En psychologie cognitive et en neurosciences, on appelle fonctions exécutives du cerveau un ensemble de processus cognitifs de haut niveau qui permettent à un individu de réguler volontairement ses pensées et ses comportements pour atteindre un objectif ou s’adapter à une situation nouvelle ou complexe. Ces processus interviennent notamment dans la planification, l’organisation, l’élaboration de stratégies, l’attention sélective, la mémoire de travail, ainsi que dans la gestion du temps et de l’espaceChan, R., Shum, D., Toulopoulou, T., & Chen, e. (2008). Assessment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Archives of Clinical Neuropsychology, 23, 201-216..
Les recherches en neuropsychologie et en neurophysiologie indiquent que les fonctions exécutives reposent principalement sur le cortex préfrontal, tout en mobilisant également d’autres régions cérébralesWagner, A., Bunge, S.,& Badre, D. (2004). Cognitive control, semantic memory, and priming: Contributions from prefrontal cortex. In M. Gazzaniga (Ed.), The new cognitive neurosciences. (3 éd.). Camebridge, MA: MIT PRESS.. Plusieurs modèles théoriques ont été proposés pour les décrire, dont le modèle du système attentionnel superviseur de Donald Norman et Tim Shallice. Les troubles des fonctions exécutives sont regroupés sous le terme de syndrome dysexécutif.
Les précurseurs de la notion de fonctions exécutives Alexandre Louria Pour Alexandre Louria, toute activité de résolution de problèmes suppose quatre choses : une analyse de la situation, une élaboration d'un plan de résolution, une résolution séquentielle et organisée de ce plan et une vérification en comparant l'objectif de départ avec le résultat obtenu.
Il définit trois fonctions : la volition : c'est la volonté d'agir, l'initiation ; la planification des étapes ; la maîtrise. Il insiste sur l'importance des lobes frontaux dans ce type de fonctions.
Dubois définit ces fonctions comme étant l'ensemble des processus qui contrôlent et régulent les autres activités cognitives.
Patrick Rabbitt Rabbitt définit cinq fonctions : l'adaptation aux situations nouvelles (qui peut être rapprochée de la notion d'intelligence fluide) ; la planification et la mise en œuvre de stratégies nouvelles (qui peuvent aussi être liées à l'intelligence fluide) ; le contrôle et la régulation de l'action ; la capacité à tenir compte de l'information en retour pour ajuster sa réponse ; la capacité à inhiber des informations non pertinentes pour la réalisation de la tâche.
Rôle des fonctions exécutives
Les fonctions exécutives permettent de: faire des plans ; garder une trace du temps et terminer le travail à temps ; garder une trace de plus d'une chose à la fois ; inclure de façon significative les connaissances antérieures dans les discussions ; évaluer des idées et réfléchir sur notre travail ; changer d'avis et apporter des corrections à mi-parcours en pensant, la lecture et l'écriture ; demander de l'aide ou demander plus d'information quand nous avons besoin ; s'engager dans la dynamique du groupe. diriger le comportement orienté vers un but réfléchir avant d'agir Des étudesmontrent par exemple, l’implication des fonctions exécutives dans la prise quotidienne des thérapeutiques dans les maladies chroniques. Il est difficile pour les adolescents d’être observants, du fait de la perturbation des fonctions exécutives à cette période de la vie.
Les types de fonctions exécutives Le maîtrise exécutive représente une série de fonctions de maîtrise de haut niveau qui prend en charge le comportement orienté vers un butTaconnat, L., & Lemaire, P. (2013). Fonctions exécutives, vieillissement cognitif et variations stratégiques. In Psychologie Française. https://dx.doi.org/10.1016/j.psfr.2013.03.007 (consulté le ).. La théorie de Miyake, Friedman, Emerson, Witzki, Howerter et Wagner est une théorie très dominante dans la littérature sur les fonctions exécutivesMiyake, A., Friedman, N.P., Emerson, M.J., Witzki, A.H., Howerter, A., & Wager, T.D. (2000). The unity and diversity of executive fonctions and their contributions to complex 'Frontal Lobe' tasks: A latent variable analysis. Cognitive Psychology, 41, 49-100.. Grâce à une analyse de régression, ils ont pu mettre à jour trois fonctions exécutives spécifiques, qui sont à la fois indépendantes et font partie d'une certaine unité (corrélées entre elles).
La flexibilité mentale (shifting) Cette fonction définit la capacité de changer de tâche ou de stratégie mentale, et à passer d'une opération cognitive à une autreCollette, F., Hogge, M., & Van der Linden, M. (2006). Exploration of the neural substrates of executive fonctioning by functional neuroimaging. Journal of Neuroscience, 139, 209-221.. Elle peut requérir le désengagement d'une tâche pour se réengager dans une autre. Il existerait trois sous-classes de flexibilité mentale : la flexibilité d'information en mémoire de travail (interne), la flexibilité externe (pour des stimuli environnementaux) et la flexibilité de sourceRochat, L., Billieux, J., & Van der Linden, M. (2012). Difficulties to disengage attentional resources from self-generated thoughts moderate the link between dysphoria and maladaptive self-referential thinking. Cognition & Emotion, 26, 748-757..
La mise à jour (updating) Cette fonction permet la mise à jour d'information dans la mémoire de travail. Cela implique la modification du contenu sur la base de l'information entrante plus récenteShimamura, A. (2000). The role of prefrontal cortex in dynamic filtering. Psychobiology, 28, 207-218. (consulté le ).. Cette mise à jour d'une action nécessite la surveillance et le codage de l'information entrante pour la pertinence de la tâche qui est en cours d'exécution à un moment. Alors, elle révise d'une façon appropriée les items conservés en mémoire de travail en remplaçant l'information qui n'est plus pertinente avec l'information plus récente et plus pertinenteMorris, N., & Jones, D. (1990). Memory updating in working memory: The role of the central executive. British Journal of Psyhcologie, 81, 111-121..
L'inhibition L'inhibition désigne une série de mécanismes de suppression des cognitions et des actions inappropriées, ainsi que la résistance aux interférences de l'information non pertinenteBjorklund, D., & Harnishfeger, K. (1995). The evolution of inhibition mechanisms and their role in human cognition and behavior. In D.F.N. & B.C.J. (Eds). Interference and inhibition in cognition. San Diego: Academic Press (p. 142-169).. C'est la capacité de supprimer l'expression ou la préparation de l'information qui perturberait le bon achèvement d'un objectifDempster, F. (1992). The rise and fall of the inhibitory mechanism: Toward a unified theory of cognitive development and aging. Developmental Review, 12, 45-75.. Cette fonction exécutive permet la maîtrise de la cognition et le comportement complexe et c'est essentiel pour une interaction efficace avec l'environnementBurke, W., Zencius, A., Wesolowski, M., & Doubleday, F. (1991). Improving executive function disorders in brain-injured clients. Brain Injury, 5, 241-252..
L'inhibition est importante dans l'intelligence, la mémoire et l'attention. Elle est aussi liée à la compétence sociale qui implique une régulation émotionnelleUrben, S. (2011). L'inhibition d'une réponse dominante chez l'enfant: développement et interaction avec les processus émotionnels. http://archives-ouverture.unige.ch/unige:16693 (consulté le )..
La mémoire de travail La mémoire à court terme est exposée, communément, comme permettant un maintien temporaire de l'information, tandis que la mémoire de travail est exposée comme permettant, à la fois un maintien temporaire, mais aussi la manipulation de l'information maintenue.
cf Modèle de Baddeley sur la page Mémoire de travail
L'attention « L'attention est la prise de possession par l'esprit, sous une forme claire et vive, d'un objet ou d'une suite de pensées parmi plusieurs qui semblent possibles […] Elle implique le retrait de certains objets afin de traiter plus efficacement les autres »— William James
La planification Elle est l'organisation dans le temps de la réalisation d'objectifs :
dans un domaine précis ; avec différents moyens mis en œuvre ; et sur une durée (et des étapes) précise(s).
Substrat neuronal des fonctions exécutives Le substrat neuronal de contrôle cognitif est souvent alloué au cortex frontalWagner, A., Bunge, S., & Badre, D. (2004). Cognitive control, semantic memory, and priming: Contributions from prefrontal cortex. In M. Gazzaniga (Ed.), The new cognitive neurosciences. (3rd ed). Cambridge, MA:MIT PRESS.. Cela a été démontré en utilisant principalement des études de patientsGodefroy, O., Jeannerod, M., Allain, P., & Le Gall, D. (2008). Lobe frontal, fonctions exécutives et contrôle cognitif. Revue Neurologique, 164, 119-127. Cependant, les trois différentes fonctions de maîtrise cognitive semblent recruter différentes parties du cortex frontal, ainsi que d'autres régions du cerveauElliot, R. (2003). Executive functions and their disorders. British Medical Bulletin, 65, 49-59.. La mise à jour est associée à l'activation des zones du cortex préfrontal (dorsolatéral, inférieur et cingulaire) et du cortex pariétal (postérieur et supérieur)Schumacher, E., Lauber, E., Awh, E., Jonides, J.E.E., & Koeppe, R. (1996). Pet evidence for an amodal verbal working memory system. Neuroimage, 3, 79-88.. La flexibilité mentale nécessite les zones préfrontale, pariétale et sous-corticales du cerveauFink, G., Halligan, P., Marshall, J., Frith, C., Frackowlack, R., & Dolan, R. (1997). Neural mechanisms involved in the processing of global and local aspects of hierarchically organized visual stimuli. Brain, 120, 1779-1791.Gurd, J., Amunts, K., Weiss, P., Zafiris, O., Zilles, K., Marshall, J., & Fink, G. (2002). Posterior parietal cortex is implicated in continuous switching between verbal fluency tasks: An fMRI study with clinical implications. Brain, 125, 1024-1038.Rogers, R., Andrews, T., Grasby, P., Brooks, D., & Robbins, T. (2000). Contrasting cortical and subcortical activations produced by attentional set-shifting and reversal learning in humans. Journal of Cognitive Neuroscience, 12, 142-162.Wilkinson, D., Halligan, P., Marshall, J., Buchel, C., & Dolan, R. (2001). Switching between the forest and the trees: Brain systems involved in local/global changed-level judgements. Neuroimage, 13, 56-67.. L'inhibition est principalement associée au gyrus frontal inférieur droitAron, A., Robbins, T., & Poldrack, R. (2004). Inhibition and the right inferior cortex. Trends in Cognitive Sciences, 8, 170-177., mais des études ont également montré l'implication d'autres structures cérébrales, telles que les zones cingulaire, préfrontale, pariétale et temporaleCollette, F., Van der Linden, M.,Delfiore, G., Degueldre, C., Luxen, A., & Salmon, E. (2001). The functional anatomy of inhibition processes investigating the hayling task. Neuroimage, 14, 258-267.. La recherche a également confirmé la contribution des noyaux gris centraux, une structure du cerveau qui est principalement importante pour la régulation motriceHeyder, K., Suchan, B, & Daum, I. (2003). Cortico-subcortical contributions to executive control. Acta Psychologica, 115, 271-289..
Épreuves mesurant les fonctions exécutives Trail Making Test (test des tracés)
Cette épreuve mesure la flexibilité mentale et se déroule en deux temps. Dans un premier temps, le sujet doit relier des chiffres dans l'ordre croissant le plus rapidement possible (1-2-3-4 ; etc.), et dans un second temps, il doit procéder de la même manière mais en alternant des chiffres et des lettres (1-A-2-B-3-C, etc.). Le « coût de » est calculé en faisant la différence entre la deuxième et la première tâche.
Le plus-moins