Les théories du vieillissement cognitif

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1 Les théories du vieillissement cognitif
Psychologie du vieillissement: Patrick Lemaire Les théories du vieillissement cognitif Camille Atlan et Nadia Touati master 1 année 2010/2011.

2 Contraintes empiriques à la théorisation
Une bonne théorie suppose : -une description et une explication du phénomène -avoir pour objet d'étude un phénomène nouveau respect des principes: principe de puissance explicative une théorie est d'autant plus importante ou plus puissante qu'elle explique un nombre élevé de phénomène principe d’économique explicative une théorie est préférable à une autre lorsqu'elle comporte moins de postulats Une bonne théorie doit décrire et expliquer un phénomène établit et orienter l’attention vers de nouvelle recherche. Jusqu’à présent on a montrait que certains aspects de la cognition sont affectés par l’âge et d’autre non ,certains effets sont massif et d’autre plus spécifique. Ce constat va avoir un impacte important sur la construction de nouvelle théorie , les chercheurs vont se baser sur 2 principes .celui de la puissance explicative (definition) et celui de l’économie .Aujourd'hui on sait que le vieillissement cognitif entraine une diminution des capacités tel que: -activer , représenter et maintenir des info en MDT. -se focaliser sur les info pertinente. -déclencher et exécuter rapidement le traitement d’une info. -déployer des stratégie de traitement coûteuses. Les chercheurs ont donc pour objectif de rendre compte du déclin cognitif par la mise en œuvre de théorie.

3 I-Théorie non computationnelle: théorie du ralentissement cognitif.
1) Postulat: part de l’observation d’une diminution de la VT de l’information avec l’âge . cette diminution diffuse le déclin des performances dans plusieurs domaine cognitifs. (Salthouse 1996) Âge Les théories non computationnelle sont des théories non appliquer sur l’ordinateur. Le postulat de cette théorie part de l’observation d’une diminution de la vitesse de traitement de l’information avec l’âge . Mais cela n’explique pas la baisse de performance avec l’ âge et quel mécanisme est déterminant . Il existe alors plusieurs théories du ralentissement cognitif ,(birren 1965 jusqu’a cerella1990…) dont la plus élaboré semble celle de salthouse de 1996 que nous allons développer. Selon S la baisse de la VT entraine un déclin cognitif par l’intermédiaire de 2 mécanismes . Le mécanisme du temps limité signifie que les opérations cognitives sont exécutées trop lentement pour réalisé l'ensemble d'une tâche dans le temps imparti. Conséquence: toutes les opérations cognitives nécessaires à la réussite d'une activité ne peuvent être exécutées correctement. Le deuxième mécanisme est la –simultanéité signifie que l'information issu du premier traitement, est perdu au moment du traitement suivant . Conséquence: l'information devient de moins en moins disponible avec le temps ce qui complique les tâches ultérieures. Mécanisme du temps limité Mécanisme de la simultanéité PERFORMANCES COGNITIVES

4 I-Théorie non computationnelle: théorie du ralentissement cognitif.
2)Hypothèse du temps limité : moins les participants ont de temps pour réaliser la tâche plus on devrait observer une différence entre jeune et âgé . Les jeunes obtiendraient plus vite un niveau de performance maximum. 3) Validation empiriques:(tâche de reconnaissance indicé) jeunes et âgées réussissent mieux la tâches lorsque le temps de présentations augmentait. Les jeunes atteignent plus vite leurs performances maximales et sont moins affectés par la durée de présentation. S prédit le mécanisme du temps limité permet de prédire que moins les participant ont de temps pour réaliser la tâche plus on devrait observer une différence entre jeune et âgé et que les jeune obtiendrait plus vite un niveau de performance maximale . Pour tester cela les chercheur ont soumis des jeunes et des âgés à plusieurs tâches cognitives . Expl : tâche de reconnaissance indicé :(apprentissage de paires avec une durée variable , puis reconnaitre parmi 2 items proposé l’item qui appartenait à la paire apprise.) expl: apprendre chat poire ; présentation chien poire ;oui poire fait parti des paires à apprendre. S constate que les jeunes et les âgés ont de meilleur performance lorsque le temps de présentation des paires de mots à apprendre est long . D’autre part les jeunes atteigne plus vite le maximum de les performance et sont moins affecté par la durée de présentation que les âgées.(2 à 3 s: jeune; 10 à 12 s : âgées.) L’ intérêt de la Théorie de S montre que l’âge entraine une diminution dans la VT et que cette diminution est a l'origine du déclin des perf dans de nombreux domaine expliquer par l’intervention des deux mécanismes (temps limité et simultanéité). le ralentissement cognitif n’est pas brutal mais progressif . Le ralentissement cognitif touche t'il alors l’ensemble des processus ou certains processus spécifiques ?

5 I-Théorie non computationnelle: Test de ralentissement générale: Graphe de Brinley
ms TR âgés = 1.53 (TR jeune) 2200 1900 Performances adultes Âgés 1600 1300 ms Performances des adultes jeunes . Afin de savoir si le ralentissement cognitif touche l’ensemble des processus ou des processus bien spécifiques on va quantifier des données .Pour cela on utilise de graphes de Brinley qui ce compose de trois étapes , un graphique , une régressions et une interprétation . Ici on peux dire que les âgées ont un temps de latence 1.53 fois sup à celui des jeunes ou bien que les jeunes vont 1.53 fois plus vite que les âgés. Le ralentissement pénalise d’autant + que les sujets sont lents. On peut donc conclure ici que le ralentissement générale lié à l’âge est de 53 %. Le graphe de brinley permet de nous donnée des information inter-sujet pour les données intra-sujet (même sujet dans 2 condition différentes): graphe des traces.

6 I-Théorie non computationnelle: théorie du ralentissement cognitif.
Test de ralentissement spécifique: manipulation expérimentale: comparait 2 conditions :une avec le processus et l’autre sans. Exemple: le séquençage: ; [(5+4)+(2-3-2)+9] (contrôler l’ordre des opérations) La méthode de graphe de brinley permet aussi de voir si il existe un ralentissement plus spécifique à 1 ou plusieurs processus . Pour cela il faut faire une manipulation expérimental d’un processus particulier en comparant une condition avec et sans le processus. Par exemple on veux comparait des jeune et des âgés dans la résolution de pbm arithmétique . On va comparais leur performance avec 2 problèmes ayant le même résultat(15) mais l’un utilisant le processus de séquençage et l’autre non . Dans le problème 2 le participant doit prendre en compte les parenthèses et les crochets donc mettre en œuvre des processus contrôlant l’ordre des opérations.

7 Test ralentissement spécifique Graphe de Brinley : performances des âgés en fonction des jeunes sur des problèmes arithmétiques ms 2900 Problèmes complexes TR âgés = 1.72 (TR jeunes) 2600 2300 2000 Performances adultes Âgé problèmes simples TR âgés =1.53 (TR jeunes) 1400 1100 ms Performance des adultes jeunes . On construit un graphe de Brinley contenant chaque type de problème afin de voir si le problème complexe subit plus les effet délétère de l’âge que le problème simple. En croisant les données des jeunes et des âgés on obtient un coefficient de ralentissement est de 1.72 pour le problème complexe qui est plus élevé que le problème simple. Si le problème complexe subissait un ralentissement générale et pas spécifique on devrait observer le même coefficient de ralentissement pour le problème simple et complexe. Donc la différence entre les deux ralentissement indique que le ralentissement lié à l’âge est plus important sur les problèmes complexe par rapport au ralentissement générale. On peux donc dire ici que le ralentissement cognitif lié à l’âge résulte d’un problème spécifique des mécanismes de séquençage et pas d’un ralentissement générale. Grace à cette analyse on va pouvoir déterminé les processus affecté par un ralentissement générale du vieillissement et les effets plus spécifique, touchant certains processus tel que le séquençage .

8 II-Théorie computationnelle symbolique :SPAN
II-Théorie computationnelle symbolique :SPAN.(speed , parallelism , activation, noise) Objectif :expliquer la réduction de la VT de l’information avec l’âge => déclin des capacités en MDT . (Byrne 1998) Postulat 1: théorie mécanique: Description de la réalisation de la tâches par une série d’étape. Postulat 2: théorie symbolique: Système de production (voir système mémoire Anderson ) Postulat 3: mécanisme clé :activation des informations. Dépend: stimulation , le niveau d’activation de base , la vitesse de propagation , quantité de bruit. L’objectif de cette théorie est d’expliquer comment la réduction de la VT de l’info avec l’âge entraine un déclin des capacité de MDT . Cette théorie mise au point par byrne en 1998 comporte 3 postulats. 1)SPAN est une théorie mécanique cela signifie qu’elle décrit la réalisation d’une taches cog par plusieurs étapes de traitement de l’info .par exemple B simule une version informatisé des codes (correspondance entre symbole et chiffre) la table de correspondance reste affiché sur l’écran et le participants voit un nombre et un symbole , ils doivent dire ensuite si la paires présenté correspond a une paire de nombre et symbole de la table. Les mécanisme sont les suivants (schéma suite) Ensuite la théorie est symbolique cad que c’est un système de production du même type que celui de la mémoire de Anderson avec des connaissance déclarative (stocker des information sur des faits ou concept ) et des connaissances procédurale de type (= relatif à une procédure, règle condition action si …alors ). Dans l’exemple des codes on a 3 et un triangle associé . La règle de production (= règle procédurale )sera si 3 alors triangle .Selon la théorie Span plusieurs règles peuvent s’activer en parallèle avec des seuils d’activation différents . Une règle avec un seuil d’activation bas s’activera plus facilement qu’une règle avec un seuil d’activation élevé. la règle la plus activé sera traité plus profondément en MDT. Enfin le mécanisme important dans le traitement de l’info c’est l’activation .on active en mémoire l’information la plus pertinente . le niveau d’activation va dépendre :lire. Une fois activé l’info est transmise en MDT puis émise par le système. Dans les codes si l'on suppose que le participant a déjà réalisé la tache pendant plusieurs essaie et qu’il à stocké en mémoire certaine correspondance de la table , après l’encodage de la paire cible , plusieurs paire vont être activé en mémoire , si la paire correcte est la plus activé , le sujet va la reconnaitre en MDT et répondre oui. c’est ce que B a chercher à installé sur l’ordinateur.

9 Mécanismes de l’épreuve des codes selon la théorie SPAN(Byrne 1998)
Encoder la cible oui non Mouvements oculaires Encoder la table Tout d’abord le participant encode la cible puis il déplace son regard sur la table , il encode la table . Il se pose ensuite la question : est ce que la cible est présente ou non dans la table , si elle est présente on compare la cible à la table ; si elle est absente on apprend la table puis on regarde a nouveau pour encoder la cible et on recompare la cible à la table. enfin on répond à la question . Comparer la cible Répondre Cible présente ? Encoder la cible Mouvements oculaires Répéter la table

10 II-Théorie computationnelle symbolique :SPAN
II-Théorie computationnelle symbolique :SPAN.(speed , parallelism , activation, noise) Implémentations computationnelles : L’activation des connaissances se fait progressivement et en fonction de plusieurs paramètres. Mise en place d’une équation Le paramètre de propagation (γ) est cruciale plus il est élevé plus le système traite rapidement l’informations, donc moins d’oublis d’informations partielles et moins de bruit . Chacun des postulats de Span a fait l’objet d’un installation ,une réalisation clair et précise . Le système informatique met en œuvre les mécanismes postulé par SPAN dans les simulation informatique l’activation des connaissance déclarative et procédurale se fait progressivement. À chaque cycle ,l’activation de l’info se fait en fonction de plusieurs paramètre indiqué par une équation prenant en compte la stimulation, le niveau d’activation de base , la vitesse de propagation et la quantité de bruit. le paramètre de P est crucial permet un traitement rapide de l’information . ainsi la capacité de traitement de l’info va dépendre de la vitesse de propagation et du bruit(qui varie en sens inverse). Épreuve des codes: après encodage d’une paire, le système s’auto-répète cette paire et pls connaissance s’active en mémoire , les info cible vont recevoir plus d’activation. Si en mémoire le chiffre et le symbole sont associé l’activation va augmenter en MDT .le système compare l’association activé et l’association cible si ca correspond réponse oui sinon non.

11 Temps de réalisation de l’épreuves des codes par le modèle SPAN en fonction du paramètre Gamma.
Résultats Latences (en ms) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 Gamma Gama =paramètre de propagation de l’activation. B simule l’effet du vieillissement à l’épreuve des codes et de l’empan calculatoire pour reproduire les effet observé entre jeune et âgé. B manipule le paramètre de propagation de l’activation (y) afin de voir comment évolue le temps de réalisation des taches. plus la vitesse de propagation est lente plus le système a besoin de temps pour accomplir la tache . (valeur de birney dans code proche de celle de Salthouse et coon 1994) On peux ainsi conclure que SPAN permet de reproduire les données observé et fournit une explication plus précise du phénomène en accord avec les observation antérieur de( S et c 1994).elle confirme que le ralentissement des opération cog est du en grande parti à une conséquence de la diminution de la vitesse de propagation de l’activation dans un système.

12 III-Théorie computationnelle non symbolique : la théorie de la neuromodulation de Li et coll.
Postulat 1: le système cognitif doit bien représenter l’information et bien la faire circuler . L’information doit être claire et précise ,pas confondu à une autre et rapidement récupérable. L’information doit être rapidement activé sans dégradation. Suppose un bon système neuronal. Postulat 2:mise en jeu d’une chaine d’événement sur: Le niveau psychologique :capacité de traitement de l’information baisse avec l’âge =>déclin des performances dans tous les domaines Le niveau neurobiologique: âge=> déclin de la synthèse et de la transmission des neurotransmetteurs . Objectif expliquer la diminution des perf cog avec l’âge Un système cog performant est un système qui représente bien l’ information au sein duquel la circulation de l’information est efficace .pour cela l’info doit être claire et précise et rapidement récupérer si besoin . De plus l’info doit être rapidement activer et transmise d’une étape de traitement à une autre sans subir de dégradation .tous cela suppose alors un système neuronale qui ne soit pas endommagé . Le deuxième postulat part du principe que le vieillissement cognitif met en jeu une chaine d’événement sur des niveau de la structure et du fonctionnement du système nerveux centrale .au niveau psycho la capacité de traitement de l’info diminue avec l’âge qui entraine un déclin dans tous les domaines de la cognition. Au niveau neurobiologique l’âge entraine un déficit des systèmes de neuromodulation cad (lire )le nombre de récepteurs dopaminergique diminue de 11% à partir de 20 ans .

13 III-Théorie computationnelle non symbolique : la théorie de la neuromodulation de Li et coll.
Postulat 3: Dégradation des systèmes dopaminergiques Augmentation du bruit neuronal Diminution de la distinctivité corticale Diminution de la transmission neuronale Postulat 3: Selon cette théorie le déclin entraine une diminution de l’efficience cognitive par un enchainement d’événements. La neuromodulation dopaminergique est déficiente dans (le striatum , les ganglions de la base et le cortex pré frontal ce qui entraine la formation de bruit neuronale cad l’’activation spontanée et désordonnée de neurone. La distinctivité corticale est la représentation neuronale de l’information qui permet l’activation d’un groupe de neurone dans le traitement d’un concept spécifique ,ces deux éléments vont entrainer un déclin dans la transmission neuronal qui va réduire les capacité de traitement de l’info d’où la diminution des perf. Réduction des capacités de traitement de l’information Diminution des performances cognitives

14 III-Théorie computationnelle non symbolique : la théorie de la neuromodulation de Li et coll.
Implémentation computationnelle Cellules d’entrée … Cellules intermédiaires … Cellules de sortie … Pour implémenter leur théorie li et al on effectuer plusieurs simulation en faisant varier le paramètre G (gain ), ce paramètre permettrai de capturer les fluctuation dans la libération des neuromédiateurs qui module la représentation et la transmission de l’info dans le SNC. Donc avec une valeur élevé de G on représenterais un système jeune avec un système dopaminergique sein et avec un g faible on représente un système cognitif âgé. Il implémente leur théorie sous la forme d’un réseaux connexionniste dans lesquels des cellules élémentaire sont disposé en couche interconnecté (info circule d’une couche à l’autre). L’activation de la cellule dépend de l’intensité de stimulation et du biais de réponse ,une intensité forte va entrainer une réaction importante de la cellule . Pour le biais de réponse c’est le niveau de base des cellules (plus il est bas plus les cellules vont réagir vite ) ces 2 paramètre vont être pondéré par le gain qui va simuler la neuromodulation . On va prendre un exemple numérique simple et fictif : on suppose qu’on examine l’activation de 2 cellules avec un même niveau de stimulation et un biais de réponse identique , les cellules varie seulement par jeunesse (jeunes ou âgées

15 Évolution de l’activation d’une cellule jeune ou âgée en fonction de la stimulation et du paramètre G Activation 1 0.75 0.5 0.25 stimulation Jeune âgée On va prendre un exemple numérique simple et fictif : on suppose qu’on examine l’activation de 2 cellules avec un même niveau de stimulation et un biais de réponse identique , les cellules varie seulement par leur jeunesse. Les 2 cellules reçoivent une stimulation arbitraire de 1.2 et un biais de réponse de 1. la valeur de G est de 0.98 pour la jeune et 0.67 pour l’âgée (plus bas car système dopaminergique moins efficace). G permet de pondérer la stimulation donc on va le multiplier par la stimulation et on ajoute le biais de réponse on obtient alors la valeur d’activation de chaque cellule . Qui est de pour la cellule jeune et pour la cellule âgée. Mais li et al n’utilise pas exactement le même calcul ils utilisent une fonction qui permet de contenir les valeurs d’activation entre 0 et 1. On effectue alors des calcul d’activation pour la cellule jeune et la cellules âgée pour différentes valeurs de stimulations (c’est ce qu’on obtient ici ) la cellule jeune régit davantage au variation de stimulation et augmente plus vite en fonction de stimulation , elle atteint également son maximum avant la cellule âgées malgré que les valeur de stimulation et le biais soit identique . Li et al on répliqué ces calcul sur l’ensemble de cellules et montrai que ce modèle reproduisait assez fidèlement les résultats obtenu dans la littérature

16 RESULTATS. Performances en rappel des réseaux jeunes et âgés différent par le paramètre G à différentes étapes de l’apprentissage. Li et al 2000. Li et al ont simulé les effets du vieillissement sur la mémoire dans des épreuve de stockage et de rappel de paire de mots (voie l’un des deux mots et doit en inférer le deuxième) .il simule la supériorité des jeune sur les âgés dans des taches de mémo épisodique , la susceptibilité à l’interférence proactive chez les âgée et l’interaction âge difficulté . Diminution des performances avec l’âge. La valeur G moyenne était de 0.8 pour les jeunes et 0.3 pour les âgés.au fur et à mesure des sessions on voit un effet d’apprentissage . Mais a toutes les étapes d’apprentissage les réseaux jeunes ont de meilleur perf donc apprennent plus d’information et plus vite(atteigne le réseaux max plus rapidement) que les réseaux âgées. Le modèle en réseaux est capable de rendre compte des différences de perf mnésique entre jeunes et âgées et de la capacité des jeunes à stocker + rapidement des info en MLT.

17 Interaction âge x interférence dans les modélisations computationnelles de LI et al 2000.
Susceptibilité à l’interférence pro-active Plus importante chez les âgés ; les apprentissages ancien perturbe les apprentissages nouveaux (expl: apprentissage d’une 2 éme langue , exemple utiliser des mots en anglais lorsqu'on apprend l’allemand. Faible interférence : 50 mots ; forte interférence 200 mots . Nombre d’essais nécessaire au système pour apprendre les listes de paires de mots + élevé chez les âgées en générale. Nombre d’essais plus important quand il y a une forte interférence, plus observé chez les âgées.

18 Interaction âge x difficulté dans les modélisations computationnelles de Li et al 1999
Interaction âge x complexité Dans tous les domaine de la cognition plus la difficulté augmente plus la différence jeune âgé est grande. cette différence est plusieurs fois observé chez (mc dows & craik 1988). Tailles de la liste (petite 3 paires , moyenne 5 paires , grande 8 paires. On voit que la qualité du rappel (paramètre G) est meilleur pour les jeunes que pour les âgés.la différence entre réseaux jeune et âgées est plus importante pour un rappel de grande listes. En conclusion la simulation de li et al a permis de reproduire et expliquer des marqueur comportementaux important du vieillissement et reproduire l’augmentation des variabilité intra et inter individuelle ainsi que la diminution des inter-corrélations entre les habiletés intellectuelles .(à déf)

19 Conclusion Cette approche apporte des connaissances de la cognition et du vieillissement cognitif qui permettront de mieux aider les personnes âgées. Questions empiriques Mieux comprendre les stratégies utilisés pour accomplir des différentes tâches cognitives Etudier les bases neuronales des mécanismes mnésiques. Se renseigner sur les mécanismes de compensation mis en œuvre par les personnes âgées. Utilisation de méthodes directes ou indirectes Méthodes directe: recueillir des protocole verbaux Méthode indirecte : étudier l’impact des caractéristiques du matériel à mémoriser

20 Développements des théories attendus
Avantages des modèles computationnels: Fournissent une explication claire de la mécanique cognitive . Spécifiques et précis. Pas forcement limités à des tâches , phénomènes particuliers ou simples. Permettent d’évaluer la cohérence interne d’une théorie. La nécessité et la suffisance d’une théorie peuvent être aisément évaluées dans ces modèles.

21 Merci de votre attention