Focused cognitive fatigue and decision making : behavioral evidence and neuroimaging correlates

par Bastien Blain

Thèse de doctorat en Économie

Sous la direction de Guillaume Hollard et de Mathias Pessiglione.

Soutenue le 22-12-2016

à Paris 1 , dans le cadre de École doctorale d'Économie (Paris) , en partenariat avec Centre d'économie de la Sorbonne (Paris) (équipe de recherche) et de Centre de recherche de l'Institut du cerveau et de la moelle épinière (équipe de recherche) .

Le président du jury était Louis Lévy-Garboua.

Le jury était composé de Guillaume Hollard, Mathias Pessiglione, Vincent de Gardelle, Alexandre Zénon.

Les rapporteurs étaient Philippe Fossati, Tobias Kalenscher.

  • Titre traduit

    La fatigue cognitive et la prise de décision : à l'appui de mesures comportementales et images neuronales


  • Résumé

    Les préférences temporelles constituent un des champs d'étude privilégiés en économie, car elles reflètent le comportement d'épargne et de consommation des individus. De façon critique, la mesure des préférences temporelles en laboratoire permet de prédire des caractéristiques individuelles, que ce soit en termes de revenu, d'éducation ou de santé. Les résultats accumulés dans le domaine des neurosciences ces dernières années suggèrent que les préférences temporelles dépendent de l'activité et de l'anatomie de régions particulières du cerveau, le cortex préfrontal latéral. Une prédiction non triviale est alors qu'un changement d'activité induit dans ces régions pourrait changer les préférences temporelles. Des études ont montré qu'inhiber artificiellement avec un aimant l'activité cérébrale du cortex préfrontal latéral augmente la préférence pour le présent (ou impulsivité). L'objet de cette thèse est de montrer que des phénomènes du quotidien, en particulier la fatigue, induisent l'inhibition de ces régions, avec pour conséquence d'augmenter l'impulsivité. Ainsi, cette thèse montre qu'effectuer des tâches cognitives difficiles pendant plusieurs heures inhibe l'activité du cortex préfrontal latéral, et augmente l'impulsivité des participants. Le surentraînement physique pendant trois semaines conduit aux mêmes effets comportementaux et neuraux. Réviser des examens conduit au même effet comportemental. D'un point de vue computationnel, cet effet est dû à l'augmentation d'un biais vers le présent, plutôt qu'une augmentation du taux d'escompte temporel, et semble suivre la fatigue subjective. Une hypothèse pour expliquer ce résultat serait l'augmentation du coût de l'utilisation du cortex préfrontal latéral. L'étude de la nature de ce coût, qui n'a pas été menée dans cette thèse, est une perspective qu'elle a néanmoins contribué à dégager : s'agit-il de l'épuisement d'une ressource ? De l'accumulation de déchets métabolites ? La nature de telles substances reste à l'heure actuelle spéculative.


  • Résumé

    Intertemporal preferences are one of the most studied topics in economics, because they adjust the balance between saving and consuming. Critically, lab measures of intertemporal preferences allow to predict individual traits, in terms of income, health and education. Findings in neuroscience during the last decade suggest that intertemporal preferences depend on the activity and integrity of a specific brain area, the lateral prefrontal cortex. Therefore, any change induced in that brain area should affect intertemporal preferences. Some studies have indeed shown that artificially inhibiting the activity of the lateral prefrontal cortex, through transcranial magnetic stimulation, does enhance preference for the present (i.e., impulsivity). The aim of this thesis is to show that daily phenomena in more natural conditions, subjectively perceived as fatigue, reduce lateral prefrontal cortex excitability and exacerbate choice impulsivity. This is shown in three different contexts, corresponding to three separate studies. First, performing hard cognitive tasks for several hours inhibits the lateral prefrontal cortex, explaining the increase in choice impulsivity. Second, rehearsing examinations for several hours enhance choice impulsivity. Third, physical overtraining imposed over two weeks leads to the same fatigue effects at both the behavioral and neural levels. From a computational perspective, the increase in choice impulsivity was best captured by changing the present bias, and not by changing the discount rate. Our interpretation is that the cost of using the lateral prefrontal cortex increases with time on task, generating a subjective feeling of fatigue and reducing its contribution to choices, and hence the control of preference for the present. The nature of this cost is open to discussion: does it correspond to a biological degradation or to a functional adaptation?

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