En particulier, la modification du degré d’attention a pour effet d’augmenter significativement les oscillations posturales enregistrées lors d’une tâche consistant à se déplacer "mentalement" sur une grille imaginaire (Anderson et coll., 1998) ou réaliser un calcul mental tel que compter à l'envers (Brown et coll., 1999). La méthode inverse consiste à évaluer le temps de réaction consécutivement à un stimulus extérieur dans différentes postures ou locomotions, et ainsi calculer leur "coût attentionnel". De cette manière, Lajoie et coll. (1993) ont proposé une élévation de la charge cognitive inhérente à l'augmentation de la difficulté de la tâche motrice. Ainsi, se tenir assis serait moins coûteux que de se tenir debout, et marcher surchargerait encore ce poids attentionnel. Il semblerait enfin que l'âge soit un paramètre à prendre également en compte, dans la mesure où les temps de réactions enregistrés ainsi que les oscillations mesurées sont encore plus élevées chez les personnes âgées (Teasdale et coll. 1993; Lajoie et coll. 1996; Simoneau et coll. 1999). Cependant, certains travaux remettent en question ces résultats sur la base d’un biais protocolaire. Yardley et coll. (1999) ont suggéré en effet que l'augmentation des oscillations posturales observée au cours de ces protocoles de double tâche soit en fait plutôt due à l'articulation mandibulaire liée aux réponses verbales. Ainsi, dès lors que la même tâche est réalisée mentalement, sans élocution, aucun effet significatif, au vu des paramètres observés n’apparaît.

Parmi les tâches cognitives, le calcul mental présente la particularité de mobiliser de nombreuses régions du cortex. En effet, selon des études rapportées par Dehaene (1997) cette tâche requiert à la fois la mise en jeu des structures du langage (aire de Broca) mais également d'autres zones situées dans les deux lobes pariétaux. Les mathématiques seraient ainsi d'abord perçues comme un langage avant d'être traitées par d'autres régions cérébrales. On note ainsi qu’une partie du cortex prémoteur est activée lors d'une tâche de calcul mental simple telle qu'une soustraction (Burbaud et coll. 1999). Enfin, il est probable que le cervelet intervienne également dans ce type de tâche cognitive (Ito 1993 ; Leiner et coll. 1993).

La connaissance des structures sollicitées par le maintien de la station debout ont été pendant longtemps déduites à partir d’observations de patients atteints de troubles neurologiques. Ainsi, pour Massion (1992), les noyaux de la base pourraient intervenir dans le contrôle de la raideur articulaire, comme en témoignent les mouvements désordonnés des Parkinsoniens. Le cervelet jouerait également un rôle important dans ce type de contrôle. Ces contributions n’ont été confirmées que récemment grâce à l'utilisation de techniques d'IRM par Ouchi et coll. (1999). Il ressort de cette étude que le vermis est une région du cervelet particulièrement active lors du maintien de la station debout non perturbée.

D’un point de vue méthodologique, la plupart des travaux réalisés dans le domaine de la posturologie sont basés sur une simple analyse statistique des positions successives du centre des pressions (CP). Celui-ci correspond au point d’application de la résultante des forces de réactions exercées par le sujet et est mesuré à partir d’une plate-forme de force. D’un point de vue biomécanique, les déplacements du centre de gravité (CG), reconnue comme étant la variable contrôlée en station debout, sont déterminés par ceux du CP, la variable de contrôle. Dans cette organisation, le CP apparaît dans certains cas comme " facilitateur ", c’est à dire que ses déplacements visent à déplacer le CG. Ad’autres instants, les déplacements du CP ont pour objet de limiter la position du CG. Ces deux fonctions ont conduits un certain nombre de chercheurs à dissocier le CP en deux mouvements élémentaires CG_v et CP-CG_v (Winter et coll., 1998 ; Kucziynski, 1999 ; Corriveau et coll., 2000; Caron et coll., 2000). De plus, des outils mathématiques permettent de déterminer très précisément les mouvements horizontaux de CG (CG_v) à partir des positions du CP (Brenière, 1996 ; Caron et coll., 1997). En supplément, il peut être intéressant de connaître le degré de contrôle des processus impliqués dans la régulation de ces mouvements. La modélisation en mouvement Brownien fractionnaire (mBf) est à ce titre un outil intéressant, car elle permet de mettre en évidence la part relative des processus stochastiques et déterministes intervenant dans un mouvement. En d’autre termes, il possible par cette technique de distinguer la part du mouvement qui est contrôlée de celle qui ne l’est pas.

L’association des ces deux principes (dissociation du CPen deux mouvements élémentaires et mBf) détermine de fait une technique d’analyse fine (Rougier et Caron, 2000) qui a notamment permis d’étudier les effets d’une cécité prolongée (Rougier et Farenc, 2000), d’un protocole de ré-entraînement par feedback visuel (Rougier, 2001) ou encore les conséquences d’une posture penchée en avant ou en arrière (Rougier et coll., 2001 ; Rougier, 2001).

L’objectif de cette étude sera par conséquent d’étudier, grâce à cette méthode, l’effet des processus attentionnels sur le contrôle postural. Précisément, il s’agira de comparer la performance posturale associée ou non à la réalisation d’un calcul mental.

Enfin, les sujets recevaient la consigne de continuer les calculs en cas d’erreur manifeste. Cinq essais étaient enregistrés pour chacune des conditions et faisaient ensuite l’objet d’un moyennage.

CG_v/CP= Ω₀²/( Î©₀² + Ω²) (1)

où Ω est égale à 2 Ï€f et représente la pulsation (en rad.s^-1)

et Ω₀ est égale à (mgh / (I_G+mh²)^1/2) (en Hz) et représente une constante biomécanique relative à l’anthropométrie du sujet : la fréquence naturelle du corps (Brenière, 1996). I_G, m, et h représentent ici respectivement le moment d’inertie du corps par rapport au CG, la masse des sujets et la hauteur par rapport au sol du CG. Les moments d’inertie I_G sont calculés distinctement selon les directions MLet AP

I_G ML = 0,0572 mH² et I_G = 0,0533 mH² (Ledebt et Brenière, 1994), H représentant la taille du sujet debout.

Pour pouvoir utiliser cette relation, une étape initiale consiste à passer du domaine temporel au domaine fréquentiel par une transformée rapide de Fourrier (trF). Le spectre calculé est ensuite multiplié par le filtre passe-bas défini par (1), ce qui permet de calculer celui de CG_v. Une transformée inverse de Fourrier (tFi) permet de revenir dans le domaine temporel et par conséquent d'obtenir les mouvements de CG_v. Toutes les étapes de cette procédure d’analyse sont représentées sur la figure 1.

Il faut noter que les amplitudes des composantes étudiées n’interviennent pas toutes sur des bandes de fréquences identiques. Ainsi, il semble intéressant de calculer la RMS et la FM sur une étendue de fréquences comprises entre 0 et 3 Hz pour CP et CP-CG_v, et sur 0-0,5 Hz pour CG_v (Farenc et Rougier, 2000).

Comme le montre l’égalité suivante

<Δx²>= Δt^2H

le principe d’analyse consiste à s'intéresser à la relation existant entre les distances moyennes parcourues (<Δx²>) et les intervalles de temps croissants (Δt). La représentation graphique qui permet d’apprécier la nature de cette relation porte le nom de variogramme. Le coefficient d'échelle ou coefficient de Hurst (H) est représentatif de la demi-pente du nuage de point constitué selon des échelles logarithmiques et déterminé selon la méthode des moindres carrés. Ce coefficient H permet de rendre compte de la nature des processus contrôlant les déplacements considérés. Ainsi, si sa valeur médiane (soit 0,5) traduit un processus totalement aléatoire, plus les valeurs s’éloignent de cette valeur seuil de 0,5 et plus le degré de contrôle sera important. Ces processus seront par ailleurs qualifiés de persistants lorsque H>0,5 (le point considéré aura respectivement tendance à s’éloigner de son point d’équilibre) ou d’antipersistants lorsque H<0,5 (dans ce cas, la plus grande tendance sera de rebrousser).

Collins et De Luca (1993) ont été les premiers à avoir saisi l'intérêt de cet outil dans le domaine de l'analyse des trajectoires du CP. Les variogrammes, dans ce cas, présentent la particularité d’être constitués de deux portions de droite successives. Ces auteurs en ont déduit que deux mécanismes de contrôle distincts interviendraient successivement au cours du maintien de la posture : le premier, de nature persistante ou exploratoire, opérerait en boucle ouverte (c'est à dire sans utilisation de feed-back) pour les Dt les plus courts, alors que le second, de nature anti-persistante ou corrective, fonctionnerait en boucle fermée (par rétroaction) pendant les Δt les plus longs. Dès lors que deux mécanismes successifs interviennent, il est important de pouvoir déterminer de façon objective leur articulation spatio-temporelle. Dans cette optique, une méthode basée sur la comparaison des variogrammes obtenus expérimentalement vis à vis de ceux caractérisant un déplacement totalement stochastique peut être utilisée (Rougier, 1999). Comme on peut le voir par l’intermédiaire de la figure 2, le Δt du point de transition est déterminé à partir de la distance maximale intervenant entre ces deux variogrammes. L’intervalle de temps Δt correspondant à cette distance maximale correspond au temps moyen nécessaire au sujet pour passer d’un mécanisme à l’autre. La coordonnée spatiale du point de transition (Δx ou Δy selon la direction considérée) identifie quant à elle la distance quadratique moyenne à partir de laquelle la correction intervient.

La dissociation de la trajectoire du CPen deux composantes élémentaires (CG_v et CP-CG_v) associée à la modélisation en mBf, permet d’accéder à une analyse plus fine des comportements posturaux. En particulier, on peut se rendre compte que seuls les différences CP-CG_v d’une part et les mouvements du CG_v d’autre part sont contrôlés respectivement pendant les t les plus brefs et les plus longs. En complément, quand l’un des mouvement est contrôlé, l’autre ne l’est pas (Rougier et Caron, 2000).

En définitive, plusieurs paramètres permettent de caractériser l'allure de chacun des variogrammes selon chacune des direction et pour chacun des mouvements : les coordonnées spatio-temporelles des points de transition (Δtx ou Δty; <Δx²> ou <Δy²>), ainsi que les coefficients d'échelle de courtes (Hcl x et Hcl y), et de longues latences (Hll x et Hll y).

De ce fait, deux groupes distincts se différenciant par des comportements posturaux propres ont été constitués. Pour ce faire, nous avons pris le parti de nous référer aux différences obtenues sur les paramètres issus de la modélisation en mBf et plus particulièrement sur les valeurs de coefficient d’échelle de courtes latences (Hcl) pour les trajectoires de CP-CG_v. Ce choix se justifie en premier lieu par le fait que les mouvements de CP-CG_v, en communiquant des accélérations horizontales, sont reconnus comme déterminants dans le contrôle des mouvements du CG (Winter et al., 1998; Rougier et Caron, 2000). D’autre part, le calcul mental, en induisant chez la plupart des sujets des variations, de signes différents certes, tend à montrer que le degré de contrôle des mouvements (quantifié par les valeurs d’Hcl de CP-CG_v) constitue un objectif important de la commande effectrice.

Il est intéressant de noter que ces comportements sont dépendants de la direction, puisque certains sujets présentent des changements plus sensibles sur ML ou AP. Un sujet présente d’ailleurs la particularité d’appartenir aux deux groupes en même temps, puisque le contrôle des déplacements de CP-CG_v est renforcé sur APet est diminué sur ML.

Il faut enfin souligner que parmi les quatre sujets restants, 1 n’est en apparence pas du tout affecté par la procédure de calcul alors que des modifications au niveau des paramètres spectraux sont observées pour les trois autres. Dans ce dernier cas, ces effets ne sont pas retrouvés pour les paramètres issus de la modélisation en mBf.

Au premier abord, les résultats portant sur l’ensemble de l’échantillon pourraient être perçus comme une confirmation d’un certain nombre d’études menées récemment par l’équipe de Yardley. Dans un premier temps, Anderson et coll. (1998) ont observé des interactions significatives entre diverses tâches mentales et le contrôle de la station debout. Ensuite, il a pu être montré que ces effets étaient vraisemblablement le résultat d’une verbalisation des réponses (Yardley et coll, 1999). Néanmoins, il faut souligner dans cette dernière étude, comme dans la nôtre (figure 3), une tendance à voir diminuer la longueur des déplacements du CP. Les effets relevés grâce à la décomposition en deux mouvements élémentaires, l’utilisation de paramètres a priori plus discriminants et une classification des comportements permettent en définitive de mettre en évidence un certain nombre de changements. Dès lors, l’absence de signification relevé pour les résultats moyennés dans cette étude s’expliquerait principalement par des comportements individuels opposés.

Ces effets dus à la tâche de calcul pourraient provenir des circuits nerveux impliqués dans les deux tâches proposées. En effet, on sait aujourd'hui que le calcul mental utilise de nombreuses structures cérébrales. Les travaux de Dehaene (1997) ont ainsi montré que des régions aussi éloignées géographiquement les unes des autres que l'aire de Broca, le cortex pariétal inférieur, le cortex préfrontal dorsolatéral ainsi que les noyaux gris et le thalamus sont utilisés respectivement pour la compréhension du langage mathématique, la représentation des quantités, le choix d'une stratégie de calcul, et la mémorisation des éléments nécessaires. Il faut également rajouter l'augmentation de l'activité du cortex prémoteur enregistrée au cours d'une tâche de soustraction par Burbaud et coll. (1999), ainsi que la possible intervention du cervelet dans les tâches de calcul (Ito et coll. 1993; Leiner et coll. 1993). Parallèlement, on sait depuis peu que certaines de ces structures contribuent également et très largement au contrôle de la posture. En particulier, Ouchi et coll. (1999) ont pu confirmer par des techniques d’imagerie le rôle primordial du cervelet dans le maintien de la station debout. Ces considérations neurophysiologiques suggèrent qu'une surcharge, liée à un flux accru d'informations au niveau de ces structures, puisse être à l'origine d'une diminution du tonus musculaire.

- le premier (DET-A), qui regroupe cinq sujets, se caractérise par une diminution du niveau de contrôle de la commande effectrice (exprimée par une diminution des Hcl) qui s’accompagne d’une diminution simultanée des coordonnées spatiales et temporelles (<Δx²> et Δt.). En d’autres termes, moins de temps et de distance parcourue seraient en moyenne nécessaires à ces sujets pour commencer à corriger un mouvement de leur corps lorsqu’ils réalisent en parallèle un calcul. En contrepartie les mouvements de CP-CG_v seraient moins contrôlés.

On peut enfin noter que le comportement DET-A (caractérisée notamment par une diminution des Δt) est mise en œuvre uniquement par des femmes, alors que la seconde (augmentation des Δt) serait plutôt représentative d’un comportement masculin. Ces résultats suggèrent ainsi que la réalisation d’un calcul entraînerait des effets différents sur le contrôle en parallèle d’une posture en fonction du sexe de l’individu. Une piste explicative pourrait venir d’une mobilisation de structures corticales différentes lors de la réalisation d’un calcul arithmétique comme l’ont montré les travaux de Skrandies et coll. (1999). En effet, il semblerait selon ces auteurs que les femmes mobilisent une plus large partie des hémisphères que les hommes au cours de la réalisation d’un calcul.

En conclusion, les présents résultats permettent de mettre en évidence des comportements posturaux différents face à un même protocole de double tâche. Par conséquent, il peut être établi que le calcul mental induit des modifications au niveau des processus centraux impliqués dans le contrôle de la station debout. Un prolongement intéressant de ces recherches serait de catégoriser les populations selon leur réaction face à ce type de protocole de double tâche, en particulier par la prise en compte des capacités de calcul afin de pouvoir évaluer la charge cognitive de manière individuelle.