Vieillissement, activité physique et cognition

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Vieillissement, activité physique et cognition

par Cédric ALBINET, Khaled FEZZANI et Bernard THON

| De Boeck Université | Science & Motricité2008/1 - N° 63ISSN 1378-1863 | ISBN 2-8041-5768-5 | pages 9 à 36

Pour citer cet article : — Albinet<renvoi id="re2no2" idref="no2" typeref="note">2 C., Fezzani K. et Thon B., Vieillissement, activité physique et cognition, Science & Motricité 2008/1, N° 63, p. 9-36.

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Science & Motricité n° 63 — 2008/1

Vieillissement, activité physique et cognition

Cédric Albinet (1) (2), Khaled Fezzani (1) et Bernard Thon (1)

RÉSUMÉ

Le vieillissement de la population est un phénomène majeur pour notre société. Au niveauindividuel, le vieillissement se caractérise notamment par un déclin de la vitesse et de l’effica-cité des processus cognitifs et sensori-moteurs. Cependant la dynamique du vieillissementn’est pas identique pour tous les individus et certains facteurs, liés au mode de vie, sont sus-ceptibles de moduler ses effets. Parmi ces facteurs, la pratique régulière d’activité physique faitaujourd’hui l’objet d’un travail de recherche croissant. Les travaux dans ce domaine montrentqu’elle peut être un puissant facteur de maintien de la vitalité cognitive, essentielle à l’auto-nomie et à la qualité de vie des personnes âgées. Cet article se propose de faire le point sur lesconnaissances actuelles dans ce domaine de recherche. A travers une analyse des questionsposées et des méthodologies utilisées pour y répondre, nous montrerons que la relation entreactivité physique et vieillissement cognitif semble être aujourd’hui établie. Cette relation esttoutefois dépendante de certains facteurs, comme la nature des tâches utilisées ou les caracté-ristiques des individus (âge, aptitude physique). Les principaux modèles théoriques élaboréspour expliquer cette relation seront finalement présentés, nous amenant à proposer certainesperspectives de recherche.

Mots-clés : exercice, personnes âgées, cognition, sénescence, aptitude physique.

Aging, physical exercise, and cognition

ABSTRACT

The ageing of the population is a major phenomenon for our society. Human ageing can becharacterized by a decrease in both speed and efficiency of cognitive and sensorimotor pro-cesses. However, the ageing dynamic is not the same for all individuals, and some factors,

(1) Laboratoire Adaptation Perceptivo-Motrice et Apprentissage, EA 3691UFR STAPS, Université Paul Sabatier, 118, route de Narbonne, 31064 Toulouse Cedex 2(2) Cédric Albinet est actuellement rattaché au Laboratoire Efficience et Déficience Motrices,EA 2991, Faculté des Sciences du Sport, 700, Avenue du Pic St Loup, 34090 [email protected]

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related to the way of life, could modulate its effects. Among these factors, regular physicalexercise is subject to a growing body of research. Works in this area show that it could be apowerful factor in maintaining cognitive vitality, which is essential for autonomy and qual-ity of life in old age. This article proposes to review the current knowledge in this researcharea. Through an analysis of the questions asked and the methodologies used, we will showthat the relationship between physical exercise and cognitive aging seems to be actuallyestablished. However, this relationship is not unambiguous, because it is modulated by somefactors such as the used tasks, or individuals’ characteristics (age, physical fitness). Themain suggested theoretical models explaining this relationship will be finally described,leading to propose some research perspectives.

Key words: exercise, older people, cognition, senescence, physical fitness.

Introduction

Le vieillissement de la population est un fait majeur de nos sociétés modernes.En France, les personnes âgées de 60 ans ou plus sont aujourd’hui au nombrede 12 millions et représentent 21 % de la population. Elles seront 21 millions en2035, soit un tiers de la population totale (Brutel & Omalek, données INSEE2003). Ce phénomène n’est pas propre à la France mais se généralise au niveaumondial et concerne même les pays en développement. Les conséquences de cephénomène concernent la santé publique et l’économie par les coûtsqu’entraîne la prise en charge des personnes dépendantes ou le traitement desmaladies liées au vieillissement (McPherson, 1994 ; Shephard, 1997 ; Wood,Reyes-Alvarez, Maraj et al., 1999). En restant dans le cadre du « vieillissementnormal », l’étude de la relation entre le fonctionnement cognitif et l’avancée enâge suggère que la majorité des personnes ayant plus de 60 ans démontre desdéclins liés à l’âge dans les fonctions cognitives, incluant la mémoire, l’atten-tion, la perception, la résolution de problème, la vitesse de traitement de l’infor-mation ou encore l’acquisition et la rétention de nouvelles habiletés (Birren &Schaie, 1990 ; 2001). Ces déclins cognitifs liés à l’âge seraient particulièrementprononcés pour les tâches mesurant la vitesse de traitement de l’information(Jacewicz & Hartley, 1987 ; Cerella & Hale, 1994 ; Salthouse, 1996) ainsi quepour les tâches requerrant l’utilisation de la mémoire de travail et les processusde contrôle exécutif (Grady & Craik, 2000 ; Hall, Smith, & Keele, 2001 ; Meyer,Glass, Mueller, Seymour, & Kieras, 2001). Ces déclins cognitifs ont des implica-tions importantes car les capacités cognitives sont un contributeur essentiel à laqualité de vie des personnes âgées (Fillit et al., 2002). En conséquence, le déve-loppement de stratégies afin de maintenir ou d’améliorer le fonctionnementcognitif aux âges avancés de la vie est un enjeu important de santé publique.

Plusieurs facteurs liés au mode de vie, comme la nutrition, la consomma-tion de tabac, la prise de médicaments ou le niveau de santé ou d’éducation,peuvent moduler les effets du vieillissement sur la cognition. Selon les cas, cesfacteurs peuvent retarder ou accélérer certaines évolutions. Un des facteurscomportementaux impliqués dans le maintien ou l’amélioration de multiples

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aspects du fonctionnement physique ou psychologique de la personne âgée estla pratique d’activités physiques. Elle est aujourd’hui considérée comme unélément important dans le management de la santé et de la prévention deseffets du vieillissement. Depuis plus d’une trentaine d’années, se développe undomaine de recherche grandissant dont l’objectif est d’étudier l’influence del’activité physique sur le vieillissement des fonctions cognitives. La multiplica-tion des méthodologies utilisées et l’accumulation des données empiriques per-mettent aujourd’hui de tirer certaines conclusions et de dessiner des perspecti-ves pour améliorer notre connaissance de ce phénomène.

L’objectif principal de cet article est de proposer une revue en langue fran-çaise de la littérature portant sur l’effet de l’activité physique sur le vieillissementdu fonctionnement cognitif. L’ambition est de proposer au lecteur une revuesynthétique de l’état actuel de nos connaissances méthodologiques, empiriqueset théoriques dans ce domaine. Après avoir brièvement défini les concepts clés,nous centrerons notre propos sur les résultats expérimentaux disponibles, éclai-rés par les méthodologies employées dans les différentes études recensées. Nousdiscuterons ensuite des facteurs potentiels modulant la relation entre l’activitéphysique et la cognition et présenterons les principaux mécanismes théoriquesqui ont été avancés pour expliquer cette relation. Nous centrerons notre propossur les mécanismes qui tentent de déterminer un lien plus ou moins direct entrel’activité physique et le fonctionnement cognitif des adultes âgés. De nombreu-ses études se sont intéressées, par ailleurs, à la relation entre la pratique d’activitéphysique et la santé psychique ou le sentiment de bien-être par exemple. Nousne les aborderons pas dans cette revue et renvoyons le lecteur intéressé aux tra-vaux de Shephard (1997), Paffenbarger et Lee (1996) ou Ruuskanen et Ruoppila(1995). Enfin, en conclusion, nous proposerons quelques pistes de réflexion con-cernant les axes de recherche à développer.

Cognition, activité physique, exercice, aptitude physique : définitions

Le terme de cognition fait référence d’une manière générale aux opérations uti-lisées dans le traitement de l’information par le système nerveux central (SNC).La cognition désigne des fonctions multiples incluant l’ensemble des connais-sances ainsi que les processus qui permettent leur apprentissage et leur mani-pulation (mémoire, attention, abstraction, résolution de problème…, Weil-Barais, 2001).

L’activité physique est définie comme « tout mouvement du corps qui estproduit par la contraction des muscles squelettiques et qui augmente substan-tiellement la dépense énergétique » (American College of Sports Medicine,ACSM, 2000, p.4). L’exercice représente une catégorie d’activité physique et« décrit les comportements physiquement actifs qui sont conduits de manièreplanifiée, structurée avec l’objectif de maintenir ou d’améliorer l’aptitudephysique » (Etnier, sous presse, p.3). L’aptitude physique peut être définie



comme « un ensemble d’attributs que les gens ont ou atteignent, qui ont rap-port à la capacité à réaliser une activité physique » (ACSM, 2000, p.4). L’apti-tude physique inclue l’aptitude physique aérobie, l’aptitude physique anaéro-bie, la force et la résistance musculaires ainsi que la flexibilité et est déterminéepar des facteurs génétiques et comportementaux (Boutcher, 2000).

En fonction de leur type, de leur fréquence et de leur intensité, l’activitéphysique et l’exercice sont donc des comportements qui peuvent avoir uneinfluence sur une ou plusieurs composantes de l’aptitude physique. Dans la lit-térature sur l’activité physique et la cognition, la distinction entre activité phy-sique et exercice n’est pas toujours très claire ; pour des raisons de clarté, nousles prendrons comme synonymes dans ce document. Nous verrons égalementque, pour des raisons théoriques, les recherches dans ce domaine se sont essen-tiellement intéressées à l’effet de l’aptitude physique aérobie sur la cognition.

De nombreux outils de mesure et de méthodes d’évaluation de l’activitéphysique et/ou de l’aptitude physique existent aujourd’hui (pour une revue,voir Dishman, sous presse). Nous allons aborder rapidement les deux métho-des d’évaluation les plus couramment utilisées par les études portant sur l’acti-vité physique et le vieillissement cognitif (pour une présentation plus exhaus-tive, voir Vuillemin, 2004).

La méthode la plus employée pour évaluer et mesurer la quantité d’acti-vité physique effectuée par un sujet sur une période donnée est le question-naire d’activité physique. Plus d’une trentaine de questionnaires d’activitéphysique ont été développé ces trente dernières années (Pereira et al., 1997).Chaque questionnaire diffère par la période de rappel, le mode, la duréed’administration, les dimensions de l’activité physique ou encore les échellesde mesure employées. Ces questionnaires permettent une évaluation indirectede l’activité, basée sur les réponses des sujets. Bien que n’offrant pas de mesuredirecte de l’activité physique, ces questionnaires permettent d’évaluer et par-fois même de quantifier de manière valide et objective l’activité ou l’inactivitéphysique des interviewés. Ceci permet ainsi de pouvoir classer les participantsd’une étude en groupes d’actifs et d’inactifs. Il existe toutefois peu de question-naires d’activité physique élaborés en langue française ou traduits en français(voir Vuillemin, 2004 ; Vuillemin, Denis, Guillemin, & Jeandel, 1998). Il fautnoter également que les contraintes de construction, de validation et d’utilisa-tion de ces questionnaires nécessitent d’être examinées précisément. Il convientnotamment de s’assurer de la validité interne d’un questionnaire (sensibilité,fiabilité et reproductibilité) ainsi que de sa validation externe contre des mesu-res plus directes de la dépense énergétique. Nous renvoyons le lecteur intéresséaux revues critiques de Shephard (2003) en langue anglaise et Varray (soumis)en langue française.

La méthode la plus couramment employée pour évaluer l’aptitude physi-que aérobie est la mesure de la consommation maximale d’oxygène (ou O2Max.).L’aptitude physique aérobie peut être précisément quantifiée lors de la réalisa-tion d’un exercice physique continu et progressif sur un ergomètre, par la miseen place d’un protocole individualisé. Cette méthode permet l’obtention par un



protocole strict d’une mesure directe et précise de la consommation maximaled’oxygène d’une personne. Différents types d’ergomètres et de méthodologiesde passation ont été développés pour évaluer l’aptitude physique aérobie,notamment chez la personne âgée (Caillaud & Simar, 2004 ; Simar & Malatesta,2004).

Les études menées sont transversales, longitudinales ou interventionnistes

Lors des trois dernières décennies, un nombre grandissant d’études s’est inté-ressé à l’effet potentiellement bénéfique de l’activité physique sur le vieillisse-ment des fonctions cognitives, en adoptant des logiques différentes (pour unerevue, voir Chodzko-Zajko, 1991 ; Chodzko-Zajko & Moore, 1994 ; Churchill etal., 2002 ; Dustman, Emmerson, & Shearer, 1994 ; Elward & Larson, 1992 ;Emery, Burker, & Blumenthal, 1991 ; Jeandel, 1995 ; Kramer, Hahn, & McAuley,2000 ; McAuley, Kramer, & Colcombe, 2004 ; Spirduso, 1980 ; 1995 ; Tompo-rowski, 1997). Certaines ont pour objectif de comparer les performances desujets âgés en fonction de leur implication dans des activités physiques réguliè-res, alors que d’autres incluent dans cette comparaison des groupes d’adultesjeunes (études transversales). D’autres types d’étude ont examiné de manièrelongitudinale l’effet de la pratique physique sur le vieillissement de diversesfonctions ou structures (études transversales). Enfin un dernier type d’étudess’est intéressé, chez la personne âgée, à l’impact de la reprise d’une activité phy-sique sur l’évolution des performances (études interventionnistes). Nous allonsaborder successivement ces trois types d’étude dans la suite de cette partie.

Les études transversales

Dans les études transversales, les populations de sujets étudiés sont divisées engroupes d’actifs et d’inactifs (sur la base des mesures vues précédemment) etles différences dans la performance cognitive sont examinées.

Dans une étude, devenue depuis classique, Spirduso (1975) a été la pre-mière à mettre en évidence une plus grande rapidité des personnes âgées prati-quant régulièrement un sport de balle sur leurs homologues inactifs dans desmesures de Temps de Réaction (TR) simples, de TR de choix ou de Temps deMouvement (TM). Dans cette étude princeps, quatre groupes de 15 sujets étaientconstitués sur la base de leur âge (jeunes : 20-30 ans / âgés : 50-70 ans) et de leurniveau d’activité physique (actifs / inactifs). Les groupes de participants actifsincluaient des hommes qui jouaient au squash, au racquetball ou au handball unminimum de 3 fois par semaine depuis 30 ans pour les participants âgés oudepuis 2 à 3 ans pour les participants jeunes. Les groupes de participants inactifsincluaient des hommes n’ayant jamais participé à quelque activité sportive quece soit de manière régulière. La tâche des participants consistait à réagir le plus



rapidement possible à l’apparition d’un stimulus lumineux et à appuyer sur uninterrupteur. Les résultats de cette étude ont montré que les participants actifsréagissaient plus rapidement à l’apparition du stimulus et exécutaient les mou-vements d’appui sur l’interrupteur plus vite que leurs homologues inactifs. Deplus, le bénéfice de l’activité physique sur les mesures de TR simple et de TMétait plus important pour les participants âgés que pour les participants jeunes.L’auteur concluait que la vitesse des réponses des âgés actifs était plus compa-rable à celle des sujets jeunes actifs qu’à celle des sujets âgés inactifs et que lapratique physique plus que l’âge était responsable des différences observées.

Depuis, de nombreuses études se sont attachées à reproduire et à étendreces résultats à d’autres types d’activité physique comme la marche, le golf, lejogging ou encore la natation et ont montré un effet significatif de l’activité phy-sique ou de l’aptitude physique sur la performance cognitive des personnesâgées, exprimé notamment en terme de vitesse de la réponse : TR et TM (Abou-rezk & Toole, 1995 ; Baylor & Spirduso, 1988 ; Bunce, 2001a ; Bunce & Birdi,1998 ; Clarkson-Smith & Hartley, 1989 ; 1990 ; Emery, Huppert & Schein, 1995 ;Era, Jokela & Heikkinen, 1986 ; Etnier, Sibley, Pomeroy, & Kao, 2003 ; Lupi-nacci, Rikli, Jones & Ross, 1993 ; Offenbach, Chodzko-Zajko, & Ringel, 1990 ;Spirduso & Clifford, 1978 ; Toole, Park, & Al-Ameer, 1993). Cet ensemble d’étu-des semble montrer de manière consistante que la diminution de la vitesse detraitement de l’information qui caractérise généralement l’avancée en âge, peutêtre substantiellement réduite ou ralentie par la pratique régulière d’activitésphysiques.

De nombreuses études se sont également intéressées à certaines compo-santes du fonctionnement cognitif comme la mémoire (Chodzko-Zajko, Schuler,Solomon, Heinl, & Ellis, 1992 ; James & Coyle, 1998), l’intelligence ou le raison-nement (Clarkson-Smith & Hartley, 1989 ; 1990 ; Christensen et al., 1996 ; Powell& Pohndorf, 1971 ; van Boxtel, Langerak, Houx, & Jolles, 1996), les capacitésvisuo-spatiales (Shay & Roth, 1992, Stones & Kozma, 1989), la vigilance (Bunce,2001b ; Bunce, Barrowclough, & Morris, 1996) ou l’apprentissage (Etnier & Lan-ders, 1997 ; 1998 ; Etnier, Romero, & Traustadottir, 2001). Dans l’ensemble, à derares exceptions près (Powell & Pohndorf, 1971 et Salthouse, Kausler, & Saults,1990), les résultats de ces études attestent d’un effet significatif de l’activité phy-sique et/ou de l’aptitude physique sur les performances cognitives de nos aînés.Clarkson-Smith et Hartley (1989) ont ainsi montré que des personnes âgéesqui pratiquaient régulièrement une ou des activités physiques (en moyenne5,6 h par semaine d’exercice vigoureux) obtenaient des scores significativementsupérieurs à ceux de leurs homologues inactifs dans des mesures de raisonne-ment et de mémoire de travail. Par exemple, les participants physiquement trèsactifs démontraient des capacités d’analogie, de résolution de problème ouencore de logique meilleures que les participants moins actifs. Ces différencespersistaient après avoir statistiquement contrôlé d’autres variables telles quel’âge, l’éducation ou la santé, suggérant que l’activité physique était responsablede ces différences. De même, James et Coyle (1998) ont comparé les performan-



ces de 60 hommes âgés de 59 à 66 ans, rigoureusement appariés selon leur quo-tient intellectuel (QI), leur santé et leur statut socio-économique, lors d’unetâche de rappel d’une liste de 12 mots de 5 à 7 lettres. La moitié de ces hommesétait considérée comme physiquement active et pratiquait des activités physi-ques de type aérobie (natation, marche, golf) au moins deux fois par semaine.L’autre moitié ne pratiquait aucune activité physique et était définie commesédentaire. Les résultats de leur étude ont révélé que les sujets actifs rappelaient2 fois plus de mots (8,10 mots) que les sujets inactifs (4,03 mots). Il apparaît ainsi,qu’au-delà de la vitesse comportementale (reflétée par les mesures de TR et deTM), la pratique régulière d’activités physiques semble avoir un impact signifi-catif sur le vieillissement des fonctions cognitives supérieures, reflétant l’intelli-gence fluide (diPietro, Seeman, Merrill, & Berkman, 1996 ; Etnier & Landers,1997 ; van Boxtel et al., 1997 ; Wood, Reyes-Alvarez, Maraj, Metoyer, & Welsch,1999). L’intelligence fluide est un terme générique utilisé pour désigner lescapacités de résolution de problème, d’abstraction et d’apprentissage. Selon lemodèle de Horn et Cattell (1967), l’intelligence fluide se distingue de l’intelli-gence cristallisée, qui représente l’ensemble des connaissances et des expérien-ces acquises au cours de la vie (compréhension verbale, relations sociales, con-naissance en vocabulaire…). Il a été démontré que l’avancée en âge a un impactnégatif sur la performance aux tests mesurant l’intelligence fluide mais qu’ellen’a pas d’effet ou même qu’elle a un effet positif sur les tests d’intelligence cris-tallisée (Etnier & Landers, 1997). La pratique régulière d’activité physiqueentraînerait une préservation ou une amélioration de l’intelligence fluide, sen-sible aux effets du vieillissement, mais n’aurait pas d’impact sur la composanted’intelligence cristallisée des personnes âgées (Antsey & Smith, 1999 ; Etnier &Landers, 1997).

La conclusion générale qui ressort des résultats des études transversalesest que les déclins que l’on observe généralement avec l’avancée en âge dans lesmesures de traitement de l’information, de raisonnement ou de mémoire de tra-vail peuvent être réduits par un style de vie physiquement actif. Il faut toutefoisnoter que, si ce type d’études nous apporte des informations précieuses et con-vaincantes sur la relation qui existe entre l’activité physique et le vieillissementcognitif, il comporte toutefois certains inconvénients. Premièrement, il est diffi-cile de séparer les effets dus à l’activité physique sur le fonctionnement cognitifd’autres facteurs difficilement contrôlables, comme le statut social, le niveaucognitif de base ou le niveau d’éducation (Rikli & Jones, 1995). Si de plus enplus, les études transversales dans ce domaine s’attachent à contrôler (statisti-quement ou expérimentalement) ces « variables parasites », toutes ne l’ont pasfait ou ne le font pas. Deuxièmement, dans ce genre d’études, il n’est pas possi-ble d’établir un lien de causalité entre l’activité physique et la cognition. Ainsi,les performances supérieures des participants actifs comparativement aux inac-tifs pourraient en fait refléter une auto-sélection des individus ayant le plusd’aptitude pour participer à une activité physique régulière (Churchill et al.,2002 ; Jeandel, 1995).



Les études longitudinales et les études d’intervention

Afin de résoudre ce problème de causalité, il est possible d’examiner l’évolutiondes performances cognitives des personnes étudiées de manière intra-sujets surune très longue période de temps. Compte tenu de la longueur et des difficultésinhérentes au protocole expérimental, peu d’études ont utilisé cette méthodologielongitudinale dans la problématique qui nous intéresse. Les études menées ontmajoritairement montré une association entre la pratique régulière d’activité phy-sique ou l’aptitude physique aérobie et la préservation des fonctions cognitiveschez des personnes âgées de 65 ans et plus sur des périodes allant de 3 à 8 ans(Albert et al., 1995 ; Barnes, Yaffe, Satariano, & Tager, 2003 ; Laurin, Verreault,Linsday, MacPherson, & Rockwood, 2001 ; Yaffe, Barnes, Nevitt, Lui, & Kovinsky,2001). Par exemple, Yaffe et al. ont examiné l’évolution du fonctionnement cognitif(mesuré par une version réduite du Mini-Mental State Examination : MMSE, dontle maximum de points dans cette version était de 26) de 5925 femmes âgées de 65ans et plus sur une étude longitudinale de 6 à 8 ans en fonction de leur niveau depratique régulière d’activité physique (mesuré par la distance de marche parcou-rue chaque jour et un questionnaire évaluant le taux d’activité physique). Cesauteurs ont montré que les femmes qui marchaient moins de 1,12 km/semaineet/ou dépensaient moins de 336 kcal/semaine lors d’activités physiques révé-laient un déclin cognitif (défini comme une diminution d’au moins 3 points surl’échelle du MMSE entre le pré-test et le post-test) de 24 %. En revanche, les fem-mes qui marchaient en moyenne 28 km/semaine et/ou dépensaient en moyenne3469 kcal/semaine démontraient un déclin cognitif de seulement 16,6 %. Yaffe etal. concluaient que l’activité physique, même modérée, était associée à un risquesignificativement plus faible de déclin cognitif chez la femme âgée. Ces résultatspermettent ainsi de suggérer une relation causale entre l’activité physique et lesperformances cognitives chez la personne âgée.

Une autre méthode utilisée par les chercheurs afin de contrôler le lien decausalité, consiste à étudier l’effet d’un programme d’entraînement physique surles performances cognitives de personnes âgées auparavant sédentaires. L’objec-tif ici est de comparer les performances des participants avant et après un pro-gramme d’entraînement de durée variable selon les études, allant de 2 mois à 3ans. Avec ce type de protocole, les résultats des études disponibles sont beaucoupplus contrastés que ceux des études transversales. Dans une des premières étudesde ce genre, Dustman et al. (1984) ont assigné aléatoirement 43 adultes sédentairesâgés de 55 à 70 ans à trois groupes différents (un groupe pratiquant des exercicesde type aérobie, un groupe pratiquant des exercices de force et de flexibilité et ungroupe contrôle ne pratiquant aucun exercice physique). Ils ont ensuite examinéles changements dans la performance cognitive des participants mesurée par unebatterie de tests, après 4 mois d’entraînement. Ces tests comprenaient des tâchesde TR simple et de TR de choix, le test du Code de l’échelle d’intelligence de Wes-chler (mesurant la vitesse de traitement, la mémoire à court terme et la perceptionvisuelle), la tâche d’interférence de Stroop, des mesures de l’intelligence cristalli-sée et d’empan de chiffres. Les résultats de leur étude ont montré que les partici-pants au groupe d’exercices aérobie et ceux du groupe force/flexibilité avaient



augmenté leur capacité aérobie de 27 % et 11 % respectivement. Parallèlement,les participants de ces groupes démontraient une amélioration significative deleur performance générale aux tests cognitifs, notamment pour les mesures deTR, du Code et de flexibilité mentale et d’inhibition (tâche de Stroop) reflétantl’intelligence fluide. Cette amélioration était toutefois bien plus importante pourle groupe « aérobie » que pour le groupe « force/flexibilité » ; alors que les per-formances cognitives des participants du groupe « contrôle » restaient stables.Les auteurs concluaient qu’un programme d’activités physiques de type aérobiepouvait entraîner des améliorations significatives dans certains aspects du fonc-tionnement cognitif. Un certain nombre d’études viennent confirmer et étendreces résultats à diverses mesures du fonctionnement cognitif de nos aînés incluantla mémoire et l’intelligence fluide (Fabre, Chamari, Mucci, Massé-Biron, & Pré-faut, 2002 ; Hassmen, Ceci, & Backman, 1992 ; Williams & Lord, 1997), le TR(Hawkins, Kramer, & Capaldi, 1992 ; Kramer et al., 2002 ; Rikli & Edwards, 1991 ;Williams & Lord, 1997) ou encore les fonctions exécutives (Colcombe et al., 2004 ;Kramer et al., 1999 ; Kramer et al., 2002). Fabre, et al. par exemple, ont examinél’influence d’un programme d’entraînement physique, d’un programmed’entraînement mental (entraînement de la mémoire selon la méthode Israel) oude ces deux programmes combinés, durant deux mois, sur l’amélioration des per-formances mnésiques de personnes sédentaires âgées de 60 à 76 ans. Les résultatsde leur étude ont montré que le quotient de mémoire (mesuré par l’échelle cliniquede mémoire de Wechsler) des participants aux 3 groupes d’entraînement s’étaitamélioré alors que celui du groupe contrôle n’avait pas varié. Plus précisément,les participants du groupe entraînement physique avaient amélioré leur perfor-mance mnésique dans la même mesure que ceux du groupe entraînement men-tal. Ce résultat, assez singulier, suggèrerait que les capacités mnésiques des per-sonnes âgées pourraient être améliorées par la seule pratique d’activité physique,dans les mêmes proportions que par un entraînement mental spécifiquementconçu pour cet objectif. Les meilleurs résultats étaient cependant atteints par lesparticipants du groupe combinant entraînement physique et entraînement men-tal. Cet ensemble d’études d’intervention semble ainsi apporter de solides argu-ments en faveur de l’hypothèse d’un lien direct entre l’aptitude physique aérobieet le vieillissement cognitif.

Il faut noter toutefois qu’un certain nombre d’études n’a pas pu révélerd’amélioration des performances cognitives chez des personnes âgées, alorsque leur aptitude physique s’était améliorée significativement sur la mêmepériode, suite à un programme d’exercices physiques. Blumenthal et collabora-teurs (Blumenthal et al., 1989 ; Blumenthal et al., 1991 ; Blumenthal & Madden,1988 ; Madden, Blumenthal, Allen, & Emery, 1989) ont examiné cette questionà travers une série d’études dans laquelle des sujets moyennement âgés et âgésparticipaient soit à des entraînements aérobie, soit à des séances de yoga ou dedéveloppement musculaire, soit à un groupe contrôle n’effectuant aucune acti-vité physique. La durée des programmes d’entraînement allait de 12 semainesà 14 mois selon les études et les auteurs examinaient l’évolution des performan-ces des participants à travers différents tests neuropsychologiques. Malgré uneaugmentation significative de la O2Max. des participants aux groupes d’entraî-



nement aérobie (de 10,5 à 15 % selon les études), aucune amélioration dans desmesures de TR, d’empan mnésique, de mémoire de travail et de mémoire à longterme, de fluidité verbale, d’inhibition ou d’habileté perceptivo-motrice n’a puêtre révélée. Les auteurs concluaient qu’aucune preuve empirique ne permet-tait de supporter l’hypothèse qu’une amélioration de l’aptitude physique car-dio-vasculaire résultait en une amélioration de la performance cognitive. Plu-sieurs autres études, ayant utilisé la même méthodologie expérimentale, vontdans le même sens que la conclusion de Blumenthal et collaborateurs et modè-rent ainsi l’hypothèse d’un lien direct entre activité physique ou aptitude phy-sique aérobie et fonctionnement cognitif (Normand, Kerr, & Métivier, 1987 ;Paillard et al., 2001 ; Panton, Graves, Pollock, Hagberg, & Chen, 1990).

Un certain nombre de facteurs peut expliquer les résultats contradictoiresdes études que nous venons de détailler et permettre de comprendre ces diver-gences. Dans la prochaine partie de cet article nous verrons que plusieurs fac-teurs influencent ou modulent la relation qui peut exister entre l’aptitude physi-que et la performance cognitive. Cependant, en restant dans le cadre des étudesinterventionnistes, une des explications majeures qui permet de comprendre cesrésultats contradictoires semble être d’ordre méthodologique. Premièrement, lagrande hétérogénéité des tests mesurant le fonctionnement cognitif utilisés renddifficile la comparaison de ces études et peut expliquer les différences observées.Deuxièmement, le postulat de ces études réside dans le fait qu’une meilleureaptitude physique aérobie engendrerait de meilleures performances cognitives.L’amélioration de l’aptitude physique de personnes auparavant sédentairesdevrait donc entraîner une amélioration de leur fonctionnement cognitif. Ladurée des programmes d’entraînement physique, variable selon les études, ainsique le nombre de séances par semaine pourraient expliquer les résultats contra-dictoires (Rikli & Edwards, 1991 ; Hill, Storandt & Malley, 1993). Ainsi on s’aper-çoit que les études qui ont montré un effet bénéfique d’un programme d’activitéphysique sur le fonctionnement cognitif des personnes âgées sont souvent lesplus longues et celles où l’amélioration de O2Max. était la plus importante. Deplus, la forme (continue vs. intermittent) et l’intensité (standardisée vs. person-nalisée) des programmes d’activité physique semblent avoir une importance etdoivent être pris en compte (Fabre et al., 2002 ; Fabre, Massé-Biron, Ahmaïdi,Adams & Préfaut, 1997). D’autre part, même pour les études les plus longues, iln’est pas sûr que les participants aient pu atteindre le même niveau de formephysique que des personnes qui pratiquent régulièrement une activité physiquedepuis de longues années.

Résumé et conclusion

En conclusion de cette présentation, il ressort que les résultats de ces différentstypes d’études sont plus ou moins consistants en fonction de la méthodologieutilisée. L’accumulation des résultats significatifs issus de recherches de diffé-rents types nous amène cependant à conclure qu’il y a bien une relation positiveentre l’activité physique et le fonctionnement cognitif des personnes âgées. Ces



résultats expérimentaux sont confortés par des études ayant utilisé des techni-ques méta-analytiques. Par exemple, une méta-analyse (Etnier et al., 1997) por-tant sur 176 études examinant l’influence de l’activité physique sur la perfor-mance cognitive a révélé que l’activité physique améliore le fonctionnementcognitif de 0,25 écart-type. En d’autres termes, cela signifie que sur l’ensembledes études examinées, les participants pratiquant régulièrement des activitésphysiques ont des performances cognitives supérieures de 0,25 écart-type à cel-les des participants sédentaires. Ces résultats sont appuyés par ceux de Col-combe et Kramer (2003) qui ont utilisé des techniques méta-analytiques pourexaminer les résultats de 18 études rigoureusement sélectionnées, portant surl’effet d’un programme d’activité physique sur la cognition des personnes âgées.Les résultats de leur revue ont indiqué que les adultes âgés qui avaient participéà un programme conçu pour améliorer leur niveau de forme physique amélio-raient leur performance cognitive de presque un demi écart-type.

Les facteurs qui modulent la relation entre l’activité physique et la cognition

Comme nous l’avons esquissé, la relation entre l’activité physique et le vieillisse-ment cognitif ne semble pas être générale mais dépendante de certaines tâchesou de certains facteurs. Ces dernières années, une attention particulière a été por-tée sur la nature des tâches utilisées pour étudier le fonctionnement cognitif enliaison avec la problématique de l’activité physique (Chodzko-Zajko & Moore,1994 ; Kramer et al., 1999 ; 2002). Plusieurs facteurs peuvent influencer l’ampli-tude des effets de l’âge et de l’activité physique sur la cognition. Ils incluent desfacteurs liés à la tâche elle-même, comme la contrainte temporelle, la complexitéde la tâche ou la nature des fonctions cognitives sollicitées, et des facteurs liésaux sujets, comme l’âge chronologique ou le niveau d’aptitude physique.

Les facteurs liés à la tâche

La contrainte temporelle

Comme nous l’avons mentionné en introduction, le ralentissement du compor-tement est certainement le plus évident et le plus documenté des changementsassociés à l’avancée en âge (Salthouse, 1991 ; 1996). Au-delà de discriminer lesadultes jeunes et âgés, les tâches qui évaluent la vitesse du comportement pardes mesures de TR ou de TM semblent être également fortement sensibles auxdifférences de niveau d’aptitude physique. Comme nous l’avons vu, un trèsgrand nombre d’études examinant les temps de réponse a rapporté des diffé-rences significatives entre adultes âgés actifs et adultes âgés inactifs, avec detrès rares exceptions à cette règle (Bunce, Warr, & Cochrane, 1993 ; Salthouse,Kausler, & Saults, 1990). Kramer et al. (2002) ont évalué l’impact d’un pro-gramme d’activités physiques de type aérobie durant 6 mois sur l’évolution des



performances de sujets âgés de 60 à 75 ans mesurées par une batterie de 15 testsneuropsychologiques différents évaluant l’empan mnésique et la mémoire detravail, l’apprentissage verbal et sensori-moteur, les capacités d’inhibition,d’attention et de recherche visuelle. Dans la discussion de leur article, cesauteurs ont rapporté que les effets de l’activité physique étaient beaucoup plusprononcés pour les tâches mesurant la vitesse des réponses que pour les tâchesmesurant la précision des réponses. Ils notaient par exemple que l’effet bénéfi-que du programme d’activités physiques était particulièrement robuste lorsquela tâche demandée aux sujets était mesurée par des temps de réaction, mais paslorsque les sujets devaient répondre de manière correcte et précise sans con-trainte de temps. Ils concluaient que le bénéfice de l’amélioration de l’aptitudephysique s’observait principalement dans les conditions où la vitesse desréponses était exigée (voir également Chodzko-Zajko & Moore, 1994).

La complexité de la tâcheLe vieillissement de l’individu se caractérise par une diminution de l’efficacitéet de la rapidité des processus cognitifs. Cette diminution est d’autant plusimportante que la tâche à réaliser est complexe (Cerella, Poon, & Williams,1980 ; Hale, Myerson, & Wagstaff, 1987). Ainsi, typiquement, les différencesentre adultes jeunes et adultes âgés sont amplifiées par l’augmentation de lacomplexité de la tâche à réaliser. L’effet de la complexité de la tâche sembleêtre également sensible aux différences dans le niveau d’aptitude physique(Chodzko-Zajko, 1991 ; Chodzko-Zajko & Moore, 1994) et pourrait expliquercertains des résultats contradictoires que nous avons relevés plus haut. Un cer-tain nombre de chercheurs a proposé de porter une plus grande attention à lanature et à la complexité des tâches utilisées pour l’évaluation des performan-ces cognitives afin de comprendre l’implication précise de l’activité physiquedans ce domaine. Abourezk et Toole (1995) par exemple, ont étudié, chez desfemmes âgées de 60 à 75 ans, l’effet de la pratique régulière d’activité physiquede type aérobie pendant plusieurs années sur deux mesures de TR, différantpar leur degré de complexité. Dans une condition, les participantes devaientréagir le plus rapidement possible à l’apparition d’un stimulus unique (TRsimple). Dans une autre condition (TR de choix complexe), dans laquellel’appariement stimulus-réponse était incompatible, les participantes devaientréagir à l’apparition d’un stimulus parmi 4 différents en relâchant l’interrup-teur associé selon une règle pré-établie. Les résultats de leur étude ont révéléque les femmes actives avaient des performances significativement supérieu-res à celles des femmes moins actives dans la tâche de TR de choix complexe,mais pas lors de la tâche plus facile de TR simple. Plusieurs autres études rap-portent des résultats similaires et montrent que le bénéfice de l’activité physi-que sur les performances cognitives des personnes âgées est plus importantdans des conditions où la tâche est complexe (Bunce, 2001b ; Bunce & Birdi,1998 ; Clarkson-Smith & Hartley, 1989 ; Rikli & Edwards, 1991). Il apparaîtainsi que les tâches qui sont bien connues pour favoriser le plus les différencesentre jeunes et âgés sont également celles qui favorisent le plus les différencesentre sujets physiquement actifs et inactifs.



Dans une perspective similaire, Chodzko-Zajko (Chodzko-Zajko, 1991 ;Chodzko-Zajko & Moore, 1994) propose que la relation entre l’activité physi-que et la cognition ne soit pas générale mais dépendante de la tâche. Cette idées’appuie sur le modèle de Hasher et Zacks (1979), qui propose de voir les pro-cessus cognitifs comme distribués le long d’un continuum allant d’un traite-ment automatique à un traitement coûteux en attention, en fonction de la nou-veauté ou de la complexité de la tâche à réaliser. Ainsi, les effets de l’activitéphysique ou de l’aptitude physique seraient plus sensibles pour les tâches nou-velles ou complexes, requerrant des traitements « attentionnellement » coûteuxque pour des tâches qui sont plus simples ou automatiques. Plusieurs étudesapportent un support empirique à cette proposition (Bunce, 2001b ; Bunce et al.,1996 ; Bunce et al., 1993 ; Chodzko-Zajko et al.,1992 ; Hawkins et al., 1992 ; vanBoxtel et al., 1997). Par exemple, Chodzko-Zajko et al. (1992) ont montré des dif-férences significatives entre des adultes âgés à haut et bas niveau d’aptitudephysique (mesurée par une batterie de tests physiologiques) lors d’une tâche derappel libre attentionnellement coûteuse, mais pas de différence lors de deuxtâches évaluant la mémoire de reconnaissance considérée comme plus simpleet fortement automatisée. Les participants à haut niveau d’aptitude physiquemontraient de meilleurs scores de rappel libre (= 29 : nombre total d’items rap-pelés) que leurs homologues sédentaires (= 19), mais aucune différence n’appa-raissait pour les tâches plus simples de mémoire de reconnaissance.

Il semble ainsi que la complexité de la tâche puisse être un facteur impor-tant dans la détermination de l’amplitude de la relation entre l’activité physi-que et la performance cognitive des personnes âgées. Il faut noter toutefoisqu’un certain nombre d’études n’a pas pu révéler cet effet plus important del’activité physique ou de l’aptitude physique pour des tâches complexes sen-sées requérir des traitements coûteux (Baylor & Spirduso, 1988 ; Bunce, 2001a ;Lupinacci et al., 1993 ; Offenbach et al., 1990 ; Toole et al., 1993). Par exemple,Toole et al. ont utilisé la tâche de TR de Sternberg pour examiner les différencesdans la vitesse de réaction de sujets âgés de plus de 60 ans en fonction de leurniveau d’activité physique et de leur aptitude physique aérobie (O2Max.). Cettetâche avait différents niveaux de complexité, en fonction du nombre de stimuliprésentés (de 1 à 6). Bien que les participants les plus actifs démontraient desTR significativement plus courts que ceux de leurs homologues moins actifs, lesauteurs n’ont pu révéler que ces différences en fonction de l’activité physiqueet du niveau d’aptitude physique étaient amplifiées par l’augmentation de lacomplexité de la tâche. Les conclusions en faveur d’un effet de la complexité dela tâche comme facteur modulant la relation entre l’activité physique et levieillissement cognitif semblent donc quelque peu mitigées.

Les fonctions exécutives

Dans les années 1990, un regain d’intérêt dans le champ de la psychologiecognitive et du vieillissement s’est porté sur l’étude des fonctions exécutives(Kramer et al., 2002). Ce regain d’intérêt reposait en partie sur le constat que niles fonctions cognitives, ni les structures cérébrales ne déclinent de manière uni-forme au cours du vieillissement (Meyer, Glass, Mueller, Seymour, & Kieras,



2001 ; Kramer, Hahn, & Gopher, 1999). De nombreux et disproportionnés défi-cits dus à l’âge ont été rapportés pour des tâches requerrant de stocker et demanipuler de l’information en mémoire de travail, de passer rapidement d’unetâche à une autre, de coordonner les processus responsables de la perception,la mémoire et l’action, ou encore d’inhiber une réponse préparée (Kramer,Hahn & McAuley, 2000). Toutes ces habiletés sont dépendantes des processusde contrôle exécutif. Et ces fonctions exécutives sont supportées en large partpar les régions frontales et pré-frontales du cerveau, régions qui sont particuliè-rement vulnérables au déficit de flux sanguin avec l’avancée en âge (Hall, Smith& Keele, 2001 ; West, 1996). De nombreux auteurs s’accordent aujourd’hui pourdire que l’effet de l’activité physique ou de l’aptitude physique aérobie seraitparticulièrement important voire spécifique aux fonctions cognitives dépen-dantes de ces aires frontales, par une amélioration du flux sanguin dans cesrégions (Colcombe & Kramer, 2003 ; Colcombe et al., 2004 ; Hall et al., 2001 ; Kra-mer et al., 1999 ; Kramer et al., 2002; McAuley, Kramer & Colcombe, 2004). Kra-mer et al. (1999) par exemple, ont évalué l’évolution des performances cogniti-ves de 124 adultes sédentaires âgés de 60 à 75 ans, après avoir participé à unprogramme d’exercice aérobie (marche) ou un programme d’étirements durant6 mois. Les performances cognitives des participants étaient évaluées par destâches de TR dont certaines nécessitaient l’implication des fonctions exécutives(tâche d’alternance, tâche de compatibilité de réponse, tâche d’inhibition) alorsque d’autres non (même tâches de TR mais n’impliquant pas ou moins les fonc-tions exécutives). Les résultats de leur étude ont montré une amélioration signi-ficative des performances cognitives pour les seuls participants du groupe« aérobie » (concomitante à une amélioration de O2Max. de 5,1 %) et seulementdans les conditions dépendant des processus de contrôle exécutif. Ces auteursconcluaient que la nature sélective de cette amélioration cognitive produite parun programme d’exercice aérobie pourrait expliquer les résultats contradictoi-res de certaines études précédemment menées. Apportant un support supplé-mentaire à ces résultats, la méta-analyse conduite par Colcombe et Kramer(2003) a révélé que l’activité physique avait un effet plus important sur les fonc-tions exécutives que sur tous les autres types de processus cognitifs.

L’âge

Une question encore controversée consiste à déterminer si l’activité physique aune influence sur le fonctionnement cognitif quel que soit l’âge ou si ses effetsdeviennent apparents quand les gens sont âgés. Si l’ambition du chercheur estde démontrer que l’activité physique joue un rôle sur le processus de vieillisse-ment lui-même, il est alors important de résoudre cette question.

Stones et Kozma (1988 ; Kozma, Stones & Hannah, 1991) ont suggéré ettesté deux modèles théoriques pour expliquer la relation entre l’activité physi-que, les mesures de performance cognitive et l’âge. Dans leur modèle “TOPE”(Tonic and Overpractice Effect Model), ils proposent que les effets de l’âge



chronologique et de l’activité physique sur le fonctionnement cognitif soientessentiellement indépendants. En d’autres termes, l’effet de l’activité physiqueserait le même pour des adultes jeunes et âgés. A l’opposé, leur “Modèle Modé-rateur” suggère que l’activité physique régulière influence les performancescognitives en modifiant « la vitesse » à laquelle les individus vieillissent. Cemodèle est plus provocant que le premier dans le sens où il prédit que l’activitéphysique modère les effets du vieillissement. Pour ces auteurs, « Ce modèles’appuie sur la notion que l’exercice régulier au cours de la vie repousse oumême arrête les changements dus à l’âge dans les processus qui sous-tendentles capacités de performance ; l’exercice, par conséquent, pourrait modérer leschangements liés à l’âge. » (Stones & Kozma, 1988, p 276). Ce modèle proposeque les effets de l’âge et de l’activité physique interagissent. L’idée générale estque les effets de l’activité physique sont plus importants pour les personnesâgées que pour les jeunes, ou même limités aux seuls âgés parce qu’ils retardentou stoppent les effets « délétères » dus au vieillissement normal. Pour leur part,les résultats de l’étude de Kozma, Stones et Hannah, portant sur plus de 6000personnes âgées de 20 à 69 ans, plaident plus en faveur du premier modèle(TOPE) que du second (Modèle Modérateur).

Les études menées à ce jour ne permettent toutefois pas de conclure défi-nitivement en faveur de l’un ou de l’autre de ces modèles. Si une interactionsignificative entre l’âge et l’aptitude physique ou l’activité physique a été rap-portée par de nombreuses études, au moins autant d’études n’ont pas pu mon-trer que l’amplitude de l’effet de l’aptitude physique variait en fonction de l’âge.Il faut toutefois noter que les méta-analyses conduites par Etnier et al. (1997) etColcombe et Kramer (2003) ont montré que l’influence de l’activité physique surla performance cognitive était plus élevée lorsque les auteurs examinaient desétudes portant sur des participants âgés que lorsque l’âge n’était pas pris encompte ou lorsque les études portaient sur des adultes plus jeunes.

Par ailleurs, nous n’avons que peu d’information sur le caractère continuou discontinu de la relation entre activité physique et cognition tout au long desdifférents âges de la vie et les conclusions semblent partagées. Une méta-ana-lyse de Sibley et Etnier (2003) conclue que l’activité physique a un effet signifi-catif sur le fonctionnement cognitif d’enfants de niveau élémentaire à fin desecondaire. Toutefois, les résultats de la méta-analyse conduite par Etnier et al.(1997) sur des études incluant des participants de 6 à 90 ans montrent que larelation entre activité physique, cognition et âge n’est pas continue, ni claire-ment interprétable.

Bien que de nombreux problèmes méthodologiques rendent difficile uneréponse précise à cette question (absence de critère clair et communémentadopté pour la séparation des sujets jeunes et âgés en groupes à haut et basniveau d’aptitude physique ; grande variabilité des tâches cognitives utilisées ;nombre très élevé d’études n’incluant pas de groupes de participants jeu-nes…), il semble plausible que l’effet de l’activité physique a un impact plusimportant sur les performances cognitives des adultes âgés que sur celles desadultes jeunes.



Le niveau d’aptitude physique aérobie

La grande majorité des études examinant l’impact de l’activité physique sur lefonctionnement cognitif des adultes âgés a centré son intérêt sur les activitésphysiques de type aérobie. Cet intérêt est sans aucun doute principalement dûà la popularité de l’hypothèse de l’aptitude physique aérobie ou cardio-vascu-laire comme responsable de ces bénéfices, que nous développerons dans laprochaine partie de ce document (voir V.3). Appliquée au domaine de la cogni-tion, cette hypothèse suggère que l’augmentation de l’aptitude physique car-diovasculaire associée à la pratique d’activités physiques de type aérobie sertde médiateur aux changements dans la performance cognitive. Il semble alorslogique de penser que plus les différences entre groupes dans le niveau d’apti-tude physique sont grandes, plus les différences dans la performance cognitivedevraient être importantes. Si les résultats de certaines études interventionnis-tes semblent effectivement montrer que l’effet d’un programme d’activitésphysiques sur la performance cognitive est plus important lorsque l’améliora-tion de O2Max. est importante (Dustman et al., 1984), que lorsqu’elle est plusfaible (Blumenthal & Madden, 1988), d’autres études (Kramer et al., 1999) ontmontré qu’une amélioration de seulement 5 % de O2Max. était suffisante pourinduire une amélioration significative dans certains aspects du fonctionnementcognitif. A ce jour, il ne semble pas formellement établi si un seuil minimum estnécessaire pour entraîner des bénéfices cognitifs ou si l’amélioration de la per-formance cognitive est proportionnelle au gain en O2Max. Ce problème estencore compliqué par la grande variété de méthodologies utilisées pour mesu-rer la performance cognitive, rendant difficile la comparaison directe des étu-des (Chodzko-Zajko & Moore, 1994).

Apportant une alternative à ce constat, il nous paraît important de souli-gner que la majorité des études interventionnistes menées ont montré quel’amélioration des performances cognitives de sujets âgés auparavant sédentai-res était plus importante ou même sélective aux participants ayant amélioréleur O2Max. (Colcombe et al., 2004 ; Kramer et al., 1999 ; 2002). Un facteur impor-tant dans la relation entre activité physique et fonctionnement cognitif sembledonc être le niveau d’aptitude physique aérobie des personnes âgées. Mais cefacteur n’est probablement pas le seul. Colcombe et Kramer (2003), dans leurméta-analyse, ont montré que des participants âgés engagés dans un entraîne-ment combinant exercices augmentant les capacités aérobie et exercices aug-mentant la force, amélioraient plus leurs performances lors de tests mesurant lacognition que des participants engagés dans un entraînement impliquant seu-lement des exercices de type aérobie.

Les mécanismes explicatifs

Les mécanismes hypothétiques sous-tendant la relation entre l’activité physi-que et/ou l’aptitude physique et le fonctionnement cognitif des personnesâgées ne sont pas très bien connus ni encore formellement établis (Boutcher,



2000 ; Chodzko-Zajko & Moore, 1994 ; McAuley et al., 2004 ; Spirduso, 1980 ; 1995).Certaines hypothèses ont été avancées, que nous allons maintenant examiner.

L’hypothèse de l’efficience neurale

L’hypothèse de l’efficience neurale examine la relation entre l’activité physique etl’efficacité du traitement de l’information par le SNC (Chodzko-Zajko & Moore,1994). Les recherches menées dans le cadre de l’électroencéphalographie (EEG,potentiels évoqués) offrent une fenêtre indirecte sur l’intégrité du fonctionnementdu SNC. Il est aujourd’hui bien établi que l’avancée en âge s’accompagned’importants changements dans les réponses électrophysiologiques du systèmenerveux. Les personnes âgées, par exemple, montrent une diminution de certai-nes fréquences EEG par rapport à des adultes jeunes ainsi que des changementsdans les potentiels évoqués auditifs, visuels ou somesthésiques (Dustman,Emmerson, & Shearer, 1996). Les potentiels évoqués sont des réponses électriquesdes voies nerveuses et du cerveau qui se produisent à la suite d’une stimulationsensorielle. Il s’agit d’une succession d’ondes dont la latence d’apparition mesurele temps que met une stimulation sensorielle pour être captée par un récepteur etle délai de sa transmission jusqu’au cerveau. Ces changements reflèteraient leralentissement et la diminution de l’efficacité du fonctionnement du système ner-veux au cours du vieillissement. Plusieurs études ont examiné l’effet de la pra-tique d’activités physiques sur le vieillissement cognitif en utilisant ces métho-dologies (Dustman et al., 1990 ; Hilman, Weiss, Hagberg, & Hatfield, 2002 ;McDowell, Kerick, Santa Maria, & Hatfield, 2003) et suggèrent que l’aptitudephysique soit associée à un traitement du SNC plus efficient. L’ambition de cesétudes est de montrer que l’effet de l’activité physique se retrouve à un niveaucentral et a une base neurophysiologique, au-delà de la réponse périphérique liée àla composante motrice d’une réponse. Un mécanisme explicatif de la relationentre l’activité physique et la cognition pourrait ainsi être qu’un haut niveaud’aptitude physique s’accompagne d’une réduction de l’amplitude des change-ments liés à l’âge dans les mesures électrophysiologiques du fonctionnement ner-veux, par des changements structurels et fonctionnels du SNC lui-même (Hilmanet al., 2002). Les personnes âgées en bonne forme physique traiteraient alorsl’information cognitive plus rapidement et plus efficacement que les personnesne pratiquant pas d’activité physique.

L’hypothèse trophique

La théorie trophique postule une influence trophique (ou nutritive) de l’activitéphysique sur la fonction synaptique et/ou neuronale (Churchill et al., 2002 ;Jeandel, 1995). A la base, cette théorie repose sur l’expérimentation animale. Lesanimaux soumis à l’enrichissement de leur environnement et à des expériencescomplexes (notamment des activités physiques) développent des connexionssynaptiques plus nombreuses que les animaux non soumis à un tel environne-ment. L’activité physique n’aurait pas qu’une influence trophique sur les mus-



cles activés mais également sur les structures du SNC responsables de cetteactivité et concourrait au développement des connexions synaptiques (Gomez-Pinilla, So & Kesslak, 1998 ; van Praag, Christie, Sejnowski & Gage, 1999) et dela plasticité cérébrale (Cotman & Berchtold, 2002). Cette théorie n’a néanmoinsreçu que peu de preuves empiriques et essentiellement issues d’expérimenta-tions animales (pour une revue, voir Cotman & Berchtold, 2002 ; Spirduso,1980, 1995). Toutefois, une étude récente apporte une tentative de validation àcette hypothèse chez l’homme. Colcombe et al. (2003) ont en effet examiné larelation entre l’aptitude physique aérobie et la densité du tissu cérébral (notam-ment la densité de la substance blanche et de la substance grise) chez 55 adultesâgés de 55 à 79 ans. Les résultats de leur étude ont confirmé la diminution avecl’âge de la densité du tissu cérébral dans les cortex frontal, pariétal et temporal.Plus important pour notre propos, leurs résultats ont montré que les adultesâgés qui avaient un plus haut niveau d’aptitude physique aérobie révélaientsignificativement moins de perte de substance grise et blanche dans ces régionsque leurs homologues à bas niveau d’aptitude physique aérobie. Ces résultatsapportent ainsi un support biologique important pour expliquer les bénéficesde l’activité physique sur le vieillissement de cerveau humain.

L’hypothèse métabolique ou hypothèse de l’aptitude physique cardio-vasculaire

Cette hypothèse, la plus largement acceptée à l’heure actuelle, repose sur ladémonstration d’une corrélation entre les performances cognitives et la capa-cité aérobie (Jeandel, 1995). Dans ce cadre, les études examinent l’effet de l’apti-tude physique aérobie (notamment la O2Max.) sur les capacités cognitives (Kra-mer, Hahn & McAuley, 2000). L’activité physique régulière, qui améliorel’aptitude physique aérobie, augmente le flux sanguin cérébral et permet ainsiune meilleure oxygénation du SNC (Dustman et al., 1994). L’activité physiquepourrait ainsi, par l’amélioration de l’utilisation de l’oxygène et/ou du débitsanguin cérébral, améliorer le métabolisme glucidique et celui des neurotrans-metteurs (sérotonine, norépinéphrine, dopamine) essentiels au fonctionnementcognitif. Cette hypothèse est séduisante pour expliquer l’effet sélectif ou plusimportant de l’activité physique en fonction de l’âge (le « Modèle Modérateur »de Stones & Kozma, 1988), puisque nous savons que la perfusion sanguine et ledébit sanguin cérébral sont diminués chez la personne âgée (Raz, Williamson,Gunning-Dixon, Head, & Acker, 2000 ; West, 1996). Cette hypothèse repose surla démonstration que l’aptitude physique aérobie, en tant que seule variablemédiatrice est responsable des différences observées et suppose une mesureprécise de O2Max. Elle permettrait de mieux comprendre les résultats contras-tés des études interventionnistes puisque l’amélioration de la cognition induitepar l’exercice chez le sujet âgé augmenterait proportionnellement au gain encapacité aérobie. Il est donc essentiel que la durée du programme d’activitéphysique soit suffisamment longue pour induire des changements de fonddans les processus impliqués.



Cette hypothèse a longuement influencé les travaux dans ce domaine sanspour autant être confortée par de réelles preuves empiriques directes sinon àtravers l’expérimentation animale ou l’inférence issue de données comporte-mentales (Dustman et al., 1994 ; McAuley et al., 2004). Toutefois, une série d’étu-des publiée très récemment (Colcombe et al., 2004) a examiné précisément larelation qu’il pouvait y avoir entre l’aptitude physique aérobie et le fonctionne-ment cortical de différents groupes de personnes âgées avec des techniquesd’imagerie cérébrale (IRMf : Imagerie par Résonance Magnétique fonction-nelle). Dans deux études distinctes, Colcombe et al. ont utilisé une même tâchequi nécessite de réagir le plus rapidement possible à l’apparition d’un stimulusparticulier tout en inhibant les stimuli « distracteurs » qui l’entourent. Lesauteurs faisaient l’hypothèse que l’attention sélective nécessaire à cette tâcheimpliquait le recrutement des aires frontale et pariétale. De plus, l’améliorationdu fonctionnement de ces régions devrait entraîner une réduction de l’activitédans le cortex cingulaire antérieur (sensible au « conflit comportemental »engendré par les stimuli distracteurs). Sur le versant comportemental, les résul-tats de ces études ont révélé que les participants âgés qui avaient initialementun haut niveau d’aptitude physique aérobie (étude 1) ainsi que ceux qui l’avaitamélioré grâce à un entraînement aérobie (étude 2), avaient des performancessignificativement supérieures à celles de leurs homologues à bas niveau d’apti-tude physique aérobie ou ayant participé à un entraînement non-aérobie (detype stretching). De plus, ces mêmes participants montraient une plus grandeactivité corticale dans les régions frontales et pariétales impliquées dans lasélection spatiale et le fonctionnement inhibiteur (essentiels au succès de latâche) que leurs homologues inactifs ou ayant participé à l’entraînement detype stretching. Enfin, les participants à haut niveau d’aptitude physique etceux ayant participé au groupe d’entraînement cardio-vasculaire montraientune quantité d’activité réduite dans le cortex cingulaire antérieur.

Les résultats de ces études semblent ainsi démontrer, pour la première foischez l’homme, un lien direct entre un haut niveau d’aptitude physique aérobie(conséquence d’une pratique régulière d’activité physique de type aérobie), unemeilleure performance à une tâche impliquant les fonctions exécutives et le recru-tement des aires cérébrales nécessaires à cette performance. Ces études apportentainsi un support théorique et empirique tout à fait pertinent et d’une grande portéepour expliquer le mécanisme qui lie la pratique d’activité physique de type aérobieet l’amélioration du fonctionnement cognitif des personnes âgées.

Les autres mécanismes

Il est important de noter ici que les hypothèses explicatives que nous venons devoir et qui proposent des mécanismes plus ou moins directs par lesquels l’acti-vité physique pourrait influencer le fonctionnement cognitif, ne sont pas mutuel-lement exclusives. Chacune apporte une explication plausible et souvent effec-tive, mais parcellaire et spécifique à certains fonctions, structures ou niveaux dedescription, et il n’y a pas de raison de penser qu’elles n’opèrent pas simultané-ment. Toutefois, il ne faut pas exclure que les effets de l’activité physique se



manifestent également à d’autres niveaux, comme le niveau de santé ou le sen-timent de bien-être par exemple (Ruuskanen & Ruoppila, 1995 ; Wannamethee,Chaper & Walker, 1998). Ainsi, l’activité physique régulière pourrait avoir uneffet secondaire sur la performance cognitive des personnes âgées en prévenantou repoussant la maladie. De même, l’amélioration du bien-être et de l’estime desoi peut entraîner une plus grande confiance et une meilleure connaissance deses capacités. Les personnes âgées actives exploiteraient alors peut-être plussereinement et efficacement leur potentiel lors des tests cognitifs utilisés dans lesétudes. Enfin, il n’est pas exclu que la richesse des interactions sociales dont peu-vent bénéficier les personnes participant à des séances collectives et structuréesd’activité physique puisse avoir une influence sur leur santé cognitive.

Conclusion

La vitalité cognitive est essentielle pour la qualité de vie et la survie des person-nes âgées. Si la diminution de la performance cognitive liée à l’âge estaujourd’hui bien établie, l’ensemble des études que nous avons examinées danscette revue suggère que ce déclin n’est pas totalement inévitable. Dans l’ensem-ble, il apparaît que le maintien d’un style de vie physiquement actif tout au longde sa vie ou la (re)prise d’une activité physique régulière entraînent un main-tien ou une amélioration du fonctionnement cognitif des seniors. Il semble tou-tefois que cette relation entre l’activité physique et la cognition ne soit pas géné-rale mais plutôt spécifique à certaines tâches (comme celles nécessitant destraitements rapides et coûteux) ou fonctions (comme la mémoire de travail oules fonctions exécutives). Du fait des nombreux facteurs relatifs aux tâches uti-lisées ou aux sujets étudiés pouvant moduler cette relation, la généralisation del’influence de l’activité physique sur la cognition doit être faite avec prudenceet d’autres études sont encore nécessaires pour tirer des conclusions définitives.Il convient notamment de s’assurer le plus possible de l’homogénéité des popu-lations étudiées (ce qui n’est pas sans poser des problèmes tant la variabilitéinterpersonnelle augmente avec l’âge) et de contrôler le plus possible tous lesfacteurs de confusion pouvant covarier avec l’activité physique, la cognition etl’âge. Des facteurs comme la santé, le niveau cognitif de base, le sexe, la catégo-rie socioprofessionnelle, ou encore la motivation sont autant de variables quipeuvent influencer à la fois et indépendamment l’activité et la cognition.Compte tenu de son impact à divers niveaux, la pratique régulière d’activitésphysiques doit être encouragée, notamment chez la personne vieillissante qui ale plus volontiers tendance à adopter un mode de vie sédentaire. Ce constat estd’autant plus conforté que plusieurs études ont révélé que la pratique régulièred’activités physiques réduisait significativement les risques de mortalité pré-coce et pouvait même augmenter substantiellement la longévité (Blair et al.,1995 ; Kujala, Kaprio, Sarna, & Koskenvuo, 1998).

Le challenge à relever par les chercheurs est maintenant de déterminerprécisément les mécanismes qui sous-tendent la relation entre l’activité physi-que et le vieillissement cognitif. Le développement d’un modèle explicatif est



très stimulant mais il n’existe certainement pas une solution unique. A l’instarde la remarque de Bäckman, Small et Wahlin (2001), il est probable que l’iden-tification d’un seul paramètre pour expliquer la variance du fonctionnementcognitif relative à l’âge et à l’activité physique est vouée à l’échec, à cause de lacomplexité inhérente à tous les niveaux biologiques et comportementaux. Laplausibilité d’une relation directe entre un haut niveau d’aptitude physiqueaérobie (résultat d’une pratique physique régulière) et l’intégrité des fonctionset des structures cérébrales de la personne âgée a toutefois reçu de récentespreuves empiriques (Colcombe et al., 2003 ; Colcombe et al., 2004). Cependant,les mécanismes exacts qui sous-tendent cette relation à un niveau moléculaire,cellulaire ou organique doivent encore être clairement établis. La multiplicationdes études utilisant les technologies d’imagerie cérébrale permettra sans aucundoute d’apporter des éléments de réponse à cette question.

L’identification précise des mécanismes génératifs responsables de la rela-tion entre l’activité physique et le vieillissement des fonctions cognitives revêtdonc une importance capitale. Une meilleure compréhension de ces mécanismesest en effet nécessaire pour mettre en place des programmes structurés d’exercicesphysiques qui ciblent directement ces mécanismes (Etnier, sous presse ; McAuleyet al., 2004). Le développement d’études utilisant des questionnaires très completssur le mode de vie des personnes (activités physiques (sportives et de loisir) pra-tiquées tout au long de la vie, antécédents médicaux, habitudes alimentaires, acti-vités sociales…), couplés à des mesures plus directes de l’aptitude physique(O2Max. mais aussi seuil ventilatoire), dans le cadre de méthodologies longitudi-nales ou interventionnistes, nous paraît être un bon moyen pour déterminer plusprécisément et isolément ces mécanismes.

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Vieillissement, activité physique et cognition

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