Imaginez la scène suivante, illustrée à la Figure 1. Vous êtes à une fête d’ami dans votre cour arrière et vous discutez avec un ami (1). Vous vous concentrez sur cette personne pour ne pas être distrait par les autres conversations, tout en gardant un œil sur votre chien. Soudainement, vous entendez un coup de tonnerre au loin (2). Cette distraction vous a fait perdre de vue votre chien (3). Vous le retrouvez caché dans les buissons (4).

Cette petite mise en situation représente différents aspects du contrôle attentionnel, c’est-à-dire la capacité à sélectionner et à inhiber des stimuli dans notre environnement. Dans la situation, votre attention était soutenue vers votre interlocuteur, mais aussi divisée vers votre chien, tout en inhibant les autres conversations. Lorsque le tonnerre a grondé, votre attention a été court-circuitée, ce qui vous a fait perdre de vue votre chien. Le contrôle attentionnel est omniprésent dans toutes nos tâches quotidiennes, des plus simples aux plus complexes. Le contrôle attentionnel est la combinaison de deux habiletés : l’attention et l’inhibition. Dans ce billet, nous allons d’abord définir ces deux habiletés sur le plan comportemental, puis discuter de leurs assises cérébrales.

Attention

 On distingue deux types de processus attentionnel : l’attention descendante et l’attention ascendante. Le premier grand type de processus attentionnel est l’attention descendante. Cette forme d’attention est volontaire— c’est celle qu’on mobilise quand on choisit de se concentrer sur quelque chose. Écouter attentivement son interlocuteur, surveiller les voitures qui circulent à une intersection ou garder un œil sur le trottoir pour ne pas foncer dans un panneau : voilà des exemples d’attention descendante. On parle ainsi d’une attention guidée par un but. Selon qu’elle se concentre sur une seule tâche ou se partage entre plusieurs, sur une courte ou une longue période, elle prend différentes formes : attention sélective, soutenue, alternée et divisée.

  1. L’attention sélective, c’est la capacité à sélectionner un stimulus et à se concentrer sur ce stimulus dans son environnement, tout en filtrant ce qui est non pertinent ou distrayant.
  2. L’attention soutenue, c’est la capacité à maintenir sa concentration sur une tâche pendant une longue période, même lorsqu’elle est monotone ou répétitive. Ce type d’attention est défini entre autres par les notions de concentration, d’endurance et de constance.

 

Concentration

Endurance

Constance

Capacité à ne pas se laisser distraire par des évènements ponctuels (p. ex. un jappement, une notification).

La capacité à soutenir sa concentration longtemps, même quand la tâche devient monotone.

La capacité à garder un niveau de concentration stable, sans hauts et bas, du début à la fin. (combinaison de la concentration et de l’endurance)

  1. L’attention alternée, c’est la capacité à réorienter son attention en passant d’un but à un autre. Par exemple, cuisiner en suivant une recette requiert de l’attention alternée. Chaque tâche est effectuée l’une après l’autre : lire la recette, ajouter un ingrédient, lire la recette, ajouter un autre ingrédient et ainsi de suite.
  2. L’attention divisée, c’est la capacité à traiter plusieurs stimuli ou à effectuer plusieurs tâches simultanément. Contrairement à l’attention alternée, plusieurs buts sont poursuivis en même temps, par exemple conduire en discutant avec un passager. Dans le langage courant, c’est ce qu’on appelle le « multitâche ».

Appliquons ces notions à la situation du début. Notre attention sélective est portée sur la conversation, et elle est soutenue depuis le début de celle-ci. Mais notre attention est aussi divisée, car nous gardons un œil sur notre chien. Ainsi, les différents types d’attention ne sont pas cloisonnés : ils se combinent et se chevauchent constamment, ce qui rend leur évaluation individuelle délicate.

Au laboratoire, nous évaluons principalement l’attention sélective et soutenue dans la modalité auditive. Pour y parvenir, nous utilisons de courtes tâches, moins de 5 minutes, pour évaluer l’attention sélective, et des tâches plus longues, plus de 10 minutes, pour évaluer l’attention soutenue. Dans les deux cas, les tâches sont construites sur le même principe : elles contiennent un stimulus cible et un ou plusieurs stimuli distracteurs. Ce sont justement ces distracteurs qui font intervenir le deuxième grand type de processus attentionnel, l’attention ascendante.

Le deuxième grand type de processus attentionnel est l’attention ascendante ; il s’agit d’un processusautomatique. Lorsque l’on dit qu’on a été distrait par quelque chose, comme un coup de tonnerre ou une notification sur notre téléphone, c’est elle qui est en cause. Les stimuli qui déclenchent les processus ascendants ont généralement une saillance intrinsèque, c’est-à-dire qu’ils captent l’attention indépendamment de notre volonté, nos souvenirs ou nos intentions. Dans la situation de départ, le tonnerre est un bon exemple : nul besoin de le trouver intéressant pour y réagir. Cependant, d’autres types de stimuli peuvent amorcer l’attention ascendante. À travers nos souvenirs, un stimulus peut acquérir une saillance qui ne tient pas à ses seules propriétés. On parlera alors de « saillance apprise ou acquise ».Imaginez que chaque matin sur votre trajet, vous croisez la même personne assise devant sa maison. Avec le temps, votre attention est automatiquement attirée vers elle à chaque passage, non pas parce que la scène est objectivement remarquable, mais parce que votre mémoire l’a rendue familière, donc saillante pour vous.

En somme, l’attention descendante est notre mode de fonctionnement par défaut : c’est elle qui oriente notre attention vers nos buts. Mais elle peut être court-circuitée à tout moment par l’attention ascendante. Pour limiter ces interruptions, des mécanismes de contrôle entrent en jeu et nous aident à maintenir le cap.

Inhibition

            On peut envisager l’inhibition comme le versant complémentaire du contrôle attentionnel : là où l’attention permet de sélectionner un stimulus en fonction d’un but, l’inhibition permet d’atténuer, voire de bloquer, les stimuli distracteurs. Selon certains auteurs, l’inhibition se rapproche de ce que l’on nomme la maîtrise de soi (self-control) : elle ne se limite pas à contrer l’attention ascendante, mais peut aussi nous permettre de supprimer volontairement certains stimuli, réactions ou pensées.

Figure 2. Schéma du contrôle attentionnel

L’attention et l’inhibition fonctionnent en étroite synergie (Figure 2) ; cette collaboration est particulièrement évidente lorsque des stimuli entrent en conflit, c’est-à-dire lorsque deux réponses possibles se disputent notre attention et que l’une doit l’emporter sur l’autre. L’effet Stroop en est l’illustration la plus classique. Décrit par le psychologue John Ridley Stroop dans les années 1930 (Stroop, 1935), il met en scène un conflit entre un mot désignant une couleur et la couleur dans laquelle ce mot est imprimé — par exemple le mot bleu écrit en encre verte. Dans un test de Stroop, on demande à la personne de nommer la couleur de l’encre, et non de lire le mot. Essayez :

Figure 3. Stimuli Stroop. Par Grutness à en.wikipedia — File:Stroop_icon.svg, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=77022308

Difficile n’est-ce pas ? Ce test demande de simultanément porter son attention sur la couleur de l’encre et d’inhiber le mot, dont la lecture est pourtant automatique. Pour que l’effet de Stroop soit marqué, le stimulus cible (la couleur de l’encre) doit être moins dominant que le stimulus distracteur (le mot), ce qui est généralement le cas, puisque lire est un réflexe bien ancré. Aujourd’hui encore, ce test figure parmi les outils classiques de la neuropsychologie : on l’utilise pour évaluer le contrôle inhibiteur et la flexibilité mentale, notamment dans l’étude du vieillissement cognitif ou de troubles de l’attention.

Une question demeure cependant : comment le cerveau sélectionne-t-il un stimulus et en atténue-t-il un autre ? Autrement dit, comment le cerveau gère-t-il le contrôle attentionnel ? Il n’existe pas encore de réponse définitive à cette question, mais plusieurs hypothèses ont été proposées. Selon l’une d’elles, le cerveau construirait un gabarit de rejet : tout distracteur correspondant à ce gabarit serait automatiquement inhibé (Arita & al., 2012). Selon une autre théorie, le cerveau augmenterait l’intensité du stimulus cible, le rendant plus distinct des distracteurs et donc plus facile à sélectionner (Geng & Witkowski, 2019). Dans les deux cas, une capacité supplémentaire entre en jeu : la mémoire de travail. Celle-ci nous permet de manipuler des informations sur une courte période, et c’est elle qui « garderait en mémoire » le gabarit de rejet ou la cible à amplifier, le temps que la tâche soit accomplie.

 

Organisation cérébrale

Le contrôle attentionnel est soutenu par un vaste réseau cérébral. Différents modèles théoriques, plus ou moins complexes, ont été élaborés pour expliquer l’organisation cérébrale du contrôle attentionnel. Dans cette section, trois modèles seront présentés : la voie ventrale et dorsale, le modèle des triples réseaux et le système de l’attention (Figure 4). Il s’agit des trois modèles neurologiques de l’attention les plus utilisés dans la littérature scientifique.

Le modèle de la voie ventrale et dorsale (Corbetta & Shulman, 2002)

Ce modèle est fortement associé au concept d’attention ascendante et descendante. Selon ce modèle, la voie ventrale est associée à l’attention ascendante, alors que la voie dorsale est associée à l’attention descendante. Les deux voies sont dites fronto-pariétales, c’est-à-dire que les régions impliquées sont situées dans les lobes frontaux et pariétaux. La voie ventrale implique des régions situées vers le bas du cerveau (dites « ventrales »), alors que la voie dorsale implique des régions situées vers le haut du cerveau (dites « dorsales »). Plusieurs faisceaux de matière blanche permettent la liaison des régions au sein de chaque voie, et la communication entre les deux voies. Ce modèle est illustré à la figure 3A.

Le modèle de triples réseaux (Menon, 2011)

Ce modèle n’a pas été conçu spécifiquement pour étudier le contrôle attentionnel, mais permet tout de même de le modéliser. Il repose sur trois réseaux : le réseau exécutif central, le réseau de la saillance et le réseau de mode par défaut. Le réseau exécutif central s’apparente fortement à la voie dorsale. Il est composé de régions fronto-pariétales dorsales et serait impliqué dans l’attention descendante — autrement dit, dans notre capacité à orienter volontairement notre concentration vers un but. Le réseau de la saillance, situé dans le lobe frontal ventral, serait impliqué dans la détection des stimuli de façon automatique, soit l’attention ascendante. Il s’apparente ainsi, en partie, à la voie ventrale. Le troisième réseau, celui du mode par défaut, entre en jeu lorsque notre attention se tourne vers l’intérieur : pensées vagabondes, ruminations, rêveries. Il implique plusieurs régions réparties dans le cerveau, notamment dans les lobes pariétal, temporal et frontal, ainsi que le cortex cingulaire postérieur. En somme, c’est le réseau de la saillance qui détecte les stimuli importants et donne le signal de basculer vers le réseau exécutif central pour adapter notre attention en conséquence. Ce modèle est illustré à la figure 3B.

Le modèle du système de l’attention (Petersen & Posner, 2012)

Le système de l’attention contient lui aussi trois réseaux : celui de l’alerte, de l’orientation et de l’exécutif. Contrairement aux autres modèles, les différents réseaux de ce modèle sont moins distincts. Les réseaux impliquent des régions frontales, pariétales, temporales et cingulaires. Le rôle du réseau de l’alerte peut être résumé par la capacité à maintenir un état de vigilance. Il s’agit du réseau qui détectera un stimulus. Le réseau de l’orientation permet de prioriser certains stimuli selon leur modalité et leur localisation. Ainsi, le réseau de l’alerte permet d’indiquer quand un stimulus se produit, alors que le réseau de l’orientation permet d’indiquer où il se produit. Le réseau exécutif est le réseau qui se rapproche le plus de l’attention descendante. Il aurait la charge du contrôle volontaire de l’attention et il serait soutenu par les réseaux de l’alerte et de l’orientation pour détecter les stimuli importants. Ce modèle est illustré à la figure 3C.

Bien que chaque modèle ait ses particularités, les trois intègrent les concepts d’attention ascendante et descendante. Dans chaque modèle, les régions cérébrales impliquées dans le contrôle volontaire de l’attention sont situées dans la partie dorsale du cerveau, alors que les régions impliquées dans la détection automatique de stimuli saillants sont situées dans la partie ventrale.

Deux points importants sont à souligner par rapport aux modèles du contrôle attentionnel. Tout d’abord, la grande majorité des tests attentionnels existants, comme le test de Stroop, sont visuels, c’est-à-dire que les stimuli sont présentés visuellement. Les auteurs des différents modèles se sont ainsi basés sur une littérature scientifique focalisée sur la modalité visuelle pour élaborer ces modèles. Mais l’attention est multimodale : visuelle, auditive, olfactive, tactile, etc.! Néanmoins, quelques études ont examiné si ces modèles pouvaient s’appliquer à d’autres modalités, par exemple auditive et tactile. Ces études suggèrent que certaines régions sont activées de la même manière, peu importe la modalité du stimulus. Il est donc possible que le système de l’attention soit amodal, c’est-à-dire qu’il traite tous les stimuli sans égard à leur modalité.

Le deuxième élément à souligner est que ces modèles portent presque exclusivement sur des régions corticales. Or, plusieurs études suggèrent que des structures sous-corticales comme le thalamus, les ganglions de la base et même le cervelet, joueraient elles aussi un rôle dans l’attention. L’attention mobiliserait ainsi un réseau bien plus étendu que ne le laissent voir les modèles actuels, impliquant le cerveau dans son ensemble plutôt que seulement le cortex.

Figure 4. Illustration des différents modèles d’organisation cérébrale du contrôle attentionnel présentée sur un cerveau moyen

Conclusion

En somme, le contrôle attentionnel est une capacité essentielle à presque toutes nos activités quotidiennes : lorsqu’il fait défaut, de nombreuses autres fonctions cognitives sont affectées, de même que la communication. Le contrôle attentionnel est soutenu par de vastes réseaux cérébraux répartis dans presque tout le cerveau. Dans un prochain billet, nous verrons comment le contrôle attentionnel et les structures cérébrales qui le soutiennent évoluent au cours de la vie et comment préserver un bon contrôle attentionnel en vieillissant.

Références citées

Arita, J.T., N.B. Carlisle & G.F. Woodman. 2012. Templates for rejection: configuring attention to ignore taskirrelevant features. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 38: 580

Geng, J.J. & P. Witkowski. 2019. Template-to-distractor distinctiveness regulates visual search efficiency. Curr. Opin. Psychol. 29: 119–125.

Stroop, J. R. (1935). Studies of interference in serial verbal reactions. Journal of Experimental Psychology, 18, 643–662.

Corbetta, M., & Shulman, G. L. (2002). Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat Rev Neurosci, 3(3), 201-215. https://doi.org/10.1038/nrn755

Menon, V. (2011). Large-scale brain networks and psychopathology: a unifying triple network model. Trends Cogn Sci, 15(10), 483-506. https://doi.org/10.1016/j.tics.2011.08.003

Petersen SE, Posner MI. The attention system of the human brain: 20 years after. Annu Rev Neurosci. 2012;35:73-89. doi:10.1146/annurev-neuro-062111-150525

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