Continuous and discrete brain dynamics to study behavioral adaptation during cognitive motor dual-tasking in younger and older adults

Imaginez votre cerveau comme une ville bouillonnante avec des millions de routes, de feux de signalisation et de camions de livraison circulant sans cesse. Parfois, la ville fonctionne sans accroc, mais d'autres fois, elle fait face à une heure de pointe où deux événements majeurs se produisent simultanément : un défilé (une tâche mentale) et une équipe de construction (une tâche physique) essayant d'utiliser les mêmes rues. Les scientifiques qui étudient le « trafic » cérébral s'intéressent particulièrement à ce qui se passe lorsque les gens vieillissent. Les routes s'embouteillent-elles ? Les feux de signalisation s'embrouillent-ils ? Pendant longtemps, les chercheurs ont observé cette heure de pointe en prenant un cliché unique et flou de l'ensemble du trajet. Ils mesuraient la capacité d'une personne à accomplir une tâche du début à la fin, faisaient une moyenne de tout cela, et comparaient ce résultat à l'exécution d'une seule chose à la fois. Mais cette approche suppose que le flux de trafic reste constant tout au long du trajet, ce qui n'est peut-être pas vrai. Tout comme un véritable trajet quotidien, votre cerveau peut être chaotique au début d'un voyage et trouver un rythme fluide plus tard. Comprendre comment le cerveau s'adapte pendant le trajet, plutôt que de regarder simplement la destination finale, est essentiel pour comprendre comment nous restons performants en vieillissant.

Cet article se penche précisément sur cette question en observant comment le cerveau modifie ses « schémas de circulation » lorsqu'il jongle entre deux tâches à la fois. Les chercheurs ont demandé à quarante adultes plus âgés (entre 50 et 80 ans) et à vingt adultes plus jeunes (entre 20 et 40 ans) d'effectuer une tâche complexe à l'intérieur d'un appareil d'IRM. Ils devaient pédaler sur un vélo spécial avec les pieds tout en jouant à un jeu mental appelé « Go/NoGo », où ils devaient réagir rapidement à certains signaux et s'abstenir de réagir à d'autres. Les scientifiques ne se sont pas contentés de regarder le score final ; ils ont divisé la session en huit segments, ou « blocs », pour voir comment la performance évoluait du premier bloc au dernier. Ils ont également utilisé deux lentilles surpuissantes pour observer le câblage interne du cerveau : une qui voit les connexions couler comme un fleuve continu (analyse en composantes indépendantes dynamiques) et une autre qui repère le cerveau sautant entre différents « modes » ou états, comme le passage d'une station de radio à une autre (modèle de Markov caché).

Les résultats ont montré que le cerveau est loin d'être statique. Lorsque tout le monde a commencé le défi de la double tâche, les temps de réaction pour le pédalage étaient très irréguliers — très instables et incohérents. Mais au fur et à mesure que la session progressait, les choses se sont stabilisées. Au sixième bloc, l'instabilité avait presque disparu et la performance était restée constante. Cependant, les deux groupes d'âge ont emprunté des routes différentes pour en arriver là. Les adultes plus âgés ont commencé avec beaucoup d'instabilité, mais ont réussi à la réduire considérablement, se rapprochant ainsi de leur rythme habituel de tâche unique. Les adultes plus jeunes, en revanche, commençaient déjà de manière assez stable et n'avaient que peu de marge de progression, leur performance est donc restée relativement plate tout au long de l'exercice.

L'étude suggère que cette « amélioration » ou stabilisation est liée à la façon dont les réseaux du cerveau communiquent entre eux. Pour ceux qui ont montré la plus forte baisse d'instabilité (le « bénéfice de la double tâche »), leurs cerveaux présentaient deux choses spécifiques : une connexion forte et constante à travers un vaste réseau à l'échelle de la ville impliquant les systèmes d'attention, de contrôle et de mouvement, ainsi qu'une quantité saine de « basculements » entre différents états de réseau. Curieusement, les schémas cérébraux qui ont aidé les adultes plus âgés à s'améliorer étaient ceux qu'ils utilisaient le plus souvent, tandis que les schéments qui maintenaient les adultes plus jeunes stables étaient ceux sur lesquels ils s'appuyaient. Il semble que, bien que les deux groupes aient réussi à s'adapter au défi, ils l'aient fait en utilisant des stratégies de « gestion du trafic » différentes. Le cerveau plus âgé pourrait être comparé à une ville qui commence par un embouteillage mais qui apprend un nouvel itinéraire efficace pour le dissiper, tandis que le cerveau plus jeune est comme une ville qui n'a jamais connu d'embouteillage, circulant sur une autoroute familière et stable. Cela nous indique que l'adaptation réussie ne dépend pas seulement de la rapidité ou de la lenteur, mais de la façon dont le flux continu et les états de commutation discrets du cerveau travaillent ensemble pour nous permettre de progresser sans encombre, même lorsque la route devient complexe.