocated to each task. Results show a significant effect of intervention on one of the two tasks involved (accuracy on the visual detection task) and a trend for transfer to another task of divided attention, but little generalization to other tasks of attention. In summary, the original data reported in this thesis demonstrates WM impairment in age-related disorders, with a gradient between MCI and AD, and suggest preserved plasticity of attentional capacities in persons at risk of developing dementia.

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La conduite automobile continue d'être le mode de transport dominant dans le monde et le nombre de véhicules sur la route ne devrait qu’augmenter au cours des prochaines décennies. Dans un même temps, l'évolution démographique qui se produit actuellement dans le monde industrialisé implique que la proportion de conducteurs âgés sur la route devrait augmenter considérablement. L'âge s'accompagne de changements de grande envergure dans les systèmes physiques, sensoriels et cognitifs, entraînant des changements fonctionnels qui peuvent être subtils ou profonds. Nous commençons seulement à comprendre comment la variabilité normale et pathologique de ces mesures fonctionnelles affecte les performances de conduite et la sécurité. Le développement d'un outil fiable et fondé sur des données probantes pour distinguer les conducteurs prudents des conducteurs dangereux continue d'être une préoccupation majeure pour les chercheurs en gérontologie, en accidentologie et en clinique. L'accumulation de preuves suggère maintenant qu'il existe un lien important entre des capacités cognitives spécifiques telles que la vitesse de traitement de l’information et l'attention, et les performances de conduite. Continuer à explorer cette relation pour peut-être un jour développer un tel outil est une entreprise importante. Une autre implication de la relation entre les capacités cognitives et les performances de conduite est que les interventions conçues pour les améliorer ou les maintenir pourraient éventuellement améliorer ou maintenir la sécurité et le confort de conduite des individus à court et à long terme. L'objectif de cette thèse est triple. Premièrement, il développe et valide une nouvelle méthodologie pour évaluer les performances de conduite des jeunes adultes et des adultes plus âgés à l'aide de scénarios de simulation de conduite personnalisés. Deuxièmement, elle pousse l'état de nos connaissances sur la façon dont les capacités cognitives sont liées à la performance de conduite en démontrant que la performance sur un test intégratif d'attention dynamique et de vitesse de traitement - c'est-à-dire le suivi d'objets multiples en 3D (3D-MOT) - prédit les performances des conducteurs de différents groupes d'âge. Enfin, elle offre des preuves suggérant que la formation 3D-MOT améliore réellement la fonction attentionnelle et la vitesse de traitement en transférant la performance sur un test indépendant de ces capacités et, finalement, que cette amélioration pourrait se traduire par une amélioration des performances de conduite. / Driving continues to be the world’s dominant form of transportation and the number of vehicles on the road is only projected to increase in the coming decades. At the same time, the demographic shift currently occurring in the industrialized world implies that the proportion of older adult drivers on the road is set to increase substantially. With age comes wide-ranging changes in physical, sensory and cognitive systems resulting in functional changes that can be subtle or profound. We are only beginning to understand how both normal and pathological variability in these functional measures affect driving performance and safety. Developing a reliable, evidence-based tool to distinguish safe from unsafe drivers continues to be a major preoccupation for gerontology, accidentology, and clinical researchers alike. Accumulating evidence now suggests that there is an important link between specific cognitive abilities such as speed-of-processing, attention, and driving performance. Continuing to explore this relationship in order to perhaps one day develop such a tool is an important endeavour. Another implication of the relationship between cognitive abilities and driving performance is that interventions designed to improve or sustain these might conceivably enhance or maintain individuals’ driving safety and comfort in the short- and long-term. The purpose of this thesis is threefold. First, it develops and validates a novel methodology for assessing both young adult and older adult driving performance using custom driving simulator scenarios. Second, it pushes the state of our knowledge of how cognitive abilities relate to driving performance by demonstrating that performance on an integrative test of dynamic attention and speed-of-processing—i.e., 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT)— predicts how drivers of different age groups perform. Finally, it offers evidence to suggest that training 3D-MOT actually enhances attentional function and speed-of-processing by transferring to performance on an unrelated test of these abilities and, ultimately, that this improvement might translate to improved driving performance.