Les corrélats neurophysiologiques du contrôle attentionnel chez les jeunes et les aînés vus par l'imagerie optique proche infrarouge

De nombreuses études en imagerie ont rapporté des différences d'activation cérébrale par rapport aux fonctions liées au contrôle attentionnel, telles que l'inhibition, l'alternance et l'attention divisée. Toutefois, les différences liées à l'âge dans les patrons d'activation dans plus d'une tâche de contrôle attentionnel à la fois ont rarement été étudiées chez les mêmes groupes de participants. Deux études ont donc été effectuées : la première porte sur une comparaison directe de l'inhibition et de l'alternance, alors que la seconde se penche sur l'effet de la priorisation en attention divisée. Dans l'étude 1, de jeunes adultes (n = 21) et des aînés (n = 19) ont complété une version modifiée de la tâche de Stroop qui inclut une condition d'interférence et une d'alternance, alors que l'activation du cortex préfrontal est mesurée à l'aide de la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (SPIRf). Bien que la condition interférence n'ait révélé aucune activation significative chez les jeunes adultes, la condition alternance a produit une augmentation de l'activation bilatérale au niveau du cortex préfrontal dorso-latéral (CPFDL) et du cortex préfrontal ventro-latéral (CPFVL). Chez les aînés, une activation isolée au niveau du CPFDL bilatéral a été observée même dans les conditions non-exécutives de la tâche de Stroop (dénomination de couleur), et la condition interférence a révélé une activation principalement localisée dans le CPFDL postérieur gauche et dans le CPFVL bilatéral, ainsi qu'une petite composante au niveau du CPFDL antérieur droit. Chez les aînés spécifiquement, l'alternance a produit un étalement bilatéral de l'activation du cortex préfrontal au niveau du CPFDL antérieur bilatéral, du CPFDL postérieur gauche et du CPFVL bilatéral. Ces résultats suggèrent que chez les aînés et les jeunes adultes, les mécanismes d'inhibition et d'alternance sont associés à des patrons différents d'activation préfrontale, ce qui conforte la théorie selon laquelle ces deux mécanismes sont distincts. De plus, les patrons d'activation diffèrent entre les jeunes et les aînés, de sorte que l'activation préfrontale semble être plus étendue à différents sites chez les aînés. Les disparités observées entre l'inhibition et l'alternance en termes d'activation révèlent aussi que ces deux mécanismes se modifient différemment au cours du vieillissement normal. La seconde étude montre les différences liées à l'âge par rapport à la capacité d'accomplir deux tâches simultanément. L'effet de l'âge sur les performances en double-tâche est maintenant étudié en neurosciences au moyen de deux paradigmes, la période réfractaire psychologique (PRP) et la double-tâche (DT). Les études de PRP évaluent les participants lorsqu'ils donnent priorité à une tâche par rapport à l'autre (compléter la tâche A et ensuite la tâche B), alors que les participants des études en DT doivent se concentrer sur les deux tâches simultanément (compléter la tâche A et B). Il est logique de penser que cette condition ajoute une composante exécutive de contrôle additionnelle à la tâche, puisque les participants doivent spontanément gérer leur attention entre les tâches. Cette composante additionnelle pourrait expliquer les divergences de résultats entre les études de PRP et DT. La présente étude vise à vérifier cette hypothèse en évaluant l'effet des instructions de priorité (priorisées vs égales) sur les performances en double-tâche. En plus des mesures comportementales, l'activité cérébrale de jeunes adultes (n = 16) et de personnes âgées (n = 19) a été mesurée à l'aide de la SPIRf. Dans la condition priorisée, on observe une activation du cortex préfrontal droit pendant l'exécution de la DT chez les jeunes adultes. Chez les personnes âgées, l'activation devient bilatérale, mais restreinte à des aires spécifiques, et implique le CPFDL gauche et le CPFVL bilatéral. Dans la condition égale, la condition DT montre une activation isolée dans le CPFDL et CPFVL gauches et CPFDL postérieur droit chez les jeunes adultes, et un étalement bilatéral de l'activation en CPFDL chez les participants âgés. Ces résultats montrent que tant chez les jeunes adultes que les personnes âgées, les effets de priorité sont associés à des patrons d'activation préfrontale distincts. En condition égale, les activations impliquent des régions frontales plus étendues et bilatérales comparativement aux conditions à priorité fixe. Ces résultats supportent l'hypothèse que la condition égale (en DT) exige davantage de contrôle attentionnel. Des différences liées à l'âge existent, le vieillissement étant associé à un étalement de l'activation à différents sites chez les personnes âgées, mais surtout lorsque l'instruction de donner une priorisation égale aux deux tâches est donnée. Les résultats de ces deux études montrent des patrons d'activation préfrontale différents pour les mécanismes d'inhibition, d'alternance et d'attention divisée. Ces résultats ont des implications pratiques et théoriques. Sur le plan pratique, ils montrent que la SPIRf peut mesurer de façon précise les patrons d'activation des mécanismes de contrôle attentionnel distincts et ce, tant chez les jeunes adultes que chez les personnes âgées. Sur le plan théorique, ces résultats apportent un appui aux propositions selon lesquelles il existe des mécanismes distincts de contrôles attentionnels supportés par différents ensembles de régions ou de réseaux préfrontaux du cortex cérébral. De plus, les résultats suggèrent que ces mécanismes impliquent des régions frontales plus étendues chez les personnes âgées que chez les jeunes. Les résultats appuient principalement l'hypothèse du Scaffolding Theory of Aging and Cognition (STAC). Ce modèle indique que les aînés réussissent à maintenir un haut niveau de fonctionnement, étant donné l'engagement continu d'un échafaudage compensatoire, soit le recrutement de circuits additionnels étayant les structures en déclin dont le fonctionnement est devenu bruité, inefficace ou les deux. Cet échafaudage dynamique est une propriété d'un cerveau qui s'adapte à son déclin afin de maintenir la meilleure homéostasie possible (Park & Reuter-Lorenz, 2009). Le niveau du fonctionnement cognitif est alors déterminé par le niveau de la détérioration neuronale, le niveau de la détérioration fonctionnelle et le niveau de compensation créé par l'échafaudage (Drag & Bieliauskas, 2010; Park & Reuter-Lorenz, 2009)\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : contrôle attentionnel, vieillissement normal, SPIRf, lobes frontau

Learning to Bypass the Central Bottleneck: Declining Automaticity with Advancing Age

Does advancing age reduce the ability to bypass the central bottleneck through task automatization? To answer this question, the authors asked 12 older adults and 20 young adults to first learn to perform an auditory–vocal task (low vs. high pitch) in 6 single-task sessions. Their dual-task performance was then assessed with a psychological refractory period paradigm, in which the highly practiced auditory–vocal task was presented as Task 2, along with an unpracticed visual–manual Task 1. Converging evidence indicated qualitative differences in dual-task performance with age: Whereas the vast majority of young adults bypassed the bottleneck, at most 1 of the 12 older adults was able to do so. Older adults are either reluctant to bypass the bottleneck (as a matter of strategy) or have lost the ability to automatize task performance

First- and second-order contrast sensitivity functions reveal disrupted visual processing following mild traumatic brain injury

AbstractVision is disrupted by traumatic brain injury (TBI), with vision-related complaints being amongst the most common in this population. Based on the neural responses of early visual cortical areas, injury to the visual cortex would be predicted to affect both 1st order and 2nd order contrast sensitivity functions (CSFs)—the height and/or the cut-off of the CSF are expected to be affected by TBI. Previous studies have reported disruptions only in 2nd order contrast sensitivity, but using a narrow range of parameters and divergent methodologies—no study has characterized the effect of TBI on the full CSF for both 1st and 2nd order stimuli. Such information is needed to properly understand the effect of TBI on contrast perception, which underlies all visual processing. Using a unified framework based on the quick contrast sensitivity function, we measured full CSFs for static and dynamic 1st and 2nd order stimuli. Our results provide a unique dataset showing alterations in sensitivity for both 1st and 2nd order visual stimuli. In particular, we show that TBI patients have increased sensitivity for 1st order motion stimuli and decreased sensitivity to orientation-defined and contrast-defined 2nd order stimuli. In addition, our data suggest that TBI patients’ sensitivity for both 1st order stimuli and 2nd order contrast-defined stimuli is shifted towards higher spatial frequencies

Pitch and Rhythm Perception and Verbal Short-Term Memory in Acute Traumatic Brain Injury

Music perception deficits are common following acquired brain injury due to stroke, epilepsy surgeries, and aneurysmal clipping. Few studies have examined these deficits following traumatic brain injury (TBI), resulting in an under-diagnosis in this population. We aimed to (1) compare TBI patients to controls on pitch and rhythm perception during the acute phase; (2) determine whether pitch and rhythm perception disorders co-occur; (3) examine lateralization of injury in the context of pitch and rhythm perception; and (4) determine the relationship between verbal short-term memory (STM) and pitch and rhythm perception. Music perception was examined using the Scale and Rhythm tests of the Montreal Battery of Evaluation of Amusia, in association with CT scans to identify lesion laterality. Verbal short-term memory was examined using Digit Span Forward. TBI patients had greater impairment than controls, with 43% demonstrating deficits in pitch perception, and 40% in rhythm perception. Deficits were greater with right hemisphere damage than left. Pitch and rhythm deficits co-occurred 31% of the time, suggesting partly dissociable networks. There was a dissociation between performance on verbal STM and pitch and rhythm perception 39 to 42% of the time (respectively), with most individuals (92%) demonstrating intact verbal STM, with impaired pitch or rhythm perception. The clinical implications of music perception deficits following TBI are discussed