Approche intégrative du contrôle exécutif dans le paradigme de permutation de tâche

Approche intégrative du contrôle exécutif dansle paradigme de permutation de tâche

Cédric A. Bouquet∗, Camille Bonnin et Daniel Gaonac’hUniversité de Poitiers, Centre de Recherche sur la Cognition et l’Apprentissage, UMR

CNRS 7295, France

RÉSUMÉLe paradigme de permutation de tâche s’est imposé ces dernièresannées dans l’étude des processus mis en jeu dans l’établissement d’uneconfiguration du système cognitif nécessaire à la réalisation d’une tâche.L’objet du présent article est de montrer, à travers une revue de la littérature,comment le contrôle exécutif peut être appréhendé par le biais de cesépreuves où le sujet doit effectuer des changements fréquents de tâche.Une première partie présente le cadre théorique de cette approche. Uneseconde partie présente les principaux protocoles et les effets basiques misen évidence. Sont rapportés enfin des résultats d’études comportementaless’appuyant sur ce paradigme et qui apportent de nouveaux éléments à laconnaissance des processus de contrôle exécutifs.

Integrative approach of executive control in the task-switching paradigm

ABSTRACTThe task switching paradigm has been developed as an experimental paradigm to explorethe cognitive control required to configure mental resources that are appropriate toperform a given task. Research reviewed in this article shows that these control processescan be probed by requiring subjects to switch frequently among a small set of simple tasks.First, we describe the theoretical framework of this approach, and we address the questionof task-set control. In the second part we review the main experimental approaches totask switching, and we consider theoretical accounts of switch cost and task preparation.In the third and final part, we focus mainly on particular cognitive behavioral studiesperformed on healthy young human adults and we consider the phenomena and therelated mechanisms of cognitive control evidenced in these task switching experiments.

∗Correspondance : Cédric Bouquet, Maison des Sciences de l’Homme et de la Société, Bâtiment A5, 5 rueThéodore Lefebvre, 86000 Poitiers, France. E-mail : [email protected]

L’année psychologique/Topics in Cognitive Psychology, 2013, 113, 123-155

124 Cédric A. Bouquet � Camille Bonnin � Daniel Gaonac’h

1. INTRODUCTION

La notion de contrôle exécutif – processus par lequel le système cognitifrégule sa propre activité, désigné également par les termes de « contrôlecognitif » – s’est imposée ces trente dernières années dans l’étude de lacognition humaine, sous l’influence de modèles notoires intégrant cettefonction et l’attribuant à un « contrôleur central » (Baddeley, 1996) ou à un« système attentionnel superviseur » (Norman & Shallice, 1986). Diversesfonctions ont été attribuées à cette instance de contrôle : inhibition, planifi-cation, activation temporaire ou récupération explicite de l’information enmémoire, etc. L’examen des différentes conceptions théoriques révèle uneimportante hétérogénéité conceptuelle, méthodologique, terminologique,et une diversité des niveaux d’analyse dans l’approche des processusconsidérés comme constitutifs du contrôle exécutif.

L’approche en termes de fonctions, dont on peut analyser lesdissociations et les relations, en référence à une « structure » hypothétiquedu contrôle exécutif (Baddeley, 1996 ; Fournier-Vicente, Larigauderie,& Gaonac’h, 2008 ; Miyake et al., 2000), a permis d’avancer dans lacompréhension de certains de ces mécanismes, et a montré son utilitéd’un point de vue neuropsychologique. Elle ne conduit pas cependantpour le moment à mettre en avant des mécanismes qui rendraientcompte du caractère intégratif d’une fonction de contrôle. Sans nier lapertinence de cette approche structurale, la présente revue a pour objectifde privilégier une autre approche, à la fois conceptuelle – elle est fondéesur la notion de set – et méthodologique – elle a principalement trouvéson opérationnalisation à travers l’utilisation du paradigme de permutationde tâche. Ce qui constitue, dans le cadre des approches structurales, unefonction exécutive particulière (souvent désignée par le terme shifting),devient ainsi un processus (le contrôle du set) supposé pouvoir rendrecompte de manière générale du fonctionnement du contrôle exécutif, etpouvant être analysé à travers un paradigme expérimental simple.

Cette approche postule que le contrôle exécutif consiste notammenten l’établissement et le maintien de ce que l’on désigne dans la littératureanglo-saxonne par le terme de set, qui désigne une configuration spécifiquedes circuits cérébraux permettant la réalisation d’une tâche donnée. Pourdéterminer comment ces configurations sont établies et fonctionnent, ilpeut être particulièrement intéressant d’analyser comment on en change,autrement dit d’étudier les mécanismes qui permettent de passer de la réal-isation d’une tâche à la réalisation d’une autre tâche. Le paradigme de per-mutation de tâche constitue un moyen privilégié d’étudier ces mécanismes.


Permutation de tâche 125

Dans ces épreuves le sujet est amené à réaliser différentes tâches au seind’une série d’essais. On distingue alors les performances obtenues aux essaisoù la tâche réalisée est identique à la tâche effectuée à l’essai précédent –« essais de répétition » – des performances aux essais où la tâche réaliséediffère de celle exécutée à l’essai précédent – « essais de permutation ». Laperformance aux essais de permutation est altérée comparativement à laperformance obtenue aux essais de répétition (pour revue, voir Monsell,2005). Postulant que le contrôle exécutif est nécessaire pour effectuer unchangement de tâche, on peut considérer alors que le coût associé à cechangement – « le coût de permutation »1 – exprimé par cette altération,reflète la mise en œuvre de processus de contrôle.

L’étude des processus de contrôle exécutif à partir du paradigme depermutation de tâche repose donc sur l’idée que ces processus permettentd’établir la configuration du système cognitif nécessaire à la réalisationd’une tâche, et il a été défendu (Monsell, 1996 ; Shallice, 1994) que cetype d’épreuve permettrait d’isoler et caractériser la nature et l’efficience ducontrôle exécutif mis en jeu pour établir ces configurations. Si la manièred’appréhender le contrôle cognitif à partir de ce paradigme est toujoursl’objet de débats (Altmann, 2004 ; Logan & Bundensen, 2003 ; Monsell,2003), il n’en reste pas moins qu’une somme considérable d’études surce thème a vu le jour depuis les travaux de Allport (Allport, Styles, &Hsieh, 1994) et ceux de Monsell (Monsell, 1996 ; Rogers & Monsell,1995), qui sont à l’origine du regain d’intérêt pour ce paradigme initié parJersild (1927). Les processus exécutifs ont été évalués dans la psychologieexpérimentale à travers une grande diversité de protocoles et de variables.Dans ce contexte, l’existence d’une cohorte d’études reposant sur unmême paradigme, partageant donc des variables et des concepts communs,fournit un matériel appréciable pour tenter de cerner un phénomènepsychologique comme le contrôle exécutif.

L’objet de la présente revue de littérature est de montrer comment lecontrôle exécutif peut être appréhendé à travers ces épreuves où le sujetdoit effectuer des changements fréquents de tâche. La première parties’efforcera de montrer comment le contrôle est requis pour assurer lacoordination des différentes ressources mentales lors de la réalisation d’unetâche. Seront ensuite présentés des arguments empiriques montrant quele paradigme de permutation de tâche, dans lequel le sujet doit donc

1Les termes « coût de permutation » sont préférables à ceux de « coût d’alternance ». En effet, si on considèredeux tâches A et B, l’alternance entre ces deux tâches désigne, par définition, une séquence de tâches de typeABABA. . ., et cette succession de changements de tâches est associée à certains phénomènes se traduisant parun coût particulier différent de celui observé, par exemple, dans une séquence de type AAABBBAAABBB. . . (cf.partie 4.2 de cette revue).



effectuer des changements de set, constitue un cadre expérimental fécondpour l’étude des processus de contrôle. Seront rapportés enfin, de manièrenon exhaustive, des résultats d’études comportementales s’appuyant sur ceparadigme et qui apportent de nouveaux éléments à la connaissance desprocessus de contrôle exécutifs.

2. LE CONTRÔLE EXÉCUTIF

2.1. Nécessité d’un système de contrôle : donnéesneuropsychologiquesL’idée d’un processus spécifique de contrôle a été fortement nourrie parl’observation de patients souffrant de lésions du cortex préfrontal, dontcertains troubles ont été expliqués par l’atteinte d’une fonction supérieurede contrôle, conduisant par la même occasion à postuler que le rôlefonctionnel des régions préfrontales est justement d’assurer ce contrôlecognitif (Luria, 1973 ; Shallice, 1988 ; Shallice & Burgess, 1991).

Il a été rapporté chez les patients atteints de lésions préfrontales unedésorganisation du comportement, tandis que la plupart des fonctionscognitives (langage, mémoire, praxie) étaient préservées. Les patientspeuvent présenter une grande distractibilité, ou à l’opposé des tendancesà la persévération (Luria, 1973 ; Shallice, 1988) : le système cognitif, privéde son mécanisme de régulation, tend à traiter de façon indifférenciéel’ensemble des stimulations présentes dans l’environnement, ou bienpersiste dans un même mode de fonctionnement. Comme le notaitLuria (1973), c’est l’organisation du comportement qui apparaît altérée,tandis que les formes plus élémentaires de l’activité sont préservées.L’interprétation qui prévaut est que les processus altérés occuperaientune position élevée dans la hiérarchie du système cognitif, et qu’ilsinterviendraient dans la régulation de l’activité mentale et l’attentionvolontaire (Fuster, 1994 ; Luria, 1973 ; Shallice, 1988).

2.2. Contraintes liées aux propriétés du système cognitifet contraintes liées à l’environnementLe cerveau comprend différents réseaux ou sous-systèmes traitant enparallèle de multiples sources d’information (Hotlzman & Gazzaniga,1985 ; Johnson-Laird, 1985). Cette architecture fonctionnelle impose que



certains systèmes soient sélectionnés et coordonnés pour effectuer lesopérations adéquates sur les informations afférentes, car la conséquenced’un fonctionnement en parallèle est que les systèmes impliqués peuventpotentiellement interférer les uns avec les autres (Mozer & Sitton, 1998 ;Shallice, 1988). Les études sur les patients split-brain ont d’ailleurs bienmontré comment dans certains cas la déconnexion inter-hémisphériquepouvait réduire les interférences entre les traitements ayant lieu dans chaquehémisphère (par ex., Hotlzman & Gazzaniga, 1985).

L’organisation modulaire du cerveau et les exigences imposées parun environnement changeant et offrant diverses possibilités d’actionsdéterminent un ensemble de contraintes requérant une régulation dufonctionnement du système cognitif. C’est dans cette perspective queMonsell et Driver (2000) ont proposé un cadre général pour rendrecompte du problème du contrôle. Le système cognitif contient de multiplesreprésentations de l’information (perceptives, sémantiques, motrices. . .) etdes procédures pour agir sur ces représentations ou les transformer. Alorsque certains processus peuvent être déclenchés de manière irrépressible etrigide par une stimulation appropriée (comme par exemple les premièresétapes du traitement sensoriel), indépendamment du but fixé, d’autresprocessus doivent être sélectionnés et adaptés en fonction du contexte et dubut de l’activité (Monsell & Driver, 2000 ; voir aussi Allport, 1989 ; Norman& Shallice, 1986). La réalisation d’une activité donnée implique ainsi de seréférer seulement à un sous-ensemble de ressources, qui doivent donc (i)être organisées d’une manière particulière pour la tâche à réaliser, et (ii)résister aux influences d’éléments perturbateurs qui peuvent également lessolliciter. C’est donc la fonction des processus de contrôle d’établir cetteorganisation et de la maintenir en résistant aux interférences. Il y a iciintégration de fonctions envisagées séparément dans le cadre des approchesstructurales (activation, inhibition, coordination. . .) en prenant en compteleur implication dans la mise en œuvre d’une tâche.

2.3. L’intention de réaliser une tâcheÀ la fin du XIXe siècle, Exner (1879 ; cité par Hommel, 2003) réalisaitun examen introspectif d’une situation où il répondait avec la main à unstimulus visuel. Il note que bien avant l’arrivée du stimulus, il est déjàdans une prédisposition à répondre, il s’est mis dans un état assurantque la bonne réponse sera réalisée comme convenu. Il continue en disantqu’évoquer cet état est un acte volontaire, mais qu’une fois cet état créé,aucun effort supplémentaire n’est nécessaire pour transformer, lorsqu’il



survient, le stimulus en une réponse. Ce qui crée donc une action volontairen’est pas l’intervention de la volonté ou de l’intention entre le stimulus et laréponse, mais la préparation intentionnelle du système cognitif à répondred’une certaine manière à une situation particulière.

On trouve au cœur de nombreux modèles du contrôle cognitif l’idée quedes processus ou des représentations de haut niveau (représentation du but,ou intention) modulent des processus de plus bas niveau impliqués dans destraitements d’informations spécifiques et dans la production de réponsesparticulières (voir Gilbert & Burgess, 2008). Goschke (2003) défend ainsil’idée que les intentions doivent être envisagées comme des contraintesqui configurent les systèmes de traitement, augmentant la sensibilité decertaines voies, et modulant le niveau d’activation des schémas d’action (cf.également Norman & Shallice, 1986), aboutissant à l’établissement d’uneconfiguration spécifique du système cognitif.

2.4. La configuration du système cognitif :la notion de setL’intention de réaliser une action, d’atteindre un but donné, impliquel’établissement d’une certaine configuration des systèmes cérébrauxdéterminant le ou les systèmes/processus qui doivent être utilisés de façonpréférentielle, (i) de telle sorte que les informations utiles soient disponiblesau sein des systèmes cérébraux impliqués, et que les opérations adéquatessoient réalisées sur ces informations afin d’atteindre le but, et (ii) de tellesorte que cette configuration soit maintenue en dépit des sollicitations del’environnement pouvant déclencher des réponses en désaccord avec le butfixé. Le contrôle cognitif serait nécessaire à l’établissement et au maintien decette configuration, qui est désignée dans la littérature anglo-saxonne par leterme de set (Allport, 1989 ; Meiran, 2010 ; Monsell, 1996).

Monsell (1996) illustre le concept de set de la façon suivante. Face àune succession de mots, nous pouvons entreprendre l’activité de lectureà haute voix. Le set correspondant à cette activité implique différentsprocessus (analyse visuelle des représentations orthographiques, traductionen représentations phonologiques, puis en activité articulatoire. . .). Faceau même input visuel, nous pouvons également entreprendre l’activité decorrection orthographique, nécessitant l’adoption d’un autre set, impli-quant des processus différents (procédures de détection et de correctiond’erreurs) et des processus en commun (reconnaissance de mots) avec le setprécédent. Un set est donc une sélection d’un sous-ensemble de processusdisponibles au sein des systèmes cérébraux, qui sont réglés, organisés et



reliés de façon appropriée au but actuel. Cette configuration spécifique descircuits cérébraux prédispose un sujet à répondre d’une certaine manière àun stimulus (Allport, 1989 ; Monsell, 1996 ; Rogers & Monsell, 1995).

L’idée principale de cette approche est donc que l’intention d’effectuerune tâche se traduit par l’adoption d’un set particulier, spécifique decette tâche2, qui consiste en un réglage du système de telle sorte que lesprocessus nécessaires à la réalisation de la tâche soient mobilisés et lestraitements appropriés réalisés (Sakai, 2008). On peut considérer que leset comprend notamment (Meiran, 2010 ; Monsell, 1996) : (a) le butactuel ; (b) la sélection des informations pertinentes via des mécanismesattentionnels ; (c) l’activation des informations sémantiques pertinentespour la tâche (par exemple si la tâche consiste à classer des chiffres commepair ou impair, les informations numériques requises sont activées) ; (d)l’activation d’informations relatives aux réponses utilisées (par exemple lapréparation à utiliser les mains pour répondre) ; (e) l’activation des règlesde réponse (exemple : si le chiffre est pair alors appuyer sur la touchede droite) ; (f) l’ordre des actions si la tâche implique plusieurs actionssuccessives. Ces différents éléments peuvent être considérés comme desparamètres du système qui sont modifiés lorsque la tâche change (Meiran,2000, 2010).

L’adoption d’un set lié à une tâche dépend des prédispositions dusujet (familiarité, récence d’exécution de la tâche), de ses intentions, et defacteurs externes inhérents au stimulus (Monsell, 1996). Un set est doncen partie contrôlé de manière endogène (lié à une intention), mais il estégalement conduit de manière exogène par l’environnement. Ainsi, face àun stimulus tel que ceux utilisés dans la tâche de Stroop (Stroop, 1935),c’est le set lié à l’activité de lecture qui est activé automatiquement par leslettres ; pour pouvoir nommer la couleur de ces lettres, le contrôle cognitifconsiste à activer et maintenir le set associé à la tâche de dénomination dela couleur face à cette activation conflictuelle.

2.5. Le contrôle du set : le dilemme stabilité/flexibilitéL’activation du set peut avoir une origine exogène ou endogène. Lorsqueles affordances externes et les buts internes ne coïncident pas, il doit y avoirmise en œuvre d’un contrôle endogène afin d’assurer une certaine stabilité

2La terminologie précisément utilisée dans la littérature pour désigner cette configuration du système spécifiquede la tâche est task-set, qu’on peut donc traduire par « set associé à la tâche ». La notion de task-set est en faitune version plus précise du mental-set. Le task-set correspond au set mental utilisé pour une tâche.



du set actif, en limitant les possibilités des stimuli externes de déclencherun set inapproprié, donc une action incompatible avec le but actuel. Lecontrôle consiste ici à maintenir le set adopté initialement en accord avecle but de la tâche face aux sollicitations externes.

Toutefois, dans un environnement incertain et changeant, il peut êtreinapproprié de maintenir un set donné. En effet, si la résistance auxinterférences est nécessaire pour conduire à terme une activité de façonefficace, sans interruption inopportune du fait des stimulations externes,il est important de maintenir un minimum de sensibilité aux stimuliextérieurs pouvant indiquer un danger ou un changement de priorité parrapport au but actuel. Le contrôle endogène exercé doit donc être optimumafin de garantir une flexibilité minimum permettant au système de réagirà un évènement externe important et d’adopter rapidement un nouveauset (Allport, 1989 ; Bonnin, Gaonac’h, & Bouquet, 2011 ; Goschke, 2000,2003). Les processus de contrôle s’exercent donc ici à trois niveaux : laconfiguration endogène du système, le maintien de cette configurationface à d’éventuelles interférences, et le dosage de la force de maintien decette configuration, afin de garantir le rapport approprié entre flexibilité etstabilité (Bonnin et al., 2011).

3. PERTINENCE DU PARADIGME DE PERMUTATIONDE TÂCHES POUR L’ÉTUDE DU CONTRÔLE DU SET

Un moyen d’explorer en laboratoire l’interaction complexe entre le contrôleendogène et les influences exogènes consiste à demander aux sujetsd’effectuer des changements fréquents entre une tâche A et une tâche B,et à examiner le coût lié à ces changements. Un résultat classique est que laperformance, en termes de Temps de Réaction (TR) ou d’erreur, est altéréequand un sujet effectue la tâche A après avoir effectué la tâche B (séquenceBA), comparativement à un essai dans la tâche A précédé d’un essaidans la même tâche (séquence AA) : c’est le coût de permutation (switchcost).

Une première version du paradigme de permutation de tâche a étéproposée par Jersild en 1927. Les participants disposaient de listes denombres à deux chiffres. Dans une condition, ils devaient effectuer toujoursla même opération sur ces nombres (par exemple ajouter 3, ou soustraire 3)et rapporter le résultat à haute voix. Dans une autre condition, ils devaientalterner entre addition et soustraction. Le temps mis par les participantspour parcourir la liste dans la condition d’alternance était supérieur à celui



observé dans la condition où ils effectuaient toujours la même opération.Le coût associé à des changements de tâche a ensuite été mis à nouveau enévidence par Spector et Biederman (1976), et plus récemment par Allportet al. (1994) puis par Rogers et Monsell (1995).

3.1. Les études princeps sur la permutation de tâche :le rôle du délai de préparationAllport et al. (1994) ont décrit une série d’expériences fondées surune procédure similaire à celles utilisées par Jersild (1927) ou Spectoret Biederman (1976). Leur apport original portait entre autre sur lamanipulation du délai entre la réponse à un stimulus et la présentation dustimulus suivant ou RSI (Response-Stimulus Interval), qui pouvait varierd’un essai à l’autre. L’objectif de ces auteurs était de tester l’hypothèse selonlaquelle le coût observé en condition d’alternance est lié aux contraintes ducontrôle exécutif. Si des processus exécutifs sont nécessaires pour effectuerun changement de tâche, et si le coût reflète la durée de ces processus, alorsaugmenter le RSI devrait se traduire par une réduction du coût. En effet,la séquence des tâches étant prédictible (l’alternance entre les tâches estrégulière), augmenter le RSI revient à augmenter le délai de préparationavant l’exécution de la tâche. Les résultats obtenus n’ont pas confirmé cettehypothèse : il n’y a pas d’effet probant du RSI sur le coût.

De ces résultats, Allport et al. (1994) concluent que le coût constaté dansles conditions d’alternance ne serait pas lié à la mise en jeu de processusexécutifs. L’hypothèse alternative proposée – connue aujourd’hui sous lenom d’hypothèse de l’inertie de la tâche (task set inertia hypothesis) – estque lors d’un changement de tâche, la performance dans la nouvelle tâcheest altérée du fait d’une interférence proactive ou inertie du set de la tâcheprécédente. En d’autres termes, le set mis en place pour exécuter une tâcheperdurerait au-delà de cette exécution, mais déclinerait progressivement etde façon passive, et de cette inertie résulterait une interférence avec la miseen place d’un nouveau set (Allport et al., 1994 ; Allport & Wyllie, 2000 ;Sohn & Carlson, 2000). Une variante de cette dernière hypothèse est que laréalisation d’une tâche s’accompagne d’une inhibition du set lié à la tâcheconcurrente, et que cet état d’inhibition perdurerait dans le temps (Allportet al., 1994 ; Allport & Wyllie, 1999).

Cependant, Rogers et Monsell (1995), en utilisant un autre paradigme,ont par la suite apporté des arguments forts en faveur de l’hypothèse quele ralentissement constaté lors des essais de permutation reflète le délai demise en œuvre des processus de contrôle nécessaires à la reconfiguration du



système pour établir le set adapté à une nouvelle tâche. Dans leur étude, despaires de stimuli constitués d’une lettre et d’un chiffre étaient présentées, etla tâche effectuée portait soit sur la lettre (déterminer s’il s’agit d’une voyelleou d’une consonne), soit sur le chiffre (déterminer s’il est supérieur ouinférieur à 5). La nature de la tâche à réaliser était indiquée au participant,à chaque essai, par l’emplacement de la paire de stimulus dans un ensemblede 4 carrés (Figure 1).

L7 3G

8E 4U

a b c d

Figure 1. Exemple d’une série de 4 essais successifs (a, b, c, d) dans le protocole utilisépar Rogers et Monsell (1995). Lorsque les stimuli apparaissent dans les carrés supérieurs(a, b), la tâche est réalisée sur la lettre. Lorsque les stimuli apparaissent dans les cases dubas, la tâche est réalisée sur le chiffre. La succession des positions procède dans le sensdes aiguilles d’une montre. Les essais b et d correspondent à des essais de répétition dela tâche, et les essais a et c à des essais de permutation.

Figure 1. An example of four successive trials (a, b, c, d) in the alternating run proceduredeveloped by Rogers and Monsell (1995). Stimuli appeared in a 2x2 grid. Participantswere required to perform the letter task when the stimuli appeared in either of the toptwo positions and the digit task when the stimuli appeared in either of the bottom twopositions. Successive displays moved clockwise through the grid. Trials b and d are taskrepetition trials ; trials a and c are task switch trials.

On remarquera que, dans les protocoles précédemment décrits (Allportet al., 1994 ; Jersild, 1927 ; Spector & Biederman, 1976), la mesure ducoût était obtenue par comparaison de la performance globale mesuréedans la condition d’alternance, où les sujets réalisent deux tâches, avec laperformance globale mesurée dans des « blocs simples », où les sujets neréalisent qu’une seule tâche. La condition d’alternance implique donc lemaintien en mémoire des règles, buts ou stimuli relatifs aux deux tâches,alors que dans les conditions de non-alternance, il ne faut maintenir activesque les informations relatives à une seule tâche, ce qui constitue, dans lacondition d’alternance, une contrainte supplémentaire, qui est de naturedifférente de celle imposée par le changement de tâche lui-même3. Cette

3Cet effet se reflète d’ailleurs dans ce que l’on dénomme le « coût mixte » (Rubin & Meiran, 2005). Le coûtmixte désigne l’altération des performances aux essais de répétition dans un bloc comportant plusieurs tâches,



contamination est évitée dans la tâche de Rogers et Monsell, puisqu’en cecas les deux types de performance (permutation et répétition) sont évaluésà l’intérieur d’un même bloc d’essais, où les sujets effectuent les deuxtâches.

L’une des principales manipulations réalisées par Rogers et Monsell(1995) consistait à varier le RSI. À la différence de l’expérience d’Allportet al. (1994), dans laquelle ce délai variait d’un essai à l’autre, Rogers etMonsell (1995) ont contrasté des blocs d’essais successifs pour lesquelsle RSI était différent d’un bloc à l’autre, mais constant à l’intérieur d’unmême bloc. Dans plusieurs expériences ils ont observé, contrairement àAllport et al. (1994), un effet significatif de l’allongement du délai depréparation : l’augmentation du RSI avait pour effet de réduire le coût depermutation. Ce résultat conforte donc l’idée que le coût de permutationreflète la mise en œuvre de processus de contrôle exécutif. Rogers et Monsell(1995) ont suggéré plus précisément que le coût de permutation reflète ledélai de mise en œuvre d’un processus de contrôle endogène nécessaireà la reconfiguration du système cognitif : avec l’allongement du délai depréparation, ce processus peut prendre place avant la présentation dustimulus, d’où la réduction du coût. Les résultats d’Allport et al. (1994)peuvent s’expliquer par le fait que les participants, lorsque le délai varied’un essai à l’autre de manière imprévisible, ne peuvent savoir si le délaisera suffisant pour effectuer une reconfiguration avant la présentation dustimulus : ils adopteraient alors systématiquement une stratégie consistantà attendre la présentation du stimulus pour s’engager dans le changementde set, et ne tireraient donc pas bénéfice de l’allongement du délai depréparation.

Cependant, l’effet de l’augmentation du délai de préparation sur lecoût de permutation observé par Rogers et Monsell (1995) pourraitêtre confondu avec une réduction de l’interférence liée à l’inertie du setprécédent. En effet, leur manipulation du délai de préparation consistaità augmenter l’intervalle entre deux essais. Ceci donnait plus de temps pourse préparer aux changements de tâche, puisque l’ordre des tâches était fixé,mais ceci pouvait aussi réduire l’influence potentielle d’une d’inertie du setprécédent (Allport et al., 1994 ; Allport & Wyllie, 2000 ; Sohn & Carlson,2000).

Les travaux de Meiran (1996) sont toutefois venus confirmer l’hypothèsede Rogers et Monsell (1995). Cet auteur a utilisé une nouvelle versiondu paradigme de permutation de tâche visant à manipuler le délai

comparativement à la performance dans un bloc impliquant une seule tâche. Il constitue un phénomène distinctdu coût de permutation.



Indice Stimulus Réponse Indice Stimulus

CSI1710/216 ms

TR??? ms

RCI132/1632 ms

CSI1716/216 ms

temps

RSI = 1848 ms

Figure 2. Paradigme de permutation de tâche avec indice (Meiran, 1996). L’ordre destâches est aléatoire et la tâche à effectuer est précisée à chaque essai par un indice(flèches) présenté avant le stimulus (point noir). Dans le cas des flèches verticales, le sujetdoit répondre en fonction de la localisation du stimulus par rapport à l’axe horizontal(au dessus ou en dessous ?). Dans le cas des flèches horizontales, le sujet doit répondreen fonction de la localisation du stimulus par rapport à l’axe vertical (le stimulus est-ilà droite ou à gauche ?). Le délai indice-stimulus (CSI : cue-stimulus interval) varie,mais l’intervalle réponse-indice (RCI : response-cue interval) varie à l’inverse, ce quipermet de maintenir constant l’intervalle entre la réponse et le stimulus suivant (RSI :response-stimulus interval).

Figure 2. The cuing task switching paradigm (Meiran, 1996). The order of tasks israndom, and the currently relevant task is signalled by a task cue presented beforestimulus onset. Vertical arrows require an up versus down discrimination of stimulusposition. Vertical arrows require a right versus left discrimination. The Cue StimulusInterval (CSI) varies while keeping the response stimulus interval (RSI) constant.

de préparation tout en contrôlant l’influence de l’inertie de la tâcheprécédente. Dans cette épreuve, l’ordre des tâches était aléatoire, et la tâcheà exécuter était signalée par un indice présenté avant l’arrivé du stimulus.Le délai entre l’indice et le stimulus (délai de préparation) était variable,mais le RSI (délai entre deux tâches successives) était maintenu constant enmodifiant corrélativement l’intervalle réponse-indice (Figure 2).

Cette procédure présente donc l’avantage de mesurer un effet del’augmentation du délai de préparation (augmentation de l’intervalleindice-stimulus) qui ne serait pas contaminé par une éventuelle réductionde l’interférence liée à l’inertie de la tâche précédente. Différentes étudesutilisant cette procédure ont confirmé l’existence d’une réduction du coûtde permutation avec l’allongement du délai de préparation (ex. Bonnin



et al., 2011 ; Liefooghe, Demanet, & Vandierendonck, 2009 ; Rubin &Koch, 2006). Ces résultats permettent de défendre l’idée que le coût depermutation reflète le temps de mise en œuvre et l’efficience d’un processusde reconfiguration prenant place avant l’arrivée du stimulus.

3.2. Le processus de reconfigurationD’après l’hypothèse de reconfiguration, la part « exécutive » du coût depermutation refléterait un processus fonctionnel particulier intervenantpour assurer le changement de configuration nécessaire à la réalisationd’une nouvelle tâche (par ex. Meiran, 1996 ; Monsell, 2003). En d’autrestermes, parce que la tâche change, un contrôle doit être mis en œuvreafin d’effectuer ce changement. Ainsi, comme le notent Monsell et Driver(2000), le coût de permutation semble offrir « un indice des processus decontrôle impliqués dans la reconnexion et la reconfiguration des différentsmodules de notre cerveau, de façon à réaliser une tâche plutôt qu’une autrepour une même stimulation » (Monsell & Driver, 2000, p. 16).

Dans cette perspective, les essais de permutation ont un statutparticulier en ce sens qu’ils impliquent, à la différence des essais où latâche se répète, des processus nécessaires à la reconfiguration du système,à l’établissement d’un nouveau set. Un set a donc besoin d’être établilors d’un changement de tâche, et une fois cette configuration établie,elle va persister, tant que la tâche demeure inchangée. C’est pourquoi lesessais de permutation nécessitent un coût cognitif supplémentaire, quis’exprime par exemple par une augmentation du TR lors de l’exécution dela tâche. Les différentes études sur la permutation de tâche suggèrent quele contrôle exécutif nécessaire à la reconfiguration implique entre autres larécupération en mémoire du but de la tâche, l’activation et le maintien enmémoire de l’information pertinente, la récupération des règles S-R, ainsique l’inhibition des informations non-pertinentes, (Mayr & Keele, 2000 ;Mayr & Kliegl, 2003 ; Meiran, 2000 ; Rubinstein, Meyer, & Evans, 2001).

Des travaux sont venus néanmoins questionner la pertinence de cesépreuves de permutation en suggérant que le coût de permutation étaiten fait lié au traitement de l’indice, puisqu’un essai de permutations’accompagne d’un changement d’indice alors qu’un essai de répétitionse caractérise par une répétition de l’indice. Logan et Bundesen (2003)ont utilisé une procédure avec deux indices par tâche, permettant ainsid’obtenir des essais de répétition avec changement d’indice. Ils ontmontré dans un premier temps qu’il n’existait plus de différence entreles essais de permutation et les essais de répétition lorsque ces derniers



impliquaient également un changement d’indice (voir aussi Schneider& Logan, 2005). Cependant, plusieurs études contrôlant l’impact duchangement d’indice ont par la suite montré qu’un coût de permutationspécifique du changement de tâche pouvait être obtenu (Altmann, 2006 ;Gade & Koch, 2008 ; Monsell & Mizon, 2006 ; Schneider & Logan, 2011).Il faut retenir cependant que l’utilisation de deux indices par tâche estrecommandée pour contrôler l’effet lié au changement d’indice (Schneider& Logan, 2011).

3.3. Le coût de permutation résiduelet l’hypothèse d’interférenceUn résultat important ressortant de ces études est qu’au-delà d’un certaindélai de préparation, le coût de permutation cesse de décliner. Ainsi,même pour des délais de préparation supérieurs à 1 000 ms, un coût depermutation demeure présent (Meiran, 1996 ; Meiran & Chorev, 2005).Plusieurs explications ont été proposées pour expliquer l’origine de ce coûtde permutation résiduel.

Selon certains auteurs, le coût de permutation résiduel refléterait le faitque le processus de reconfiguration ne peut s’achever qu’après l’arrivée dustimulus (Meiran, 1996 ; Roger & Monsell, 1995). Ceci correspondrait doncà une composante exogène de la reconfiguration déclenchée par le stimulus.Une variante de cette hypothèse est que la réduction partielle du coût depermutation sous l’effet de l’allongement du délai de préparation reflètebien la mise en œuvre anticipée du contrôle nécessaire à l’établissementdu nouveau set, mais que ce processus ne permet pas de contrecarrerl’interférence liée à l’inertie du set précédent (Monsell, 2005 ; Ruthruff,Remington, & Johnston, 2001).

En fait, ce coût de permutation résiduel peut s’expliquer égalementpar une interférence proactive de la tâche précédente (dans la lignée del’hypothèse de l’inertie du set vue plus haut). Le set ou des traitements liésà la tâche concurrente seraient notamment activés de façon exogène par lestimulus (Ruthruff et al., 2001 ; Waszak, Hommel, & Allport, 2003 ; Waszak,& Hommel, 2007). Waszak et al. (2003) ont développé un paradigmede permutation dans lequel un même ensemble de stimuli pouvait êtrerencontré dans deux tâches différentes, tandis qu’un autre ensemble destimuli n’était rencontré que dans une seule des deux tâches. Il apparaît quelors d’un changement de tâche, si le stimulus présenté a déjà été rencontrédans le contexte de la tâche concurrente, le coût de permutation est plusélevé que si le stimulus n’a été traité que dans le contexte de la tâche en



cours. Cette forme de priming liée aux associations stimulus-tâche pourraitdonc expliquer le coût de permutation résiduel (voir cependant Yeung& Monsell, 2003). Dans ce cadre, la situation de changement de tâcheimpliquerait notamment des processus de contrôle sollicités pour gérerles interférences liées à l’existence et l’exécution d’une tâche concurrente(Allport et al., 1994 ; Waszak et al., 2003).

Alors que la réduction du coût de permutation avec l’allongement dudélai de préparation plaide en faveur de l’hypothèse de reconfiguration, lestravaux sur le coût de permutation résiduel suggèrent que l’interférenceentre les tâches joue probablement un rôle important. À ce jour le débatsubsiste quant à l’origine du coût de permutation et quant aux processus decontrôle sollicités dans un changement de tâche. Il peut s’agir notammentde processus de contrôle nécessaires à la reconfiguration ou bien nécessairesà la gestion de l’interférence entre les tâches (pour une récente revue surce point voir Vandierendonck, Liefooghe, & Verbruggen, 2010). Il n’estpas exclu que les deux types de processus coexistent (Vandierendonck etal., 2010), voire soient étroitement liés. Le contrôle de l’activation du setpourrait en effet ne pas s’effectuer sur un mode tout ou rien, mais définirun certain degré d’activation du set pertinent, ce qui serait déterminantdans le degré d’interférence entre les sets (Bonnin et al., 2011 ; Waszak,2010). La reconfiguration du système peut aussi d’une certaine manière êtreconsidérée comme ayant pour objectif de diminuer l’interférence (Goschke,2000 ; Vandierendonck et al., 2010). Au final, quelle que soit la positionadoptée (interférence ou reconfiguration), le changement de tâche impliquedes processus de contrôle.

3.4. Bases neurales de la permutation de tâcheDes travaux ont tenté d’identifier les substrats neuronaux associés à lapermutation. Comme dans les études comportementales, ces études ontadopté notamment une approche où le contraste entre les essais depermutation et les essais de répétition permet d’isoler l’activité cérébraleassociée au changement de tâche, en la distinguant de celle liée à laréalisation de la tâche proprement dite.

Une telle approche a révélé un réseau fronto-pariétal, incluant lecortex préfrontal ventro-latéral et dorsolatéral, ainsi que l’aire motricesupplémentaire et les cortex pariétaux inférieur et supérieur (Crone,Wendelken, Donohue, & Bunge, 2006 ; MacDonald, Cohen, Stenger, &Carter, 2000 ; Ravizza & Carter, 2008). Des résultats suggèrent égalementl’implication de réseaux sous-corticaux comme les ganglions de la base(Crone et al., 2006). Ces données s’accordent avec la vision d’un réseau



exécutif distribué plutôt que circonscrit aux régions antérieures ducerveau (Aron, 2008). L’activité cérébrale associée à la permutation semblecependant dépendre de la nature des tâches effectuées ainsi que du type depermutation (changement de règle S-R, de dimension pertinente, . . .), cequi rend pour le moment difficile de délimiter un réseau spécifique (pourune récente revue des bases neurales du set lié à une tâche, voir Sakai, 2009).

En utilisant le paradigme avec indice, des études récentes ont cherchéà identifier le réseau sollicité spécifiquement lors de la préparation à latâche, en s’intéressant précisément à l’activité mesurée entre la présentationde l’indice et la présentation du stimulus. Ces études pointent un rôleparticulier des régions préfrontales latérales, qui pourraient notammentcontribuer à la représentation du but de la tâche (Brass & von Cramon,2004 ; Jamadar, Hughes, Fulham, Michie, & Karayanidis, 2010).

Enfin on peut noter une récente étude de Hedden et Gabrieli (2010)qui a cherché à déterminer des substrats spécifiques de l’inhibition etde la permutation, toutes deux évaluées dans une même épreuve. Unréseau spécifique de l’inhibition est clairement identifié, notamment unréseau fronto-pariétal latéralisé à droite. En revanche la permutationengage de façon préférentielle un réseau fronto-pariétal gauche (incluantle cortex préfrontal dorsolatéral et le lobule pariétal inférieur), mais qui estégalement sollicité dans l’inhibition. Ces résultats tendraient à confirmerl’importance de la gestion de l’interférence dans la permutation (Kiesel etal., 2010 ; Vandierendonck et al., 2010).

4. APPORTS DES ÉTUDES SUR LAPERMUTATION DE TÂCHE

L’intérêt premier du paradigme de permutation de tâche est qu’il permet,à travers le coût de permutation, de dissocier empiriquement les processuspermettant d’établir ou maintenir la configuration du système en accordavec le but de la tâche (le set lié à la tâche), de ceux responsables del’exécution de cette tâche.

Les opérations mises en œuvre lors d’un changement de tâche restentà déterminer de façon précise, mais les travaux qui viennent d’être passésen revue suggèrent que le coût de permutation reflète bien la miseen œuvre de processus de contrôle exécutifs (reconfiguration, maintien,gestion de l’interférence. . .), dont l’efficience dépend de facteurs endogènes(préparation volontaire) et exogènes (récence de la tâche à exécuter,ambiguïté du stimulus. . .). L’étude des performances dans une situation



de changement de tâche peut donc permettre d’apprécier la manière dontune tâche est représentée, et d’étudier les processus du contrôle cognitif misen jeu pour réguler le système en accord avec le but de cette tâche.

4.1. Le rôle et les conditions d’établissement d’unereprésentation de la tâcheLes expériences en psychologie consistent en principe à contraindre le com-portement de l’individu, qui doit réaliser des réponses prédéterminées à desstimuli spécifiés. L’action volontaire entre en jeu ici quand les participantsécoutent les instructions et s’organisent intentionnellement pour réaliserdes actions selon certaines contraintes. Toute expérience implique doncune étape où est établie une structure intentionnelle, suivie d’une étapede réalisation. Comme le souligne Monsell (1996), c’est généralement laseconde étape qui est l’objet de l’expérience. Le paradigme de permutationde tâche cherche à comprendre comment se réalise cette « performance »du sujet, qui s’organise à partir d’instructions pour réaliser la tâche. Lesexpériences sur les permutations reposent sur le présupposé que le sujetdéveloppe et utilise une représentation abstraite de la tâche, en termes debut et de règles, plutôt qu’en termes de liens stimulus-réponse spécifiques.La première question qui se pose alors est celle de l’existence d’une tellereprésentation de la tâche au sein du système cognitif, surtout dans dessituations appauvries telles que les épreuves de permutation de tâche.

Dans la plupart des épreuves de permutation, chaque tâche est définiepar un indice, avec un nombre réduit de tâches et de stimuli. Lesparticipants peuvent donc potentiellement apprendre la réponse associéeà chaque stimulus, convertissant ainsi ce qu’on leur présente commedeux tâches distinctes (avec chacune ses propres règles) en une seuletâche impliquant un ensemble d’associations indice-stimulus-réponse. Side telles associations indice-stimulus-réponse déterminent la performance,alors l’introduction de nouveaux stimuli devrait dégrader la performancejusqu’à ce que ces nouvelles combinaisons soient également apprises(Monsell, 2005). Or, Rogers et Monsell (1995, Expérience 1) n’observentpas une telle perturbation quand un nouvel ensemble de stimuli (denouvelles consonnes, dans le cadre du paradigme présenté Figure 1)est introduit après deux jours d’entraînement. De la même manière,Monsell (2005) rapporte une expérience où les participants devaient classerdes stimuli d’un ensemble de seulement 4 chiffres comme pair/impairou inférieur/supérieur à 5, sur la base de la couleur du fond d’écran.Quand, après 700 essais, un ensemble de 4 autres chiffres est introduit,



la performance est seulement perturbée de manière transitoire. Parailleurs, un second groupe de participants recevait la consigne d’apprendreles associations indice-stimulus-réponse (si tel indice et tel stimulusapparaissent, alors produire telle réponse). La performance de ce groupeest apparue nettement plus pauvre que celle du groupe précédent. Cesdonnées attestent de l’existence d’une représentation de la tâche compatibleavec la notion de set, et suggèrent aussi qu’une telle représentation favoriseglobalement la performance. Un faible nombre de stimuli semble toutefoispréjudiciable à l’établissement d’une telle représentation, favorisant plutôtdes apprentissages indice-stimulus-réponse qui vont en revanche réduire lecoût de permutation (Kray & Eppinger, 2006 ; Monsell, 2005).

Le set a notamment pour fonction d’orienter le système vers unetâche donnée, en le protégeant des interférences. Dans une récente étude,Dreisbach et Haider (2009) ont évalué la résistance du système cognitifà l’information interférente, selon que les participants mémorisaient desassociations stimulus-réponse ou utilisaient un set lié à la tâche (applicationd’une règle). Les stimuli (cibles) présentés étaient des noms de vêtements,accompagnés d’images distractrices (images de vêtements ou imagesd’animaux). Dans la condition set, la tâche consistait à appuyer sur lebouton de gauche si le mot correspondait à un vêtement couvrant unepartie des jambes, et sur le bouton de droite dans le cas contraire. Dansla condition « associations stimulus-réponse » les participants apprenaientune correspondance entre chaque nom de vêtement et une réponse. Laperformance des participants dans la condition « stimulus-réponse » étaitperturbée par tous les distracteurs, tandis que celle des participants de lacondition set n’était perturbée que par les distracteurs sémantiquementassociés aux mots cibles (image d’un vêtement). La représentation d’unetâche qui s’appuie sur l’activation d’un set favorise donc le traitement del’information pertinente, en protégeant le système cognitif du traitementde l’information non pertinente (Dreisbach & Haider, 2009 ; voir égalementDreisbach, Goschke, & Haider, 2007).

D’autres travaux sur la permutation soulignent par ailleurs l’implicationde la parole interne (inner speech) dans cette représentation de la tâche(pour une revue, voir Gruber & Goschke, 2004). Après la présentationd’un indice indiquant la tâche à effectuer, le coût de permutation est réduitsi les sujets adoptent une stratégie consistant à nommer cette tâche, maisil est augmenté si on empêche les sujets de la nommer en leur demandantde prononcer un mot sans rapport avec l’épreuve (Goschke, 2000). Demême, l’utilisation d’indices verbaux réduit le coût de permutation,comparativement à des indices picturaux (Arbuthnott & Woodward,2002). La verbalisation pourrait notamment favoriser la représentation



du but de la tâche, confirmant le rôle attribué au langage dans le contrôleexécutif (Ardila, 2008 ; Gruber & Goschke, 2004 ; Luria, 1973).

L’activation de la représentation du but serait selon différents modèlesl’étape première du contrôle (Botvinick, Braver, Barch, Carter, & Cohen2001 ; de Jong, Berendsen, & Cools, 1999 ; Meyer & Kieras, 1997 ; Shallice &Burgess, 1991), voire une fonction essentielle du contrôle sous-tendue parun réseau neuronal spécifique (Gruber & Goschke, 2004). L’idée est qu’àpartir d’informations relatives au but s’effectuerait une modulation ou unréglage du fonctionnement du système cognitif.

Kleinsorge et Heuer (1999) ont cherché justement à caractériser lecontrôle dans une épreuve de permutation impliquant une organisationhiérarchique des tâches. Cette organisation prenait la forme suivante : deschiffres étaient présentés au participant, qui était amené soit seulement àsélectionner un type de jugement (jugement sur la valeur du chiffre ou sursa position), soit à adopter aussi un type d’appariement entre ce jugementet la réponse (bouton de réponse en fonction du jugement effectué). Letype de jugement devait donc alors être déterminé en premier, suivi dumode de réponse. Les résultats ont montré que c’est le changement du typede jugement qui était associé au coût de permutation le plus important :un changement du mode de réponse augmentait le coût de permutationquand le type de jugement demeurait constant, mais réduisait le coût depermutation quand le type de jugement changeait également. Le coût depermutation est donc moins important quand tous les paramètres de latâche changent que quand un seul paramètre change. Ce résultat paradoxalpeut s’expliquer par la mise en œuvre de processus tels que lorsque lebut de la tâche change (changement du type de jugement) les paramètresd’un niveau inférieur sont également modifiés. Si ces derniers paramètresdemeurent inchangés malgré le changement au niveau supérieur, ils doiventalors être rétablis dans leur état précédent, d’où le coût supplémentairelorsque seulement le but change. Ce résultat met en évidence une organisa-tion hiérarchique de la tâche au sein du système cognitif (voir aussi Klein-sorge, Heuer, & Schmidtke, 2002), et on observe donc ici en conséquence lasignature d’un contrôle se propageant au sein de cette organisation.

4.2. L’inhibition rétroactive du setAllport (Allport et al., 1994 ; Allport & Wylie, 2000) a proposé quel’inertie du set lié à la tâche précédente puisse inclure une inhibition d’uneéventuelle tâche concurrente. Lors de la réalisation d’une tâche A, la miseen place du set de cette tâche s’accompagnerait de l’inhibition d’une tâche Bconcurrente, et cette inhibition du set lié à la tâche B concurrente pourrait



persister dans le temps. La réalisation d’une tâche B après la tâche Apourrait alors être perturbée du fait que le set lié à la tâche B a été inhibélors de la réalisation de A.

Mayr et Keele (2000) ont mis en évidence au niveau comportementalcette inhibition du set lié à une tâche concurrente. En utilisant 3 tâches A,B, et C, ils ont montré que le TR mesuré lors de la permutation vers la tâcheA dans une séquence de tâches ABA, est plus important que celui mesurélors de la permutation vers la tâche A dans une séquence CBA (Figure 3).Cet allongement serait lié au fait que revenir à la tâche A après la tâche B,dans une séquence ABA, serait rendu plus difficile par le fait que la tâcheA, qui a été récemment abandonnée, souffre d’une inhibition résiduelle,contrairement à la même tâche A dans une séquence CBA. Il y aurait doncinhibition du set associé à la tâche précédente lors de la réalisation d’unenouvelle tâche.

Il est important de noter que le ralentissement constaté dans uneséquence ABA, comparativement à une séquence CBA, se manifesteindépendamment de l’identité des stimuli présentés dans la séquence (Mayr& Keele, 2000, Expérience 2). Cette inhibition se distingue de l’inhibition dustimulus distracteur responsable du phénomène d’amorçage négatif. Elleporte sur l’identité de la tâche et non le stimulus.

Une telle inhibition du set précédemment pertinent prendrait place lorsde la préparation à une nouvelle tâche, et non pas lors de son exécution.En effet, Mayr & Keele (2000) n’ont constaté l’inhibition du set précédent(à travers l’observation du phénomène d’inhibition résiduelle) que quand lesujet avait la possibilité de se préparer à la tâche à effectuer, grâce à un indiceindiquant l’identité de la tâche avant la présentation du stimulus. Cetteinhibition rétroactive a été mise en évidence de façon similaire dans destravaux ultérieurs confirmant le rôle de la préparation dans son occurrence(Arbuthnott, 2005 ; Arbuthnott & Woodward, 2002 ; Gade & Koch, 2008 ;Grange & Houghton, 2009 ; Schuch & Koch, 2003 ; Sdoia & Ferlazzo, 2008 ;pour revue voir Koch, Gade, Schuch, & Philipp, 2010).

Certains résultats ont remis en cause le lien entre inhibition rétroactiveet préparation. Il a été en effet montré que l’effet d’inhibition résiduelledisparaissait suite à l’introduction d’essais No-Go où les participants nedevaient pas produire leur réponse (Schuch & Koch, 2003). Si dans uneséquence de tâches de type ABA, la réponse n’est pas exécutée lors de latâche B, l’effet d’inhibition résiduelle est absent. On pourrait donc conclureque c’est lors de l’exécution de la réponse que prend place l’inhibition duset précédent. On peut toutefois questionner la validité de cette conclusioncar les mécanismes inhibiteurs prenant place lors d’un essai No-Go (Kok,1999) pourraient interagir avec les processus de contrôle du set. De récents



Essai n

Essai n-1

Essai n-2

orientation

couleur

mouvement couleur

Contrôle :pas de répétitionde la tâche n-2

« Inhibition » :répétition

de la tâche n-2

Figure 3. Exemple de deux séquences de trois essais de l’étude de Mayr et Keele(2000). Il y a un changement de tâche à chaque essai. Les trois tâches « couleur »,« mouvement » et « orientation » consistent respectivement à trouver le stimulus quidiffère des trois autres par sa couleur, son mouvement ou son orientation. Dans laséquence contrôle à gauche (séquence de type CBA), la tâche à l’essai n diffère de celleà l’essai n-2. Dans la séquence “inhibition” à droite (séquence de type ABA), la tâche àl’essai n est la même que celle à l’essai n-2.

Figure 3. Example of possible sequences in Mayr and Keele (2000) study. The taskchanged every trial. There were three tasks in which participants had to detect andlocate a deviant object on a prespecified dimension (color, motion, or orientation). Inthe control condition (left side of the figure), the task on trial n was different from thetask on trial n-2 (CBA sequence). In the “inhibition” condition (right), the task on trialn was performed on trial n-2 (ABA sequence).

résultats montrent finalement que si seulement un indice annonçant latâche est donné, sans que le participant ne donne de réponse, une inhibitionrétroactive peut toujours être mise en évidence (Lenartowicz, Yeung, &Cohen, 2011).



Enfin on peut noter que cette inhibition rétroactive est mise en œuvremême lorsque le sujet est informé au préalable de la séquence complètede tâches (Mayr, 2009 ; Mayr & Keele, 2000, Expérience 3). Ce processusd’inhibition serait donc déclenché de manière automatique, suite à la miseen œuvre de certains processus de contrôle : ceux mis en place quand lapréparation à un changement de tâche est possible.

Ces travaux révèlent donc une forme d’inhibition spécifique portantsur le set, se distinguant des formes d’inhibition plus connues concernantune réponse ou un stimulus spécifique. Par ailleurs, cette composante ducontrôle qu’est l’inhibition rétroactive semble mise en œuvre de façonautomatique suite à l’intention du sujet de réaliser une tâche.

4.3. Le contrôle dans la résolution des conflitsDivers modèles considèrent que les processus de contrôle sont notammentimpliqués dans la résolution du conflit entre des traitements ou réponsesconcurrentes (Botvinick et al., 2001 ; Miller & Cohen, 2001 ; Shallice, 1988).Les effets de congruence tels que mesurés dans la tâche de Stroop sontainsi utilisés comme un indice des processus de contrôle intervenant dansla gestion du conflit (Botvinick et al., 2001).

Un stimulus bivalent de type Stroop comporte deux dimensions quipeuvent évoquer chacune une tâche différente. Classiquement, un stimulusincongruent associé à une réponse différente dans chaque tâche (parexemple le mot rouge écrit à l’encre verte) induit un temps de réponse(TR) plus long par rapport à un stimulus congruent qui évoque la mêmeréponse dans les deux tâches (rouge écrit en rouge). On considère quepour un stimulus incongruent il existe un conflit de réponse à l’originede l’allongement du TR4. Des études sur la permutation de tâche ontnotamment contribué à clarifier l’origine de ces effets de congruence.Au-delà de la mesure du coût de permutation, les épreuves de permutationoffrent en effet un cadre particulièrement intéressant pour analyser ceseffets de congruence, qui relèvent d’un conflit entre les règles d’associationsstimulus-réponse de deux tâches différentes.

Tout d’abord, plusieurs expériences ont montré que dans le contexted’une épreuve de permutation de tâche, des stimuli bivalents, qu’ils soientcongruents ou incongruents, pouvaient induire des TR plus longs que desstimuli univalents (à une seule dimension ou dont la seconde dimension

4Dans les épreuves de permutation, l’effet de congruence mesuré par le taux d’erreur refléterait plutôt une erreurde sélection de la tâche (Meiran & Kessler, 2008).



n’évoque aucune réponse) (Waszak, Wenke, & Brass, 2008 ; pour revuevoir Kiesel et al., 2010). Un tel résultat indique clairement qu’un conflit alieu en amont du conflit de réponse, au niveau du set associé à la tâche.S’il s’agissait seulement d’un conflit de réponse, les stimuli congruentsdevraient produire des TR au moins équivalents à ceux obtenus pourles stimuli univalents. Le contraste entre stimuli bivalents et univalentsreflète donc un conflit entre les sets, alors que le contraste entre stimulibivalents congruents et incongruents reflète un conflit de réponse. Sur cettebase, Steinhauser et Hübner (2009) ont réalisé une analyse de distributionex-gaussienne des TR obtenus dans une épreuve de permutation de tâche.Leur analyse a montré que le conflit entre les tâches et le conflit de réponsen’affectaient pas les mêmes paramètres de la distribution, confirmant ladistinction entre ces deux sources de conflit.

Ces effets d’interférence entre les tâches montrent donc que mêmelorsqu’une tâche n’est pas pertinente à un instant donné, le set associé àcette tâche demeure activé à un certain degré, conduisant à une interférenceavec la tâche en cours.

Waszak et al. (2008) ont cherché à déterminer comment ces conflitspouvaient être liés directement aux consignes, ou dépendaient de laformation au fur et à mesure des essais de traces épisodiques liantle stimulus et la tâche. Ils ont utilisé une épreuve de permutation detâche dans laquelle, pour chaque tâche, 3 types de stimuli pouvaientêtre rencontrés : des stimuli « bivalents », pour lesquels la dimensiondistractrice était associée à une réponse congruente ou incongruente dansla tâche concurrente ; des stimuli « univalents », pour lesquels la dimensiondistractrice n’évoquait pas de réponse dans la tâche concurrente ; et desstimuli « bivalents instruction » pour lesquels la dimension distractriceétait associée dans les consignes à une réponse congruente ou incongruentedans la tâche concurrente, mais qui n’était cependant jamais rencontréeau cours de l’expérience dans le contexte de cette tâche concurrente. Cettedernière catégorie impliquait donc des stimuli pour lesquels la dimensiondistractrice était associée à une réponse dans la tâche concurrente par lesconsignes, mais aucun essai ne nécessitait en fait d’appliquer cette consigne.Les résultats ont montré que ces derniers stimuli induisaient des TR pluslongs que les stimuli univalents. Le fait d’avoir associé à travers les consignesune dimension du stimulus à une réponse donnée est donc suffisant pourque la perception de ce stimulus active ensuite cette tâche. En revanchel’effet de congruence (différence entre essais congruents ou incongruentspour les stimuli bivalents) n’était présent que pour les essais « bivalents »mais pas pour les essais « bivalents Instruction ». À la différence du conflit



entre les tâches, le conflit de réponse semble lié aux expériences préalablesayant établi un lien entre le stimulus et une réponse donnée.

4.4. Conflit et mémoire de travailLa mémoire de travail (Baddeley, 1996) peut être définie comme unecapacité établissant un espace de travail où sont maintenus des produits detraitements cognitifs récents dans un état d’accessibilité plus important queles représentations en mémoire à long terme (Öztekin, Davachi, & McElree,2010).

Des travaux ont cherché à déterminer dans quelle mesure lesconflits mesurés en situation de permutation pouvaient être reliés à unecompétition ou des interférences entre les règles ou liens stimulus-réponsemaintenus au sein de la mémoire de travail. Un tel maintien serait justifiédu fait que chaque tâche peut être potentiellement valide dans le contexted’une épreuve de permutation. Les études visant à tester cette hypothèse ontmontré que la charge en mémoire de travail affectait peu ou pas les effetsde congruence (Kessler & Meiran, 2010 ; Kiesel, Wendt, & Peters, 2007 ;Meiran & Kessler, 2008). Cohen-Kdoshai et Meiran (2009) ont constaté enrevanche que lors des premiers essais dans une tâche, l’effet de congruencemesuré était sensible à la charge en mémoire de travail. L’hypothèse avancéepar Kessler et Meiran (2010 ; voir également Meiran & Kessler, 2008) pourexpliquer ces résultats repose sur une modélisation de la mémoire de travailoù celle-ci correspond à l’activation de représentations en mémoire à longterme (Cowan, 1999). Cette part active de la mémoire à long terme a unelarge capacité et permet de maintenir l’information pendant une périodeprolongée allant jusqu’à plusieurs minutes (mémoire active), mais une partde ces représentations activées en mémoire à long terme peut être l’objetd’une focalisation attentionnelle à capacité limitée (focus attentionnel).Lors des premiers essais dans une tâche nouvelle, le conflit de réponseproviendrait donc d’une interférence au sein de la composante limitée de lamémoire de travail, où les règles d’appariement stimulus-réponse seraientl’objet du focus attentionnel ; après un certain degré de pratique, le conflitse situerait alors plutôt au niveau des représentations de la tâche activées enmémoire en long terme.

4.5. Les limites du système de contrôleLors de la préparation ou de la réalisation d’une tâche, les ressourcesmentales sont dévolues à la réalisation de cette tâche, et l’existence d’un coûtde permutation témoigne du fait que le système doit abandonner ce set pour



adopter (Rogers & Monsell, 1995) ou réactiver (Altmann, 2004) un autreset pertinent. Il apparaît ainsi qu’en dépit du fonctionnement en parallèlede différents processus cognitifs, le système a en sortie un fonctionnementsériel : le système est organisé pour réaliser une seule activité à la fois ; ilest temporairement dédié à la réalisation d’une activité plutôt qu’une autre.Indépendamment d’éventuelles contraintes fonctionnelles ou structuralesqui pourraient imposer un tel fonctionnement, il semble que ce mode defonctionnement est finalement efficace pour permettre la production d’uncomportement adapté et cohérent dans un environnement qui offre unemultitude de possibilités d’actions (Allport, 1989 ; de Jong et al., 1999) :l’orientation du système vers un but donné assure la continuité de l’activitéet l’efficience nécessaire à l’atteinte de ce but.

On peut noter que dans les épreuves de permutation de tâche, les erreurssont rares, car le système est capable de se réorganiser efficacement pourchanger de tâche. En analysant les distributions des TR recueillis dansdes épreuves de permutation de tâche, de Jong (2000) a même montréqu’il était possible d’observer une absence de coût pour certains essais depermutation : pour les temps de réaction les plus rapides, le TR mesurélors de certains essais de permutation est équivalent à celui mesuré lorsdes essais de répétition. Ces résultats ont été reproduits dans d’autresétudes (Gladwin, Lindsen, & de Jong, 2006 ; Nieuwenhuis & Monsell,2002). On peut donc inférer qu’en certains cas un processus de contrôle estmis en place de façon anticipée, permettant une reconfiguration complètedu système, d’où l’absence de coût. Cette inconstance dans l’efficacitédes processus qui permettent l’adoption d’un set pourrait provenir d’unevariabilité dans l’activation endogène du set.

De Jong (de Jong et al., 1999 ; de Jong, 2000 ; Lindsen & de Jong, 2010)propose une explication qui s’appuie sur l’idée que l’activation endogèneet anticipée du set est coûteuse et optionnelle. Dans cette perspective,l’activation endogène du set peut être réalisée de façon anticipée, enpréparation à la future réalisation de la tâche, mais cette activation seraitoptionnelle, et dans certaines situations le sujet pourrait faillir à cetteactivation ou la négliger. La mise en œuvre anticipée d’une reconfigurationdépendrait en fait de différents facteurs, comme la perception du bénéficepotentiel de cette préparation, la nature de l’indice annonçant la futuretâche, ou encore le temps déjà passé sur la tâche (de Jong, 2000 ; de Jonget al., 1999 ; Monsell, 2003). Ceci conduit à penser que ce n’est pas unelimite structurale du système de contrôle qui est à l’origine du coût depermutation résiduel (Lien, Ruthruff, Remington & Johnston, 2005), maisplutôt une incapacité (qui n’est pas systématique) à utiliser les capacités dece système.



4.6. La persistance des paramètres de contrôleContrastant avec l’idée d’un contrôle flexible sollicité pour résoudreles conflits déclenchés par des stimulations extérieures, les épreuvesde permutation de tâche ont mis en évidence un certain nombresde phénomènes suggérant d’une manière générale qu’une structureintentionnelle antérieure peut constituer un obstacle interne à l’atteinted’un nouveau but.

Nous venons ainsi de voir comment l’inhibition rétroactive du set liéà la tâche précédente pouvait constituer un obstacle d’origine endogène(c’est lors de la préparation intentionnelle que prend place cette inhibition)gênant la performance. L’inhibition rétroactive a pour objet de faciliterla transition vers une nouvelle tâche, en inhibant le set lié à la tâcheprécédente, mais elle peut en revanche entraîner un coût supplémentairelorsqu’une permutation doit être effectuée vers une tâche récemmentabandonnée.

Un autre effet observé dans les études sur la permutation confirme cetteidée de la persistance de certains paramètres de contrôle, pouvant ensuiteconstituer un obstacle interne. Il a été rapporté une asymétrie dans le coûtde permutation : il est plus facile de passer d’une tâche facile à une tâchedifficile que l’inverse (Allport et al., 1994 ; Allport & Wylie, 1999 ; Yeung& Monsell, 2003). Cette asymétrie pourrait s’expliquer par une inertie plusgrande du set précédent quand la tâche est plus difficile, car plus de contrôle(activation endogène de la tâche ou inhibition du set concurrent) a été misen jeu pour pouvoir réaliser cette tâche (Meiran, 2010 ; Yeung & Monsell,2003). En accord avec cela, il a été constaté que le coût de permutation estplus élevé après un stimulus incongruent, qu’après un stimulus congruentou neutre (Goschke, 2000). Face un stimulus incongruent, plus de contrôleest engagé pour favoriser la tâche correcte, et il est alors plus difficiled’abandonner le set lié à cette tâche ou d’activer le set concurrent si unepermutation de tâche est requise.

Ces interprétations ont toutefois été remises en question récemment parSchneider et Anderson (2010) qui ont montré que les effets d’asymétriene sont pas spécifiques d’une permutation : au sein d’une même tâche,le passage d’un essai facile à un essai difficile est associé à un coûtplus faible qu’un passage d’un essai difficile à facile. Ils suggèrent surcette base que les asymétries dans le coût de permutation sont liéesaux changements de difficulté, indépendamment du changement de tâcheproprement dit.

Enfin, nous avons vu plus haut (section 3.3) que Waszak et al.(2003) ont mis en évidence une interférence entre les tâches, liée au



développement d’associations stimulus-tâche (avec un allongement desTR pour les stimuli ayant déjà été rencontrés dans la tâche concurrentecomparativement aux stimuli ayant été rencontré seulement dans latâche en cours). Dans une étude ultérieure, Waszak (2010) a montréque l’interférence liée à ces associations stimulus-tâche était d’autantplus importante que les permutations de tâche étaient fréquentes.L’explication avancée est que quand les permutations sont fréquentes,un fort degré d’activation endogène est appliqué aux différents sets, quidemeurent relativement actifs, et sont donc plus facilement activés de façonexogène.

5. CONCLUSION

Nous avons donné ici un aperçu des travaux menés sur les permutations detâche. Ces travaux visent, notamment à travers l’étude des facteurs affectantle coût de permutation, à comprendre les processus par lequel le systèmecognitif s’organise et se régule pour réaliser une activité. Cette approchedu contrôle cognitif repose sur l’idée que l’exécution d’une tâche impliquel’adoption d’un set et que le contrôle de ce set (mise en place, activation,maintien) est précisément ce qu’on peut attendre d’un système de contrôle(Allport, 1989 ; Monsell, 1996).

Un débat subsiste concernant l’origine du coût associé à un changementde tâche. Il pourrait être le strict reflet d’un processus de contrôleintentionnel permettant d’établir un nouveau set (Meiran, 1996 ; Monsell,2003). En d’autres termes, parce que la tâche change, un contrôle doitêtre mis en œuvre afin d’effectuer ce changement. Ainsi, le coût depermutation pourrait offrir un indice des processus de contrôle impliquésdans la reconfiguration du système cognitif, de façon à réaliser unetâche plutôt qu’une autre. Mais d’autres auteurs pointent l’importance del’activation d’origine exogène du set concurrent par le stimulus du faitd’associations stimulus-tâche (par ex., Waszak & Hommel, 2007). Dans cecas, le coût de permutation est toujours le témoin du contrôle, mais uncontrôle « réflexif » déclenché en réponse à l’activation du set concurrent(Vandierendonck et al., 2010 ; Meiran, 2010). Un consensus semble émergerpour considérer que le coût de permutation reflète ces deux composantes,et le paradigme de permutation de tâche permet en fait d’appréhender lesinteractions entre ces influences exogènes et endogènes.

Nous avons rapporté certains travaux en vue d’illustrer la valeurheuristique de cette approche. À travers l’étude du coût de permutation et



aussi de variables indexant le conflit entre les tâches, les études comporte-mentales sur la permutation mettent en évidence des phénomènes et desprocessus jusqu’alors méconnus ou non validés empiriquement (par ex.,représentation de la tâche en terme de set, inhibition rétroactive, obstaclesinternes).

On notera enfin que les travaux présentés dans cette revue s’inscriventdans une perspective où la description des processus de contrôle cognitifne s’appuie pas sur une traditionnelle dichotomie entre conscient etinconscient, ou entre automatique et contrôlé. Il apparaît que même si lecontrôle est initié de façon intentionnelle, ou du moins implique au départla volonté du sujet de réaliser une tâche donnée, un certain nombre deprocessus automatiques et inconscients semblent accompagner ce contrôled’origine volontaire (Goschke, 2003 ; Meiran, 2010). Il est nécessaire dansce cadre d’adopter une conception intégrée dans laquelle les automatismesconcourent fonctionnellement à la réussite du contrôle (Hommel, 2003).

Un certain nombre de processus ont été identifiés comme intervenantdans un changement de tâche, comme l’activation du set (Altmann, 2004),l’activation ou récupération en mémoire à long terme de règles (Mayr &Kliegl, 2000 ; Rubinstein et al., 2001), ou encore l’inhibition rétroactive(Mayr & Keele, 2000). Il reste à déterminer précisément comment lapermutation est mise en œuvre au sein de l’architecture cognitive. Mêmesi des travaux commencent à aller dans ce sens, un challenge pour lesrecherches futures est de mettre en relation les processus mis en évidenceà travers le paradigme de permutation de tâche avec les structures mentalesproposées par les modèles de la cognition humaine.

Reçu le 24 juillet 2011.Révision acceptée le 29 mars 2012.

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Approche intégrative du contrôle exécutif dans le paradigme de permutation de tâche

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