Vers un rôle central, contextuel et conditionnel de l'adaptation cardiovasculaire dans la cognition

Towards a central, contextual and conditional role of cardiovascular adaptation in cognition

• Auteur / Autrice : Valentin Magnon
• Direction : Guillaume T. Vallet, Frédéric Dutheil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Psychologie cognitive
• Date : Soutenance le 05/06/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Lettres, Langues, Sciences humaines et Sociales
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de psychologie sociale et cognitive (Clermont-Ferrand ; 1984-...)
• Jury : Président / Présidente : Martial Mermillod
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Piolino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-France Marin, Sylvain Laborde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condition cardiovasculaire

Cognition

Mots clés libres

Cognition

Activité cardiaque

Psychophysiologie

Cognition

Cardiac activity

Psychophysiology

Résumé

Dans l'Égypte ancienne, le cœur était considéré comme le siège de la raison, de la mémoire et des émotions. Quelques siècles plus tard, des données en psychophysiologie ont confirmé le rôle des signaux cardiovasculaires dans les processus mentaux. Dans quelle mesure et selon quelles conditions l'adaptation cardiovasculaire est susceptible de contraindre la cognition ? L'adaptation cardiovasculaire est indexée par la variabilité du rythme cardiaque qui reflète l'efficacité du système nerveux autonome dans l'adaptation de l'organisme aux contraintes situationnelles. L'originalité de cette thèse de doctorat consiste à réunir les données collectées sur la relation entre l'adaptation cardiovasculaire et la cognition avec les approches incarnées de la cognition pour générer de nouvelles hypothèses qui ont fait l'objet des trois études présentées ici. Les approches incarnées de la cognition offrent une grille de lecture qui introduit (1) la cognition comme étant ancrée dans un couplage dynamique entre l'organisme et son environnement, (2) la notion de représentations émergentes et (3) l'importance des mécanismes cognitifs contraignant ces représentations cognitives. La variabilité du rythme cardiaque comme indice d'adaptation cardiovasculaire devrait jouer un rôle dans la performance cognitive à une tâche, particulièrement durant le couplage entre l'organisme et cette tâche. Ainsi, les modulations de variabilité du rythme cardiaque in situ prédiraient davantage les performances à une tâche cognitive que la variabilité du rythme cardiaque au repos. L'Étude 1 indique que les modulations de la variabilité du rythme cardiaque lors d'une tâche de prise de décision prédisent davantage la performance à cette tâche que la mesure au repos.L'avantage des approches incarnées est également d'offrir une vision de la cognition comme l'émergence de représentations cognitives dynamiques contraintes par des mécanismes cognitifs mobilisés lors du couplage entre l'organisme et certaines contraintes situationnelles dans un objectif d'adaptation de l'organisme à l'environnement. La variabilité du rythme cardiaque pourrait participer à la cognition uniquement lorsque la tâche entraîne des contraintes stituationnelles suffisamment élevées et implique des processus d'auto-régulation. Dans une tâche de discrimination mnésique, l'Étude 2 teste l'association entre la variabité du rythme cardiaque et la performance en manipulant les contraintes associées à la tâche (écart perceptif entre les cibles et les leurres faible vs. élevé). Les résultats révèlent que la variabilité du rythme cardiaque prédit positivement la performance mnésique uniquement dans la condition impliquant de fortes contraintes cognitives (faible écart perceptif).Les processus perceptifs seraient fondamentalement inséparables de l'action et de la motricité. L'intégration des capacités d'autorégulation peut être mesurée par l'intéroception qui correspond à l'intégration cérébrale des signaux provenant de l'intérieur du corps. Selon une perspective incarnée, l'intégration intéroceptive de l'adaptation cardiovasculaire influencerait la perception visuelle liée à l'action. Les changements intéroceptifs du potentiel physiologique d'action (porter un sac à dos lourd) devraient contraindre la perception des possibilités d'action dans l'environnement (percevoir l'angle d'une pente de colline). En accord avec cette prédiction, l'Étude 3 indique que l'intégration intéroceptive lors du port d'un sac à dos lourd, prédit une surestimation de l'estimation de l'angle de pente de collines. Ces résultats empiriques ont été discutés et ont servi de base pour la proposition d'un modèle du rôle de l'adaptation cardiovasculaire dans la cognition qui propose que l'adaptation cardiovasculaire in situ participe à la cognition uniquement (1) lorsque la situation implique une intégration efficiente de contraintes, et (2) lorsque ces contraintes requièrent des mécanismes d'auto-régulation pour la réalisation de la tâche.

In ancient Egypt, the heart was considered the seat of reason, memory, and emotion. A few centuries later, data in psychophysiology confirmed the role of cardiovascular signals in mental processes. To what extent and under what conditions is cardiovascular adaptation likely to constrain cognition? Cardiovascular adaptation is indexed by heart rate variability, which reflects the efficacity of the autonomic nervous system in the adaptation of the organism to situational constraints. The originality of this doctoral dissertation is to bring together the data collected on the relationship between cardiovascular adaptation and cognition with embodied approaches to cognition to generate new hypotheses that were the focus of the three studies presented here. Embodied cognition to cognition offers a framework that introduces (1) cognition as embedded in a dynamic coupling between the organism and its environment, (2) the notion of emergent representations, and (3) the importance of cognitive mechanisms constraining these cognitive representations. Heart rate variability as an index of cardiovascular adaptation is expected to play a role in cognitive performance on a task, particularly during the coupling between the organism and that task. Thus, in situ heart rate variability modulations would predict performance on a cognitive task more than resting heart rate variability. Study 1 indicates that modulations of heart rate variability during a decision-making task predict performance on that task more than the resting measurement.The advantage of embodied cognition is also to offer a view of cognition as the emergence of dynamic cognitive representations constrained by cognitive mechanisms mobilized during the coupling between the organism and certain situational constraints with the objective of adapting the organism to the environment. Heart rate variability could participate in cognition only when the task entails sufficiently high situational constraints and involves self-regulatory processes. In a memetic discrimination task, Study 2 tests the association between heart rate variability and performance by manipulating the constraints associated with the task (low vs. high perceptual gap between targets and decoys). Results reveal that heart rate variability positively predicts memory performance only in the condition involving high cognitive constraints (low perceptual gap). Perceptual processes would be fundamentally inseparable from action and motor skills.The integration of self-regulatory capacities can be measured by interoception, which corresponds to the cerebral integration of signals from within the body. According to an embodied perspective, the interoceptive integration of cardiovascular adaptation would influence action-related visual perception. Interoceptive changes in physiological action potential (carrying a heavy backpack) should constrain the perception of action possibilities in the environment (perceiving the angle of a hillside). Consistent with this prediction, Study 3 indicates that interoceptive integration when carrying a heavy backpack, predicts an overestimation of hill slope angle estimation. These empirical results were discussed and formed the basis for the proposal of a model of the role of cardiovascular adaptation in cognition that proposes that in situ cardiovascular adaptation participates in cognition only (1) when the situation involves efficient integration of constraints, and (2) when these constraints require self-regulatory mechanisms for task performance.