Le projet Cogni-Action : activité physique, cerveau et cognition (Cogni-Action)

En ce qui concerne l'étude (c'est-à-dire l'essai randomisé croisé), les enfants seront randomisés pour chaque session de protocole, participant à chacune d'entre elles à deux semaines d'intervalle. Ainsi, ils assisteront à notre gymnase pour effectuer l'un des trois protocoles et ensuite ils seront transférés dans un laboratoire où ils subiront des mesures d'EEG et de suivi oculaire pendant l'état de repos et pendant deux tâches cognitives différentes. Plus de détails peuvent être trouvés dans rubriques suivantes.

La conception du projet consistera en un essai croisé contrebalancé où les participants exécuteront, à des jours différents, trois protocoles d'entraînement différents en AP dans un ordre aléatoire. Chaque enfant visitera notre laboratoire trois fois, toutes les deux semaines pour assurer une période de « lavage » dans le but d'atténuer l'effet de l'AP de chaque protocole. Les participants assisteront aux trois sessions différentes le même jour de la semaine (par exemple, le lundi) et à la même journée pour éviter les différences dans les activités scolaires précédentes ou les rythmes circadiens. Les participants seront soumis à une "condition sédentaire" (SC), assis et regardant un documentaire à la télévision comme cela a été utilisé précédemment, et deux protocoles différents d'AP consistant en une "formation continue d'intensité modérée" (MICT), c'est-à-dire une marche continue en plein air, et "Cooperative High-Intensity Interval Training" (C-HIIT), composé d'un entraînement en circuit avec un partenaire (professeur d'éducation physique). Ces trois protocoles ont été choisis en fonction de ce qui correspond aux types d'activités habituellement réalisées dans les écoles. Ainsi, SC imite le temps passé pendant toute leçon académique (c'est-à-dire cours de mathématiques ou de langues) ; MICT représente l'activité typique dans une classe PE; et C-HIIT a été sélectionné car il est postulé comme un protocole d'exercice qui pourrait éventuellement être mis en œuvre dans la classe PE. Les trois protocoles sont conçus pour que la dépense énergétique soit équivalente entre eux, afin d'éliminer les différences de dépense énergétique en tant que facteur de confusion possible. Le protocole de calcul des dépenses énergétiques est détaillé sur un support complémentaire.

Après chaque protocole PA, les participants subiront des mesures d'EEG et de suivi oculaire comme suit : 1er, l'activité cérébrale spontanée à l'état de repos sera évaluée pendant 3 min avec l'EEG uniquement, et par la suite, le suivi oculaire sera enregistré en parallèle avec l'EEG pendant que les participants effectuer les tâches cognitives (une tâche de mémoire de travail et une tâche de lecture). Les mesures commenceront entre 20 et 25 minutes après la fin de chaque condition. De cette façon, nous émulerons une récréation scolaire dans le contexte chilien, avant le début de la matière suivante. Toutes les mesures seront réalisées dans le "Laboratorio Lenguaje & Cognición ELV", qui appartient à l'Institut des sciences de la littérature et du langage de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Pour éviter l'influence subjective de l'évaluateur, lorsque les participants se rendront au laboratoire, l'évaluateur sera aveuglé en fonction du protocole d'AP effectué par les participants.

Mesures neuroélectriques et eye-tracker Mesure EEG : Un appareil B-Alert X24 pour EEG (Advanced Brain Monitoring, Californie, États-Unis) sera utilisé, composé de 24 électrodes actives qui minimisent le bruit des appareils électriques en dehors des processus biologiques d'intérêt , assurant une bonne qualité du signal. Deux canaux seront utilisés pour enregistrer l'activité électrooculographique, afin de mieux faire la distinction entre l'activité électroencéphalographique réelle et l'activité électrooculographique associée au mouvement et au clignement des yeux. Les enregistrements seront effectués à un taux d'échantillonnage de 256 valeurs par seconde, avec un filtre passe-bande entre 0,1 et 100 Hz et un filtre coupe-bande de 50 Hz pour éliminer le bruit du courant alternatif environnant dans la pièce. Il est à noter que cet équipement est sans fil, ce qui le rend plus pratique et plus rapide à monter sur les participants. Pour cette étude, les chercheurs se concentreront sur les canaux Fz, Cz, CPz, Pz, POz, Oz, O1 et O2.

Eye-tracker : Un Tobii Pro TX300 (Tobii, Stockholm, Suède) sera utilisé pour suivre les mouvements des yeux directement à travers une caméra sensible à la lumière proche du spectre infrarouge. Cet équipement étudie les caractéristiques visuomotrices lors du processus de lecture et les trajectoires du regard autour de chaque mot. De plus, il servira à définir les instants exacts de lecture de ces mots et pourra ainsi synchroniser l'enregistrement EEG pour calculer un signal moyen (N400) qui reflète le traitement cérébral du langage. Le même appareil enregistre les valeurs brutes de la taille de la pupille (diamètre), enregistrant toutes les données avec un taux d'échantillonnage de 300 Hz.

Tâches cognitives lors de mesures neuroélectriques et eye-tracker Tâche de mémoire de travail. Une tâche N-back sera exécutée via le logiciel E-Prime 2.0 synchronisé avec le système d'enregistrement électroencéphalographique et l'eye-tracker, pour mesurer l'activité neuroélectrique et le diamètre de la taille de la pupille en fonction de la présentation de chaque stimulus (cibles et non cibles) . Le protocole est très similaire à celui expliqué précédemment pour les conditions 0-back et 2-back lors de l'évaluation IRMf. La principale différence de la présente tâche par rapport à la tâche N-back de l'IRMf est que les enfants doivent appuyer sur le clavier sur le chiffre "1" lorsqu'ils détectent un stimulus cible ou sur le chiffre "2" pour les non-cibles. Ce type de tâche génère un potentiel EEG lié au traitement cognitif, caractérisé par une déviation positive qui culmine à environ 300 ms (P300), qui a été largement étudiée dans divers types de tâches nécessitant une attention consciente, dans n'importe quelle modalité perceptive. En d'autres termes, il s'agit d'un potentiel lié à des événements consciemment perçus, qui ne dépend pas du chemin perceptif stimulé, mais plutôt de la nécessité de réaffecter des ressources cognitives et de développer des réponses appropriées en fonction du contexte en constante évolution. Pour isoler les tracés EEG de P300 en mémoire de travail, les enquêteurs soustrairont au résultat d'une tâche 2-dos, celui d'un 0-dos. Le potentiel lié à l'événement P300 devrait émerger en particulier dans le signal EEG moyen verrouillé dans le temps au début des stimuli cibles détectés. Des artefacts tels que des signaux électrooculographiques seront soustraits des données avec un algorithme implémenté dans EEGLAB, une boîte à outils d'analyse EEG fonctionnant dans MATLAB (Mathworks®). Le rejet manuel d'essais uniques sera envisagé sur la base d'une inspection visuelle des artefacts dans les données.

Tâche de lecture. Le traitement du langage sera évalué par une tâche de compréhension de lecture où de courts paragraphes seront présentés pour être lus normalement. La technique de suivi oculaire sera utilisée pour enregistrer la position des yeux, le mouvement et le diamètre de la pupille, simultanément à l'enregistrement EEG. Les participants seront assis devant un moniteur, à environ 60 cm, en plaçant leur menton sur un support ergonomique, ce qui aide à réduire les mouvements de la tête et améliore la précision du signal de l'eye-tracker. La tâche de lecture sera présentée avec la dernière version de Tobii Pro Lab. Après avoir calibré le système, chaque enfant reçoit une brève contextualisation du sujet, avant de commencer à lire, sachant que plus tard, sept questions de compréhension plus ou moins complexes lui seront posées. Les participants doivent indiquer la bonne réponse parmi trois alternatives. A noter que trois textes littéraires seront utilisés, présentés de façon aléatoire (1 par condition d'exercice). Ces textes auront la même difficulté, la même répartition des centres d'intérêt, la même quantité de mots, et seront préalablement validés par un panel d'experts. La lecture de chaque mot est censée générer un potentiel EEG négatif avec une latence proche de 400 ms (N400). L'amplitude, la distribution topographique et la latence de ce potentiel sont des neuromarqueurs électrophysiologiques de la capacité linguistique en général et de la capacité à construire du sens à partir des mots. L'eye-tracker permettra d'étudier la trajectoire oculaire lors de la lecture et d'établir les moments où les mots sont lus. L'EEG et le suivi oculaire seront enregistrés simultanément pour enregistrer les mouvements oculaires liés à la lecture, donnant des mesures telles que la vitesse de lecture, les durées de fixation, le nombre de fixations, entre autres), et pour mesurer les potentiels EEG liés à la fixation oculaire associés à la charge cognitive lors de la lecture de mots . Le lecteur doit noter que ce potentiel coïncide expérimentalement avec le N400, de sorte qu'ils peuvent représenter différents processus cérébraux superposés, ou être essentiellement le reflet du même mécanisme.

Principaux critères de jugement dans une étude croisée aiguë contrebalancée Activité cérébrale spontanée à l'état de repos. Après le protocole d'exercice et avant les tâches cognitives, l'activité cérébrale spontanée sera mesurée par EEG pendant que les enfants se reposent en position assise, afin de mesurer la fréquence maximale et la réactivité de l'onde alpha. La dynamique de la fréquence de crête alpha (entre 7 et 13 Hz) pendant une période de 3 minutes sera calculée au moyen d'une transformée de Hilbert. Ensuite, une valeur moyenne et une tendance de la fréquence de crête alpha seront calculées. Il a été postulé que plus la fréquence du pic alpha est élevée, plus la capacité cognitive générale et la vitesse de traitement sont élevées. Les chercheurs se concentrent sur les ondes alpha car cette onde cérébrale est traditionnellement associée à différentes théories de l'attention et de la perception consciente. On a découvert que la fréquence de l'onde alpha augmentait après une session de tâches cognitives. De plus, la puissance et la fréquence des ondes cérébrales alpha avant l'évaluation cognitive ont été corrélées aux performances. Si l'AP exerce un effet positif sur les performances cognitives, une seule séance d'AP devrait également entraîner une augmentation de la fréquence du pic alpha. En fait, cela a été trouvé par Gutmann et al. dans deux études consécutives. Cependant, une relation statistique entre les incréments induits par l'AP dans la fréquence des pics alpha et les performances cognitives est manquante.

Performances de la mémoire de travail : les succès, les échecs, les omissions et la précision seront calculés pour les cibles et les non-cibles de la tâche n-back, ainsi que la latence de réponse.

Compréhension de lecture : Sept questions avec différents degrés de complexité de compréhension seront posées après la lecture des textes. Pour chaque question, il y aura quatre alternatives à choisir comme réponse correcte.

Charge cognitive : Les enquêteurs regroupent plusieurs mesures dans cette catégorie car toutes ont été liées au concept de charge cognitive. Les deux premiers proviennent de l'EEG, et les deux autres de l'eye-tracker.

P300 : Le potentiel lié à l'événement P300 associé aux différents types de stimulus dans le n-back (cible et non cible) sera quantifié en fonction de l'amplitude et de la latence du pic.

N400 : Ce potentiel événementiel lié à la linguistique sera également décrit en fonction de la latence et de l'amplitude. Parce qu'il sera synchronisé avec la fixation oculaire sur les mots pendant la tâche de lecture, il s'agit conceptuellement d'un type de potentiel lié à la fixation.

Variations rapides de la taille de la pupille : la pupille réagit aux exigences cognitives et a été associée à une augmentation de la charge cognitive au cours de diverses tâches, notamment la mémoire de travail et la lecture. La quantité de variations à haute fréquence du diamètre de la pupille est estimée par un nouvel indice d'activité cognitive, qui augmente avec la charge cognitive. Cette mesure peut être représentée comme une variable continue dans le temps grâce au taux d'échantillonnage élevé de l'eye-tracker. L'indice d'activité cognitive sera mesuré pendant les tâches de n-back et de lecture.

Temps de fixation des mots : la durée des fixations visuelles a également été associée au temps de traitement que le cerveau consacre à élaborer une interprétation cognitive de la perception. La moyenne et l'écart type des fixations autour des mots seront calculés pour la tâche de lecture.