Quels sont les effets de l’exercice physique sur la cognition ?

Michel Audiffren, Enseignant-chercheur à l'Université de Poitiers au sein du Centre de Recherches sur la Cognition et l'Apprentissage (UMR CNRS 7295), nous éclaire sur ce point :

Il convient d’abord de faire la distinction entre les effets chroniques et les effets aigus :

  1. Effets chroniques, dus à la répétition de l’exercice physique dans le temps. Ce sont des effets durables qui provoquent des modifications structurales du système nerveux : naissance de nouveaux neurones, apparition de nouveaux capillaires sanguins dans certaines zones du cerveau, renforcement de certaines synapses…
  2. Effets aigus, observés pendant ou juste après la pratique sportive. Ce sont des effets immédiats qui sont éphémères.

Lors de cette Interview, nous nous sommes intéressés surtout aux effets aigus de l’exercice physique sur la cognition.

Dès le début d’une activité physique, il y a libération de neurotransmetteurs : noradrénaline, dopamine, sérotonine, qui entraînent certains des effets suivants :

  • Augmentation de la vitesse de conduction du potentiel d’action le long des nerfs due à une élévation de la température corporelle avec l'exercice ; l’information circule plus vite, le niveau d’éveil s’élève. On réagit plus rapidement.
  • Amélioration de la sensibilité aux informations visuelles, auditives, olfactives (conséquence de la libération de noradrénaline)
  • Amélioration du temps moteur dans une tâche de temps de réaction (conséquence d’une meilleure synchronisation des unités motrices impliquées dans l’exécution de la réponse motrice).
  • Augmentation de l’humeur positive (due aux endocannabinoïdes, et non aux endorphines dont on parle très souvent). Il en résulte une sensation de bien-être et d’euphorie.

Par contre, si l’exercice est d’une forte intensité (plus de 70% de la fréquence cardiaque maximale), les effets aigus peuvent devenir négatifs.

En effet, selon l’hypothèse de « l’hypofrontalité », certaines zones du cerveau - dont le cortex préfrontal - se mettent en hypofonctionnement afin que les parties sollicitées par l’exercice physique - qui ont besoin d’énergie (glucose) - puissent mobiliser l’essentiel des ressources énergétiques.*

Conclusion 

Les bénéfices immédiats d’une activité physique apparaissent lorsque celle-ci est d’intensité modérée. Si l’effort est trop intense, il risque de provoquer des effets négatifs sur les fonctions cognitives.

Les effets positifs sur la concentration apparaissent à plus long terme à la suite de séances d’activité physique répétées (effets chroniques). En effet, l’activité physique régulière peut avoir des effets positifs sur la mémoire épisodique et sur les fonctions exécutives telles que la volonté, la concentration, et la mise à jour de la mémoire de travail…

*ce n’est pas le cas lors des séances BIKE’N LEARN puisqu’il s’agit d’un exercice modéré

Rencontre avec Wendy Suzuki à l’occasion de la sortie de son livre Bouge ton cerveau

Wendy Suzuki & BIKE’N LEARN

What are the main effects of regular sports practice on brain structure ?

Quels sont les principaux effets d’une pratique sportive régulière sur la structure du cerveau ? 

The 3 most consistent effects of regular aerobic exercise on brain function are :
Les 3 effets les plus constants de l’exercice aérobic sur les fonctions du cerveau sont : 
1) improvement of mood
amélioration de l'humeur
2) enhanced ability to shift and focus attention
capacité améliorée pour déplacer et focaliser son attention
3) improved memory function
amélioration de la fonction de mémoire

Pour aller plus loin, découvrez la conférence TED de Wendy Suzuki :

Est-il préférable de faire de l’exercice physique avant d’apprendre ? ou en même temps ? 

Une étude de 2013 menée par Maren Schmidt-Kassow, professeure à l’Institute of Medical Psychology, Goethe University (Frankfurt) y répond.

Dans celle-ci, 81 jeunes femmes allemandes en bonne santé ont été recrutées et séparées en 3 groupes, aléatoirement. Chaque groupe avait à disposition un casque et écoutait pendant 30 minutes des mots en deux langues : un en allemand puis l’équivalent en polonais. Les femmes devaient retenir le mot en polonais.

Chaque groupe écoutait ces mots dans différentes circonstances. Le premier groupe écoutait les mots après avoir été assis pendant 30 minutes; le deuxième groupe pédalait sur un vélo d’intérieur à une allure modérée pendant 30 minutes puis s’asseyait pour écouter les mots; et le troisième groupe pédalait à intensité modérée pendant 30 minutes en même temps qu’il portait le casque en écoutant les mots.

2 jours après, les jeunes femmes étaient testées sur l’acquisition du nouveau vocabulaire. Chaque groupe avait bien retenu quelques mots. Mais le groupe qui avait pédalé à allure modérée en même temps qu’il apprenait obtint un meilleur score. 

Ces femmes se souvenaient de davantage de vocabulaire polonais par rapport au groupe qui était resté assis et à celui qui avait fait l’exercice physique avant d’apprendre. Ce dernier était seulement légèrement plus performant que le groupe au repos.

Comment l'activité physique modérée peut vous aider à apprendre une deuxième langue ? 

Après l’étude de Maren Schmidt-Kassow démontrant les effets positifs de l’activité physique sur l’apprentissage du vocabulaire d’une langue totalement étrangère1, des scientifiques se sont intéressés aux effets sur l’apprentissage d’une langue lorsque l’apprenant a déjà des connaissances dans la langue enseignée. Nous avons rencontré le Dr. Simone Sulpizio, chercheur à l’Université Vita-Salute San Raffaele (Milan), co-auteur de cette nouvelle étude de 20172.

Dans celle-ci, 40 étudiants Chinois de Dali University, ayant un niveau débutant en anglais, ont été recrutés.

Les chercheurs ont ensuite divisé les élèves en deux groupes. Le premier groupe a continué à apprendre l'anglais comme il l'avait fait auparavant, c’est-à-dire en étant assis. Le deuxième groupe devait pédaler à allure modérée (à 60% de leur fréquence cardiaque maximale) 20 minutes avant le début du cours et pendant les 15 minutes des séances de mémorisation de vocabulaire.

Lors de ces séances, les étudiants regardaient des mots projetés sur de grands écrans, ainsi que des images associées, à raison de 40 mots par session, répétée 3 fois. Les étudiants ont suivi 8 sessions d’apprentissage qui se sont étalées sur 2 mois.

A la fin de chaque session, ils étaient testés aussi bien sur l’acquisition des mots que sur leur utilisation dans des phrases. Selon les linguistes, la compréhension et formulation de phrases indique une plus grande maitrise d’une langue que la simple amélioration du vocabulaire.

Les 2 groupes ont été testés à nouveau un mois après la fin des sessions. Toutes les sessions de test étaient réalisées assises, pour les 2 groupes.

Résultats :

En ce qui concerne la mémorisation du vocabulaire (Fig 1.), les étudiants qui avaient fait du vélo (Experimental group) se sont avérés plus performants que les étudiants qui étaient restés assis.

Ceux qui avaient fait du vélo sont également apparus plus compétents pour reconnaître les phrases appropriées (Fig 2.) par rapport aux étudiants sédentaires, et cette différence s’accroit après plusieurs semaines d'apprentissage (notamment au niveau du temps de réaction).

Autre point très intéressant : un mois après la fin des sessions d’apprentissage, cet avantage persiste pour le groupe ayant fait du vélo (rappelons que le test s’effectue de manière statique). Les gains sur l’acquisition de vocabulaire et sur la compréhension perdurent.

Cette étude démontre que l’activité physique n’apporte pas seulement des effets immédiats dans la performance, comme nous avons pu le voir dans d’autres études, mais agit aussi sur la mémorisation à long terme.

Les résultats attestent bien que l'activité physique modérée pendant l'apprentissage d’une langue améliore les acquisitions linguistiques.

Quels sont les causes d’un tel effet positif ?  

De nombreuses hypothèses ont été avancées dans plusieurs études récentes suggérant un lien avec la production de nouveaux neurones induit par le BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor), ou bien avec la libération des neurotransmetteurs (noradrénaline, dopamine, sérotonine…).  Un simple effet de motivation du groupe associé à cet apprentissage original n’est pas exclu.

Toutes ces réponses sont encore en suspens et nous suivons de près les études qui se multiplient sur ce sujet.

Stay tuned !

  1. Schmidt-Kassow M, Deusser M, Thiel C, Otterbein S, Montag C, et al. (2013) Physical Exercise during Encoding Improves Vocabulary Learning in Young Female Adults: A Neuroendocrinological Study. PLoS ONE 8(5): e64172. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0064172
  2. Liu F, Sulpizio S, Kornpetpanee S, Job R (2017) It takes biking to learn: Physical activity improves learning a second language. PLoS ONE 12(5): e0177624. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177624