Entrainement cognitif du Contrôle inhibiteur, Graphométrie et Connectivité fonctionnelle au repos chez l'enfant d'âge scolaire

par Marine Moyon

Thèse de doctorat en Neurosciences cognitives

Sous la direction de Arnaud Cachia.

Thèses en préparation à l'Université de Paris (2019-....) , dans le cadre de École doctorale Cognition, Comportements, Conduites Humaines .


  • Résumé

    Le contrôle inhibiteur (CI, un ensemble de capacités de contrôle neurocognitif et comportemental permettant de résister aux tentations, distractions, automatismes moteurs et cognitifs) est un processus central du développement cognitif. Prédicteur de réussite professionnelle, de santé physique ou mentale quelques années plus tard, le CI est également garant de réussite académique. Intrinsèquement lié à la maturation du cortex préfrontal (CPF), le CI a un développement lent de l'enfance au début de l'âge adulte. Plusieurs études ont montré qu'il était possible d'entrainer le CI et ce, dès l'âge préscolaire. Un entrainement cognitif, même de courte durée, pourrait moduler le cerveau, à la fois sur le plan structural et fonctionnel. Néanmoins, les résultats de la littérature restent encore très controversés. Le travail mené durant cette thèse avait pour objectif de mieux saisir les changements cérébraux anatomiques et fonctionnels accompagnant les modifications cognitivo-comportementales subséquentes à un entrainement cognitif ciblé du CI. En utilisant une approche longitudinale, nous avons étudié les effets d'un entrainement intensif (25 séances, 15 min/jour, 5 semaines), individualisé et adaptatif sur tablette tactile, chez 64 enfants au développement typique (9,8± 0,56 ans), assignés aléatoirement à un groupe d'entrainement au CI (n=32, entrainement aux tâches de Stroop et de Stop-Signal) ou à un groupe contrôle actif (CA, n=32, entrainement de culture générale et de vocabulaire). Une évaluation cognitive et une acquisition d'imagerie multimodale a été réalisée avant et après apprentissage. Dans l'ETUDE 1, nous avons étudié les changements induits par l'entrainement cognitif au niveau comportemental. A l'échelle du groupe, seuls les enfants assignés au groupe CI ont progressé entre le pré et le post-test. Des analyses approfondies ont montré que le genre et le niveau basal de CI modulent cet effet. Dans l'ETUDE 2, nous avons étudié les changements au niveau de l'anatomie du CPF et avons précisé les aspects développementaux en comparant les résultats avec ceux obtenus dans un groupe d'adolescents (n=59, 16 ans). De façon similaire aux mécanismes neuroplastiques observés au cours de la maturation cérébrale, nous avons constaté que l'entrainement au CI entraine des changements âge- et genre-spécifiques de l'épaisseur et la surface corticales dans plusieurs sous-régions du CPF. Dans l'ETUDE 3, nous avons étudié les changements au niveau du fonctionnement cérébral à partir d'une analyse de la connectivité fonctionnelle basale. Afin de réduire le bruit associé aux mouvements lors de l'acquisition, particulièrement importants chez l'enfant, nous avons utilisé une séquence IRMf au repos multi-écho (ME). Avant apprentissage, nous avons observé une plus forte connectivité entre le CPF médial droit et le CPF operculaire central gauche associée à de moindres performances du CI. L'effet spécifique de l'apprentissage au CI - mesuré par l'interaction entre groupe, CI vs CA, et le temps, avant versus après apprentissage - est associé à un changement de connectivité entre le CPF operculaire et le gyrus temporal moyen droit. L'ensemble de nos résultats chez l'enfant d'âge scolaire montrent que les changements cognitifs suite à un entrainement au CI sont sous-tendus par des modifications de l'anatomie et de la connectivité fonctionnelle au repos du CPF.

  • Titre traduit

    Cognitive training, morphometry and resting-state functional connectivity in school-aged children


  • Résumé

    Inhibitory control (IC, a set of neurocognitive control and behavioral abilities allowing us to resist temptations, distractions but also motor and cognitive automatisms) is a core process of cognitive development. Predictor of later professional success, physical and mental health, IC is also critical for academic successes. Relying on the intrinsic maturation of the prefrontal cortex (PFC), IC has a protracted development from childhood to early adulthood. A number of training interventions have already been designed to improve IC and reported encouraging results, as early as in preschool age. A short-term cognitive training could change the brain, at both structural and functional levels. However, results in the literature still remain controversial. The aim of this thesis was to better capture anatomical and functional brain changes paralleling the behavioral changes subsequent to a targeted IC cognitive training. We used a longitudinal design to investigate the effects of an intensive individualized adaptative computerized training (25 sessions, 15min/day, 5 weeks) in 64 healthy children (9,8± 0,56 y.o), randomly assigned to an IC (i.e., Color-Word Stroop and Stop-Signal tasks, n=32) or an active control (i.e., knowledge- and vocabulary- based tasks, n=32) training group. A cognitive assessment and a multimodal MRI acquisition were performed before and after the training. In STUDY 1, we investigated the effects of the cognitive training at behavioral level. Only children assigned to the IC group progressed between the pre- and post-training sessions. Further analyzes showed that both gender and basal IC efficiency modulated this effect. In STUDY 2, we analyzed the anatomical CPF changes and specified the developmental effects by comparing the results with those obtained in an adolescent group (n=59, 16 y.o). Similarly to neuroplastic mechanisms occurring during brain development, we found age- and gender-specific changes of cortical thickness and surface area in many CPF sub-regions after training. In STUDY 3, we investigated the functional cerebral changes from a resting-state functional connectivity (rs-FC) analysis. In order to reduce biases related to head-motion, particularly important during acquisitions with children, we used a multi-echo (ME) resting-state fMRI sequence. In pre-training, we found a stronger rs-FC between the right medial PFC and the left central opercular PCF associated to lower IC performance. The specific training effect - measured by the group (CI vs. CA) x time (pre- vs post-training) interaction - was associated to a rs-FC change between right opercular PFC and middle temporal gyrus. Taken together, our results in school-aged children support that cognitive changes related to an IC training are underlain by anatomical and rs-FC PFC changes.