Pourquoi les tâches exigeantes permettent-elles aux gens de se sentir plus éveillés alors même que leurs performances en souffrent ? De nouvelles recherches révèlent comment la difficulté des tâches et le sommeil restreint affectent différemment les états cognitifs.
Étude : Différenciation des états cognitifs liés sous l’exigence d’une tâche et la restriction du sommeil : vers un cadre expérimental pour le suivi opérationnel. Crédit image : Lena Ivanova/Shutterstock.com
Selon une nouvelle étude publiée dans Frontières de la neuroergonomie. Les résultats pourraient aider les chercheurs à développer de meilleures méthodes pour surveiller le fonctionnement cognitif sur les lieux de travail critiques pour la sécurité.
Sommaire
Les états cognitifs qui se chevauchent compliquent le suivi des performances dans des lieux de travail exigeants
Les environnements opérationnels complexes et dynamiques du monde réel, tels que l’aviation, la défense et d’autres secteurs à enjeux élevés, exigent une grande connaissance de la situation de la part des opérateurs. Dans ces contextes, même une légère instabilité du fonctionnement cognitif et attentionnel peut affecter considérablement les performances et la sécurité humaines.
Divers états cognitifs peuvent influencer le fonctionnement cognitif d’un opérateur, comme la charge de travail mental, la fatigue, la somnolence et l’errance mentale. Ces états cognitifs ont pour la plupart été étudiés isolément pour déterminer des mécanismes individuels. Cependant, dans des conditions réelles, ces états se chevauchent souvent ou émergent de manière dynamique. Ce chevauchement complique la différenciation des états cognitifs, en particulier dans les contextes opérationnels réels.
La présente étude visait à déterminer si ces états pouvaient être différenciés par la difficulté des tâches et les manipulations de restriction du sommeil, et si leurs modèles de réponse reflétaient des mécanismes causals distincts ou une ressource cognitive commune. Ces deux manipulations ciblent des mécanismes complémentaires, c’est-à-dire une augmentation de la charge cognitive et une diminution de la vigilance.
Des chercheurs testent comment la difficulté d’une tâche et un sommeil restreint affectent la cognition
Au total, 40 et 27 adultes en bonne santé ont participé respectivement à deux groupes d’étude indépendants. Les participants provenaient de différents contextes opérationnels à enjeux élevés, notamment des pompiers, des policiers et des militaires. Les participants pouvaient participer à un ou aux deux volets d’étude.
Les participants des deux groupes d’étude ont effectué trois tâches cognitives (paradigmes multitâches, mémoire de travail et attention soutenue) dans différentes conditions expérimentales ciblant la charge cognitive et la vigilance. Ces tâches ont été sélectionnées pour évaluer différents aspects du fonctionnement cognitif, notamment la capacité à gérer plusieurs activités, à conserver et traiter des informations et à maintenir l’attention au fil du temps.
Un groupe d’étude a étudié l’impact de deux niveaux de difficulté de tâche sur l’exécution de la tâche (session difficile et session facile), et l’autre groupe d’étude a évalué l’exécution de la tâche avant et immédiatement après environ deux heures de sommeil nocturne (restriction partielle du sommeil). Dans le premier groupe d’étude, les séances faciles et difficiles ont été menées à des jours différents, tandis que dans le deuxième groupe d’étude, les séances avant et après le sommeil ont été menées le même jour en utilisant des niveaux de difficulté de tâche identiques.
L’objectif principal de l’étude était d’explorer si la difficulté d’une tâche et la restriction partielle du sommeil pouvaient différencier les états cognitifs clés, notamment la charge de travail mental, la somnolence, la fatigue et l’errance mentale. Les chercheurs ont collecté des données sur les performances comportementales, des réponses subjectives à des questionnaires et des enregistrements physiologiques. Une contribution clé de l’étude a été la création et la validation initiale d’un ensemble de données multimodales combinant ces mesures, qui pourrait soutenir de futures recherches sur la manière dont différents états cognitifs interagissent et peuvent être distingués.
La difficulté des tâches et le sommeil restreint affectent différemment les états cognitifs
Les chercheurs ont découvert que rendre les tâches cognitives plus exigeantes avait généralement un coût en termes de performances, mais cela semblait également aider les participants à rester plus alertes. En revanche, restreindre le sommeil a produit un schéma différent et moins prévisible, affectant la façon dont les participants se sentaient plus régulièrement que leurs performances.
À mesure que les tâches devenaient plus difficiles, les participants ont signalé une charge de travail mentale et une fatigue accrues, en particulier lors d’activités nécessitant du multitâche et de la mémoire de travail. Pourtant, malgré ces exigences accrues, ils se sentaient systématiquement moins somnolents lors des tâches difficiles que lors des tâches plus faciles. Cette découverte apparemment contradictoire suggère que s’engager dans des activités plus difficiles peut aider à maintenir la vigilance subjective, même lorsque l’effort mental supplémentaire rend plus difficile l’exécution précise.
Après environ deux heures de sommeil, les participants ont signalé une somnolence significativement plus importante, mais leurs performances ne se sont pas constamment détériorées. Plusieurs mesures multitâches se sont améliorées de manière significative après la période de sommeil, tandis que les performances en matière de mémoire de travail et d’attention soutenue n’ont montré aucun changement statistiquement significatif. Les résultats suggèrent que se sentir plus somnolent ne se traduit pas nécessairement par un déclin immédiat et mesurable pour chaque type de tâche cognitive.
Alors que la difficulté croissante des tâches augmentait la charge de travail perçue, les participants ont signalé une charge de travail significativement inférieure pendant la tâche multitâche après la période de sommeil restreinte. Une réduction similaire est apparue lors de la tâche de mémoire de travail, même si elle n’était pas statistiquement significative. La fatigue mentale, quant à elle, augmentait de manière significative à mesure que les tâches devenaient plus difficiles, mais ne présentait aucun changement statistiquement significatif suite à un sommeil restreint.
Les tâches plus exigeantes étaient généralement associées à moins d’errance mentale. Suite à un sommeil restreint, les participants ont signalé une plus grande errance mentale dans les conditions évaluées.
Ensemble, les résultats suggèrent que l’effort mental, la vigilance, la fatigue et l’errance mentale n’augmentent ou ne diminuent pas nécessairement ensemble. Une tâche exigeante peut laisser une personne se sentir plus sollicitée mentalement mais moins somnolente, tandis qu’un sommeil restreint peut augmenter la somnolence sans altérer systématiquement les performances. Ces tendances contrastées mettent en évidence la raison pour laquelle les chercheurs pourraient avoir besoin d’examiner plusieurs états cognitifs ensemble, plutôt que de s’appuyer sur une seule mesure pour comprendre comment les gens fonctionnent sous pression.
États cognitifs superposés qui répondent différemment aux demandes
L’étude révèle que les niveaux de difficulté des tâches exercent des effets forts et cohérents à la fois sur la performance des tâches cognitives et sur les états cognitifs auto-évalués, tandis que la restriction partielle du sommeil influence principalement les états cognitifs auto-évalués, avec des effets plus faibles et dépendants de la tâche sur la performance.
Ces résultats soulignent l’importance de combiner des manipulations cognitives complémentaires pour explorer différentes dimensions de l’état cognitif. Le chevauchement observé entre les conditions est cohérent avec la possibilité que différentes manipulations affectent sélectivement les composants des processus cognitifs et physiologiques partagés. Cependant, les résultats ne permettent pas d’établir de manière concluante si ces modèles de réponse résultent de mécanismes causals distincts ou d’une ressource cognitive partagée. Les chercheurs ont identifié des modèles de réponse partiellement distincts mais qui se chevauchent.
Les résultats du premier groupe d’étude ont révélé que l’augmentation du niveau de difficulté de la tâche de facile à difficile entraînait de moins bonnes performances, indiquées par des changements dans les temps de réaction et une augmentation des taux d’erreur en fonction de la tâche. Dans la tâche d’attention soutenue et dans la composante communication de la tâche multitâche, des réponses plus rapides s’accompagnaient d’une précision réduite ou d’une augmentation des erreurs. En revanche, la tâche de mémoire de travail a montré des réponses plus lentes, une précision réduite et une augmentation des erreurs. Cette découverte suggère une évolution vers une réponse plus rapide au détriment de la précision dans le cadre de tâches plus exigeantes dans certaines tâches.
Les résultats du deuxième groupe d’étude ont toutefois montré des effets plus faibles et moins cohérents de la restriction partielle du sommeil sur l’exécution des tâches. Après le sommeil, la tâche multitâche s’est améliorée sur plusieurs mesures de performance, tandis que les tâches de mémoire de travail et d’attention soutenue n’ont montré aucun changement statistiquement significatif. L’étude a pris en compte une courte période de sommeil d’environ deux heures, qui aurait pu avoir des effets opposés sur l’exécution d’une tâche. Cette brève période de sommeil aurait pu permettre une certaine récupération ; cependant, les tests effectués peu de temps après le réveil pourraient avoir provoqué une inertie du sommeil, altérant temporairement les performances cognitives. Ces deux effets opposés pourraient s’être partiellement équilibrés, expliquant l’absence de différences de performances constantes entre les séances avant et après le sommeil.
Dans ce groupe d’étude, les participants ont effectué les mêmes tâches avant et après la restriction du sommeil au cours du même protocole de test nocturne. Par conséquent, les effets possibles de la pratique ou de la familiarisation ne peuvent être totalement exclus. Des études futures pourraient résoudre ce problème en incluant un groupe témoin approprié. D’autres limites incluent la taille relativement petite de l’échantillon, en particulier dans l’étude sur la restriction du sommeil, et le recrutement de participants principalement issus de professions opérationnelles spécifiques, ce qui peut limiter la généralisabilité des résultats.
Les résultats de l’étude fournissent un cadre pour de futures recherches visant à développer des systèmes fiables en temps réel pour surveiller les états cognitifs dans des contextes opérationnels à enjeux élevés.
