En Sciences Cognitives, de plus en plus de travaux se sont consacrés à l’étude du fonctionnement cognitif chez les sujets bilingues. Ces études ont notamment montré que ces sujets étaient plus performants sur le plan du fonctionnement exécutif comparés aux monolingues. Cependant, ces travaux sont marqués par une très grande hétérogénéité dans la sélection des sujets ainsi que dans la méthodologie utilisée. La nature des composantes exécutives impliquées, la modalité (verbale vs non-verbale), ainsi que l’effet de l’âge sur cet avantage exécutif restent à préciser.Objectif : Etudier le fonctionnement exécutif et les stratégies cognitives de sujets bilingues français-anglais, dans des tâches exécutives (flexibilité, inhibition et mise à jour) verbales et non-verbales, et dans une épreuve de résolution de problèmes complexes, à divers âges de la vie. Matériel et Méthode : 85 sujets bilingues (17 préadolescents (13-15 ans), 20 adolescents (16-18 ans), 19 adultes (18-60 ans), 19 adultes (18 à 40 ans) et 10 adultes (41-65 ans)) et 85 sujets monolingues français appariés en âge et en quotient intellectuel ont été inclus et ont été évalués sur les des tests verbaux et non-verbaux explorant les trois composantes exécutives du modèle de Miyake, Friedman & al. (2000). Résultats : Chez les préadolescents, aucun avantage n’est retrouvé en faveur des bilingues quelles que soient la composante ou la modalité. Concernant les adolescents, les bilingues ont un avantage principalement en flexibilité en non-verbal, et à l’inverse, les monolingues ont un avantage en verbal pour cette même composante. Pour l’ensemble de ces adolescents, concernant la résolution d’un problème complexe, les monolingues mettent principalement en jeu des capacités inhibitoires et des capacités de mise à jour (verbal), alors qu’aucune stratégie préférentielle n’est retrouvée chez les bilingues. Chez les adultes de 18-60 ans, des performances plus élevées pour les capacités d’inhibition et en mise à jour sont retrouvées chez les bilingues, particulièrement en modalité verbale. Concernant la résolution d’un problème complexe, les monolingues mettent en jeu des capacités d’inhibition et de flexibilité, alors qu’aucune stratégie préférentielle n’est retrouvée chez les bilingues, à l’image de ce qui est observé chez les adolescents. Comparativement aux adultes plus jeunes ainsi qu’à des monolingues âgés, les bilingues âgés présentent des performances plus élevées pour les capacités de flexibilité, de mise à jour (verbal et non-verbal) et d’inhibition (verbal). L’inhibition est également moins ralentie dans les deux modalités comparativement aux sujets âgés monolingues. Globalement, les sujets âgés bilingues semblent moins affectés par le déclin cognitif lié au vieillissement.Conclusion : Par une méthodologie rigoureuse et homogène ainsi que par des analyses de comparaisons par classes d’âge et du niveau de langue, l’étude de l’effet du bilinguisme sur le fonctionnement cognitif confirme un avantage exécutif significatif chez les bilingues, dont les modalités dépendent néanmoins en grande partie de l’âge des sujets. / In Cognitive Sciences, more attention has been devoted to the study of cognitive functioning in bilingual subjects. These studies have shown that they were more efficient in terms of executive functioning compared to monolinguals. However, these studies are marked by a great heterogeneity in the selection of the bilingual subjects and the methodology used. The nature of executive components involved, the modality (verbal vs. non-verbal), and the effect of age on this executive benefit remains unclear. Aims : Studying executive functioning and cognitive strategies of French-English bilingual subjects on verbal and non-verbal executive tasks (flexibility, inhibition and updating) and on a complex solving task, at various stages of life. Materials and Methods : 85 bilingual subjects (17 preadolescents (13-15 years), 20 teenagers (16-18 years), 19 adults (18-60 years), 19 adults (18-40 years) and 10 adults (41-65 years)) and 85 French monolingual subjects matched on age and Intellectual Quotient were included and assessed on verbal and nonverbal executive tests exploring the three components of Miyake, Friedman & al.’s (2000 ) model. Results : For preadolescents, no benefit was found for bilingual subjects, irrespective of the component or modality. For adolescents, bilingual subjects have an advantage on non-verbal material, in flexibility mainly, while monolinguals have an advantage on verbal material for the same component. As far as solving a complex problem is concerned, all the monolingual subjects seem to put into play inhibitory and updating abilities (verbal), while no specific strategy is found in bilinguals. For the adults (18-60 years old), higher performances for inhibition and updating are found in bilinguals, particularly in the verbal modality. As for solving a complex problem, monolinguals call for inhibition and flexibility abilities, while, again no specific strategy is found in bilinguals. Compared to younger adults, as well as older monolingual subjects, older bilinguals have higher performances on flexibility, updating (verbal and nonverbal) and eventually inhibition which is less slowed down in both modalities compared to elderly monolinguals. Overall, elderly bilinguals seem less affected by cognitive decline associated with aging.Conclusion : Following a rigorous and consistent methodology and analysis by comparison of age groups and level of language, the study of the effect of bilingualism on cognitive functioning confirms a significant executive advantage in bilinguals, but the modalities largely depend on the subjects’ age.

Les objectifs de cette thèse étaient de comparer les indices géométriques de résistance osseuse de la hanche chez des sujets avec ou sans sarcopénie, de définir l’influence d’indices de force musculaire maximale sur plusieurs paramètres osseux et d’explorer les effets de trois programmes d’entraînement simultané physique et cognitif [Force (F) + Fonctions Exécutives (FE) ; Locomotion (L) + FE et L + F + FE) sur des paramètres biométriques variés. Cinq études ont été menées. Deux études préliminaires ont montré que la sarcopénie influence négativement la Densité Minérale Osseuse (DMO) de la hanche et les indices de résistance osseuse de la hanche. Deux autres ont montré que la force maximale est un déterminant positif de la DMO et des indices géométriques de résistance osseuse de la hanche. Une étude longitudinale a ensuite montré que le groupe F + FE présente les meilleurs gains au niveau de la : masse maigre, force maximale, paramètres osseux et qualité de vie. Le groupe d’entrainement de L + F + FE présente les meilleurs gains au niveau : des FE, du risque de chute et des paramètres aérobies. Le groupe d’entrainement de L + FE présente les pertes les plus importantes en masse grasse. Ces résultats suggèrent que l’entrainement de F + FE est le meilleur moyen d’adaptation ostéogénique et d’amélioration de la qualité de vie. Cependant, il est intéressant de choisir parmi les trois modalités d’entrainement celle la plus adaptée aux besoins de la personne au regard des effets prévisibles. / The aims of this thesis were to compare hip structure analysis variables in elderly subjects with and without sarcopenia, to define the relations between muscular maximal strength indices and multiple bone parameters, and to explore the effects of three different types of simultaneously physical and cognitive training [Resistance (R) + Executive Function (EF), Endurance (E) + EF and R + E + EF] on different biometric parameters in healthy elderly subjects. Five main studies have been conducted. Two cross-sectional studies have shown that sarcopenia negatively affects hip Bone Mineral Density (BMD) and hip bone strength indices. Two additional cross-sectional studies have shown that muscular maximal strength indices are positive determinants of BMD and hip geometry indices. A subsequent longitudinal study has shown that R + EF training had the higher effects on lean mass, muscular maximal strength, bone parameters and quality of life. R + E + EF training had the higher effects on EF, risk of falling and aerobic performance. E + EF training had the higher effects on fat mass. These results suggest that the R + EF training ensures better osteogenic adaptation and improvement of quality of life in healthy elderly subjects. However, implementation of training program in elderly should consider individual needs and frailty.

Le présent travail de thèse par articles visait à apporter sa contribution, d’une part à la compréhension des relations entre mouvements oculaires et vieillissement cognitif normal et pathologique, d’autre part à la caractérisation des modifications oculomotrices spécifiques à la maladie d’Alzheimer et à la dépression, deux pathologies parfois cliniquement difficiles à discriminer chez la personne âgée. À travers une série de quatre articles et une expérience non publiée, nous avons examiné les relations entre le déclin des capacités de contrôle cognitif associé au vieillissement normal et les modifications des paramètres des saccades oculaires liées à l’âge. Par ailleurs, nous avons également étudié précisément les caractéristiques de différents paramètres des saccades et leurs liens avec l’altération du contrôle cognitif dans la maladie d’Alzheimer. La comparaison directe des performances oculomotrices de patients atteints de la maladie d’Alzheimer et de patients âgés atteints de dépression a permis de différencier des caractéristiques oculomotrices spécifiques à la maladie d’Alzheimer de celles spécifiques à la dépression du sujet âgé. Enfin, nous avons pu mettre en évidence la spécificité de l’analyse visuelle des informations émotionnelles des visages chez des patients âgés souffrant de dépression.Dans l’ensemble, ces travaux ont montré une influence du déclin cognitif lié à l’âge, mais aussi de la dépression et de la maladie d’Alzheimer sur les performances oculomotrices. Le ralentissement du traitement de l’information semble avoir un impact sur les paramètres des saccades sur toutes les tâches proposées. La latence et le nombre de saccades erronées ont pu être associés aux capacités d’inhibition. Le nombre et le temps de correction des saccades corrigées étaient plutôt liés aux capacités de surveillance (monitoring) et de flexibilité cognitive. Les capacités de correction des saccades erronées dans la dépression étaient similaires à celles du vieillissement normal, mais altérées dans la maladie d’Alzheimer. La latence des saccades était par contre plus influencée par la dépression que par la maladie d’Alzheimer. De plus, le traitement des stimuli émotionnels a révélé des stratégies particulières chez les patients âgés atteints de dépression – un évitement des caractéristiques émotionnelles des visages, excepté pour la joie – qui pourraient être différentes de l’altération de la recherche visuelle retrouvée dans la maladie d’Alzheimer par des études antérieures. Que ce soit au travers des tâches de saccades ou d’exploration visuelle, les mouvements oculaires peuvent refléter les processus de contrôle cognitif et permettre de différencier la dépression de maladie d’Alzheimer. / This doctoral dissertation aimed at better characterizing the relations between eye movements and normal and pathological cognitive ageing on the one hand, and the oculomotor modifications related to Alzheimer's disease and depression – two pathologies sometimes clinically difficult to discriminate in the elderly person — on the other hand. Through a series of five experiments, we examined the relations between the decline of the cognitive control capacities associated with normal ageing and the age-related modifications of the ocular saccade parameters. In addition, we also precisely studied the characteristics of various saccade parameters and their relations with the deterioration of cognitive control, present in the Alzheimer's disease. The direct comparison of the oculomotor performances of patients suffering from the Alzheimer's disease and elderly patients suffering from depression allowed us to differentiate the oculomotor characteristics specific to the Alzheimer's disease from those specific to the depression. Lastly, we highlighted the specificity of the visual process of emotional faces among elderly patients suffering from depression.Globally, this work showed an influence of the cognitive decline related to the age, but also of the depression and Alzheimer's disease on the oculomotor performances. The information processing slowing seems to have an impact on the parameters of all the saccadic tasks. The latency and the number of erroneous saccades were associated with the inhibition capacities. The number and the time of correction of corrected saccades were rather related to the monitoring and flexibility abilities. The capacities of correction of erroneous saccades in depression were similar to those of normal ageing, but impaired in Alzheimer's disease. On the other hand, the saccade latency appears to be more impacted by depression than by Alzheimer's disease. Moreover, the emotional face processing revealed the presence of particular strategies among elderly patients suffering from depression – avoidance of the emotional facial features, except for happy faces – and which could be different from the alteration of the visual search previously found in Alzheimer's disease. Whether it be in saccade tasks or in visual exploration tasks, eye movements can reflect cognitive control and enable us to differentiate depression from Alzheimer’s disease.

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On estime que plus de la moitié de population mondiale sait parler au moins deux langues et que 40% de cette population bilingue utilise les deux langues au quotidien. Les psycholinguistes et les neuropsycholinguistes se sont rapidement intéressés au fonctionnement du cerveau bilingue et à la façon dont deux langues pouvaient partager un seul cerveau. Ainsi, de nombreuses recherches ont porté sur la représentation de plusieurs langues dans le cerveau ainsi que sur les mécanismes permettant de passer d’une langue à l’autre, mais aussi sur la période développementale sensible à l’apprentissage des langues.Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au rôle de l’âge d’acquisition et du niveau de compétence des deux langues sur a) la représentation des substrats cérébraux, b) la plasticité cérébrale et c) la capacité d’alterner entre les deux langues. Pour cela nous comparons des locuteurs bilingues précoces -qui ont appris les deux langues avant 3 ans- et des locuteurs bilingues tardifs -qui ont appris la deuxième langue après 10 ans- tous ayant atteint un très bon niveau de compétence dans les deux langues. Le niveau langagier et le fonctionnement exécutif des participants ont été mesurés à l’aide de plusieurs tâches linguistiques et non linguistiques. Grâce à la technique d’imagerie par résonances magnétiques fonctionnelles (IRMf), nous avons pu identifier les substrats neuronaux des deux langues pour chacun des groupes, les aires impliquées dans le contrôle des langues ainsi que les changements cérébraux dus à l’apprentissage précoce de deux langues. De manière générale, les résultats montrent que la compétence langagière, plutôt que l’âge d’acquisition, aurait un rôle essentiel sur la représentation des langues. En revanche, l’âge d’acquisition serait déterminant en ce qui concerne la structure cérébrale des certaines aires impliquées dans les processus langagiers. / It is estimated that more than half of the world's population speaks two languages and that 40% of the population uses both languages on a daily basis. Psycholinguists and neuropsycholinguists became interested early in the way in which two languages could share a single brain. They have therefore been interested in the representation of several languages in the bilingual brain, in the sensitive period during which languages are learned and also in the mechanisms that allow bilinguals to switch from one language to another without apparent effort. In this work, we investigated the role of the age of acquisition and proficiency of languages and the influence of two languages a) on the representation of cerebral substrates of two languages, b) on the cerebral plasticity, c) and on the mechanisms of language control. For this purpose, we compare early bilingual speakers, who learned both languages before the age of 3 years, and late bilingual speakers who learned the second language after 10 years, both of whom had a very good level of proficiency in both languages. Participants were assessed in a wide range of linguistic and non-linguistic tasks to measure language level and executive functioning. Using the functional magnetic resonance imaging technique, we were able to identify the neuronal substrates of the two languages for each group and the areas involved in language control, as well as cerebral changes due to the early learning of two languages. In general, the results show that language proficiency, rather than the age of acquisition, has an essential role on the representation of languages, but that the age of acquisition is decisive in regards of cerebral structure of certain areas related to language.

La plupart des travaux empiriques ont montré que les jeunes et les âgés utilisent de nombreuses stratégies pour accomplir des tâches cognitives. Ils mettent aussi en évidence que les âgés (a) utilisent moins de stratégies, (b) utilisent les stratégies disponibles dans des proportions différentes, (c) exécutent moins efficacement les stratégies utilisées, et (d) choisissent, sur chaque problème, moins fréquemment la meilleure stratégie que les jeunes. L’objectif général de cette thèse était de déterminer quels sont les mécanismes sous-tendant la différence de performances jeunes/âgés dans ces différentes dimensions stratégiques. Nous testons l’hypothèse que le déclin des fonctions exécutives médiatise les différences liées à l’âge dans le répertoire, la distribution, l’exécution et la sélection stratégiques. Pour atteindre cet objectif, nous avons adopté une approche corrélationnelle et une approche expérimentale. Les résultats répliquent les principales données concernant les différences jeunes/âgés dans les différentes dimensions stratégiques. De plus, ils mettent en évidence le rôle essentiel des fonctions exécutives, et, en particulier, de la flexibilité cognitive et de l’inhibition, dans la diminution avec l’âge du répertoire, de la sélection et de l’exécution stratégiques. Nous discutons les implications de ces résultats sur le vieillissement et les variations stratégiques, d’une part, et sur les modèles de la sélection stratégique, d’autre part. / Empirical studies on strategic variations during aging have shown that young andolder adults use multiple strategies to accomplish cognitive tasks. They also showed that older adults (a) use fewer strategies, (b) do not use available strategies with the same frequency as young adults (c) execute strategies less efficiently, and (d) select less frequently the best strategy than young adults. The aim of this study was to investigate which mechanisms underly the strategic differences in young and older adults. We tested the hypothesis that age related decline of executive functions mediate age-related differences in strategy repertoire, distribution, execution, and selection. To achieve these ends, we adopted correlational and experimental approaches. Results replicated previous data relative to differences between young and older adults in different strategy dimensions. Results also highlight crucial role ofexecutive functions, especially cognitive flexibility and inhibition, in strategy repertoire, selection, and execution. Implications for further our understanding of aging and strategic variations, as well as current theoretical models of strategy selection are discussed.

Ce travail a étudié les compétences en Théorie de l'esprit (TDE) de patients présentent un dysfonctionnement frontal. L'objectif ici était de venir confronter les résultats des nombreuses études réalisées en psychopathologie ou en imagerie cérébrale, chez le sujet sain, à la réalité clinique du patient cérébrolésé. Dans cette perspective, nous avons conduit plusieurs travaux auprès de différentes populations neurologiques (patients traumatisés crâniens graves, malades de Huntungton, patients porteurs de lésions frontales focales) afin d'analyser l'impact des lésions frontales sur cette compétence socio-cognitive que l'on sait jouer un rôle primordial dans l'adaptation sociale. Dans les trois études proposées, les résultats ont objectivé des difficultés dans la compréhension des états mentaux d'autrui pour toutes les populations étudiées. Par contres, il est apparu des dissociations de performances au sein du groupe de patients frontaux focaux, certains malades se montrant aussi performants que les sujets constituants les différentes populations contrôles. L'analyse des variables exécutives n'a pas permis d'expliquer ces différences. L'analyse lésionnelle a montré une relation entre des lésions des régions orbitaires et latérales (paraventriculaire et supraventriculaire) et de faibles performances en tâche de TDE pour le test de pathographies des regards (Baron-Cohen et al., 2001). L'analyse effectuée pour la tâche d'attribution d'intention à autrui (Sarfati et al., 1997) a souligné une implication des structures médianes droites. Les analyses de la latéralité lésionnelle n'ont cependant pas permis de conclure quant à un effet péjoratif des lésions droites sur les compétences droites en TDE.

Les troubles neuropsychologiques constituant une complication commune associée à la Neurofibromatose de Type 1 (NF1), nous avons cherché à étayer l'hypothèse d'un dysfonctionnement exécutif chez les enfants porteurs de cette pathologie neurogénétique. Vingt-deux tâches exécutives ont été adaptées et proposées à 36 patients de 7 à 12 ans et 120 contrôles en les confrontant aux plaintes parentales à l'aide de 2 questionnaires. Les résultats valident l'idée d'un trouble exécutif spécifique (indépendant du fléchissement intellectuel et visuo-spatial retrouvé par ailleurs), hétérogène (plusieurs profils dissociés identifiés selon le(s) processus concerné(s) : planification, inhibition, flexibilité) et durable, malgré une régression partielle corroborée par les questionnaires. De plus, les symptômes exécutifs contribuent aux déficits instrumentaux et potentiellement à l'abaissement du niveau général. En outre, des difficultés accrues caractérisent les formes familiales, sans que le niveau scolaire parental inférieur soit le seul facteur explicatif. Enfin, l'absence de lien entre profil dysexécutif et localisation préférentielle d'objets brillants non identifiés dans les circuits fronto-sous-corticaux du cerveau pourrait provenir du manque de visibilité longitudinale des mesures radiologiques. L'hypothèse d'un syndrome dysexécutif neurodéveloppemental constitue une piste explicative inédite dans la NF1 et laisse entrevoir de nouvelles perspectives de remédiation. Les données favorisent au plan théorique l'hypothèse d'une indépendance des fonctions exécutives et justifient une démarche d'évaluation clinique orientée vers la décomposition des processus impliqués dans chaque tâche.

Le cortex préfrontal est le siège de la fonction exécutive, la capacité cognitive de haut niveau qui permet aux humains d'agir non seulement en réaction aux stimuli externes mais aussi en fonction de buts internes. Dans cette thèse nous étudions l'interaction entre les processus cognitifs et motivationnels de la fonction exécutive. Nous proposons que le concept clef pour comprendre l'architecture fonctionnelle des cortex préfrontaux latéral et médian est la fenêtre temporelle d'intégration de l'information qui structure la séparation des processus de contrôle selon un axe caudo-rostral. Ainsi les régions préfrontales postérieures permettent l'adaptation du comportement immédiat sur la base des informations portées par le stimulus et son contexte. Les régions préfrontales moyennes sont impliquées dans le maitien d'un ensemble de règles comportementales et des valeurs qui leur sont associées au cours d'une même série d'essais. Pendant un embranchement cognitif, les cortex préfrontaux médians droit et gauche peuvent encoder séparément les valeurs associées à la tâche interrompue et à la tâche en cours. La région frontopolaire intègre ces valeurs et contrôle l'exécution d'une tâche double. Ainsi, les propriétés du cortex préfrontal médian et frontopolaire, qui limitent à deux le nombre de tâches conjointement traitées, pourraient néanmoins jouer un rôle fondamental dans la capacité à générer un comportement complexe en coordonnant la tâche présente et les buts futurs.

Le contrôle cognitif est la capacité à réagir à des stimuli de manière adaptée au contexte présent ou aux indices passés, en tenant compte de nos buts internes. Le contrôle cognitif et l'apprentissage entretiennent des liens profonds et réciproques. D'un côté, le contrôle cognitif requiert que nous ayons appris un répertoire de comportements ainsi que leur valeur dans différentes conditions, afin de les utiliser à bon escient. D'un autre côté, l'apprentissage d'un répertoire de comportements nécessite du contrôle cognitif, notamment pour réguler l'équilibre entre exploration et exploitation, mais également pour généraliser, décider d'un switch, induire une structure dans un problème, etc.. . . Le contrôle cognitif et l'apprentissage sont donc indissociablement liés dans la flexibilité qui carac- térise la fonction exécutive préfrontale humaine. Cependant, ce lien est actuellement mal compris et peu de travaux de psychologie ou neurosciences cognitives intègrent ces deux aspects. De même, les modèles computationnels d'apprentissage ou de décision existants ne rendent pas compte de leur interaction. Dans ce travail de thèse, nous proposons une théorie mathématique reposant sur des mécanismes d'apprentissage par renforcement et d'inférence bayésienne, qui intègre l'apprentissage de répertoires de comportements (task-sets) dans un milieu incertain et le contrôle cognitif (task-switching) en présence ou en l'absence d'information contextuelle. Cette théorie permet de faire des prédictions spécifiques que nous avons testées dans le cadre de deux expériences comportementales. Celles-ci ont permis de valider les prédictions de la théorie et d'invalider d'autres modèles existants. De plus, la théorie proposée permet d'avancer un facteur explicatif des différences qualitatives de stratégies d'exploration observées entre différents individus. La théorie proposée caractérise de façon intrinsèque des notions essentielles telles que le comporte- ment par défaut, le switch et l'exploration. Elle permet de faire émerger naturellement un mécanisme de contrôle du compromis exploitation - exploration, ainsi que son facteur de pondération. Enfin, les résultats empiriques valident les prédictions et confirment les hypothèses du modèle. Celui-ci pourra être utilisé pour comprendre les computations effectuées par le cerveau dans des études d'imagerie fonctionnelle, avec le cortex préfrontal, les ganglions de la base et des neuromodulateurs (dopamine et norépinephrine) comme centres d'intérêt principaux.