Exploration des mécanismes neuraux de la fatigue par induction passive

Exploring of the the neural mechanisms of fatigue by passive induction

• Auteur / Autrice : Stefano Ioannucci
• Direction : Alexandre Zénon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/03/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Joël David Swendsen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Zénon, Joël David Swendsen, Giovanni de Marco, Sara C. Mednick, Bénédicte Poulin-Charronnat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giovanni de Marco, Sara C. Mednick

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aire visuelle

Charge cognitive

Fatigue mentale

Neurosciences cognitives

Mots clés libres

Fatigue cognitive

Effort mental

Mvpa

Charge cognitive multisensorielle

EEG

Cognitive fatigue

Mental effort

Mvpa

Cross-sensory cognitive load

Eeg

Résumé

L’activité cognitive intense est aversive, nécessite un effort et, lorsqu'elle est prolongée, entraîne de la fatigue mentale. Cependant, l'origine de l'aspect aversif de la cognition et les mécanismes neuronaux qui conduisent à la fatigue restent encore des énigmes pour les neurosciences.L'objectif de cette thèse était de tester l'hypothèse selon laquelle la fatigue trouve son origine dans des altérations locales de l'activité neuronale causées par un recrutement prolongé des réseaux cérébraux. De plus, ce travail a cherché à répondre à une prédiction spécifique dérivée de la vision fonctionnelle de la fatigue mentale : les assemblées neuronales qui sont engagées dans une activité,même passive, sont vouées à saturer et à atteindre le point de défaillance.En s'inspirant de lignes de recherche convergentes mais distinctes, une nouvelle approche expérimentale a été conçue afin de tester notre hypothèse tout en contrôlant autant que possible les facteurs de confusion qui sont omniprésents dans la littérature existante, comme les différences de motivation, le niveau de compétence dans la tâche et l'ennui. À travers plusieurs expériences, des déficits de performance comportementale spécifiques ont été induits chez les participants, ce qu i nous a permis de confirmer et de caractériser l'effet supposé de la fatigue passive. En effet, dans la première expérience, nous avons dévoilé une interaction surprenante entre le degré d'altération de la performance spécifique induite par une stimulation prolongée et l'excitation causée par la charge cognitive inter sensorielle. De plus, nous avons constaté que l'habituation sensorielle n'était pas impliquée dans le processus décrit, car l'analyse des données électrophysiologiques des participants s'est avérée infructueuse. Nous avons ensuite reproduit les résultats sur la diminution de la performance dans deux études successives, en introduisant des manipulations psychophysiologiques supplémentaires afin de fournir des preuves comportementales indirectes de sa localisation dans le cortex visuel. De plus, plusieurs indicateurs de l'effort et de l'excitation, tels que les questionnaires et la taille de la pupille, étaient liés aux changements comportementaux que nous avons observés.Dans la dernière expérience, nous avons confirmé une fois de plus la diminution spécifique de la performance causée par la saturation, attestant de sa robustesse. De plus, nous avons utilisé des techniques de neuro-imagerie pour montrer une perturbation de l'activité cérébrale des participants parallèle à la détérioration comportementale, apportant ainsi la preuve d'une fatigue neuronale par induction passive.

Demanding cognitive activity is aversive, requires effort, and, when prolonged, leads to mentalfatigue. However, the origin of the aversive aspect of cognition and the neural mechanisms that leadto fatigue still remain enigmas for neuroscience.The aim of this thesis was to test the hypothesis that fatigue originates from local alterations inneuronal activity caused by prolonged recruitment of brain networks. Moreover, this work sought toaddress a specific prediction derived from the functional view of mental fatigue: neuronalassemblies that are engaged in activity, even if passive, are bound to saturate and reach the point offailure.Drawing inspiration from converging yet separate lines of research, a novel experimental approachwas devised in order to test our hypothesis while controlling as much as possible for the confoundswhich are pervasive in the pertaining literature, namely, differences in motivation, level of skill inthe task and boredom. Across several experiments, specific behavioural performance deficits wereinduced in the participants, allowing us to confirm and characterize the posited passive fatigueeffect. Indeed, in the first experiment, we unveiled a surprising interaction between the degree ofspecific performance alteration induced by prolonged stimulation and arousal caused by crosssensorycognitive load. Additionally, we found a lack of support for sensory habituation beinginvolved in the described process, as the analysis of electrophysiological data from the participantsproved to be unfruitful.We then replicated the results on the decrement of performance in two successive studies,introducing additional psychophysiological manipulations to provide indirect, behavioural evidencefor its localisation in visual cortex. More so, several indicators of effort and arousal, such asquestionnaires and pupil size, were related to the behavioural changes we observed.In the final experiment, we confirmed once again the specific performance decrement caused bysaturation, attesting to its robustness. Furthermore, we used neuroimaging techniques to showdisruption of brain activity of the participants that paralleled the behavioral deterioration, thusproviding evidence for neural fatigue by passive induction.