Alternance de tâches concurrente à l’estimation
temporelle : parallélisme et partage de ressources
Thèse
Charles Viau-Quesnel
Doctorat en psychologie, recherche et intervention, orientation clinique
Philosophiæ doctor (Ph.D.)
Québec, Canada
RÉSUMÉ
L‘estimation temporelle prospective est la capacité à estimer la durée d‘un stimulus alors que celui-ci est présenté. L‘estimation du temps prospective (ci-après nommée estimation du temps) est sensible au partage de ressources cognitives. La réalisation d‘une tâche concurrente à l‘estimation du temps provoque un effet d‘interférence qui affecte le processus d‘accumulation d‘informations temporelles (voir Brown, 1997, 2008, 2010; Block, Hancock, & Zakay, 2010). Des travaux antérieurs ont démontré que l‘effet d‘interférence est obtenu quand la tâche secondaire à l‘estimation temporelle requiert l‘implication de ressources attentionnelles (voir par exemple Brown, 1997, Fortin & Massé, 2000) ou encore la manipulation d‘information en mémoire à court terme (Barouillet, Bernardin, Portrat, Vergauwe, & Camos, 2007; Fortin, Champagne, & Poirier, 2007; Fortin, Chérif, & Neath, 2005; Fortin & Rousseau, 1998). Outre l‘attention et la mémoire, des auteurs se sont intéressés à l‘interférence entre des tâches dites exécutives et l‘estimation temporelle. Certains auteurs suggèrent en effet que l‘estimation temporelle implique des ressources de contrôle exécutif. Brown (2006) rapporte une interférence entre l‘estimation du temps et une tâche de génération aléatoire de nombres, une tâche qui impliquerait le contrôle exécutif. Zakay et Block (2004) rapportent un effet similaire avec l‘alternance de tâches, un paradigme employé afin d‘étudier le contrôle cognitif. Cependant, Fortin, Schweickert, Gaudreault, & Viau-Quesnel (2010) ne trouvent pas d‘effet d‘alternance avec une tâche d‘estimation temporelle concurrente. L‘objectif général de la présente thèse est d‘étudier l‘impact de différentes manipulations au paradigme d‘alternance de tâches dans une situation de double tâche avec estimation temporelle. Plus spécifiquement, l‘influence de la valence des stimuli, la préparation et le recours à un paradigme d‘alternance volontaire sont étudiés. Les présents travaux visent ainsi à mieux définir les processus exécutifs impliqués dans l‘estimation de temps et, du même coup, permettront d‘apporter un éclairage nouveau en ce qui à trait aux mécanismes qui expliquent le coût d‘alternance de tâches, un effet classique mais dont les modèles explicatifs sont encore l'objet d'études et de tests empiriques. Pour ce faire, deux expériences employant un paradigme d‘alternance bivalent et permettant la manipulation d‘intervalles de préparation (Chapitre II) et trois expériences employant un paradigme
de la thèse, deux conditions, temps de réaction et production temporelle, permettent de déterminer si le paradigme développé génère des coûts d‘alternance en condition de tâche seule (condition temps de réaction) et en condition de double tâche concurrente à une tâche de production d‘intervalle temporel (condition production temporelle). De plus, une manipulation de la charge en mémoire entre les essais permet de comparer l‘effet d‘alternance à celui de la recherche en mémoire, un effet qui devrait théoriquement interférer avec l‘estimation temporelle concurrente (Fortin, Champagne, & Poirier, 2006). Les résultats des expériences du Chapitre II montrent que l‘alternance de tâches bivalente génère des coûts d‘alternance en situation de tâche seule et que ces coûts d‘alternance diminuent asymptotiquement avec la préparation. Cependant, dans la condition avec production temporelle, l‘effet d‘alternance n‘est pas obtenu, suggérant que l‘alternance avec des stimuli bivalents n‘interfère pas avec l‘estimation temporelle. De plus, la manipulation de l‘intervalle indice-cible, qui permet la préparation, n‘est pas associée avec une augmentation des productions temporelles, mais, au contraire, avec une diminution de la sous-estimation du temps qui passe, c‘est-à-dire une amélioration de la performance à l‘estimation du temps pendant l‘intervalle de préparation. Les résultats du Chapitre II suggèrent donc que l‘alternance de tâches et l‘estimation temporelle ne partagent pas de ressources cognitives. Le Chapitre III s‘intéresse à un paradigme novateur dans le domaine de l‘alternance de tâches : le paradigme d‘alternance volontaire. Développé par Arrington et Logan (2004; 2005), ce paradigme a pour objectif de forcer l‘implication de contrôle descendant en retirant les indices qui identifient la tâche à effectuer par le participant. Dans ce paradigme, les consignes au participant sont d‘alterner approximativement une fois sur deux et au hasard. Les résultats du Chapitre III démontrent que le paradigme d‘alternance volontaire génère des coûts d‘alternance tant dans la condition de tâche seule que dans la condition de double tâche avec l‘estimation temporelle. Ces résultats suggèrent d‘une part que l‘alternance volontaire se distingue de l‘alternance involontaire et, de plus, suggèrent que l‘alternance volontaire sollicite des ressources cognitives qui sont également impliquées dans l‘estimation temporelle. Il appert donc que l‘estimation du temps dépend de ressources dites exécutives, mais que ces ressources ne sont pas unitaires ni homogènes. Spécifiquement, les présents travaux permettent de postuler que les ressources de contrôle
descendant soient impliquées dans l‘estimation temporelle, mais pas les processus de contrôle ascendant qui émergent des indices contextuels.
ABSTRACT
Prospective timing is the capacity to estimate the duration of a stimulus as it is presented. Prospective timing (hereafter referred to as timing) is sensitive to resource-sharing. In dual task paradigms, timing performance diminishes when resources involved in timing are also involved in the secondary task (interference effect, see Brown, 1997, 2008, 2010; Block, Hancock, & Zakay, 2010). Previous work has shown that an interference effect is obtained when timing is done concurrently with a task which requires the involvement of attentional resources (e.g. Brown, 1997, Fortin & Massé, 2000) or the manipulation of information in short term memory (Barouillet, Bernardin, Portrat, Vergauwe, & Camos, 2007; Fortin, Champagne, & Poirier, 2007; Fortin, Chérif, & Neath, 2005; Fortin & Rousseau, 1998). Apart from attentional and memory resources, authors have studied the interference effect with executive tasks. Some authors suggest that timing involves executive resources. Brown (2006) found an interference effect between timing and a random number generation task, a task which involves executive control. Zakay and Block (2004) observed a similar effect in a dual task experiment with timing and concurrent task switching, a paradigm often used to study cognitive control (see Monsell, 2003, for a concise review). However, Fortin, Schweickert, Gaudreault and Viau-Quesnel (2010) found no interference between task switching and concurrent timing, using a local measure of switch costs. The general objective of this thesis is to study the impact of manipulations and variations of the task switching paradigm in a dual task condition with concurrent timing. Specifically, stimuli valence, preparation and voluntary task switching are studied. The present thesis aims to better define executive processes involved in timing and, at the same time, shed new light on the nature of the processes which account for the task switch cost, a robust effect for which explanatory models remain uncertain. To this end, two experiments manipulating stimuli valence and preparatory intervals (see Chapitre
II) and three experiments using a voluntary task switching paradigm (see Chapitre III) were
run. In all experiments of the thesis, two conditions, reaction time and time production, allow to determine if the task switching paradigm generates switch costs in a single task condition (reaction time condition) and in a dual task condition with concurrent timing (time production condition). Also, a manipulation of memory load between trials allows
to interfere with concurrent timing in previous research (Fortin, Champagne, & Poirier, 2006). Results in the first article of the thesis show that bivalent task switching causes switch costs in a single task condition and that switch costs diminished asymptotically with preparation. However, in the time production condition, the effect of task switching is not significant, suggesting that task switching with bivalent stimuli does not interfere with concurrent timing. Furthermore, a manipulation of the cue-stimulus interval, which allows for preparation to task switches, did not interfere with concurrent timing. To the contrary, longer cue-stimulus intervals led to reduced over-productions of time intervals, meaning that performance in the timing task improved with longer cue-stimulus intervals. Results in the first article of the thesis suggest that timing and task switching do not share cognitive resources. In the second article of the thesis, voluntary task switching is studied. The voluntary task switching paradigm was developed by Arrington and Logan (2004; 2005) and had for objective to ensure that participants had to engage top-down cognitive control resources. This was done by removing task identifying cues and replacing them by instructions which asked participants to switch tasks randomly on approximately half trials. Results in the second article show that voluntary task switching led to switch costs in both the single task (reaction time) and dual task (time production) conditions. These results suggest that voluntary task switching engages different cognitive resources than cued task switching. Results also imply that voluntary task switching elicits resources which are required in timing. It therefore seems that timing requires executive resources, but not bottom-up processes which are involved in cued task switching.
AVANT-PROPOS
La présente thèse a été rédigée sous forme d'articles. Les deux articles empiriques, représentant respectivement les Chapitres II et III, ont été rédigés en collaboration avec ma directrice de thèse, Claudette Fortin, Ph.D., qui est professeure-chercheure à l‘École de psychologie de l‘Université Laval. Pour les deux articles, j'ai fait la recension des écrits, élaboré la question de recherche, développé le devis expérimental, recueilli, analysé et interprété les données et rédigé les articles. La contribution importante de ma directrice doit également être soulignée. En effet, celle-ci a supervisé et participé à l‘élaboration de la question de recherche, à la planification du travail empirique et à la rédaction de plusieurs sections des articles.
REMERCIEMENTS
Il est très difficile de remercier toutes les personnes qui ont influencé la production de la présente thèse, un travail qui s‘est échelonné sous plusieurs années et en parallèle avec plusieurs autres projets, tant académiques, scientifiques et personnels. En ce sens, je tiens à remercier tous mes collègues et amis qui ont été présents au cours de cette longue aventure. Bien qu‘il me soit impossible de nommer tout le monde, je souhaite souligner la contribution spéciale de certains individus qui ont grandement influencé la thèse et, plus généralement, mon cheminement aux études doctorales.
En premier lieu, je tiens à remercier ma directrice de thèse, Dre Claudette Fortin, une superviseure exceptionnelle et, je l‘espère, une personne avec qui j‘aurai le plaisir de continuer à collaborer. Vous m‘avez montré que le succès comme chercheur passe par le désir de bien faire, par la transmission de nos passions et par la curiosité, des qualités dont vous êtes l‘incarnation au quotidien. Si mon passage au doctorat a été une si belle expérience, c‘est d‘abord grâce à votre enthousiasme, votre générosité et votre gentillesse. Merci pour ces années magnifiques et pour ce parcours qui m‘a tant appris.
Je tiens également à souligner les efforts des Drs Sonia Goulet et Yves Lacouture, qui ont gracieusement accepté de siéger sur mon comité de thèse. Nos échanges constructifs et votre souci du détail ont contribué non seulement à l‘avancement de la thèse, mais aussi à mon intérêt pour la recherche. Vos commentaires, corrections et suggestions ont été précieux.
I‘d also like to thank Dr Richard Schweickert, from Purdue University, for his time and for sharing his insights in our other research projects. My research internship at Purdue remains one of my proudest accomplishments. I keep a fond memory of your generosity as a researcher and of your immense culture on so many interesting topics. Merci!
Bien entendu, je profite de la présente section pour saluer et remercier mes collègues du laboratoire : Rémi Gaudreault, pour sa supervision à mes débuts au laboratoire
souvent fait la différence après une journée de programmation et un chercheur incomparable pour les questions les plus complexes; Paule Ellefsen-Gauthier, pour son sens critique et pour nos nombreuses discussions sur la recherche et la psychologie; Andrée-Anne Ouellet, pour son attitude dynamique et positive; Cindy Chamberland, pour nos collaborations en recherche et en enseignement. Merci à vous et toutes les autres personnes qui ont fait du laboratoire un milieu si accueillant et plaisant au fil des années.
Je souhaite finalement souligner le support de mes proches au cours de ces longues années. Merci à mes parents qui m‘ont soutenu et qui ont rendu toute cette entreprise réalisable. Vos encouragements ont toujours été appréciés! Je n‘ai jamais eu à douter que vous seriez derrière moi dans mes projets et cela m‘a permis de me dépasser. Merci également à ma conjointe, Rosalie. Ton support, tes encouragements et ta bonne humeur m‘ont donné l‘énergie pour persévérer. Sans toi, cette thèse serait un aboutissement heureux. Avec toi, c‘est le début d‘une aventure merveilleuse. Merci beaucoup.
TABLE DES MATIÈRES
RÉSUMÉ ... iii
ABSTRACT ... vii
AVANT-PROPOS ... ix
REMERCIEMENTS ... xi
TABLE DES MATIÈRES ... xiii
LISTE DES FIGURES ... xv
CHAPITRE I : INTRODUCTION GÉNÉRALE ... 1
Introduction ... 3
Estimation Temporelle ... 5
Alternance de tâches ... 11
Effet de la valence. ... 17
Effet de la préparation. ... 18
Paradigme d‘alternance de tâches volontaire. ... 19
Interférence entre l‘estimation temporelle et l‘alternance de tâches ... 21
Aspects neuroanatomiques. ... 25
Objectifs de la thèse ... 28
Hypothèses pour le Chapitre II. ... 30
Effet de la valence. ... 30
Effet de l‘intervalle indice-cible. ... 32
Hypothèses pour le Chapitre III. ... 32
Effet d‘interférence avec l‘alternance volontaire. ... 33
Comparaison de l‘alternance volontaire et involontaire. ... 33
Méthode Générale ... 34 Participants. ... 34 Appareils et stimuli. ... 34 Procédure. ... 34 CHAPITRE II ... 37 Résumé ... 39
Bivalent task switching and memory load : Similar costs on reaction times, different costs on concurrent timing ... 43
Experiment 1 ... 47
Experiment 2 ... 54
General Discussion ... 59
CHAPITRE III ... 73
Résumé ... 74
Task switching and concurrent timing: Deciding is not the same as being told. ... 77
Experiment 1 ... 80
General discussion ... 100
CHAPITRE IV : CONCLUSION GÉNÉRALE ... 115
Résumé des résultats... 116
Chapitre II. ... 116
Condition temps de réaction. ... 117
Condition production temporelle. ... 118
Chapitre III. ... 120
Condition temps de réaction. ... 121
Condition production temporelle. ... 122
Contributions Empiriques ... 124
Contributions Théoriques ... 126
Estimation temporelle et fonctions exécutives. ... 126
Recherche en mémoire et estimation temporelle concurrente. ... 127
Ressources de contrôle cognitif dans l‘alternance de tâches. ... 128
Alternance volontaire : choix d‘alternance et coût d‘alternance. ... 130
Intégration des résultats : vers une vision cognitive et neurobiologique intégrée. .. 132
Limites et travaux futurs ... 135
Conclusion ... 138
LISTE DES FIGURES
Figure 1. Illustration schématique du modèle de traitement de l‘information temporelle (TIP) de Gibbon, Church, & Meck (1984) ... 9
Introduction
L‘estimation temporelle est essentielle à la coordination des actions et à l‘orientation dans l‘environnement. Une représentation adéquate du temps est indispensable à la coordination motrice, à la représentation du mouvement et dans une variété de situation d‘interaction avec l‘environnement, tant physique que social. Par nature, l‘estimation du temps est fréquemment effectuée simultanément avec d‘autres traitements cognitifs. Par exemple, au cours d‘une interaction sociale, un individu pourrait à la fois maintenir une conversation et estimer la durée d‘une poignée de main. Or, l‘estimation d‘une durée est un processus qui est vulnérable à l‘interférence provoquée par la réalisation d‘une tâche concurrente (voir Brown, 2010; Block, Hancock, & Zakay, 2010 pour des revues récentes du phénomène d‘interférence). Subjectivement, une poignée de main pourra être perçue comme étant plus courte qu‘elle ne l‘est vraiment si l‘individu doit partager des ressources cognitives entre la poignée de main et une autre tâche. Ceci peut être gênant dans un contexte social et désastreux dans d‘autres situations, dont la conduite automobile. En effet, la conduite automobile requiert une bonne orientation dans le temps, par exemple afin de bien prévoir la durée d‘un feu rouge ou encore afin de déterminer le temps requis pour effectuer une manœuvre. Le partage de ressources entre la conduite automobile et une tâche secondaire aura un effet délétère sur l‘estimation du temps qui passe. Comme le partage diminue la durée perçue du temps qui passe, ceci peut causer des manœuvres hâtives, par exemple. Au plan théorique, il est essentiel de bien comprendre les mécanismes et ressources impliqués dans l‘estimation du temps chez l‘humain, car il appert que ce ne sont pas toutes les tâches qui interfèrent avec l‘estimation temporelle. Cette sensibilité à l‘interférence est en outre une clé intéressante en vue d‘étudier les processus cognitifs partagés entre l‘estimation du temps et d‘autres tâches.
Plusieurs auteurs se sont intéressés aux ressources impliquées dans l‘estimation temporelle. Le paradigme le plus souvent utilisé dans les études sur le rôle de l‘attention dans l‘estimation du temps est la double tâche. Dans ce paradigme, les participants doivent réaliser simultanément une tâche d‘estimation temporelle et une tâche non temporelle, appelée tâche concurrente ou tâche secondaire (voir p. ex. : Brown, 1985, 1997, 2006,
2010; Champagne & Fortin, 2008; Fortin, Champagne, & Poirier, 2007; Fortin & Rousseau, 1998, Rattat, 2010). Ces travaux permettent de postuler un partage de ressources cognitives quand une interférence entre les tâches est obtenue (en ce sens, voir Kahneman, 1973, Wickens, 1980). En effet, si deux tâches impliquent des ressources cognitives communes et limitées, le partage de ressources disponibles cause une diminution de performance quand les tâches sont effectuées simultanément. Ainsi, le temps de traitement ou encore la précision des réponses seront diminués dans un contexte de double tâches quand les deux processus ont recours aux même ressources. L‘estimation temporelle s‘avère être sensible aux traitements concurrents et ce, de façon sélective et systématique. Des travaux antérieurs ont démontré que l‘effet d‘interférence est obtenu systématiquement quand la tâche secondaire à l‘estimation temporelle requiert l‘implication de ressources attentionnelles (voir par exemple Brown, 1997; Fortin, 2003) ou encore la manipulation d‘information en mémoire à court terme (Rattat, 2010; Fortin, Champagne, & Poirier, 2006). Comparativement, il est notable que certains traitements concurrents n‘interfèrent pas avec l‘estimation temporelle : la recherche visuelle, par exemple (Fortin, Rousseau, Bourque, & Kirouac, 1993). Ces résultats sont compatibles avec les composantes postulées de l‘horloge interne suggérée par Gibbon, Church, & Meck (1984) qui sera présentée plus en détail dans une section subséquente de l‘introduction. Récemment, plusieurs auteurs se sont intéressés à déterminer si des mécanismes dit exécutifs, ou de contrôle cognitif, interfèrent également avec l‘estimation temporelle. Des résultats obtenus par certains auteurs suggèrent que les tâches de contrôle cognitif interfèrent avec l‘estimation temporelle concurrente (Brown, 2006, Zakay & Block, 1994) alors que d‘autres travaux démontrent que certaines tâches exécutives n‘interfèrent pas avec l‘estimation temporelle (Fortin & al., 2010, Ogden & al., 2011). Il est à noter que trois des études susmentionnées ont employé un paradigme de double tâche alliant l‘estimation temporelle et un paradigme d‘alternance de tâches : Zakay et Block (1994) qui trouvent une interférence entre les tâches, ainsi que Fortin et collaborateurs (2010) et Ogden et collaborateurs (2011) qui ne trouvent pas d‘interférence entre l‘estimation temporelle et le paradigme d‘alternance de tâches, lequel paradigme est fréquemment employé pour étudier le contrôle cognitif (Vandierendonck, Liefooghe, & Verbruggen, 2010, Monsell, 2003). Une différence importante entre ces études est qu‘elles n‘emploient pas les mêmes manipulations de
l‘alternance de tâches et que différents paradigmes d‘alternance sont associés à des effets différents (voir p. ex. : Monsell, 2003, Altmann, 2007). L‘étude spécifique des différentes manipulations du paradigme d‘alternance de tâches s‘avère donc une avenue d‘intérêt, tant en vue d‘identifier les ressources impliquées dans l‘estimation temporelle, mais aussi afin d‘étudier les mécanismes impliqués dans les différents paradigmes d‘alternance de tâches.
L‘objectif général de la présente thèse est d‘étudier l‘impact de différentes manipulations au paradigme d‘alternance de tâches dans une situation de double tâche avec estimation temporelle. Plus spécifiquement, l‘influence de la valence des stimuli, la préparation et le recours à un paradigme d‘alternance volontaire sont étudiés. Les présents travaux visent ainsi à mieux définir les processus exécutifs impliqués dans l‘estimation de temps et, du même coup, permettront d‘apporter un éclairage nouveau en ce qui à trait aux mécanismes qui expliquent le coût d‘alternance de tâches, un effet classique mais dont les modèles explicatifs demeurent incertains. En ce sens, la présente introduction sera divisée en trois sections : estimation temporelle, alternance de tâches et interférence entre les deux paradigmes.
Estimation Temporelle
Positionner les évènements dans le temps et déterminer leur durée est une capacité essentielle et intégrante de l‘expérience humaine. La capacité à percevoir le passage du temps est cruciale à l‘adaptation à l‘environnement. La perception du temps qui passe est, à l‘instar des autres modalités sensorielles telles que la vue et l‘ouïe, une représentation subjective qui peut être plus ou moins rapprochée de la réalité objective. Ainsi, on pourra percevoir le temps comme passant rapidement ou lentement, en fonction de divers facteurs internes et externes. Cependant, la perception du temps, au contraire des autres modalités sensorielles, ne repose pas sur un organe de sens dédié, comme l‘œil ou l‘oreille, mais est multimodale et dépendante de structures d‘entrée variées et est conséquemment plus difficile à localiser au plan neurobiologique, quoique des percées récentes en ce sens sont possibles avec le raffinement des méthodes (voir p. ex. Wojtecki et al., 2011). En ce sens,
la capacité à estimer le temps est un objet d‘étude tout désigné pour la psychologie cognitive fondamentale, laquelle s‘intéresse davantage aux mécanismes et ressources de traitement de l‘information, et moins aux localisations et structures anatomiques. Dans la présente section, il sera question du rôle de l‘attention dans l‘estimation du temps, de diverses méthodes pour l‘étude de cette faculté et du principal modèle d‘estimation temporelle chez l‘humain.
L‘estimation temporelle est la capacité à juger de la durée d‘un évènement. La durée de cet évènement – ou stimuli – peut être estimée alors qu‘il survient ou encore après le fait. Cette nuance importante fait la distinction entre l‘estimation temporelle prospective, c‘est-à-dire l‘estimation d‘un intervalle alors qu‘il est présenté, et rétrospective, c‘est-à-dire l‘estimation de la durée d‘un intervalle passé. Dans un contexte prospectif, il faut donc que le participant soit informé qu‘il devra estimer un évènement à venir. Ces deux types d‘estimation temporelle sont associés à des ressources et mécanismes différents. Selon Zakay (1989, 2005) l‘estimation rétrospective requiert l‘engagement de ressources mnésiques, alors que l‘estimation prospective serait principalement dépendante de l‘implication de ressources attentionnelles. Dans le cadre de la présente thèse, il sera question d‘estimation temporelle prospective. Dans toutes les expériences réalisées, les participants savent qu‘ils doivent produire un intervalle temporel qu‘ils ont appris. Conséquemment, l‘implication des ressources attentionnelles est au cœur de la recension des travaux présentés ci-après.
L‘estimation temporelle est une fonction cognitive qui joue un rôle fondamental dans la perception et la réponse aux conditions environnementales. Tel que mentionné précédemment, tout comme les autres sens, la perception du temps n‘est pas toujours fidèle à la réalité objective qui s‘y rattache. Ainsi, le temps pourra passer subjectivement plus rapidement ou plus lentement en fonction de plusieurs facteurs, dont le partage de l‘attention et l‘activation physiologique (Droit-Volet & Wearden, 2003). Un des phénomènes les plus décrit et le plus facilement observable est que l‘estimation précise d‘une durée dépend de l‘attention qui lui est portée. Si l‘on s‘ennuie et que l‘on regarde une montre de façon répétée, le temps semblera ralenti. Inversement, le temps file quand on
s‘amuse. L‘estimation du temps est vulnérable à l‘interférence provoquée par la réalisation d‘une tâche concurrente (voir p. ex. Brown, 1997; 2010). Plus précisément, de nombreux travaux ont démontré que la perception du temps dépend des ressources attentionnelles qui sont allouées à l‘estimation du temps qui passe (voir Brown, 2010). Dès 1890, William James décrivait la relation entre l‘attention et l‘estimation du temps. La perception de la durée d‘un intervalle sera proportionnelle à l‘attention alloué à son estimation : plus on allouera d‘attention à la durée, plus elle sera perçue comme étant longue. Inversement, si notre attention est engagée à d‘autres tâches, la durée perçue sera plus courte. Revenant aux tâches quotidiennes, il devient apparent que des distractions mèneront à une sous-estimation du temps qui passe ce qui pourra expliquer une baisse de performance, une erreur ou un accident. En laboratoire, la méthode la plus souvent employée afin d‘étudier le rôle de l‘attention dans l‘estimation du temps est celle de la double tâche (Brown, 1985, 1997, 2008; 2010; Casini & Macar, 1997; Champagne & Fortin, 2008; Fortin, 1999; Fortin, Champagne, & Poirier, 2007; Fortin & Rousseau, 1998; Hicks, Miller, & Kinsbourne, 1976; Macar, 2002; Macar et al., 1994; Rammsayer & Ulrich, 2005; Zakay et al., 1983). Dans un paradigme de double tâche, le participant effectue deux tâches simultanément et on mesure s‘il y a dégradation à la performance d‘une tâche conséquemment à l‘exécution de l‘autre. Cette dégradation, appelée effet d‘interférence, témoigne du partage de ressources communes. Afin d‘interpréter cet effet d‘interférence, il faut se référer aux modèles d‘estimation temporelle, lesquels nous renseignent sur les mécanismes en cause dans l‘estimation temporelle humaine et sont abordés plus loin dans le document.
D‘autres méthodes ont également été développées afin d‘étudier la capacité à estimer le temps qui passe. La discrimination temporelle est une tâche dans laquelle les participants doivent comparer des stimuli entre eux ou encore à une durée de référence précédemment apprise. Dans ce cas, on s‘intéressera à la différence minimale qui peut être perçue entre deux intervalles (just noticable difference, en anglais), une mesure fréquemment employée en psychophysique pour étudier la perception sensorielle (Stern & Johnson, 2010). La reproduction d‘intervalle consiste en la présentation d‘un intervalle que le participant doit par la suite recréer, typiquement en initiant et arrêtant un intervalle, par exemple à l‘aide de deux touches. Dans ce cas, la différence entre l‘intervalle présenté et
l‘intervalle reproduit permet de s‘intéresser aux mécanismes impliqués lors de l‘encodage de la durée et lors de sa reproduction. La peak-interval procedure est une méthode de reproduction temporelle dans laquelle les participants doivent estimer la durée du stimulus cible et ensuite reproduire cette durée. Cette méthode tient son originalité des paramètres de réponses : lors de la reproduction d‘intervalle, les participants doivent produire une réponse, typiquement motrice, de manière répétitive entre le moment où ils jugent que la durée du stimulus présenté s‘approche de la durée cible et le moment où ils sont convaincus que la durée cible est écoulée. Ils doivent centrer leurs réponses autour de la durée correspondant au stimulus cible. Cette méthode a en outre fréquemment été employée dans l‘étude de l‘estimation temporelle chez les animaux (p. ex. Wearden & Doherty, 1995; Wearden & McShane, 1988). La principale variable dépendante est le peak time qui correspond au temps moyen entre le début et la fin des réponses. Ces méthodes permettent de s‘intéresser au partage de ressources dans l‘estimation temporelle. Il est notable que les résultats comportementaux dans les différents paradigmes sont fréquemment compatibles et robustes. L‘effet de localisation de l‘interruption, par exemple, s‘intéresse à l‘effet du partage attentionnel avec l‘estimation temporelle en induisant une attente d‘une interruption pendant un intervalle temporel à estimer. L‘attente de l‘interruption causerait un partage d‘attention entre l‘estimation du temps et l‘attente de la survenue de l‘interruption, résultant en une diminution de l‘accumulation d‘information temporelle. Cet effet a été obtenu avec une tâche de production d‘intervalle (Fortin & Massé, 2000), de discrimination temporelle (Fortin & Tremblay, 2006) et de peak procedure (Fortin et al., 2009), par exemple. Ceci démontre bien que les données comportementales sont cohérentes et permet l‘élaboration de modèles explicatifs de l‘estimation temporelle chez l‘humain qui sont centrés sur un mécanisme central et unitaire.
Parmi les modèles théoriques expliquant les mécanismes sous-jacents à l‘estimation du temps, le modèle de traitement de l‘information temporelle (TIP; temporal
information-processing), développé par Gibbon et ses collaborateurs (Gibbon et al., 1984), est le plus
populaire et le plus influent dans la littérature. Ce modèle propose une horloge interne, laquelle serait en charge de l‘accumulation d‘information temporelle. Bien que similaire à d‘autres modèles (voir Zakay & Block, 1989, par exemple), le modèle TIP bénéficie de
plusieurs appuis empiriques (Allan, 1998; Burle & Casini, 2001; Droit-Volet & Wearden, 2003; Wearden, 2005), en plus d‘offrir une représentation simple des mécanismes d‘estimation temporelle. Le modèle TIP propose trois niveaux distincts soit : une horloge, un structure mnésique et un mécanisme décisionnel (Figure 1). En premier lieu, l‘horloge permet l‘accumulation d‘information temporelle et comporte trois éléments constitutifs : un émetteur régulier d‘impulsions (pacemaker, en anglais), un accumulateur, qui compte les impulsions émises et un interrupteur qui fait le pont entre l‘émetteur et l‘accumulateur. Pour que l‘information temporelle transite par l‘interrupteur, celui-ci doit être fermé. À l‘opposé, l‘ouverture de l‘interrupteur suspend l‘accumulation du signal, produisant l‘arrêt de l‘estimation temporelle (Gibbon, 1977; Gibbon et al., 1984). L‘ouverture et la fermeture de l‘interrupteur dépendraient de l‘implication de ressources attentionnelles (Meck, 1984, 2003). L‘attention serait donc nécessaire au processus d‘accumulation. Si l‘attention est détournée du processus d‘accumulation, l‘ouverture de l‘interrupteur cause la perte d‘information temporelle émise par l‘émetteur. Conséquemment, des impulsions seront perdues et ne seront pas cumulées par l‘accumulateur, résultant en une sous-estimation du temps qui passe. En second lieu, le modèle TIP propose une structure mnésique, laquelle permet le maintien de l‘information temporelle cumulée. Le modèle propose que l‘information accumulée soit maintenue en mémoire de travail et qu‘elle puisse être stockée à long terme en mémoire de référence. Il est à noter ici que le modèle de mémoire de travail (Baddeley & Hitch, 1974; Baddeley, 2000; 2002; 2003) est fréquemment invoqué dans la littérature d‘estimation temporelle. Ce modèle propose à la fois des ressources mnésiques et des ressources de contrôle, sous la forme d‘un gestionnaire central. Ces dernières ressources, dites de contrôle exécutif, feront l‘objet d‘une discussion plus complète dans la présente section et dans la section portant sur l‘alternance de tâches et l‘estimation temporelle concurrente. La mémoire de référence comporterait les durées apprises et est employée afin de comparer les intervalles cumulés aux intervalles de référence. En troisième lieu, le système de décision permet la production du comportement et dépend des deux niveaux précédents. Il permet la comparaison de l‘intervalle cumulé à un critère en mémoire de référence (p.ex. Gibbon et al., 1984, Church, 2003).
En fonction du modèle TIP, les résultats de nombreuses études en double tâches apparaissent cohérents : les tâches impliquant les ressources attentionnelles et le traitement d‘information en mémoire interfèrent avec l‘estimation temporelle (voir par exemple Brown, 1997, Fortin & Massé, 2000; Fortin, Champagne, & Poirier, 2006). Ces ressources correspondent bien aux structures proposées du modèle, dont un interrupteur attentionnel et un système d‘accumulation stocké en mémoire de travail. Certains travaux ont également suggéré une contribution des ressources de contrôle cognitif à l‘estimation temporelle (p. ex. Brown, 2006, Zakay & Block, 2004). Brown (2006) emploie une tâche de génération aléatoire de nombres dans un paradigme de double tâche avec estimation temporelle. La génération aléatoire est fréquemment employée dans la littérature portant sur le modèle de mémoire de travail (voir Nickerson, 2002, pour une revue, et Baddeley, 1993; 1994). Ce paradigme a été développé afin d‘étudier les ressources exécutives associées au
gestionnaire central, le module de contrôle et de supervision dans le modèle de mémoire de travail (voir Baddeley, 2003, pour une revue du modèle de mémoire de travail). Les
résultats de Brown (2006) démontrent une interférence entre l‘estimation temporelle et la
Figure 1. Représentation schématique du modèle de traitement de l‘information temporelle
de Gibbon, Church et Meck (1984). Les flèches reliant les éléments du modèle illustrent le chemin parcouru par les indices temporels (d‘après Gibbon, Church & Meck, 1984).
génération aléatoire de nombres, résultats qui sont interprétés comme témoignant de l‘implication de ressources exécutives dans l‘estimation temporelle. Cependant, la nature exacte de l‘implication des ressources exécutives et leur mécanisme d‘opération dans le modèle TIP n‘est pas explicite et Brown n‘offre pas d‘interprétation en ce sens. De plus, les ressources exécutives ne constituent pas une catégorie unitaire et homogène : plusieurs travaux ont proposé qu‘il existe des catégories discrètes de ressources attentionnelles (Posner, 2004) et exécutives (Miyake, 2000). En ce sens, une étude méthodique de l‘implication des ressources exécutives impliquées dans l‘estimation temporelle est
nécessaire. Certains travaux (Zakay et Block, 2004; Fortin et al., 2010; Odgen et al., 2011) ont employé un paradigme d‘alternance de tâches pour étudier l‘implication de ressources exécutives dans l‘estimation temporelle et ont obtenu des résultats contradictoires. En ce sens, la présente thèse s‘intéresse à l‘effet d‘interférence entre l‘alternance de tâches et l‘estimation temporelle. Toutefois, avant de présenter les travaux antérieurs en double-tâches, il est nécessaire de s‘arrêter sur le paradigme d‘alternance de double-tâches, une méthodologie parfois complexe et très spécifique qui vise l‘étude du contrôle cognitif.
Alternance de tâches
L‘étude des mécanismes de contrôle est un défi important des sciences cognitives. Le problème de l‘homuncule – la référence à un contrôleur distinct mais dont les
mécanismes de contrôle sont inconnus et inaccessibles sans l‘invocation d‘un autre contrôleur posant ainsi un problème logique reductio ad infinitum – est une menace qui rend l‘étude des mécanismes permettant la prise de décision, le contrôle de la pensée et la conscience une entreprise complexe. Le paradigme d‘alternance de tâches est l‘un des paradigmes les plus employé et les plus robustes dans l‘étude du contrôle cognitif et, plus généralement, des fonctions exécutives (Shallice, 1994). Miyake et collaborateurs (2000) proposent la répartition des fonctions exécutives en trois composantes distinctes et reposant sur des ressources séparées : l‘inhibition, la mise-à-jour en mémoire et l‘alternance de tâches. L‘inhibition est la capacité à sélectionner l‘information et orienter l‘attention, la mise-à-jour en mémoire réfère à la capacité à actualiser l‘information pertinente en
mémoire à court terme et à effectuer des opérations sur son contenu et l‘alternance de tâches est la capacité à sélectionner une tâche ou opération cognitive et à l‘exécuter. En ce sens, le paradigme d‘alternance de tâches fait récemment l‘objet d‘un important nombre d‘études en vue d‘étudier le contrôle cognitif.
L‘alternance de tâches est la capacité de terminer une tâche et d‘en initier une autre (Jersild, 1927; Monsell, 2003). Cette capacité fondamentale est associée à un coût
d‘opération: l‘alternance induit une augmentation des temps de réponse et/ou des erreurs, comparativement à la répétition d‘une même tâche. Bien qu‘il existe plusieurs paradigmes d‘alternance de tâches, tous ont pour objectif de mesurer le coût d‘alternance et reposent sur la comparaison de situations de répétition de tâches comparées à des alternances entre deux tâches distinctes (voir Monsell, 2003; Koch, Gade, Schuch, & Philipp, 2010;
Vandierendonck, Liefooghe, & Verbruggen, 2010, pour des revues du paradigme
d‘alternance de tâches). Le coût d‘alternance est obtenu de façon robuste dans une grande variété de paradigmes et a fait l‘objet de manipulations créatives, dont les principales seront décrites ci-après. Cependant, bien que l‘existence du coût d‘alternance ne fasse plus de doute, son interprétation demeure l‘objet de débat. De nombreux auteurs ont proposé que le paradigme d‘alternance de tâches serait un moyen d‘étudier le contrôle cognitif (Allport, Styles, & Hsieh, 1994; Monsell, 2003; Rogers & Monsell, 1995; Rubinstein, Meyer, & Evans, 2001). Le coût d‘alternance témoignerait de l‘implication de ressources de contrôle qui sont nécessaires afin de changer de tâche, ces ressources n‘étant pas sollicitées quand il suffit de répéter un traitement déjà effectué. Le coût d‘alternance est obtenu dans une variété de paradigmes différents : en employant des séquences alternées simples et des listes pures et mixtes (comparaison de listes AAAAA et BBBBB vs ABABA, où A et B sont des tâches de nature différentes, Jersild, 1927), des séquences alternées regroupant des alternances et des répétitions dans une même liste (AABBAABB, Rogers & Monsell, 1995) ou encore en présentant les tâches en séquences aléatoires (voir Altmann, 2007; Gotler, Meiran, & Tzelgov, 2003; Koch & Philipp, 2005; Meiran, 1996). Il est à noter que, en fonction des paradigmes, il sera possible de mesurer un coût d‘alternance local et un coût global. Dans les expériences comparant des listes pures et mixtes, par exemple, le coût d‘alternance est global c‘est-à-dire calculé en comparant une condition sans alternance à
une condition avec alternance. Cependant, ce coût global peut traduire, du moins en partie, la charge cognitive associée au fait de devoir maintenir en mémoire les représentations de deux tâches dans la liste mixte comparativement à une seule tâche dans la liste pure. En effet, la représentation de la tâche (task set, en anglais), est l‘ensemble des instructions requises pour effectuer une tâche, ce qui inclut par exemple les stimuli possibles associés aux tâches, les règles de traitement et les modalités de réponses associées aux tâches. Cette représentation est au cœur de l‘alternance de tâches, car deux représentations sont alors requises et doivent être gérées. Les paradigmes de séquences alternées et de séquences aléatoires (voir Altmann, 2007, pour une comparaison détaillé de ces deux méthodologies) permettent de calculer un coût d‘alternance qui compare directement les essais alternés et répétés dans un même bloc d‘essais. En ce sens, le coût local d‘alternance n‘est pas influencé par une potentielle différence de charge cognitive, car les représentations des deux tâches doivent être maintenue tant dans les essais alternés que dans les essais répétés. Les séquences alternées présentent une série prévisible de tâches, permettant ainsi une certaine préparation (Altmann, 2007; Rogers & Monsell, 1995), alors que les séquences aléatoires ne permettent pas de prédire si une alternance ou une répétition surviendra d‘un essai à l‘autre. Dans tous ces paradigmes, le fait de passer d‘un traitement cognitif à un autre mène à des coûts robustes. Cependant, l‘interprétation des coûts d‘alternance demeure l‘objet de controverse importante, malgré le grand raffinement des paradigmes récemment développés afin d‘élucider la question.
Un relevé de la littérature sur l‘alternance de tâches révèle deux grandes catégories de modèles expliquant les coûts d‘alternance. D‘une part, plusieurs auteurs suggèrent que les coûts d‘alternance de tâches soient causés par la reconfiguration active des
représentations des tâches en mémoire, laquelle requiert un investissement de ressources limitées (p. ex. Rogers & Monsell, 1995; Rubinstein, et al., 2001). Ces auteurs postulent que les coûts d‘alternance reflètent le temps requis pour effectuer des opérations de
contrôle, lesquelles sont requises quand il y a alternance, mais pas, ou du moins peu, quand il y a répétition de la tâche. Ces modèles postulent un contrôle actif et dirigé vers les stimuli et leur traitement, c‘est-à-dire une vision descendante (top-down, en anglais) du contrôle cognitif. Les modèles descendants suggèrent principalement que des processus de
reconfiguration des représentations de tâches soient en cause, quoi que certains modèles s‘intéressent à une inhibition active de la tâche nouvellement non-pertinente (Dreisbach, Haider, & Kluwe, 2002; Mayr, 2002; Mayr & Keele, 2000). Plusieurs mécanismes d‘action du contrôle cognitif sont proposés afin d‘expliquer le coût d‘alternance, incluant la mise-à-jour en mémoire de travail (Sohn & Anderson, 2001), la récupération des associations stimulus-réponse depuis un store en mémoire à long terme (Mayr & Kliegl, 2000, 2003; Rubinstein, Meyer, & Evans, 2001), ou l‘ajustement de biais attentionnels et de priorisation de tâches (Logan & Gordon, 2001; Meiran, 2000). Les modèles descendants sont
typiquement appuyés théoriquement par la démonstration que les coûts d‘alternance diminuent avec la connaissance préalable des tâches (Ruthruff, Remington, & Johnston, 2001; Sohn & Anderson, 2001) et avec l‘augmentation d‘un intervalle de préparation (Meiran, 1996; Rogers & Monsell, 1995), ce qui suggère que le contrôle endogène qui est nécessaire pour la réalisation des essais alternés peut-être accomplis, du moins en partie, avant la présentation de la cible à traiter.
Cependant, plusieurs problèmes sont soulevés par les modèles descendants. D‘une part, quand les alternances sont dirigées par des indices, c‘est-à-dire quand un indice extérieur indique au participant quelle tâche effectuer, les coûts d‘alternance reflètent, du moins en partie, le temps requis à identifier les indices eux-mêmes et non un contrôle cognitif direct (Logan & Bundesen, 2003, 2004). Ces coûts d‘alternance proviendraient de l‘interférence entre les indices et de leur maintien en mémoire. D‘autre part, ces modèles ne permettent pas d‘expliquer l‘impact potentiel de l‘interférence entre les tâches elles-mêmes. Cette interférence est illustrée par l‘effet d‘asymétrie de la tâche. Intuitivement, il est possible de penser que le fait d‘alterner vers une tâche familière sera plus facile que de d‘alterner vers une tâche moins familière. L‘effet opposé est en fait obtenu. En effet, Allport et collaborateurs (1994) démontrent que les coûts d‘alternance sont plus grands quand un individu passe de la tâche moins maîtrisée, ici le traitement sémantique dans la langue seconde, à la tâche plus maîtrisée, le traitement sémantique dans la langue
maternelle, comparativement à l‘alternance en sens inverse. Cette asymétrie des coûts d‘alternance démontre l‘interférence entre les tâches elles-mêmes et a été obtenue dans une variété de contextes expérimentaux (p. ex. Allport, et al., 1994; Meuter & Allport, 1999;
Yeung & Monsell, 2003a, 2003b). Allport (1994) explique cette asymétrie par le fait que, pour exécuter la tâche difficile, il faut inhiber le traitement le plus facilement activé, c‘est-à-dire la tâche facile ou surentraînée. Ainsi, pour lire le mot « table » en anglais, un francophone devra inhiber la lecture en français afin d‘employer les bons phonèmes en anglais. Or, cette inhibition demeure dans le temps et, après avoir effectuée la tâche difficile, retourner à la tâche facile comporte un coût plus grand, car la tâche facile a été inhibée et que cette inhibition doit se résoudre pour que la tâche familière soit exécutée. Les coûts sont donc causés par une inhibition résiduelle dans les essais alternés, laquelle n‘a un effet négatif que dans les essais alternés et non dans les essais répétés. Cette explication n‘exclue pas que le contrôle cognitif soit impliqué afin de réaliser une alternance, mais suggère que le coût d‘alternance ne soit pas le produit de ce contrôle. Cette dissociation entre le coût d‘alternance et l‘opération mentale d‘alternance qui lui est associée est la notion d‘intérêt.
Outre l‘asymétrie des coûts d‘alternance, une seconde démonstration du rôle de l‘inhibition dans l‘alternance de tâches est le paradigme n-2. Dans ce paradigme, on compare les temps de réponse pour une tâche A dans deux séries différentes : CBA et ABA, où A, B et C sont des tâches différentes. Les modèles basés sur l‘activation de la tâche proposeraient une performance accrue à la séquence ABA comparativement à CBA. En effet, si seule l‘activation est en jeu dans l‘alternance, la performance à la 3e tâche (A) sera meilleure si elle a été activée récemment. Au contraire, les modèles d‘inhibition prédisent que les essais ABA seront inférieurs aux essais CBA, ce que l‘on appelle des coûts d‘inhibition n-2. En effet, ces modèles proposent que l‘inhibition des tâches non pertinentes soit essentielle à l‘alternance. Dans ce cas, un essai ABA devrait être désavantageux, car la tâche A aura été inhibée lors de la complétion de la tâche B,
comparativement à la séquence CBA pour laquelle la tâche A n‘aura pas été désengagée et inhibée précédemment. De nombreuses études démontrent en effet des coûts d‘inhibition n-2 (voir Koch & Gade, n-2010, pour une revue exhaustive du phénomène). Ces résultats suggèrent donc que l‘inhibition résiduelle explique les coûts d‘alternance, du moins en partie.
Ces deux phénomènes ont mené à l‘élaboration de la seconde catégorie de modèles d‘alternance de tâches : les modèles centrés sur l‘interférence au niveau de la tâche
(Altmann & Gray, 2002; Gilbert & Shallice, 2002; Yeung & Monsell, 2003b). Ces modèles postulent que les coûts d‘alternance sont attribuables à une compétition entre les tâches, à différents niveaux de traitement (voir Yeung, 2010). Dans cette approche ascendante (bottom-up, en anglais), le coût d‘alternance appert le fruit de l‘interaction entre les tâches activées par les stimuli et n‘est pas causé par un mécanisme actif, requérant
l‘investissement de ressources de contrôle exécutif. L‘inhibition résiduelle et l‘interférence entre les représentations des tâches y jouent le rôle dominant, et non l‘activation de tâches. Ces modèles accordent ainsi une place importante aux cibles et indices, lesquels guident le traitement ascendant. Il est à noter, cependant, que les modèles descendants ne proposent pas qu‘aucune ressources de contrôle descendant sont impliquées dans l‘alternance de tâches, mais plutôt que le coût d‘alternance est mieux expliqué par l‘inhibition et l‘interférence que par l‘implication de mécanismes de contrôle (voir Gilbert & Shallice, 2002). Récemment, plusieurs auteurs ont suggéré que les mécanismes ascendants et descendants sont impliqués dans le coût d‘alternance de tâches (p. ex. Monsell, 2003; Vandierendonck, Liefooghe, & Verbruggen, 2010).
Plusieurs auteurs se sont intéressés à des manipulations du paradigme d‘alternance en vue de déterminer les mécanismes par lesquels le contrôle et l‘inhibition influencent le coût d‘alternance (voir Monsell, 2003; Koch, Gade, Schuch, & Philipp, 2010;
Vandierendonck, Liefooghe, & Verbruggen, 2010). Ces manipulations permettent de déterminer si certaines ressources sont engagées spécifiquement dans l‘alternance de
tâches. Parmi ces manipulations, l‘effet de la valence des stimuli a été parmi les premières à être étudiée. En ajoutant un indice qui accompagne les cibles, une seconde manipulation est possible, soit celle de l‘intervalle indice-cible. Cette manipulation permet d‘étudier la possibilité de se préparer à une alternance. Finalement, un ajout récent à la littérature est le paradigme d‘alternance de tâches volontaire. Dans ce paradigme, ce sont les participants qui doivent déterminer quand ils alternent et répètent la tâche, sans indice pour contrôler leur choix. Ces trois manipulations sont au cœur de la présente thèse.
Effet de la valence. La nature des cibles présentées est une question importante en vue d‘étudier le coût d‘alternance de tâches. Deux options s‘offrent au chercheur qui souhaite faire alterner de tâches un participant. Premièrement, le chercheur peut présenter des cibles distinctes pour chaque tâche, c‘est-à-dire des stimuli univalents. Par exemple, si une lettre est présentée, le participant doit déterminer si elle est une voyelle ou une consonne; si un chiffre est présenté, le participant doit identifier s‘il est pair ou impair. Dans ce contexte, aucune information supplémentaire n‘est requise et chaque cible est associée à une tâche sans ambivalence (voir Rogers & Monsell, 1995; Ruthruff, Remington, & Johnston, 2001). Deuxièmement, le chercheur peut employer des stimuli bivalents. Dans ce cas, toutes les cibles présentées seront de même nature et, donc, ne seront pas suffisantes pour identifier la tâche à effectuer. Un indice contextuel sera donc présenté en conjonction avec la cible de façon à identifier la tâche à effectuer et, ainsi, guider les alternances et répétitions de tâches. La majorité des travaux en alternance de tâches emploient des stimuli bivalents, mais la nature de l‘indice employé varie. L‘indice peut être de nature sémantique et accompagner la cible (Spector & Biederman, 1976), peut se baser sur la localisation de la cible dans l‘espace (Rogers & Monsell, 1995) ou encore peut être basé sur une codification physique de l‘environnement, tel une couleur ou une forme accompagnant la cible à traiter (Fortin et al., 2010; Monsell, Sumner, & Waters, 2003). Les stimuli bivalents ajoutent de l‘incertitude dans le paradigme d‘alternance. En effet, comme toutes les cibles sont associées à toutes les tâches possibles, la compétition entre les tâches est plus importante et les associations indice-tâche-réponse doivent être sélectionnées afin de réaliser la tâche (Allport, 1994, Monsell, 2003, Rogers & Monsell, 1995). Les représentations des tâches sont incidemment plus complexes. En ce sens, Rogers et Monsell (1995, Expérience 1) rapportent des coûts d‘alternance plus élevés en employant des stimuli bivalents (289 ms) comparativement aux stimuli univalents (161 ms). Les coûts d‘alternance plus élevés avec des stimuli bivalents peuvent s‘expliquer de deux façons. Premièrement, les stimuli bivalents activeraient plusieurs caractéristiques pertinentes aux tâches qui sont effectuées en alternance, causant ainsi de la compétition entre les tâches, alors que les stimuli univalents en activeraient une seule (Monsell, Yeug, & Azuma, 2000; Rogers & Monsell, 1995). Deuxièmement, les stimuli bivalents permettent une réponse dans les deux tâches. Les associations entre stimulus et réponses pour la tâche active et
pour la tâche inactive sont activées par les stimuli bivalents, ce qui cause de la confusion quand les réponses sont incompatibles (voir Wendt & Kiesel, 2008, pour une description de l‘effet de congruence). Conséquemment, la compétition au niveau du stimulus et la confusion au niveau des associations stimulus-réponse peuvent entraîner l‘implication de ressources de contrôle ou d‘inhibition additionnelles, ce qui expliquerait l‘augmentation des coûts d‘alternance dans les paradigmes employant des stimuli bivalents comparativement aux stimuli univalents.
Effet de la préparation. La préparation a été étudiée en vue de déterminer s‘il est possible de diminuer le coût d‘alternance. Dès 1976, Spector et Biederman ajoutent un indice dans un paradigme d‘alternance comparant des listes pures et mixtes. Leurs travaux révèlent que l‘ajout d‘un indice permet de diminuer le coût d‘alternance en diminuant la charge cognitive : les participants n‘avaient plus à maintenir en mémoire la séquence de tâches à effectuer dans la liste et l‘indice était associé à la tâche, permettant son activation. Cette diminution des coûts d‘alternance est intéressante, car elle témoigne de la possibilité d‘appuyer les mécanismes sous-tendant l‘alternance et ainsi de diminuer le temps requis pour alterner entre les tâches. Rogers et Monsell (1995) emploient un paradigme par lequel ils présentent un indice identifiant la tâche à effectuer avant la présentation de la cible. Ils démontrent que les coûts d‘alternance diminuent avec l‘allongement de l‘intervalle indice-cible. Cette diminution du coût d‘alternance est asymptotique et un coût résiduel est obtenu quand l‘indice précède la cible de 600 ms ou plus. Les auteurs proposent que la diminution du coût d‘alternance est causée par la préparation, laquelle serait partiellement réalisable, mais ne pourrait être complétée qu‘une fois la cible présentée, d‘où le coût résiduel d‘alternance. Cette interprétation est basée sur l‘inférence que l‘intervalle indice-stimuli est employé à un mécanisme actif de reconfiguration cognitive qui permet de préparer l‘alternance de tâches. Cette préparation prendrait la forme d‘une reconfiguration des représentations de tâches activées, laquelle reconfiguration serait effectuée activement par le participant (Meiran, 1996; Rogers & Monsell, 1995). Cependant, suivant un modèle basé sur l‘inhibition résiduelle, il est possible de postuler que la réduction des coûts d‘alternance soit confondue avec le temps écoulé depuis la réalisation de la dernière tâche. Allport et al. (2004) proposent que la représentation de tâche précédemment accomplie se dissipe avec le
temps, ce qui mimerait les effets d‘une préparation endogène. Cependant, en réponse à cette interprétation alternative, des travaux ont démontré que la réduction du coût d‘alternance est indépendante du délai écoulé depuis la dernière tâche (Arrington & Logan, 2004b; Logan & Bundesen, 2003; Mayr & Kliegl, 2003; Meiran, 1996; Meiran, Chorev, & Sapir, 2000). En ce sens, il existe un consensus à l‘effet que la préparation témoigne de ressources descendantes de contrôle, lesquelles permettent la reconfiguration des représentations des tâches. Ce mécanisme de reconfiguration impliquerait des ressources de contrôle descendantes et, en ce sens, pourrait impliquer les mêmes mécanismes que l‘alternance de tâches (Rogers & Monsell, 1995) ou des ressources différentes de celles impliquées dans l‘alternance de tâches elle-même (Arrington & Logan, 2005).
Paradigme d’alternance de tâches volontaire. Proposé par Arrington et Logan (2004; 2005), le paradigme d‘alternance de tâches volontaire se veut une solution au dilemme lié à l‘imprécision des modèles d‘alternance de tâches quant à l‘implication de ressources ascendantes et descendantes pour expliquer le coût d‘alternance. Les auteurs postulent que les mécanismes ascendants dépendent des indices, lesquels identifient les tâches à effectuer et, conséquemment, les alternances et répétitions de tâches. De ce fait, Arrington et Logan retirent les indices identifiant les tâches, assurant ainsi l‘implication de ressources de contrôle descendant dans l‘alternance de tâches. Dans le paradigme d‘alternance volontaire, ce sont les participants qui décident quand ils alternent et répètent les tâches. Des consignes expérimentales demandent d‘alterner approximativement une fois sur deux et au hasard, de façon à ce qu‘un observateur ne pourrait prédire quelle tâche sera effectuée d‘un essai à l‘autre. De façon à identifier quelle tâche le participant effectue, des clés de réponses distinctes sont désignées pour chacune des tâches. Ainsi, quand la cible est présentée, le participant peut effectuer l‘une ou l‘autre des tâches apprises et les clés de réponse employées identifient la tâche sélectionnée. La sélection de la tâche et l‘alternance de tâches sont donc contrôlées par le participant dans ce paradigme, sans indice pour guider le choix. Arrington et Logan (2004; 2005) suggèrent que l‘alternance volontaire doit impliquer des ressources de contrôle descendant, du moins en partie, car la stimulation n‘offre pas d‘indice pour alimenter d‘éventuels mécanismes ascendants. Ils concluent en proposant que l‘alternance volontaire puisse impliquer des actes de contrôle exécutif qui ne
sont pas impliqués dans l‘alternance de tâches guidée par des indices (Arrington & Logan, 2004, p. 614). En ce sens, le paradigme d‘alternance volontaire est une avenue permettant l‘étude de processus de contrôle exécutif descendants dont l‘implication dans les paradigmes involontaires est difficilement contrôlable et mesurable.
En plus de mesurer le coût d‘alternance, le paradigme d‘alternance volontaire permet de mesurer le choix des participants et de calculer la proportion d‘alternances et de répétitions. Ce choix de tâche impliquerait également des ressources exécutives (Arrington & Yates, 2009; Arrington & Logan, 2004; 2005; Mayr & Bell, 2006). En effet, la tâche production de séquences aléatoires, laquelle est brièvement présentée dans la section précédente, est fréquemment employée pour étudier les ressources exécutives dans le modèle de Baddeley (voir Nickerson, 2002, pour une revue; Baddeley, 1993; 1994). Dans le paradigme d‘alternance volontaire, il a été démontré que les participants tendent à répéter les tâches plus souvent qu‘à les alterner (voir p. ex. Arrington & Yates, 2009). Ce biais de répétition diminuerait avec l‘augmentation des intervalles inter-stimuli et inter-essais (Arrington & Logan, 2005). Ceci suggère que le choix d‘alterner requiert davantage de temps et que le choix d‘une répétition de tâche soit favorisée, soit par stratégie ou par défaut (Arrington & Yates, 2009, p. 661). Mayr et Bell (2006) ont mesuré la corrélation entre la performance à l‘alternance de tâches et la performance au choix de tâches (c'est-à-dire à la capacité à alterner et répéter de tâches en proportion égale et aléatoire) et n‘ont trouvé qu‘une relation faible entre les deux variables dépendantes, ce qui suggère que les deux mécanismes puissent impliquer des ressources cognitives fondamentales différentes. En ce sens, le paradigme d‘alternance volontaire permet de mesurer des coûts d‘alternance en comparant les essais alternés et répétés, en plus de mesurer le choix de tâche. Cette distinction est intéressante, car elle touche deux composantes des modèles de contrôle cognitif : d‘une part, l‘alternance de tâches est entrevue comme étant une composante spécifique avec des ressources distinctes dans le modèle de Miyake (2000) et, d‘autre part, la capacité à sélectionner des tâches aléatoirement est associée à l‘aléation (Nickerson, 2002), un mécanisme qui impliquerait le superviseur attentionnel du modèle de Baddeley (2003).
Interférence entre l’estimation temporelle et l’alternance de tâches
Comme il en a été question dans la section portant sur l‘estimation temporelle, l‘une des méthodes les plus fréquemment employée afin d‘étudier les ressources impliquées dans l‘estimation temporelle est la double tâche. Dans ce paradigme, l‘estimation temporelle et une tâche secondaire sont exécutées simultanément. Advenant que les deux tâches nécessitent l‘implication de ressources cognitives qui seraient à la fois limitées et communes, leur performance devrait se dégrader si elles sont réalisées simultanément. Plusieurs travaux ont démontré que l‘estimation temporelle est très sensible aux traitements concurrents, spécialement si ceux-ci requièrent l‘implication de ressources attentionnelles (voir p. ex. Brown 1997; Fortin & Massé, 2000) ou mnésiques (Fortin, Champagne, & Poirier, 2006). Inversement, certaines tâches n‘ont pas d‘impact sur l‘estimation temporelle concurrente, la recherche visuelle, par exemple (Fortin, Rousseau, Bourque, & Kirouac, 1993). Quelques études se sont intéressées au rôle des ressources exécutives dans l‘estimation du temps. En 2006, Brown emploie une tâche de génération aléatoire de chiffres dans un paradigme de double tâche avec estimation temporelle. La génération aléatoire de chiffres est une tâche qui requiert l‘implication de ressources exécutives (en ce sens, voir Nickerson, 2002, pour une revue et Baddeley, 1990; 1993; 1994). Brown (2006) démontre une interférence bidirectionnelle entre l‘estimation temporelle et la tâche de génération aléatoire, ce qui le porte à suggérer que les ressources exécutives sont impliquées dans l‘estimation temporelle. Brown note qu‘il est ardu de trouver des tâches exécutives « pures » et qu‘il est possible que des ressources spécialisées soient impliquées dans certaines tâches.
Dans une étude basée sur le modèle des ressources exécutives de Miyake (2000), Odgen et collaborateurs (2011) emploient un paradigme de double tâche afin de déterminer si chacune des trois composantes des fonctions exécutives identifiées par Miyake interfèrent avec l‘estimation temporelle. Ils testent donc trois tâches spécifiquement associées à chacun des trois composantes du modèle des ressources exécutives de Miyake, ainsi qu‘une tâche de récupération en mémoire sémantique, dans deux conditions : en tâche seule et en double tâche avec production temporelle concurrente. Spécifiquement, les
tâches employées sont : (a) la génération aléatoire de lettres, une tâche associée à la composante « inhibition » du modèle de Miyake; (b) la soustraction sérielle de sept, qui est associées à la composante « mise-à-jour »; (c) la plus-minus task qui mesure la composante « alternance de tâches » et (d) controlled oral word association, une tâche qui mesure la récupération en mémoire sémantique. Dans la condition avec production temporelle concurrente, les auteurs rapportent un effet d‘interférence uniquement avec la soustraction sérielle de sept. Cette tâche est associée à la fonction de mise à jour de l‘information en mémoire à court terme (MCT). Cette interférence entre l‘estimation temporelle et le traitement en MCT est cohérente avec des résultats précédents (p. ex. Fortin, Schweickert, Gaudreault, & Viau-Quesnel, 2010; Fortin, Champagne, & Poirier, 2006) et supporte la suggestion de Brown (2006) et de Rattat (2010) à l‘effet que l‘estimation temporelle dépend de la capacité à surveiller et mettre à jour l‘information provenant de l‘environnement. Il est notable, cependant, que les autres tâches exécutives testées n‘interfèrent pas avec les productions temporelles concurrentes. Ce résultat suggère que l‘implication de ressources exécutives dans l‘estimation du temps n‘est pas nécessairement universelle et qu‘une étude fine et spécifique des tâches soit nécessaire en vue de déterminer l‘implication de ressources exécutives dans l‘estimation du temps. En ce sens, il est remarquable que les résultats concernant l‘implication des ressources exécutives dans l‘estimation du temps s‘avèrent souvent incohérents entre eux. Par exemple, Odgen et collaborateurs (2011) ne trouvent pas d‘effet d‘interférence avec une tâche de génération aléatoire de lettres alors que Brown (2006) rapporte une interférence mutuelle entre l‘estimation du temps et la génération aléatoire de chiffres. Ce résultat pourrait être expliqué par le fait que les nombres sont plus encodés en séquences discrètes et qu‘ils sont moins nombreux que les lettres, ce qui pourrait rendre la génération aléatoire plus difficile (Odgen et al. 2011). En ce sens, Fortin (2010) et Ogden (2011) ne trouvent pas d‘effet d‘interférence avec un paradigme d‘alternance de tâches, alors que Zakay et Block (2004) rapporte une interférence. Ces résultats contradictoires commandent une étude plus spécifique des processus en cause et des tâches employées.
En 2004, Zakay et Block emploient une tâche de Stroop (1935) avec deux niveaux de difficulté. Dans la condition facile, les participants doivent lire un nom de couleur écrit
