Introduction

1Le vieillissement de la population est un fait majeur de nos sociétés modernes. En France, les personnes âgées de 65 ans ou plus sont au nombre de 10,5 millions en 2008 et représentent 16,4 % de la population (données INSEE, bilan démographique 2008). En 2050, près d’un habitant sur 3 aura plus de 60 ans, contre 1 sur 5 en 2005 (Robert-Bobée, 2007). Ce phénomène n’est pas propre à la France mais se généralise au niveau mondial et concerne même les pays en développement. Les conséquences de ce phénomène concernent la santé publique et l’économie par les coûts qu’entraîne la prise en charge des personnes dépendantes ou le traitement des maladies liées au vieillissement (McPherson, 1994 ; Shephard, 1997). Néanmoins, le vieillissement est non seulement un phénomène social mais il est avant tout un processus dynamique et différentiel qui touche tous les individus. Le vieillissement est considéré comme différentiel car, d’une part, tous les organes et toutes les fonctions d’un même individu ne vieillissent pas à la même vitesse et, d’autre part, tous les individus ne vieillissent pas à la même vitesse. Plusieurs facteurs liés au mode de vie, comme la nutrition, la consommation de tabac, d’alcool, la prise de médicaments ou le niveau de santé ou d’éducation, peuvent moduler les effets du vieillissement. Selon les cas, ces facteurs peuvent retarder ou accélérer le vieillissement cérébral et cognitif. Un des facteurs comportementaux impliqués dans le maintien ou l’amélioration de multiples aspects du fonctionnement physique ou psychologique de la personne âgée est la pratique d’activités physiques. Elle est aujourd’hui considérée comme un élément important dans le management de la santé et de la prévention des effets du vieillissement. Outre ses effets bien connus sur la santé physique, la prévention des maladies cardiovasculaires et le recul de la mortalité (voir Shephard, 1997 ; Spirduso, Francis, & McRae, 2005), l’activité physique est également aujourd’hui reconnue pour ses bienfaits sur la santé cérébrale et la vitalité cognitive. Ceci a des implications importantes car les capacités cognitives sont un contributeur essentiel à la qualité de vie et au maintien de l’autonomie des personnes âgées (Fillit et al., 2002). En restant dans le cadre du « vieillissement normal », l’étude de la relation entre le fonctionnement cognitif et l’avancée en âge suggère que la majorité des personnes ayant plus de 65 ans démontre des déclins liés à l’âge dans les fonctions cognitives, incluant la mémoire, l’attention, la perception, la résolution de problème, la vitesse de traitement de l’information ou encore l’acquisition et la rétention de nouvelles habiletés et les fonctions exécutives (Birren & Schaie, 2006). En conséquence, le développement de stratégies afin de maintenir ou d’améliorer le fonctionnement cognitif aux âges avancés de la vie est un enjeu important de santé publique.

2Dans ce chapitre, nous ferons le point sur les dernières avancées de la recherche scientifique explorant les effets de l’activité physique sur le vieillissement du fonctionnement cognitif. Après avoir brièvement défini les concepts clés, nous synthétiserons l’état de l’art de nos connaissances actuelles sur cette question et développerons les mécanismes théoriques aujourd’hui proposés pour expliquer la relation entre activité physique et vieillissement cognitif. Enfin, des résultats récents issus de notre propre laboratoire viendront illustrer cette synthèse et permettront de tracer quelques pistes de réflexion concernant les axes de recherche à développer.

Définitions générales

3Le terme de cognition fait référence d’une manière générale aux opérations utilisées dans le traitement de l’information par le système nerveux central (SNC). La cognition désigne des fonctions multiples incluant l’ensemble des connaissances ainsi que les processus qui permettent leur apprentissage et leur manipulation (mémoire, attention, abstraction, résolution de problème, processus exécutifs…). Comme nous l’avons souligné en introduction, les fonctions cognitives subissent l’effet du temps, particulièrement à partir de 65 ans. Rappelons également que ni les fonctions cognitives, ni les structures cérébrales ne déclinent de manière uniforme au cours du vieillissement. De nombreux et importants déficits dus à l’âge ont été rapportés pour des tâches requérant de stocker et de manipuler de l’information en mémoire de travail, de passer rapidement d’une tâche à une autre, de coordonner les processus responsables de la perception, la mémoire et l’action, ou encore d’inhiber une réponse préparée (Kramer, Hahn & McAuley, 2000). Toutes ces habiletés sont dépendantes des processus de contrôle exécutif. Les fonctions exécutives sont largement supportées par les régions frontales et pariétales du cerveau, régions qui sont particulièrement vulnérables au déficit de flux sanguin et dont le volume diminue le plus rapidement avec l’avancée en âge (Hall, Smith & Keele, 2001 ; Raz & Rodrigue, 2006 ; West, 1996). Plusieurs théories viennent expliquer l’effet délétère de l’avancée en âge sur le fonctionnement cognitif, notamment en terme de réduction de la vitesse de traitement de l’information (Salthouse, 1996) et de dysfonctionnement exécutif lié au vieillissement accéléré du cortex frontal (West, 1996 ; 2000).

4L’activité physique est définie comme « tout mouvement du corps qui est produit par la contraction des muscles squelettiques et qui augmente substantiellement la dépense énergétique » (American College of Sports Medicine, ACSM, 2000, p. 4). L’exercice représente une catégorie d’activité physique et « décrit les comportements physiquement actifs qui sont conduits de manière planifiée, structurée avec l’objectif de maintenir ou d’améliorer l’aptitude physique » (ACSM, 2000, p. 4). L’aptitude physique peut être définie comme « un ensemble d’attributs que les gens ont ou atteignent, qui ont rapport à la capacité à réaliser une activité physique » (ACSM, 2000, p. 4). Parmi ces attributs, l’aptitude physique aérobie, qui renvoie à la capacité à maintenir un effort modéré sur une longue période, apparaît essentielle pour l’accomplissement des actes de la vie quotidienne. L’aptitude physique aérobie est le plus couramment évaluée par la mesure de la consommation maximale d’oxygène (ou VO_2max). L’aptitude physique aérobie subit aussi les effets du temps avec un déclin moyen généralement observé de 10 % par décennie. Ce déclin est fortement lié à des mécanismes génétiques mais est aussi en liaison avec la baisse de quantité de pratique physique au fur et à mesure que nous avançons en âge. En effet, la majorité des personnes âgées pratique moins d’activités physiques que les jeunes, ce qui a une incidence négative sur leur aptitude physique, et en conséquence limite leur possibilité de faire de l’exercice.

Activité physique, exercice et vieillissement cognitif

5Lors des trois dernières décennies, un nombre grandissant d’études s’est intéressé à l’effet potentiellement bénéfique de l’activité physique sur le vieillissement des fonctions cognitives, en adoptant des logiques différentes (pour une revue, voir Albinet, Fezzani, & Thon, 2008 ; Chodzko-Zajko & Moore, 1994 ; Spirduso, Poon, & Chodzko-Zajko, 2008 ; Colcombe & Kramer, 2003 ; Etnier et al., 2006 ; Hillman et al., 2008). Certaines ont pour objectif de comparer les performances de sujets âgés en fonction de leur implication dans des activités physiques régulières ou de leur niveau d’aptitude physique aérobie, incluant éventuellement dans cette comparaison des groupes d’adultes jeunes (études transversales). D’autres types d’étude ont examiné de manière longitudinale l’effet de la pratique physique sur le vieillissement de diverses fonctions ou structures cérébrales (études prospectives ou longitudinales). Enfin un dernier type d’études chez la personne âgée s’est intéressé à l’impact de la (re)prise d’une activité physique sur l’évolution des performances cognitives (études interventionnelles).

6Il ressort de l’examen des résultats de ces différentes études que l’activité physique et/ou l’aptitude aérobie semblent globalement avoir un impact assez modéré mais positif sur le vieillissement cérébral et la vitalité cognitive. Toutefois, de fortes disparités apparaissent entre les différentes études et il semble que plus la rigueur scientifique et méthodologique est importante, moins les effets bénéfiques de l’activité physique le sont.

7Ainsi en 1975, Spirduso lors d’une étude transversale, a été la première à mettre en évidence une plus grande rapidité des personnes âgées pratiquant régulièrement un sport de balle sur leurs homologues inactives dans des mesures de Temps de Réaction (TR) et de Temps de Mouvement (TM). Dans cette étude princeps, la tâche des participants consistait à réagir le plus rapidement possible à l’apparition d’un stimulus lumineux et à appuyer sur un interrupteur. Les résultats de cette étude ont montré que les participants actifs réagissaient plus rapidement à l’apparition du stimulus et exécutaient les mouvements d’appui sur l’interrupteur plus vite que leurs homologues inactifs. De plus, le bénéfice de l’activité physique sur les mesures de TR et de TM était plus important pour les participants âgés que pour les participants jeunes. L’auteur concluait que la vitesse des réponses des âgés actifs était plus comparable à celle des sujets jeunes actifs qu’à celle des sujets âgés inactifs et que la pratique physique plus que l’âge était responsable des différences observées. Depuis, de nombreuses études transversales se sont attachées à reproduire ces résultats en les étendant à d’autres types d’activité physique comme la marche, le golf, le jogging ou encore la natation, ainsi qu’à d’autres fonctions cognitives, comme la mémoire, l’intelligence, les capacités visuo-spatiales, de raisonnement, ou d’apprentissage. Cependant, les conclusions de ce type d’étude transversale sont confrontées à deux écueils d’importance. Premièrement, il est très difficile de pouvoir dissocier les effets de la seule pratique d’activités physiques d’autres facteurs ayant également une influence sur la vitalité cognitive comme l’éducation, le statut socio-économique ou encore le profil génétique ou le régime alimentaire. Deuxièmement, ce type d’étude ne permet pas d’établir de lien direct de causalité entre l’activité physique et la performance cognitive (voir Albinet et al., 2008 ; Kramer & Erickson, 2007).

8Plusieurs études prospectives ont également montré, sur des suivis longitudinaux des mêmes personnes sur plusieurs années, que l’exercice physique régulier permet de réduire le risque de déclin cognitif lié à l’âge (Barnes et al., 2003 ; Yaffe et al., 2001) ainsi que l’apparition de la maladie d’Alzheimer ou de démence neurodégénérative (Larson et al., 2006 ; Laurin et al., 2001). Il apparaît ainsi que les personnes de plus de 65 ans qui pratiquent des activités physiques au moins 3 fois par semaine ont 34 % de chances en moins d’être diagnostiquées comme démentes six ans plus tard (Larson et al., 2006). L’activité physique régulière permettrait de capitaliser sur une réserve cognitive et engendrerait une amélioration de la plasticité cérébrale qui pourrait retarder l’apparition des symptômes cliniques de la démence (Fratiglioni et al., 2004).

9Cependant, encore une fois, le lien de causalité entre activité physique et préservation des performances cognitives ne peut pas être clairement établi avec ce type d’études. Afin de résoudre ce problème, la méthodologie interventionnelle consiste à étudier l’effet d’un programme d’entraînement physique sur les performances cognitives de personnes âgées auparavant sédentaires. L’objectif ici est de comparer les performances des participants avant et après un programme d’entraînement de durée variable selon les études, allant de 2 mois à 3 ans. Avec ce type de protocole, les résultats des études disponibles sont beaucoup plus contrastés. Certaines études ont pu montrer que participer à des programmes d’activités physiques, notamment de type aérobie (marche, course, natation), au moins deux fois par semaine pendant au moins 3 mois permettait d’améliorer la performance de certaines fonctions cognitives comme la mémoire, l’attention, les capacités visuo-spatiales ou encore les fonctions exécutives (voir Albinet et al., 2008 ; Colcombe & Kramer, 2003 ; Etnier et al., 2006). Cette amélioration des performances, parfois couplée à une amélioration attestée de leurs corrélats neurophysiologiques (Colcombe et al., 2004 ; Colcombe et al., 2006 ; Pereira et al., 2007), s’accompagnerait majoritairement d’une amélioration de l’aptitude physique aérobie mesurée essentiellement par le VO_2max. Cependant, un certain nombre d’études interventionnelles n’a pas pu révéler d’amélioration des performances cognitives chez des personnes âgées, alors que leur aptitude physique s’était améliorée significativement sur la même période, suite à un programme d’exercices physiques (voir Albinet et al., 2008 ; Spirduso et al., 2008). Plusieurs raisons peuvent expliquer ces résultats contradictoires. Parmi celles-ci, nous pouvons lister : (1) la durée, le contenu et l’intensité des programmes d’exercices utilisés ; (2) les diverses méthodologies utilisées pour mesurer l’aptitude physique aérobie ; (3) la diversité des processus cognitifs examinés ; (4) les caractéristiques des populations étudiées en liaison avec leur âge, leur sexe, leur niveau de santé et de forme physique. L’analyse de ces modérateurs pourrait permettre d’expliquer pourquoi certaines études démontrent un effet significatif de l’exercice physique alors que d’autres non. À ce propos, bien qu’elle ne propose aucune réponse théorique sur les mécanismes sous-jacents, la méta-analyse menée par Colcombe et Kramer (2003) apporte des éléments importants dans la compréhension de cette inconsistance des résultats obtenus. Il apparaît ainsi que les programmes qui combinent des séances de 30 à 45 minutes d’activités aérobies et de renforcement musculaire sur une période de plus de 6 mois semblent les plus bénéfiques à l’amélioration des performances cognitives. Les effets de ces programmes seraient également plus importants pour les femmes âgées que pour les hommes âgés et seraient relativement limités aux tâches qui impliquent de fortes demandes cognitives ou attentionnelles comme les fonctions exécutives. Les recherches menées par l’équipe de Kramer à l’Université de l’Illinois sont, à ce titre, illustratives. Dans une série d’études combinant des données comportementales et d’imagerie cérébrale, ces chercheurs ont examiné les effets de deux programmes d’activités physiques (entraînement aérobie vs. gymnastique douce et renforcement musculaire) de 6 mois sur la réalisation de diverses tâches cognitives, certaines impliquant les fonctions exécutives, les autres non. Les conclusions générales de ces études font ressortir que (1) seul l’entraînement aérobie permettait d’augmenter le VO_2max ; (2) seuls les participants au groupe d’entraînement aérobie amélioraient leurs performances suite au programme aux seules tâches impliquant des processus de contrôle exécutif ; (3) ces mêmes participants, par rapport à leurs homologues du groupe gymnastique douce, montraient une plus grande activité corticale dans les régions frontales et pariétales dédiées au contrôle de l’attention (essentiel au succès des tâches comportementales) (voir Colcombe et al., 2004 ; 2006 ; Kramer et al., 1999 ; 2001). L’ensemble de ces résultats a conduit ces auteurs à formuler une double hypothèse sur les mécanismes explicatifs de la relation entre activité physique et fonctionnement cognitif chez la personne âgée : seule la pratique régulière d’activités physiques aérobies, qui permet d’augmenter le VO_2max (l’hypothèse métabolique), permet d’améliorer sélectivement certaines fonctions cognitives, les fonctions exécutives (l’hypothèse de l’amélioration sélective). Dans la prochaine partie de ce chapitre, nous allons examiner plus précisément cette double hypothèse, mais également d’autres mécanismes explicatifs de cette relation, en vérifiant quand cela est possible leur validité empirique.

Les mécanismes explicatifs

10Plusieurs mécanismes explicatifs ont été proposés pour comprendre la relation entre exercice physique et vitalité cognitive chez la personne âgée. À différents niveaux de description (social, psychologique, biologique), ces modèles proposent des mécanismes qu’il ne faut pas voir comme mutuellement exclusifs. Chacun apporte une explication plausible et souvent effective, mais parcellaire et spécifique à certaines fonctions ou structures, à des niveaux de description différents, et il n’y a pas de raison de penser qu’ils n’opèrent pas simultanément. Nous centrerons ici notre propos sur les mécanismes neurophysiologiques et ne développerons pas les modèles psycho-sociaux qui se centrent sur l’amélioration de l’estime de soi, du bien-être ou de la qualité de vie (pour une revue, voir McAuley et al., 2005 ; 2006).

L’hypothèse trophique

11La théorie trophique postule une influence trophique (ou nutritive) de l’activité physique sur la structure cérébrale et sur la fonction synaptique et/ou neuronale (Churchill et al., 2002 ; Kramer & Erickson, 2008). À la base, cette théorie repose sur l’expérimentation animale. Les animaux soumis à l’enrichissement de leur environnement et à l’exercice chronique démontrent des capacités d’apprentissage améliorées et développent des connexions synaptiques plus nombreuses que les animaux non soumis à un tel environnement. L’activité physique n’aurait pas qu’une influence trophique sur les muscles activés mais également sur les structures du SNC responsables de cette activité à travers une série de cascades moléculaires et cellulaires et la prolifération de molécules de croissance (neurotrophiques). Ainsi, l’exercice physique volontaire concourrait au développement des connexions synaptiques et de la plasticité cérébrale (angiogenèse, synaptogenèse et neurogenèse). Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cette relation à un niveau moléculaire, cellulaire ou organique doivent encore être clairement établis, il semble que l’activité physique joue directement un rôle sur l’intégrité des fonctions et des structures cérébrales (pour une revue, voir Churchill et al., 2002 ; Cotman & Berchtold, 2002 ; Hillman et al., 2008). De récentes études utilisant les techniques d’imagerie cérébrale et de biologie moléculaire, semblent montrer que ces résultats chez l’animal pourraient être étendus à l’Homme. Il apparaît ainsi que l’exercice physique régulier est associé chez la personne âgée à une moindre réduction du volume cérébral (matière grise et matière blanche), notamment dans les régions frontales, pariétales et hippocampiques ainsi qu’à de plus hauts niveaux de concentration intracérébrale de facteurs neurotrophiques (Colcombe et al., 2003 ; 2006 ; Erickson et al, 2009 ; Flöel et al., 2009).

L’hypothèse métabolique

12À un niveau plus macroscopique, ce deuxième mécanisme explicatif, le plus étudié à l’heure actuelle chez l’Homme, repose sur la démonstration d’une corrélation entre les performances cognitives et l’aptitude physique aérobie. Dans ce cadre, les études examinent l’effet du niveau ou de l’amélioration de l’aptitude physique aérobie (notamment VO 2max) sur les capacités cognitives. Cette hypothèse stipule que l’exercice physique d’endurance, en améliorant l’aptitude physique aérobie, augmente le flux sanguin cérébral dans certaines régions et permet ainsi une meilleure oxygénation du système nerveux central, particulièrement dans les zones frontales et pariétales du cortex ; régions qui sont particulièrement vulnérables au déficit de flux sanguin avec l’avancée en âge et qui sont le siège des fonctions exécutives (Dustman et al., 1984 ; Hillman et al., 2008). Pour les chercheurs, toute manipulation qui augmente la vascularisation du cerveau et donc le flux sanguin cérébral devrait être une stratégie efficace pour minimiser les déclins cognitifs associés au vieillissement. Comme nous le voyons, cette hypothèse est séduisante pour expliquer, d’une part, pourquoi l’exercice physique aérobie est plus efficace que les autres types d’activité physique et, d’autre part, pourquoi l’effet serait sélectif ou plus particulièrement prononcé pour les tâches impliquant les fonctions exécutives. Un certain nombre d’études viennent en appui de cette théorie. Les résultats comportementaux et neurophysiologiques des travaux de l’équipe de Kramer cités ci-dessus en sont le principal exemple. Récemment, une étude transversale de Brown et collaborateurs (2008) a montré qu’un haut VO_2max était lié à une plus grande conductibilité cérébrovasculaire et à une diminution de la pression artérielle cérébrale, tous deux facteurs prédictifs de meilleures performances cognitives. Toutefois, cette théorie repose sur la démonstration que l’aptitude physique aérobie, en tant que seule variable médiatrice, est responsable des différences observées. Or, une claire relation dose-effet entre VO_2max – ou gains en VO_2max – et amélioration des performances cognitives n’a jamais pu être réellement établie (voir à ce sujet la récente étude interventionnelle de Smiley-Oyen et al., 2008). La méta-analyse d’Etnier et collaborateurs (2006), compilant les résultats de 37 études portant sur plus de 1 300 sujets de tous âges conclue que, bien qu’il y ait un effet significatif de l’exercice physique sur la performance cognitive, cet effet n’est pas médiatisé par l’aptitude physique aérobie. Des différences méthodologiques entre les études (notamment dans la mesure du VO_2max et dans les évaluations cognitives) peuvent être responsables en partie de cette conclusion singulière. Mais il est également possible que le VO_2max ne soit pas la bonne ou la seule variable médiatrice dans la relation exercice/cognition chez la personne âgée. En effet, le VO_2max est une mesure globale de la santé cardiovasculaire basée sur la capacité de consommation de l’oxygène d’un individu afin de pouvoir maintenir un effort d’une certaine intensité durant une période prolongée. D’autres mesures, basées sur l’activité cardiaque, peuvent rendre compte de l’intégrité du fonctionnement cardiorespiratoire. Dans la prochaine partie, nous allons examiner pourquoi et comment l’examen des oscillations spontanées du rythme cardiaque peut être pertinent pour la compréhension de la relation exercice/cognition, en l’illustrant avec de récents résultats issus de notre laboratoire.

Variabilité de la fréquence cardiaque, exercice et cognition

13La variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) renvoie aux oscillations spontanées du rythme cardiaque. Elle est un marqueur du fonctionnement cardiovasculaire autonome et est considérée comme un facteur prédictif direct des risques cardiovasculaires et de mortalité (TaskForce, 1996). Elle est aussi reconnue comme un indicateur puissant et utile des relations entre processus physiologiques et psychologiques (Thayer & Lane, 2009 ; Thayer et al., 2009a). La VFC peut être évaluée par des indices dans le domaine temporel et fréquentiel, reflétant l’activité du système nerveux autonome (SNA). Certains indices rendent compte de l’influence des voies sympathiques et d’autres de l’influence des voies parasympathiques ou vagales. On peut considérer globalement que plus la VFC est élevée, meilleure est la santé cardiaque d’une personne. Ainsi, on dit d’un cœur variable qu’il est en bonne santé ; c’est-à-dire qu’il est adaptable et peut donc réagir correctement à diverses sollicitations exigeantes ou stressantes de l’environnement. À l’inverse, un cœur trop régulier serait considéré comme peu flexible.

14Nous savons que le vieillissement affecte la VFC ; c’est-à-dire que la fréquence cardiaque d’une personne âgée est moins variable que celle d’un jeune adulte. Nous savons également que la pratique régulière d’exercice physique a une incidence positive sur la VFC. Notamment chez les seniors, les personnes qui ont une meilleure aptitude physique aérobie et/ou qui s’exercent régulièrement, ont une VFC plus élevée que leurs homologues sédentaires et à faible aptitude aérobie. De récentes études ont également montré que la VFC est liée à l’efficacité du fonctionnement cognitif et que le contrôle vagal du système cardiovasculaire est corrélé avec l’activité du cortex préfrontal (Gianaros et al., 2004 ; Thayer & Lane, 2009 ; Thayer et al., 2009a). Thayer et collaborateurs ont ainsi proposé un modèle d’intégration neurovisceral dans lequel ils décrivent le rôle du cortex préfrontal dans la modulation du contrôle vagal de l’activité cardiaque. Ces auteurs proposent qu’un circuit neural cortico/sous-cortical commun serve de lien structural entre des processus psychologiques comme l’émotion et la cognition et des processus physiologiques liés à la santé ; et que ce circuit peut être décrit par l’analyse de la VFC. Ainsi, les personnes qui ont une haute VFC sont également celles qui démontrent de meilleures performances à des tests évaluant les fonctions exécutives, dont l’efficacité est liée à l’intégrité du cortex préfrontal (Thayer & Lane, 2009 ; Thayer et al., 2009a). La VFC pourrait alors être un indicateur indirect de l’intégrité du fonctionnement cardiaque mais aussi cérébral.

15En s’appuyant sur ce modèle, une étude que nous avons récemment menée au sein de notre laboratoire avait pour objectif d’examiner dans quelle mesure un programme de 3 mois d’activités physiques aérobies permettait d’améliorer les performances de personnes âgées de 65 ans et plus lors de tests cognitifs impliquant les fonctions exécutives (Albinet et al., 2010). L’objectif de cette étude était de tester si l’augmentation du VO_2max médiatise ou non les potentiels changements de performance avant et après le programme d’activités physiques et d’examiner si la VFC n’est pas un marqueur périphérique plus précis de l’efficience du fonctionnement cardiaque et neural. Vingt-quatre personnes sédentaires, âgées de 65 à 85 ans ont été aléatoirement réparties en deux groupes participant à un programme d’activités physiques adaptées (APA) pour les personnes âgées, 3 fois par semaine sur une période de 12 semaines. Le groupe « Aérobie » participait à des séances d’exercices d’endurance (marche, course, circuit-training) d’une heure dont l’objectif était d’améliorer leur santé cardiovasculaire et d’augmenter leur VO_2max. L’intensité des exercices proposés était individualisée à 60 % de la fréquence cardiaque de réserve (i.e., en fonction de leur fréquence cardiaque maximale et de leur fréquence cardiaque de repos). Le groupe « Gymnastique douce » participait à des séances d’une heure dont l’objectif était d’améliorer leur coordination, leur souplesse et leur équilibre. L’intensité des exercices proposés était beaucoup plus faible que pour le groupe « Aérobie » afin de ne pas induire, normalement, d’augmentation de l’aptitude aérobie. Nous avons évalué leur VFC au repos dans des conditions standardisées (voir TaskForce, 1996) ainsi que leur VO_2max par le test du Rockport 1-mile (voir Kline et al., 1987) avant et après les deux programmes d’APA. Enfin, l’évaluation de leur fonctionnement exécutif a été effectuée par le test informatisé du tri de cartes du Wisconsin (WCST), également avant et après les deux programmes d’APA. Dans cette tâche, les participants doivent classer des cartes selon différentes règles qu’ils doivent découvrir. Ces règles peuvent changer de manière imprévue et les participants doivent alors s’adapter et appliquer une nouvelle règle. La performance à cette tâche s’apprécie notamment en comptabilisant le nombre d’erreurs de décision commises par le participant. Plus ce nombre d’erreurs est faible, meilleure est la performance. La réussite à cette tâche complexe nécessite de se désengager d’une règle pour en appliquer une autre (flexibilité mentale), d’inhiber la règle qui n’est plus pertinente (inhibition) et de contrôler et mettre à jour sa mémoire de travail pour se souvenir de la règle à appliquer (mise à jour de la mémoire de travail) (Rhodes, 2004). Ces trois processus cognitifs représentent le noyau des fonctions exécutives.

16Lors du pré-test, les participants des deux groupes d’APA ne se différenciaient pas sur les mesures de VFC, de VO_2max et sur les performances au WCST. Le VO_2max du groupe « Aérobie » a significativement augmenté (+ 13,5 %), passant de 21,8 ml/kg/min d’O₂ en moyenne au pré-test à 25,2 ml/kg/min d’O₂ au post-test ; de même que celle du groupe « Gymnastique douce » (+ 11 %), passant de 21,7 ml/kg/min d’O₂ à 24,4 ml/kg/min d’O₂. Fait surprenant, l’augmentation du VO_2max observée pour le groupe « Aérobie » ne s’est pas avérée significativement plus importante que celle du groupe « Gymnastique douce ». Ce résultat pourrait indiquer que même un programme de faible intensité pourrait permettre d’améliorer le VO_2max chez des personnes âgées sédentaires ayant un niveau initial faible ; ou bien que le test du Rockport 1-mile ne mesure pas seulement VO_2max mais aussi une meilleure utilisation de ses ressources psychomotrices.

17Un résultat important et en accord avec la littérature, concerne les indices de VFC. Seul le groupe Aérobie a montré une augmentation significative (+ 18,7 %) des indices évaluant le contrôle vagal de la VFC, comme le montre la figure 1.

18Enfin, seuls les participants du groupe Aérobie ont significativement amélioré leur performance à la tâche du WCST. Comme le montre la figure 2, seuls ces participants ont diminué leur nombre d’erreurs de décision entre le pré-test et le post-test.

19Dans l’ensemble, les résultats de cette étude montrent qu’un programme d’exercices aérobies de 12 semaines a permis d’augmenter significativement le VO_2max et la VFC de personnes âgées initialement sédentaires. Dans le même temps, leurs fonctions exécutives, évaluées par la tâche du WCST, se sont significativement améliorées. Parallèlement, la participation sur la même période à un programme de gymnastique douce, a permis d’augmenter aussi le VO_2max des participants, mais pas leur VFC, ni d’améliorer leur fonctionnement exécutif. Il apparaît ainsi que seul le programme Aérobie a permis d’améliorer le fonctionnement exécutif des participants âgés, en liaison avec l’augmentation de leur VFC. L’augmentation de VO_2max ne semble pas être le médiateur de cette amélioration cognitive puisque le programme de Gymnastique douce a permis une semblable augmentation sans effet sur la performance exécutive. Ces résultats suggèrent qu’il y a bien une relation entre les processus indexés par la VFC et les processus impliqués dans les tâches sollicitant le cortex préfrontal. L’augmentation de la VFC suite au programme Aérobie pourrait alors être vue comme un indice périphérique d’un fonctionnement neural préfrontal efficient. La relation causale entre augmentation de la VFC et amélioration des performances exécutives est encore difficile à établir en l’état actuel de nos connaissances. Ces premiers résultats appellent au développement de nouveaux travaux pour examiner plus précisément si l’amplitude de l’augmentation de la VFC peut prédire les changements dans la performance cognitive lors d’un examen plus complet des différentes fonctions exécutives. Les récents travaux de notre laboratoire semblent en effet montrer que toutes les fonctions exécutives ne sont pas améliorées dans la même mesure suite à un programme d’exercices aérobies. Enfin, l’utilisation de techniques d’imagerie cérébrale devrait permettre de vérifier si les programmes d’exercices aérobies augmentent réellement le niveau d’oxygénation des zones frontales et pariétales du cortex et si cette augmentation est liée à l’augmentation de la VFC, du VO_2max et est responsable des améliorations cognitives constatées.

Conclusion

20Nous avons essayé de démontrer dans ce chapitre que le maintien d’un style de vie physiquement actif tout au long de sa vie ou la (re)prise d’une activité physique régulière entraînent un maintien ou une amélioration du fonctionnement cognitif des seniors. Il semble toutefois que cette relation entre l’activité physique et la cognition ne soit pas générale mais plutôt spécifique à certaines fonctions (comme les fonctions exécutives) et liée à certains types d’exercices (comme les activités physiques de type aérobie). La compréhension des mécanismes qui sous-tendent cette relation a nettement progressé ces dernières années et des modèles explicatifs convaincants et testables ont été proposés. La multiplication des études de type interventionnel, examinant les interactions entre processus physiologiques et psychologiques, couplée à l’utilisation des techniques d’imagerie cérébrale permettra sans doute de préciser la nature même de ces mécanismes. Le développement d’un modèle explicatif est en effet très stimulant mais il n’existe certainement pas une solution unique. Plusieurs mécanismes, à différents niveaux de description, jouent certainement un rôle, que ce soit en concurrence ou en parallèle. Il est ainsi probable que les effets de l’activité physique sur la cognition ne sont pas les mêmes en fonction du profil génétique de chacun. Il convient également d’examiner ces effets sur des variables psychosociales comme la motivation, le bien-être ou le sentiment d’efficacité personnelle, ainsi que l’influence des interactions sociales liées à la pratique en groupe. Enfin de nombreuses autres questions ouvertes attendent aujourd’hui des réponses : à partir de quel âge faut-il commencer ? Quelles sont les activités, les fréquences, les durées et les intensités d’exercice les plus efficaces ? Combien de temps durent les effets après l’arrêt du programme d’activités physiques ?