Les fonctions exécutives: des fonctions nécessaires pour l'exécution des tâches complexes, non routinières, nouvelles

 

 

Les fonctions exécutives permettent de se fixer des objectifs, puis de planifier, d'initier, d'exécuter et de superviser un ensemble d’actions volontaires pour atteindre ces objectifs. Elles nous permettent de nous adapter à des situations nouvelles et imprévues et de changer nos stratégies en cours d'action. Elles nous permettent également de résister à des distractions, d'inhiber des automatismes, d'élaborer des stratégies nouvelles, de façon flexible et adaptée à la tâche en cours.

Il s'agit aussi d'un système de concentration volontaire qui permet d’établir des priorités, de résister aux impulsions, de filtrer les distractions, de focaliser l’attention sur la tâche à faire en élaborant des stratégies nouvelles. 

Le bon fonctionnement des fonctions exécutives est important pour le bon fonctionnement émotionnel et social. Chez l'enfant, les fonctions exécutives jouent un rôle important au cours de la vie scolaire, mais aussi dans la vie de tous les jours.  

 
 
        

On peut se représenter les fonctions exécutives par l’analogie avec les contrôleurs aériens dans un grand aéroport international. Dans la tour de contrôle, ils doivent gérer et planifier le trafic des avions sur les différentes pistes de l’aéroport tout en restant vigilant de façon prolongée et capables de s’adapter à n’importe quel imprévu.

 A l’image d’un chef d’orchestre qui coordonne et module le jeu de ses musiciens afin d’obtenir l’interprétation qu’il souhaite, les fonctions exécutives nous permettent de coordonner et moduler différentes stratégies pour atteindre l’objectif que nous nous sommes fixés.

 

Il peut nous arriver, à nous adultes, de préparer le diner, d'aider nos enfants à faire leurs devoirs, de prendre note des rendez-vous de la semaine... tout cela en même temps.

Nous savons  focaliser notre attention sur telle ou telle tâche le temps nécessaire, et la déplacer, si besoin, en fonction des demandes exprimées par l'un ou l'autre membre de notre famille.

Nous gardons en mémoire le numéro de téléphone que notre voisin vient de nous dicter, en attendant de pouvoir l’écrire, dans le plus petit laps de temps possible, avec le stylo que nous étions en train de chercher.

Nous sommes capables d’attendre avant de klaxonner lorsque la voiture devant la nôtre ne part pas immédiatement au feu vert.

En tant qu’adultes, nous sommes capables de gérer des tâches multiples, de nous contrôler, de coordonner les différentes étapes d’une action même si nous sommes interrompus, et de rester focalisés sur ce que nous sommes en train de faire même en présence de distractions ; ces capacités servent de base au comportement délibéré, intentionnel, dirigé vers un but qui est nécessaire pour la vie quotidienne et pour la vie professionnelle.

Il existe des limites cognitives à la capacité de faire plusieurs choses en même temps (multitasking). Mais il est tout de même nécessaire de pouvoir compter sur cette capacité. Sans elle, on ne saurait pas résoudre de problèmes compliqués et prendre des décisions, persévérer dans des tâches peut-être pas passionnantes mais nécessaires, échafauder des plans et les ajuster si besoin, reconnaitre et corriger les erreurs, contrôler un comportement impulsif, se fixer des objectifs et mesurer les progrès vers leur réalisation.

Les enfants développeront ces capacités pour faire face aux nombreux défis qui les attendent, pour devenir des membres productifs et engagés de leur communauté.” 

Center on the Developing Child at Harvard University (2011). Building the Brain’s “Air Traffic Control” System: How Early Experiences Shape the Development of Executive Function: Working Paper No. 11, p.1

 

 

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Les composantes des fonctions exécutives 

Le développement des fonctions exécutives

Le rôle dans l'apprentissage et leur place dans l'éducation

Aider le développement des fonctions exécutives

Les pistes de recherche actuelles

 


 

Les composantes des fonctions exécutives

 

Dès que nous sortons d’activités routinières et que nous nous engageons dans une tâche nouvelle ou complexe, nous devons mettre en jeu nos fonctions exécutives. 

Il n’y a pas encore de véritable consensus scientifique sur la caractérisation et la dénomination des composantes du système exécutif*. Néanmoins, la plupart des auteurs identifient classiquement trois fonctions exécutives de base : la mémoire de travail, l'inhibition (ou contrôle inhibiteur ou contrôle exécutif) et la flexibilité (attentionnelle, cognitive ou mentale).  Elles sont difficilement dissociables dans les situations de la vie de tous les jours mais elles peuvent l’être dans certains tests expérimentaux. Elles sont en règle générale utilisées de façon orchestrée et harmonieuse pour exécuter les tâches que nous avons décidées.  

  • Mémoire de travail : Il s’agit de mettre à jour, au fur et à mesure de la progression de la tâche, notre représentation de la situation, en prenant en compte les informations pertinentes pour le but à atteindre et les informations nouvelles qui interviennent éventuellement.  
  • Inhibition : il s’agit d’inhiber ce qui n’est pas pertinent pour la résolution de la tâche ou du problème, une réponse ou une action automatisée. Ou bien il s'agit d’arrêter une réponse déjà initiée qui se révèle non appropriée, de lutter contre les interférences et les distractions (donc de contrôler activement et volontairement son attention), de résister à l’impulsivité et aux réponses émotionnelles, de bloquer des processus rapides et automatiques en faveur de processus de raisonnement plus lents et réfléchis. Le contrôle inhibiteur permet alors de donner la priorité à certaines stratégies ou processus cognitifs, de focaliser son attention sur les informations pertinentes. On distingue deux types de contrôle inhibiteur :
    • un contrôle inhibiteur "froid" impliqué dans la sélection des stratégies cognitives,
    • et un contrôle inhibteur "chaud" lié à la régulation des émotions et à la motivation. Ces deux types de contrôle inhibiteur reposent sur des réseaux cérébraux partiellement distincts.
  • Flexibilité attentionnelle (cognitive ou mentale) : il s’agit de changer volontairement de règle au cours d’une même tâche  ou de “jongler” entre deux ou plusieurs tâches en focalisant l'attention d'abord sur l'une puis sur l'autre.

 

 

  Petit glossaire

Sélection : Choix des stratégies les plus appropriées pour atteindre un but

Planification : Définition des différentes étapes et de leur ordre pour atteindre un but

Attention : Focalisation sur les informations pertinentes à traiter

Flexibilité : capacité à passer d’une activité à une autre

Inhibition : capacité à résister aux automatismes et aux comportements inadaptés à la tâche en cours. 

*Certains chercheurs considèrent que la planification, le raisonnement et la résolution de problèmes sont des fonctions exécutives de base au même titre que la mémoire de travail, l’inhibition et la flexibilité alors que d’autres considèrent qu’elles sont des fonctions exécutives de haut-niveau.

 

Comment sont étudiées les fonctions exécutives

De nombreux tests de psychologie expérimentale ont été mis au point et sont utilisés pour étudier les fonctions exécutives. Actuellement, l’imagerie imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle permet de visualiser les réseaux cérébraux qu’elles activent .

Les expériences de psychologie, qui sont aujourd’hui pour la plupart informatisées, permettent d’enregistrer de manière extrêmement précise les temps de réponse et la nature de la réponse fournie par les participants. L’analyse des temps de réponse et du nombre d’erreurs dans différentes conditions expérimentales mises au point par l’expérimentateur permet de révéler les processus cognitif et les stratégies utilisées par les participants pour résoudre cette tâche : on parle de chronométrie mentale. 

Les tâches mises au point par les chercheurs visent dans l’idéal à étudier une et une seule fonction exécutive. La description schématique des tests permet d'illustrer ce qu'est une fonction exécutive.

 

Ci-dessous:

1. tâche d'inhibition de distracteurs perceptifs, 2. tâche d'inhibition de stratégies, 3. tâche d’attention sélective ; 4. tâche de flexibilité (passage d'une tâche à une autre), 5. tâche de mémoire de travail, 6. tâche de planification, 7. tâche de régulation émotionnelle.

 

 

 

 

1. Tâche d'inhibition de distracteurs perceptifs : le test de J. Stroop, 1935

On présente au participant une suite de mots indiquant des noms de couleurs (vert, bleu, rouge, ...). Chaque mot est écrit avec une encre colorée. Le mot et la couleur de l’encre sont soit congruents (par exemple le mot BLEU est écrit en bleu) soit incongruents (le mot BLEU est écrit à l’encre rouge). Le participant doit nommer la couleur de l’encre dans laquelle est écrit chaque mot le plus rapidement possible et sans se tromper. Les participants mettent plus de temps et commettent plus d’erreurs quand la couleur de l’encre est incongruente avec la couleur dénommée par le mot. La difficulté vient du fait que les participants  doivent inhiber la lecture du mot, qui est automatique pour identifier la couleur de l’encre. 

(voir aussi: Faire attention)

 

 

2.    Tâche d'inhibition de stratégies chez le jeune enfant: inhiber des associations automatiques

 

L’expérimentateur demande tout d’abord à l’enfant de répondre spontanément aux stimuli. Par exemple, l’enfant doit taper sur la table avec son poing quand l’expérimentateur tape avec son poing et taper avec sa main ouverte quand l’expérimentateur tape avec sa main ouverte. Ou encore l’enfant devra dire « jour » quand l’expérimentateur lui présente une image du soleil et « nuit » quand l’expérimentateur lui présente une image de la lune. Dans une deuxième phase, l'enfant devra inhiber ses réponses spontanées : par exemple, quand l'expérimentateur fait le geste de frapper avec sa main ouverte, l'enfant devra frapper avec son poing et vice-versa il devra frapper avec sa main ouverte quand l’expérimentateur frappe avec son poing (inhibition de l’imitation). Dans le test Jour/Nuit: l’enfant doit dire « nuit » quand l’expérimentateur lui présente une image de soleil et « jour » quand l’expérimentateur lui montre une image de la lune (inhibition cognitive). 

 
Des variantes de ces tâches sont indiquées sous le titre de “Go/NoGO” et évoquent les règles du jeu “Jacques a dit”. 
 

 

3.    Tâches d’attention sélective (se focaliser sur une information et inhiber les informations gênantes):  la tâche Flanker

 

Les informations sont souvent traitées par le cerveau de manière automatiqueAinsi, sans qu'on en ait conscience, le cerveau prend en compte plusieurs sources d'information, y compris des informations qui peuvent nous distraire d'une tâche à accomplir.  Ce test mesure la capacité à focaliser son attention sur l’information à traiter tout en résistant aux distracteurs. Par exemple, dans une version de cette tâche, 5 flèches apparaissent à l’écran et l’enfant doit indiquer en appuyant sur un bouton si la flèche présentée au centre se dirige vers la droite ou la gauche sans se laisser distraire par les autres flèches. Les flèches présentées de part et d’autre de la flèche centrale pointent soit dans la même direction que celle-ci soit dans la direction opposée.  Les participants ont besoin de plus de temps et commettent plus d’erreurs pour déterminer la direction de la flèche présentée au centre quand les flèches de part et d’autre de celle-ci pointent dans la direction opposée. 

 

   

4. Tâche de flexibilité attentionnelle. Mesurer la flexibilité mentale: Le test des tracés

 

La flexibilité mentale est requise quand nous devons alterner une tâche et une autre. Pour la tester, on demande aux participants de relier entre eux des chiffres, en ordre croissant (1-2-3-4-5) le plus rapidement possible, puis dans une seconde phase, d’alterner entre des chiffres et des lettres (1-A-2-B-3-C, etc.). On mesure le temps pour effectuer chacune de ces tâches (chiffres seuls vs chiffres et lettres). Les participants mettent plus de temps quand ils doivent alterner les chiffres et les lettres ce qui reflète le coût cognitif du processus de flexibilité mentale.

5.Tâche de mémoire de travail à court terme: le test de Corsi  

Ce test permet de mesurer la capacité de la mémoire de travail visuo-spatial: des carrés sont placés sur une planche; l'expérimentateur pointe une série de carrés (un par seconde)); le participant doit garder en mémoire les carrés indiqués par l’expérimentateur et reproduire la séquence dans laquelle les carrés ont été pointés. La difficulté de la tâche est manipulée en augmentant progressivement le nombre de carrés à mémoriser dans la séquence. Les adultes sont capables de reproduire des séquences d'environ 5 carrés (ce niveau de performance est atteint aux alentours de 14 ans, et est inférieur à 5 pour les enfants plus jeunes). Une version modifiée du test consiste à reproduire la séquence en ordre inverse.

6.   Tâche de planification. La Tour de Londres  

 

Ce test est apparenté au jeu "Tour de Hanoï" et a pour but de mesurer les capacités de planification des participants. Il a été conçu pour évaluer les fonctions exécutives chez des patients ayant des  lésions préfrontales. La difficulté de la tâche augmente progressivement d’un premier niveau qui requiert le déplacement des objets sans planification jusqu’à des niveaux qui requièrent planification et anticipation. 

 

7.  Tâche de contrôle de soi et de régulation émotionnelle.  Le test du marshmallow : une tâche de gratification différée

 

Il s'agit de l'un des tests les plus connus de la psychologie expérimentale, créé dans les années 1960 par Walter Mischel à l'Université de Stanford pour évaluer la capacité des enfants à résister à une récompense immédiate (« tentation ») afin d’obtenir plus tard une meilleure récompense. On présente aux enfants (dans l'étude originale des enfants de 4 à 6 ans) un gâteau (cookie Oreo, pretzl) ou un bonbon (marshmallow) dont ils sont friands. On leur annonce qu'ils pourront en obtenir un deuxième s'ils arrivent à attendre 15 minutes, seuls dans la pièce, sans manger le premier. Des 600 enfants ayant participé à l'expérience originale, la très grande majorité arrive à résister à la récompense immédiate mais seulement 1/3 des enfants arrivent à résister pendant 15 minutes. Cette expérience révèle également que plus l’âge des enfants augmentent et plus ils sont à même de résister à la tentation. Parmi ceux qui arrivent à résister, certains mettent en place des stratégies : ils cachent le marshmallow, se couvrent les yeux, se tournent, chantent, se tirent les cheveux... La capacité à résister à la récompense immédiate dans la tâche de gratification différée dans l’enfance est prédit en partie chez les mêmes individus plus âgés les performances dans d’autres tâches exécutives (notamment une version émotionnelle de la tâche de Go/no Go) et la réussite scolaire. Une étude longitudinale a notamment mis en évidence que les performances dans cette tâche de gratification différée prédisent plus de 30 après les capacités de contrôle émotionnel. 

 

 


 

Le développement du contrôle exécutif

 

 
« On place devant le bébé le bébé deux caches, A et B, aussi facilement accessibles l’un que l’autre ; sous son regard, on introduit d’abord l’objet sous le cache A. Le bébé, à partir de 8-10 mois (mais pas avant), retrouve l’objet sans peine. Après quelques répétitions de cette situation, on transporte très visiblement l’objet sous B (A vers B) et on observe que le bébé continue de chercher l’objet sous A : c’est l’erreur « A-non-B », observée jusqu’à l’âge de 12 mois. (...) Cette erreur A-non-B faite par le bébé entre 8 et 12 mois tient au défaut d’inhibition motrice du geste dirigé vers A, en raison  de la maturation insuffisante de son cortex préfrontal. (...) Il nous arrive à tous, par automatisme, d’aller irrépressiblement rechercher des objets là où l’on sait pourtant qu’ils ne sont pas ou plus ! ».
In Olivier Houdé : Apprendre à résister – Ed. Le Pommier 2014)
 
 

Les fonctions exécutives se développent graduellement et lentement de la naissance jusqu'à la fin de l’adolescence ou au début de l'âge adulte.

Si les premières manifestations des fonctions exécutives sont visibles à partir de la première année de vie, le processus de maturation est lent et le développement de ces capacités passe aussi par l'apprentissage. Il est donc normal que les enfants éprouvent des difficultés à se contrôler, à focaliser leur attention ou à la soutenir pendant un certain temps, à s'adapter aux changements, cesser une activité de jeu pour en commencer une de type différent, à suivre des règles, à gérer des tâches complexes, à renoncer à une gratification immédiate...

Le développement progressif des fonctions exécutives explique que telle ou telle de ces difficultés existe pendant l'enfance et perdure en partie chez des adolescents. Le développement des fonctions exécutives est rapide au cours des années préscolaires et s’accélère de nouveau à l'adolescence. Il faut souligner que les variations interindividuelles sont grandes.

  • A 3 ans, les enfants deviennent capables de réussir des tâches qui comportent deux règles différentes (par exemple : si tu vois une pomme rouge sur l’écran, presse tel bouton, si tu vois une pomme verte, presse tel autre bouton). Ils sont capable de focaliser leur attention sur une des deux règles le temps nécessaire pour arriver au but et d’inhiber l’autre règle, les deux consignes étant maintenues dans la mémoire à court terme.
  • Alors que qu’il est difficile pour des enfants de 3 ans d’envisager plusieurs représentations d’un même objet, dès 4 ans, les enfants peuvent reconnaître un objet  pour ce qu’il est et pour sa ressemblance avec un autre (c’est une éponge, on dirait un caillou).
  • Après 3 ans, l’efficience du contrôle inhibiteur augmente, l’enfant devient progressivement capable de différer une récompense pour en obtenir une plus grande. Il contrôle ses désirs et ses émotions.  
  • A 5 ans, l’enfant peut inhiber une règle pour en activer une autre  même quand elle concerne deux caractéristiques d'un même objet (si l’objet rouge est rond, presse un bouton ; si l’objet rouge est carré, presse un autre bouton). Il réussit à résoudre un conflit et à inhiber une action devenue habituelle (après avoir pressé plusieurs fois un bouton pour l’objet rouge, il doit changer de bouton si l’objet est aussi carré). Comme la mémoire se développe, l’enfant se souvient des lieux et des objets qu’il a déjà explorés, et il peut mettre en place des stratégies de recherche et d’exploration et se représenter des alternatives.
  • Les fonctions exécutives des enfants de 7 ans s’approchent de celles des adultes, si l’on s’en tient à ce qui peut être visualisé en imagerie cérébrale, c’est à dire ce qui concerne le développement des réseaux de neurones impliqués dans le contrôle exécutif. Les enfants de cet âge peuvent focaliser leur attention sur une tâche. La capacité d’autorégulation continue à se développer entre 10 ans et la fin de l’adolescence.

Le développement du contrôle exécutif implique également une  diversification des processus en jeu, une spécialisation (l'enfant est progressivement capable de rester concentré sur un but et de choisir les comportements les mieux adaptés à une situation) et un contrôle de plus en plus autodirigé (il dépend de moins en moins de l'adulte et du contexte pour s'autoréguler) et anticipé (il est capable de plus de planification). 

 

 

Les bases cérébrales du développement des fonctions exécutives

 

 

"Dans le cadre de la recherche sur le développement, une question clé est si les changements dans le contrôle cognitif  qui se manifestent avec l’âge sont associés au développement d’un seul mécanisme (par exemple: la capacité à stocker ou à élaborer des informations) ou à celui d’un ensemble de mécanismes. …En effet, les études comportementales suggèrent que certaines des capacités impliquées dans le contrôle cognitif matirent à un rythme différent. par exemple, la capacité à inhiber une réponse motrice mature plus précocement que la capacité à inhiber une réponse qui comporte attention sélective. … Egalement, la capacité à passer d’une règle à une autre pour résoudre une tâche mature avant la capacité à maintenir une règle difficile online. … Les avancées récentes en modélisation suggèrent  que mémoire de travail, flexibilité dan sel passage d’une tâche à une autre et inhibition des réponses constituent des fonctions séparées avec des trajectoires de développement distinctes. … Donc, la recherche comportementale indique que différentes fonctions de contrôle cognitif pourraient avoir des trajectoires de développement cérébral distinctes." (Bunge et al. 2009, p. 76).

 

Les fonctions exécutives impliquent plusieurs régions du cortex cérébral, et notamment le cortex préfrontal. 

Le cortex préfrontal intègre les informations provenant de plusieurs régions du cerveau, celles impliquées dans la perception, dans la motricité,  dans les émotions. Il travaille en coopération avec le cortex cingulaire antérieur, insulaire antérieur, pariétal,  et des structures plus profondes du cerveau, comme l’hippocampe. 

La maturation du cortex préfrontal est lente comparée à celle d’autres régions du cerveau : elle continue jusqu'à l’âge de 25 ans environ, notamment par la myélinisation progressive des axones (les fibres longues qui connectent les neurones entre eux sont progressivement recouverts d’une gaine de substance blanche appelée myéline. La myéline permet d’augmenter la vitesse de communication entre les neurones de manière remarquable). 

Les études en imagerie cérébrale tendent à mettre en évidence que l'activité des régions préfrontales augmente avec l’âge dans les tâches de contrôle exécutif. Néanmoins, certaines études dans lesquels les chercheurs ont veillé à maintenir la difficulté de la tâche exécutive constante à tous les âges, mettent en évidence une diminution de l’activité de certaines zones du cortex préfrontal avec l’âge. Cette diminution de l’activation reflète que certaines régions du cortex préfrontal se spécialise progressivement pour une fonction cognitive particulière, ici le contrôle exécutif. Ce processus de spécialisation, on parle de spécialisation fonctionnelle interactive, n’est pas propre au cortes préfrontal mais est à l’œuvre dans l’ensemble du cerveau. Enfin, les études montrent qu’avec l’âge les connexions à longue distance qui permettent au cortex préfrontal de contrôler l’activité des autres aires cérébrales se développent.   

 

Les déterminants du développement des fonctions exécutives

Le statut socioéconomique résulte d’une mesure de position sociale qui inclut le revenu, le niveau d'éducation atteint et l'emploi occupé. Il a été lié à une variété de caractéristiques individuelles, notamment les habiletés cognitives, la réussite scolaire et la santé physique et mentale... Nos connaissances actuelles sur le statut socioéconomique et le développement de l'enfant indiquent que les enfants des familles de statut socioéconomique plus élevé présentent de meilleures fonctions exécutives - ces fonctions qui gouvernent la capacité de diriger, de contrôler et de réguler activement les pensées et le comportement - que les enfants de familles de statut socioéconomique plus faible. Comme on a montré que les fonctions exécutives prédisent la réussite scolaire et qu'elles sont aussi associées à la santé mentale, il est possible qu'elles médiatisent partiellement le lien bien établi entre le statut socioéconomique et la réussite scolaire." Hook, CJ, Lawson, G.M. Fara, M.J. (2013). Le statut socioéconomique et le développement des fonctions exécutives, dans: Encyclopédie sur le développement des jeunes enfants, p. 36

Le développement des fonctions exécutives est influencé non seulement par la maturation cérébrale mais aussi par l'intervention de facteurs extrinsèques.

Parmi ces facteurs, l’expérience et l’apprentissage jouent un rôle dans le développement de la capacité à se contrôler, à faire attention, ou à mémoriser des informations. 

Il existe une variabilité inter individuelle importante des fonctions exécutives - particulièrement chez les jeunes enfants où le développement peut se faire à des vitesses et à des degrés très différents. Reconnaitre ces différences permet de mettre en place un environnement et des activités favorables au développement des fonctions exécutives, notamment chez les enfants en grande difficulté scolaire ou issues de milieux socio-économiques défavorisées.

 


 

Le rôle des fonctions exécutives dans l’apprentissage, et leur place dans l’éducation

 

 

Les capacités de la fonction exécutive aident l’enfant à se rappeler et à suivre les différentes étapes d’une instruction, à éviter les distractions, à contrôler les réponses trop hâtives, à s'adapter à un changement de règle, à persister dans la résolution d’un problème, à gérer des tâches de plus longue durée.” Center on the Developing Child at Harvard University. InBrief: Executive function: skills for life and learning

 
 

Le contrôle  exécutif est d'autant plus important que son développement pendant l'enfance semble être corrélé avec (et donc avoir un pouvoir prédictif sur) la réussite scolaire et, à l’âge adulte, prédire la réussite professionnelle, la santé physique et mental, les interactions sociales et le bien être même quand on tient compte du niveau d’intelligence des participants.  

Une bonne efficience du contrôle exécutif  permet aux enfants de s'adapter plus facilement, d’être plus à même de prendre la perspective des autres et donc de comprendre leurs réactions et ce qu’ils pensent. 

Chez les personnes souffrant de troubles de l'attention, de troubles du comportement, de l'apprentissage, de dépression, d’autisme ont observe des troubles du contrôle exécutif. Il existe également une relation entre le statut socio-économique et le développement des fonctions exécutives.
 

Les fonctions exécutives en relation avec la réussite scolaire, sociale, dans la vie

Un bon fonctionnement des fonctions exécutives est une condition clé de la réussite scolaire.  Les fonctions exécutives et leurs composantes ont apparemment une portée générale. Elles ne s’exercent pas sur un contenu en particulier ou sur l’acquisition d’une capacité spécifique, mais elles sont mises en œuvre dans de nombreuses situations de la vie quotidienne et à l'école. 

Il existe une corrélation entre les capacités exécutives et la qualité du langage oral et écrit, les performances en mathématique et les résultats scolaires. En l’absence de troubles spécifiques d’apprentissage de la lecture et du calcul (dyslexies et dyscalculies), les fonctions exécutives sont importantes pour l'apprentissage de la lecture et les performances en mathématiques, notamment lorsqu’il s’agit de garder en mémoire et de suivre pas à pas les étapes successives de la résolution d’un problème, d’un calcul ou d’inhiber les stratégies trompeuses qui peuvent interférer avec la stratégie à utiliser. Mais elles sont aussi en jeu lorsque l’enfant doit débattre et coopérer avec d’autres enfants, ou mener des projets seul ou en groupe.

Un développement insuffisant des fonctions exécutives peut entrainer des problèmes d’apprentissage, ainsi que des problèmes de comportements en classe.  L'efficience des fonctions exécutives joue un rôle fondamental dans la préparation de l'enfant pour l'entrée à l'école. 

 

Connaitre les fonctions exécutives permet d'expliquer des difficultés surprenantes et inattendues d'apprentissage

 

"Dans le cerveau, une heuristique est une stratégie très rapide, très efficace - donc économique pour l'enfant -, qui marche très bien, très souvent mais pas toujours, à la différence de l'algorithme, stratégie plus lente et réfléchie, mais qui conduit toujours à la bonne solution (syllogisme, comptage, etc. par exemple, sur les rayons des supermarchés, en général, il est vrai que la longueur et le nombre varient ensemble (covarient): face à deux alignements de produits du même type, celui qui est le plus long contient aussi le plus de produits. Le cerveau de l'enfant détecte très tôt ce type de régularité visuelle et spatiale. "longueur égale nombre" est donc une heuristique de nature perceptive. ...

Identifier ces problèmes de résistance cognitive du cerveau par l'inhibition de réponses intuitives et automatiques (les heuristiques) est aussi important pour comprendre les difficultés à l'école primaire. Par exemple, on sait qu'en classe les enfants butent souvent sur des énoncés verbaux du type: "louise a 25 billes. Elle a 5 billes de plus que Léo. Combien Léo a-t-il de billes?" Fréquemment, l'enfant ne parvient pas à inhiber l'heuristique implicite, trop rapide, "il y a le mot plus alors j'additionne" (25+5=30) afin d'activer l'algorithme de soustraction (25-5=20). Inutile donc de lui répéter au-delà du nécessaire les règles de l'addition et de la soustraction (déjà automatisées). C'est plutôt, dans ce cas, l'inhibition de l'automatisme lié au mot plus qu'il faut exercer! Inhiber pour bien raisonner." Houdé, O. (2014), p. 11-12

 

 

Savoir que le développement neurophysiologique des fonctions exécutives est lent, variable d’un enfant à l’autre et influencé par un certains nombres de facteurs extérieurs (statut socio-économique, culture, environnement scolaire et familial) peut aider à mieux comprendre les difficultés systématiques rencontrées par les enfants au cours de certains apprentissages fondamentaux à l'école. 

Dans certaines situations scolaires, la capacité à trouver la bonne réponse à un problème dépend non seulement de la capacité à utiliser la bonne règle logique (ou algorithme) mais aussi de la capacité à inhiber les stratégies plus rapides (ou heuristiques) qu’il ne faut surtout pas utiliser pour trouver la bonne réponse au problème. C’est souvent la formulation du problème ou le matériel utilisé en classe qui complique l’inhibition des stratégies trompeuses et entrainent des erreurs systématiques chez la plupart des enfants.  C'est le cas, par exemple, dans la tâche de conservation du nombre piagétienne où l’enfant avant 7 ans pense à tort qu’il y a plus d’objets dans la rangée la plus longue.

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Les erreurs dans cette tâche piagétienne emblématique ne sont pas dues à un problème de compréhension du nombre.  L'enfant comprend très tôt le concept de nombre. Il comprend dès 4 mois et demi qu’il existe une invariance du nombre par rapport à la longueur. Ce qui induit l’enfant en erreur c’est qu’il utilise une stratégie très rapide, qui marche souvent mais pas toujours, l’heuristique longueur-égale-nombre. Cette heuristique est mise en place au cours de l’enfance par l’observation répétée qu’en règle générale plus un alignement d’objets est long et plus il y a d’objets dans cet alignement. Cette heuristique permet de trouver rapidement la bonne réponse dans un grand nombre de situations mais induit les enfants en erreur dans la tâche de conservation du nombre. La réussite dans cette tâche tient donc plus à la capacité de l’enfant à inhiber l’heuristique longueur-égale-nombre qu’à activer l’algorithme (stratégie lente et coûteuse mais qui donne toujours la bonne réponse) de comptage des objets. 

Le matériel scolaire peut parfois malheureusement renforcer (au lieu d'aider à inhiber) l’heuristique trompeuse. C'est le cas, par exemple, de certaines illustrations de la suite des nombres qu'on peut trouver dans des manuels scolaires ou sur les murs de la classe : la suite des nombres est illustrée par des alignements d’objets de longueur croissante montrant que la longueur et le nombre varient ensemble ce qui renforce l’heuristique longueur-égale-nombre. 

 

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Favoriser le développement des fonctions exécutives

 

Connaitre et réduire les obstacles dus à l'environnement

 

Une première manière de favoriser le développement des fonctions exécutives est d’agir sur l'environnement de l'enfant. 

Des situations de maltraitance, de manque grave de soins, d’abandon ou d’altération grave des interactions sociales  (par exemple, dans certains orphelinats), d’environnement particulièrement stressant et anxiogène, de peur chronique peuvent perturber le développement des fonctions exécutives.

Les enfants provenant de milieux socio-économiques défavorisés ont des fonctions exécutives moins bonnes que ceux vivant dans des environnements favorisés - notamment pour ce qui concerne la mémoire de travail, la flexibilité cognitive, l’inhibition, et l’attention. Ces déficits des fonctions exécutives ne s’observent pas uniquement au niveau comportémental, l’activité du cortex préfrontal est également altérée chez ces enfants. Ces différences pourraient être en partie liée au stress généré par l’incertitude qui caractérise un type d’environnement plutôt qu’un autre.

Des déficits du contrôle exécutif et des troubles du développement du cortex préfrontal peuvent aussi être lié à une exposition in-utero à certains facteurs de risque (par exemple, alcoolisme de la mère). 

 

Quelques exemples de stratégies pour favoriser le bon développement du contrôle exécutif

 

En classe, le développement des fonctions exécutives peut être accompagné et favorisé. Il n'y a pas, cependant, de solution miracle, ni une action unique pouvant favoriser le développement des capacités de contrôle exécutif. Toutefois, il est possible, sans beaucoup d’efforts de la part des enseignants, d'ajuster les situations éducatives en vue de cet objectif. A la maison, les parents peuvent aussi favoriser le bon développement de ces fonctions.

 

Au début de leur vie, les enfants sont guidés par les adultes qui leur offrent ainsi un « contrôle exécutif externalisé ». Petit à petit, ce contrôle exécutif de l’extérieur diminue et devient un soutien qui permet aux fonctions exécutives de l’enfant de se développer. Le rôle de l’adulte est donc de s’adapter au profil de l’enfant pour l’aider à pratiquer ses propres capacités exécutives, et de lui fournir des étais avant qu’il ne soit capable de “faire tout seul”. Entre les premiers mois de vie et l’âge de la maternelle, ces étais peuvent être :

  • de saisir les occasions de faire ensemble, d’être attentif ensemble à des tâches communes, de façon prolongée ; 
  • de multiplier les interactions sociales avec jeux et paroles ou chansons à tours de rôle,
  • de favoriser la concentration sur des activités physiques.

Plus tard, pour des enfants de l’âge de la maternelle, l'adulte peut proposer des activités dépendant plus de  l'implication des fonctions exécutives de l'enfant :

  • les jeux qui demandent de la mémoire (se rappeler la consigne) de l’attention, un contrôle moteur et de l’inhibition, comme: "faire la statue", "Jacques a dit";
  • les jeux avec des rôles et des règles établis, comme les jeux de cartes, les jeux de plateau (le respect des règles demandant à la fois planification et inhibition sur l’envie d’agir à sa façon);
  • les jeux de stratégie; les puzzles qui demandent de l’attention, les jeux qui prévoient la mise en place de stratégies logiques et l’inhibition de stratégies plus simples et immédiates; les activités qui demandent un effort de  planification (comme l’organisation d’un événement, les jeux qui comportent de planifier ses actions à l’avance et d’en prévoir les conséquences) ;
  • le débat, avec le respect de l’autre et du tour de parole;
  • les arts martiaux qui demandent de l’autocontrôle; des sports individuels et de groupe, le yoga, la méditation;
  • la pratique d'un instrument de musique, du théâtre, de la danse...

Les chercheurs ont mis en évidence l'existence d'une relation positive entre la mise en jeu des capacités exécutives lors d’activités scolaires et le comportement en classe  avec le fait de pratiquer des activités sportives de groupe,  le yoga, la méditation, les arts martiaux, la danse, le théâtre, la musique. La même relation positive semble exister avec certaines approches pédagogiques (Écoles Montessori). 

 

Il existe des programmes d'intervention qui sont spécifiquement axés sur les fonctions exécutives et qui sont intégrés dans des activités de la classe (plus particulièrement à l'école maternelle). Ces programmes incluent apprentissages en petits groupes, activités pratiques,  jeux avec des règles à respecter, dialogue intérieur, rappels visuels... Les stratégies adoptées peuvent aussi concerner la manière dont certains éducateurs interagissent avec les enfants, pour les aider à réagir de façon appropriée face à différentes situations, comme la gestion des conflits ou les  récompenses. Les enfants issus de situations socio-économiques difficiles semblent être ceux qui profitent le plus de ce genre d'interventions.

 

Des programmes d’entrainement, en dehors des activités scolaires, de l'une ou de l'autre des capacités qui permettent le contrôle exécutif, sont en cours de développement ou de test.  Ils reposent pour la plupart sur des supports informatisés. Ils visent à entrainer et à améliorer l’attention et la mémoire à court terme chez des enfants souffrant de troubles de l’attention, mais aussi chez les adultes pour prévenir des troubles cognitifs  liés au vieillissement.  Il est difficile de se prononcer sur l'efficacité de ces programmes, mais apparemment les améliorations enregistrées restent cloisonnées dans le domaine spécifiquement entrainé (par exemple, les entrainements concernant la mémoire de travail produisent des résultats qui ne se généralisent pas aux autres composantes des fonctions exécutives). 

 

Cependant, l’existence d’un lien causal entre ces interventions et les effets observés sur les fonctions exécutives reste encore largement débattue. 

 

 

Indications pratiques pour les éducateurs

 

Si des incertitudes persistent sur l’efficacité des actions visant à favoriser le développement des fonctions exécutives, il y a consensus pour dire qu’il est important de prendre en compte les fonctions exécutives et leur développement, à la fois pour chercher à mieux comprendre les difficultés des enfants face à certains apprentissages et à la scolarisation et pour soutenir le développement naturel de ces fonctions. 

 

Puisque certaines difficultés sont liées à la nécessité d'inhiber des réponses automatiques et des stratégies inappropriées, il faudra, dans la formulation des tâches ou dans la présentation du matériel scolaire, faire attention à ne pas renforcer et à ne pas évoquer les stratégies moins appropriées. Puisque les fonctions exécutives sont en jeu dans une grande variété d'activités et que leur développement précoce avant l'âge scolaire est crucial pour le reste de la vie, anticiper les tâches scolaires à des âges trop précoces ne permet pas de s'adresser efficacement au développement des fonctions exécutives. Ce sont les activités ludiques (jeux, sports), expressives (danse, théâtre), de concentration (yoga, arts martiaux) et l'interaction avec l'adulte et les autres enfants (jeux de rôle, activités de groupe) qui semblent être les plus indiquées pour favoriser ce développement. 

Les actions qui semblent efficaces pour permettre le développement des fonctions exécutives ont certaines caractéristiques:

  • un contexte motivationnel, dans lequel l'enfant est mis au défi de résoudre un problème ou de tenir un but
  • des défis qui demandent à la fois attention soutenue et réflexivité (s'interroger sur quel est le but, quelle est l'action la plus appropriée)
  • une pratique répétée (toujours avec réflexivité).

 


 

Les pistes de recherche actuelles

 

La recherche sur les fonctions exécutives et leurs composantes est encore jeune.  Les actions et stratégies pour la soutenir et la développer  sont encore en phase de test. Les résultats de ces tests sont, dans plusieurs cas, non univoques. Lorsque des effets positifs sont mesurés, les mécanismes susceptibles de les produire sont encore mal compris. 

 

Cependant, la recherche en sciences cognitives sur ces fonctions permet:  de mieux comprendre le processus, les mécanismes, les bases neurales qui soutiennent les différentes capacités de la fonction exécutive, leur temporalité, les influences sur leur développement; d’évaluer l’efficacité de ces capacités chez différents individus, donc d’en mesurer la variabilité; de développer des actions et des stratégies pour en soutenir ou en renforcer le développement.

 

L’étude des fonctions exécutives d'un point de vue cognitif permet en outre  de mieux comprendre les déterminants du succès et de l'échec scolaire; de considérer ces fonctions, leur variabilité et éventuels dérèglements d’un point de vue objectif, et non  moralisant (bon enfant, mauvais enfant). Les enfants avec un contrôle exécutif faible peuvent sembler obstinés et "difficiles". On peut être tenté de les considérer comme des enfants qui volontairement ne font pas l'effort de suivre les règles ni de contrôler leurs réactions. L'approche cognitive aide à adopter une vision plus distanciée, à considérer les raisons qui déterminent certains comportements, à envisager des stratégies plus efficaces pour faire face et pour intervenir sur le développement des compétences qui permettent un meilleur contrôle exécutif. 

 

A ce jour, on ne comprend pas encore 

  • comment les facteurs génétiques et ceux environnementaux en jeu dans le développement des fonctions exécutives interagissent entre eux et s'influencent réciproquement; quels aspects de l'environnement contribuent le plus aux disparités dans les fonctions exécutives et s'il existe une période particulièrement sensible aux influences environnementales; si un lien causal existe entre situation socioéconomique et fonctions exécutives, quels sont les médiateurs de cette relation (par exemple: environnement familial, richesse des interactions entre parents et enfants, environnement prénatal et nutrition, ...);
  • comment les trajectoires de développement des stratégies exécutives varient d'un individu à un autre, et comment utiliser les connaissances concernant les différences interindividuelles (lorsque celles-ci peuvent être identifiées par l'imagerie cérébrale ou par l'évaluation des performances);
  • quels processus et changements cérébraux soutiennent le développement des fonctions exécutives;
  • comment mesurer les fonctions exécutives tout au long de la vie et comparer les résultats obtenus à différents âges de la vie.

 


 

 

 


Décembre 2015

Texte rédigé par 

 

Elena Pasquinelli, membre associé de l'Institut Jean Nicod (Département d'études cognitives, ENS Paris), membre de la Fondation La main à la pâte

Anne Bernard-Delorme, Docteur en médecine, ancien chercheur à l'Inserm, membre de la Fondation La main à la pâte

Grégoire Borst, Professeur de psychologie du développement et de neurosciences cognitives de l'éducation, Université Paris Descartes, Directeur adjoint du Laboratoire LaPsyDÉ 

Olivier HoudéProfesseur de psychologie, Université Paris Descartes, Directeur du Laboratoire LaPsyDÉ 


 

 

 

Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte