Frontiers in Aging Neuroscience

Introduction

Les capacités spatiales sont essentielles à l’indépendance fonctionnelle. Elles nous permettent de localiser des cibles dans l’espace, de percevoir visuellement des objets et de comprendre les relations spatiales bi- et tridimensionnelles (2D et 3D) entre les objets et notre environnement. Ces capacités nous permettent de naviguer en toute sécurité dans notre environnement grâce à un jugement précis de la direction et de la distance. L’aptitude spatiale n’est pas une fonction unitaire, mais elle peut être divisée en un certain nombre de catégories distinctes, communément appelées visualisation spatiale, perception spatiale et rotation mentale. La visualisation spatiale a été définie comme la capacité de manipuler mentalement des informations spatiales complexes lorsque plusieurs étapes sont nécessaires pour mener à bien une tâche spatiale (Linn et Petersen, 1985 ; Voyer et al., 1995). Un exemple d’une tâche qui pourrait intégrer des capacités de visualisation spatiale serait de ranger des objets de manière à ce qu’ils entrent dans une valise. La perception spatiale est la capacité d’établir avec précision des relations spatiales par rapport à son orientation malgré la présence d’informations distrayantes (Linn et Petersen, 1985 ; Voyer et al., 1995). Les capacités de perception spatiale sont mises à contribution lorsque l’on s’insère dans un trafic en mouvement sur une autoroute très fréquentée. Le conducteur doit déterminer si sa voiture s’insérera dans l’espace libre dans le trafic tout en ignorant les véhicules environnants non pertinents sur l’autoroute. La troisième catégorie de capacité spatiale, la rotation mentale, est la capacité de transformer l’orientation d’une représentation mentale d’un objet dans un espace 2D ou 3D (Linn et Petersen, 1985 ; Voyer et al., 1995). Les capacités de rotation mentale sont fréquemment utilisées tout au long de la journée, par exemple, lorsque l’on se coiffe ou que l’on se maquille dans le miroir. Il existe de nombreuses batteries de tests spatiaux standardisés qui ont été développées pour mesurer la façon dont les participants résolvent des tâches spatiales. Parmi les tâches couramment utilisées pour mesurer les capacités de visualisation spatiale, citons le Paper Form Board (Likert et Quasha, 1941), qui demande aux participants d’identifier l’aspect d’une forme dépliée une fois pliée, et le Identical Block Test (Stafford, 1961), dans lequel les participants identifient les blocs d’un tableau qui correspondent à un bloc de référence en fonction d’un certain nombre d’indices sur les faces des blocs. Deux tests standardisés sont utilisés pour évaluer la perception spatiale : le Rod-and-Frame Test (Witkin et Asch, 1948), qui demande aux participants d’identifier des lignes horizontales ou verticales présentées dans un cadre carré tourné et le Water Level Test (Piaget et Inhelder, 1956) dans lequel les participants indiquent l’orientation de la ligne d’eau dans l’image d’un récipient incliné. Enfin, de nombreux tests spatiaux ont été développés pour tester la rotation mentale. Le test le plus couramment utilisé est le test de rotation mentale (Vandenburg et Kuse, 1978), une variation du test original développé par Shepard et Metzler (1971). Ce test demande aux participants de déterminer si des paires d’objets qui ont été tournés en profondeur l’un par rapport à l’autre sont identiques ou des images miroir. Malgré le regroupement des tests spatiaux dans les trois catégories générales que sont la visualisation spatiale, la perception spatiale et la rotation mentale, la résolution des tâches d’un même test nécessite généralement l’utilisation de plusieurs processus spatiaux. Par exemple, les tests assignés à la catégorie de la visualisation spatiale (c’est-à-dire la tâche Paper Form Board, le test du bloc identique) comprennent probablement des éléments de rotation mentale et de perception spatiale.

Nos connaissances sur la façon dont les humains interagissent avec leur environnement spatial ont été largement basées sur des études qui ont utilisé des tests psychométriques standard papier-crayon, des tests chronométriques sur ordinateur (Linn et Petersen, 1985 ; Voyer et al, 1995), et plus récemment des tests dans des environnements immersifs en 3D (Parsons et al., 2004 ; Tsirlin et al., 2009). Bien que ces études soient essentielles à notre compréhension de la cognition spatiale, les faibles exigences visuomotrices des tâches 2D employées ne sont souvent pas représentatives des interactions physiques que nous avons avec les objets dans notre environnement quotidien. En outre, compte tenu de leur complexité, de nombreux tests standardisés ne sont pas adaptés aux jeunes enfants, aux personnes âgées et aux populations de patients.

Nous avons développé une nouvelle tâche visuomotrice avec des variantes qui sont appropriées pour la gamme des capacités spatiales des enfants dès 3 ans (Sacrey et al., 2012) à la vieillesse (Gonzalez et al., 2014), ainsi que pour les populations de patients (non publié). La tâche exige que les participants localisent, atteignent, saisissent et manipulent les blocs de construction appropriés à partir d’une matrice de blocs pour reproduire un modèle 3D. La tâche combine les trois principales catégories d’aptitudes spatiales : rotation mentale, visualisation spatiale et perception spatiale. Les capacités de rotation mentale sont mises à l’épreuve en déterminant si les blocs 3D dans l’espace de travail peuvent être tournés pour correspondre à l’orientation des blocs de construction dans le modèle d’échantillon, quelle que soit leur orientation. En outre, les capacités de visualisation spatiale sont utilisées pour identifier le bloc spécifique qui correspond à un bloc de construction dans le modèle d’échantillon à partir d’un ensemble d’alternatives (qui peuvent différer par la couleur, la forme, et/ou la taille ; ci-après dénommé recherche visuospatiale). Les capacités de perception spatiale sont également nécessaires pour la majeure partie de la tâche, lorsque le participant identifie le bloc de construction correct parmi la série de distracteurs. Cette tâche, similaire aux tests standardisés papier-crayon et informatique, permet de manipuler le niveau de complexité visuospatiale tout en maintenant constantes les exigences visuomotrices de la tâche. Cependant, contrairement à ces tests standardisés, les exigences visuomotrices de notre tâche sont importantes et correspondent aux exigences des tâches quotidiennes. La tâche développée permettra l’étude de la cognition spatiale dans le domaine visuomoteur, apportant des connaissances précieuses à notre compréhension actuelle des interactions spatiales dans des scénarios du monde réel.

L’étude actuelle a déterminé la faisabilité de l’utilisation d’une tâche d’atteinte et de préhension pour évaluer la fonction visuospatiale et visuomotrice chez des adultes masculins et féminins plus jeunes (18-25 ans) et plus âgés (60-82 ans). À notre connaissance, il s’agit de la première étude à utiliser une tâche visuomotrice qui combine des aspects de visualisation spatiale (recherche visuospatiale) et de rotation mentale. Dans cette expérience, les demandes de recherche visuospatiale étaient cohérentes mais la complexité spatiale des modèles à reproduire était modulée dans deux conditions. Dans la condition de faible complexité spatiale, la position, les propriétés (c’est-à-dire la couleur et la taille) et l’orientation de chaque bloc du modèle à reproduire étaient visibles à partir d’un seul plan de vue, les modèles ayant une configuration  » plate « . Dans la condition de complexité spatiale élevée, le modèle avait une configuration 3D et devait être tourné pour assurer la sélection et le placement précis de chaque bloc de construction dans le modèle. Les exigences motrices de la tâche (par exemple, atteindre et saisir les blocs) étaient les mêmes dans les deux conditions.

Le temps total nécessaire pour reproduire chaque modèle et la préférence de la main pour chaque saisie ont été enregistrés. Compte tenu du déclin signalé de multiples mesures du fonctionnement cognitif avec l’âge (Blanchard-Fields et Hess, 1996 ; Gabrowski et Mason, 2014), ainsi que de la détérioration liée à l’âge observée dans la visualisation spatiale (Hertzog, 1989 ; Salthouse, 1990 ; Borella et al., 2014) et la rotation mentale (Willis et Schaie, 1989 ; Jansen et Heil, 2010 ; Borella et al., 2014), nous avons prédit un déclin lié à l’âge dans la performance de la tâche. En outre, conformément à la littérature rapportant des performances supérieures pour les hommes par rapport aux femmes sur les tests de rotation mentale (McGlone et Davidson, 1973 ; Linn et Petersen, 1985 ; Voyer et al, 1995 ; Sherwin, 2003), nous avons prédit que des différences entre les sexes émergeraient, les hommes affichant systématiquement un avantage de performance.

Matériel et méthodes

Participants

Vingt-quatre jeunes adultes droitiers autodéclarés (YA ; 12 hommes ; 18-25 ans) et 20 adultes âgés droitiers autodéclarés (OA ; 10 hommes ; 60-81 ans) ont été recrutés dans la communauté universitaire pour participer à cette étude. L’étude a été réalisée avec l’approbation du comité de recherche sur les sujets humains de l’Université de Lethbridge. Tous les participants étaient naïfs quant à l’objectif de l’étude et ont fourni un consentement éclairé écrit avant le début de l’étude.

Procédures

Les participants étaient confortablement assis au centre devant une table d’une hauteur de 0,74 m et d’un espace de travail de 0,70 m par 1,22 m. Les participants ont reçu pour instruction de reproduire deux séries de quatre modèles. Par la suite, les participants ont répondu à une version modifiée des questionnaires d’Edinburgh (Oldfield, 1971) et de Waterloo (Brown et al., 2006) sur la main (voir Stone et al., 2013 pour une description complète du questionnaire modifié). On a demandé aux participantes adultes âgées si elles utilisaient un traitement hormonal substitutif afin d’établir si les niveaux d’hormones sexuelles circulantes étaient susceptibles de différer considérablement au sein du groupe.

Quarante-huit blocs de construction uniques (LEGO®) ont été distribués de manière pseudo-aléatoire sur le plateau de la table alors que les participants étaient tournés vers l’extérieur de la table. Une bande de ruban adhésif transparent a été utilisée pour diviser l’espace de travail en deux, et 24 blocs ont été répartis sur les côtés gauche et droit (figure 1A). Au début de chaque essai, les participants inspectaient un modèle de 12 pièces qu’ils allaient reproduire. Après l’inspection, l’expérimentateur plaçait le modèle dans le coin le plus proche de la droite ou de la gauche de la table (de manière équilibrée entre les essais). Il a été démontré que la position du modèle sur la table n’influence pas l’utilisation des mains (Stone et al., 2013). Pour chaque essai, les participants ont reçu la consigne de « reproduire le modèle aussi rapidement et aussi précisément que possible, en utilisant les pièces fournies sur la table. » Aucune autre instruction n’a été donnée aux participants. Les participants étaient libres de manipuler et de faire tourner le modèle à répliquer pendant la construction. Après la reproduction du modèle, les deux modèles étaient retirés et un autre modèle à reproduire était fourni. Les blocs de construction n’étaient pas remplacés entre les essais. Le même ensemble de 48 blocs de construction uniques a été utilisé pour chaque série de quatre modèles de 12 pièces dans cette expérience (figure 1A). Les deux séries de modèles LEGO® différaient par leur complexité spatiale. Dans la condition de faible demande spatiale (2D), les blocs de construction du modèle à reproduire étaient dans une configuration « plate » (figure 1B). Cela permettait aux participants de voir les propriétés et l’orientation des 12 blocs de construction à partir d’un seul plan de vue, ce qui éliminait la nécessité de faire tourner physiquement le modèle (même si les participants restaient libres de prendre et de manipuler le modèle à reproduire). Dans la condition de forte demande spatiale (3D), les blocs de construction (les mêmes que ceux utilisés pour les modèles 2D) du modèle à reproduire n’étaient pas tous visibles dans le même plan (figure 1C). Il a donc fallu faire pivoter le modèle pour permettre une reproduction précise. Les participants ont construit quatre modèles consécutifs dans la condition 2D en utilisant les 48 blocs. Les participants ont ensuite construit quatre modèles consécutifs dans la condition 3D, en utilisant à nouveau les 48 blocs. La condition de départ (2D, 3D) était contrebalancée et l’ordre de présentation des modèles était aléatoire entre les participants. Les huit mêmes modèles ont été utilisés pour tous les participants.

Traitement et analyse des données

La quantité totale de temps (c’est-à-dire, latence, s) à partir du moment où les participants ont levé l’une ou l’autre main de la table pour initier une extension vers les blocs de construction jusqu’au moment où la réplique du modèle a été placée sur la table (y compris l’extension, la saisie, la manipulation du modèle et la construction du modèle) a été enregistré avec un chronomètre Tough Timer® (Sportline Inc.). La tâche a été enregistrée à l’aide d’une caméra vidéo numérique (JV HD Everio®) placée directement en face des participants avec une vue dégagée de l’espace de travail, des blocs de construction et des mains des participants. Chaque saisie a été notée comme une saisie par un gaucher ou un droitier et l’utilisation de la main droite a été déterminée comme un pourcentage du nombre total de saisies pour la construction du modèle (nombre de saisies par la main droite/nombre total de saisies × 100).

L’effet de la complexité du modèle et de la progression de la tâche sur la latence et l’utilisation de la main a été comparé entre le sexe et le groupe en utilisant des analyses de variance à facteurs mixtes et à mesures répétées (RM ANOVA) avec la complexité (2D, 3D) et le modèle (1-4) comme facteurs intra-sujet et le sexe (homme, femme) et le groupe (YA, OA) comme facteurs inter-sujet. Ensuite, pour permettre la comparaison des changements de latence dus aux exigences de rotation mentale et non à la vitesse motrice entre les jeunes adultes et les adultes plus âgés, les données de latence 3D ont été normalisées par rapport aux données 2D (*100) et introduites dans une ANOVA RM à trois voies. Le numéro de modèle (1-4) était le facteur intra-sujet et le sexe (homme, femme) et le groupe (YA, OA) étaient les facteurs inter-sujets. Lorsque la signification statistique a été déterminée, les ANOVA RM ou les tests t appariés appropriés ont été effectués avec des corrections de Bonferroni pour les comparaisons multiples utilisées avec les tests t appariés.

Les données ont été analysées à l’aide de SPSS Statistics 18.0 pour Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). La signification statistique a été fixée à 0,05. La taille de l’effet (ES) a été rapportée sous forme de valeurs η2.

Résultats

Toutes les données étaient normalement distribuées et ne violaient pas les hypothèses d’homogénéité de la variance. Par conséquent, les statistiques paramétriques ont été utilisées pour analyser les données comportementales. Les données sont présentées sous forme de moyennes et d’écarts types.

Tous les participants se sont déclarés droitiers ; cette information a été confirmée par le questionnaire de la main. Les scores d’habileté manuelle différaient entre les groupes (F(1,40) = 6,94, p = 0,012, ES = 0,148), les participants OA rapportant un score d’habileté manuelle plus élevé que les participants YA (YA = 30,5 ± 6,9 ; OA = 35,4 ± 4,7). Ce résultat est cohérent avec les rapports précédents (Gonzalez et al., 2014) selon lesquels les participants plus âgés ont tendance à se percevoir comme plus droitiers. Les scores de maniabilité n’ont pas été affectés de manière différentielle par le sexe (p > 0,05). L’âge ne diffère pas entre les sexes (p > 0,05). Toutes les participantes à l’arthrose ont déclaré ne pas utiliser de traitement hormonal substitutif.

Latence

Jeunes et adultes âgés

L’analyse a révélé un effet principal significatif de la complexité (F(1,40) = 112, p < 0.001, ES = 0,737 ; figure 2A), suggérant que les participants ont construit les modèles 2D significativement plus rapidement que les modèles 3D (2D = 62,4 ± 33,4 s, 3D = 101,5 ± 52,5 s). La latence était également affectée par l’ordre de présentation du modèle (F(3,120) = 19,0, p < 0,001, ES = 0,322), les premiers essais étant terminés plus lentement que les derniers (modèle 1 = 97,8 ± 54,5 s, modèle 4 = 69,7 ± 35,4 s), ce qui suggère que la recherche visuospatiale inhérente à la tâche diminue naturellement avec la progression de la tâche, car il reste moins de blocs sur le lieu de travail et donc moins de blocs « distracteurs », ce qui permet aux participants d’identifier plus facilement le bloc approprié. L’interaction modèle/groupe a également été significative (F(3,120) = 6,90, p < 0,001, ES = 0,147). Les comparaisons post hoc ont indiqué une diminution significative de la latence pour la construction du modèle entre le modèle 1 et le modèle 3 pour les deux groupes, avec YA (t(23) = 4,77, p < 0,001) et OA (t(19) = 4,74, p < 0,001) démontrant une diminution de latence de 8,8 s et 40,3 s respectivement. De même, la latence a diminué de manière significative de la construction du modèle 1 au modèle 4 pour les deux groupes, avec YA (t(23) = 4,23, p < 0,001) démontrant une diminution de 12,0 s et OA (t(19) = 4,39, p < 0,001)démontrant une diminution de 47,4 s. Les interactions Complexité par modèle et Complexité par modèle par groupe n’étaient pas significatives (p > 0,05). Un effet principal significatif du groupe (F(1,40) = 46,7, p < 0,001, ES = 0,539 ; figure 2A) a démontré que les YA ont terminé les essais beaucoup plus rapidement que les OA (YA = 54,5 ± 10,4 s, OA = 114,8 ± 41,5 s). L’interaction Complexité par groupe était également significative (F(1,40) = 11,2, p = 0,002, ES = 0,220 ; figure 2A). Les comparaisons post hoc par paires suggèrent une augmentation de la latence entre la construction d’un modèle 2D et 3D pour les deux groupes, YA (t(23) = 15,4, p < 0,001) et OA (t(19) = 6,704, p < 0,001) présentant une augmentation de la latence de 27,5 et 52,9 s respectivement. Le sexe n’a pas affecté de manière différentielle la latence moyenne (p > 0,05).

Par la suite, pour examiner de plus près l’effet de la Complexité du modèle et de la progression de la tâche sur la latence, des ANOVA RM à trois voies distinctes ont été réalisées pour chaque groupe (YA, OA) dans lesquelles la Complexité (2D, 3D) et le Modèle (1-4) ont été traités comme des facteurs intra-sujet et le Sexe (homme, femme) était un facteur inter-sujet.

Jeunes adultes

L’analyse a confirmé que les JA ont complété les modèles 2D plus rapidement que les modèles 3D (F(1,22) = 274, p < 0,001, ES = 0,926 ; 2D = 40,8 ± 7,4 s, 3D = 68,3 ± 14,2 s ; figure 2B). Les latences étaient également affectées par l’ordre de présentation du modèle (F(3,66) = 6,97, p < 0,001, ES = 0,241), les premiers essais étant réalisés plus lentement que les derniers (modèle 1 = 60,6 ± 14,2 s, modèle 4 = 48,6 ± 13,3 s). Un effet principal significatif du sexe (F(1,22) = 4,38, p = 0,048, ES = 0,166 ; Figure 2B) a révélé que les participants masculins terminaient la tâche plus rapidement que les participantes féminines (Hommes = 50,4 ± 10,5 s, Femmes = 58,7 ± 9,0 s). Enfin, une interaction significative entre la complexité et le sexe (F(1,22) = 4,75, p = 0,040, ES = 0,177 ; Figure 2B) suggère que la latence diffère entre les participants masculins et féminins selon qu’ils reproduisent les modèles 2D ou 3D. Les comparaisons post hoc par paire n’ont toutefois pas été significatives (p > 0,05), les hommes construisant les modèles beaucoup plus rapidement que les femmes dans les deux conditions de complexité. Il est intéressant de noter que lorsque les participants de l’AJ ont été invités à remplir un questionnaire concernant leur niveau de confort dans la manipulation des blocs LEGO®, il a été constaté que les participants masculins et féminins avaient commencé à jouer avec (p > 0,05 ; hommes = 4,2 ans, femmes = 4,1 ans) et avaient utilisé pour la dernière fois (p > 0,05 ; hommes = 13,4 ans, femmes = 12,7 ans) des blocs LEGO® à des âges similaires. De plus, lorsqu’on leur a demandé d’indiquer leur niveau de confort pour construire avec des blocs LEGO® (sur une échelle de un à dix où dix indique  » extrêmement confortable « ), il n’y avait pas de différence significative entre les hommes et les femmes (p > 0,05 ; homme = 8,9, femme = 8.2), ce qui suggère que l’avantage de performance des hommes n’était pas simplement dû au fait que les participants masculins avaient une plus grande expérience de la construction de modèles LEGO®.

Adultes plus âgés

Comme pour les participants YA, les OA ont terminé les modèles 2D plus rapidement que les modèles 3D (F(1,18) = 42,6, p < 0,001, ES = 0,703 ; 2D = 88,4 ± 33,9 s, 3D = 141,3 ± 54,0 s ; figure 2C). De plus, les temps de réalisation étaient affectés par l’ordre de présentation du modèle (F(3,54) = 11,6, p < 0,001, ES = 0,392), les premiers modèles étant construits plus lentement que les derniers (modèle 1 = 142,4 ± 51,4 s, modèle 4 = 95,0 ± 37,2 s). Contrairement au YA, cependant, les latences étaient cohérentes entre les sexes pour l’OA (p > 0,05). De plus, le sexe n’a pas affecté de façon différentielle les latences selon le modèle ou la complexité (p > 0,05).

Changement de pourcentage

Lorsque les données ont été normalisées pour étudier davantage les effets des exigences de rotation mentale de la tâche, l’analyse n’a pas révélé d’effets principaux significatifs ou d’interactions entre les facteurs (p > 0,05). En d’autres termes, les participants YA et OA ont démontré une augmentation comparable de la latence avec l’augmentation de la complexité du modèle (YA = 167,4 ± 18,8 % ; OA = 163,9 ± 43,0 % ; figure 3). Cette constatation suggère que les capacités spatiales requises pour accomplir cette nouvelle tâche visuomotrice ont été mises à l’épreuve de manière similaire chez les participants masculins et féminins, et que de plus ces capacités spatiales semblaient être préservées avec l’âge.

Utilisation des mains

Jeunes adultes et adultes âgés

L’analyse a révélé un effet principal significatif de la complexité (F(1,40) = 5,12, p = 0,029, ES = 0,113) indiquant que les participants utilisaient davantage leur main droite pendant la construction des modèles 2D par rapport aux modèles 3D (2D = 75,5 ± 15,5 %, 3D = 72,0 ± 15,1 %). L’utilisation de la main était également influencée par l’ordre de présentation des modèles (F(3,120) = 12,4, p < 0,001, ES = 0,236), l’utilisation de la main droite des participants variant entre 80 et 68 % entre la construction du modèle 1 et celle du modèle 4 (modèle 1 = 80,2 ± 15,6 %, modèle 2 = 68,0 ± 19,7 %, modèle 3 = 76,4 ± 18,1 %, modèle 4 = 70,4 ± 18,0 %). L’interaction modèle/groupe était également significative (F(3,120) = 38,0, p < 0,001, ES = 0,386). Les comparaisons post hoc par paire n’ont pas été significatives pour le groupe YA. Le groupe OA, cependant, a utilisé sa main droite de manière significativement plus importante lors de la construction du modèle 1 par rapport au : Modèle 2 (t(20) = 5,02, p < 0,001 ; Modèle 1 = 88,2 ± 12,8 %, Modèle 2 = 66,0 ± 21,3 %) et Modèle 4 (t(20) = 4,18, p = 0,001 ; Modèle 4 = 71,0 ± 20,6 %). Ils ont également utilisé leur main droite significativement plus lors de la construction du modèle 3 par rapport à : Modèle 2 (t(20) = 5,00, p < 0,001 ; Modèle 3 = 86,9 ± 15,1%) et Modèle 4 (t(20) = 4,179, p = 0,001). Le groupe et le sexe n’ont pas affecté de manière différentielle l’utilisation moyenne de la main droite (p > 0,05).

Discussion

Cette étude a développé un nouvel outil d’évaluation des capacités visuospatiales dans le domaine visuomoteur. À notre connaissance, il s’agit de la première étude à décrire et à évaluer une tâche visuomotrice interactive qui met au défi à la fois les capacités de visualisation spatiale et de rotation mentale. La tâche exigeait des participants qu’ils reproduisent des modèles complexes en localisant et en sélectionnant des blocs de construction dont les caractéristiques varient, comme la forme, la couleur et la taille, dans un ensemble de blocs. L’étude a révélé que le temps nécessaire pour réaliser chaque modèle diminuait dans les deux conditions de complexité spatiale avec la construction de modèles consécutifs pour les deux groupes de participants. Cette diminution du temps suggère que les exigences de recherche visuospatiale de la tâche diminuent naturellement à mesure que les blocs (et donc les « distracteurs ») sont retirés de l’espace de travail et incorporés dans les modèles. Confirmant que la complexité spatiale des modèles était différente selon les conditions, les deux groupes de participants ont mis plus de temps à terminer les modèles dans la condition la plus complexe sur le plan spatial (3D). Comme les modèles 2D et 3D étaient composés du même nombre de blocs identiques, la différence de temps reflète probablement la complexité spatiale accrue des modèles 3D. De plus, comme la manipulation portait sur la composition dimensionnelle des modèles, la différence de temps entre les conditions a persisté pour les quatre modèles.

Un résultat important de la présente enquête est que les capacités spatiales sont préservées chez les participants OA. Comparativement aux YA, les participants OA ont affiché des temps d’essai plus lents dans toutes les conditions expérimentales. Cela est probablement dû à des différences de familiarité avec la tâche (on pourrait dire que les jeunes adultes ont eu plus d’expérience pour « jouer » avec LEGO que les adultes plus âgés) et au déclin de la vitesse perceptive et motrice lié à l’âge (par exemple, Goggin et Meeuwsen, 1992 ; Chaput et Proteau, 1996). Cependant, lorsque les données ont été normalisées et exprimées en pourcentage de la tâche visuospatiale moins exigeante (modèles 2D), les participants YA et OA se sont comportés de manière similaire. En d’autres termes, l’augmentation proportionnelle des temps de réalisation de la tâche entre les conditions de complexité visuospatiale faible et élevée ne différait pas entre les participants YA et OA, ce qui suggère que les capacités visuospatiales spécifiques mises à l’épreuve par la tâche développée sont en fait préservées à un âge avancé. Il s’agit d’un résultat important car on ne sait toujours pas quels processus visuospatiaux sont affectés par l’âge et lesquels sont épargnés (pour une revue, voir Iachini et al., 2009 ; Klencklen et al., 2012). Par exemple, certaines études ont montré un déclin lié à l’âge de la capacité à faire tourner mentalement des images visuelles, de la capacité à retrouver des séquences spatio-temporelles et de l’imagerie visuospatiale (Berg et al., 1982 ; Craik et Dirkx, 1992 ; Iachini et al., 2005 ; Ruggiero et al., 2008). D’autres études ont montré des capacités spatiales préservées chez les personnes âgées (Cherry et Park, 1993 ; Parkin et al., 1995 ; Yamamoto et Degirolamo, 2012). Par exemple, Yamamoto et Degirolamo (2012) ont demandé à des participants jeunes et âgés d’apprendre les emplacements des points de repère dans des environnements virtuels, soit en y naviguant dans la perspective de la première personne, soit en voyant des vues aériennes des environnements. Les performances d’apprentissage spatial étaient moins précises pour les personnes âgées lorsqu’elles naviguaient à la première personne, mais tout aussi précises pour les jeunes adultes lorsqu’elles naviguaient en utilisant la vue aérienne. Ces études et les résultats de la présente enquête suggèrent fortement que les conséquences du vieillissement sur la cognition spatiale sont différentes selon le type de processus spatial qui est mis en cause. Étant donné que la tâche utilisée dans la présente étude ressemble à des actions de tous les jours (c.-à-d. atteindre et saisir des objets), l’enquête actuelle contribue également aux preuves montrant un déclin moins prononcé (ou l’absence de déclin) des capacités spatiales dans des tâches spatiales familières et écologiquement pertinentes par rapport à des tests abstraits en laboratoire (De Beni et al, 2006 ; Iachini et al., 2009).

Plusieurs études ont montré que les hommes ont de meilleures performances dans les tâches qui impliquent la rotation mentale, les figures en 3D et la perception spatiale (McGlone et Davidson, 1973 ; Linn et Petersen, 1985 ; Voyer et al., 1995 ; Sherwin, 2003). Les différents niveaux de complexité visuospatiale utilisés dans les présentes tâches étaient suffisants pour produire les différences entre les sexes qui avaient été évaluées précédemment par des tests papier-crayon et des tests chromomériques informatisés (par exemple, Linn et Petersen, 1985 ; Voyer et al., 1995 ; Sherwin, 2003). Dans l’expérience actuelle, les jeunes participants masculins ont exécuté les tâches significativement plus rapidement que les jeunes participantes. De façon surprenante, la différence de sexe présente chez les participants YA n’a pas été observée chez les OA. Ce résultat était inattendu, car certaines études ont signalé que des différences de performance liées au sexe dans les tâches visuospatiales sont présentes chez les personnes âgées (Berg et al., 1982 ; Willis et Schaie, 1989 ; Jansen et Heil, 2010). Les études rapportant la présence de différences de performance liées au sexe chez les personnes âgées ont cependant utilisé des tests standard papier-crayon. En revanche, la tâche développée exigeait des participants qu’ils interagissent avec les stimuli, qu’ils fassent tourner mentalement les blocs de construction avant de les saisir et qu’ils orientent le bloc de manière appropriée afin de l’ajouter au modèle 3D en cours d’assemblage. Il est probable que la nouvelle nature interactive de notre tâche soit responsable de l’inconsistance entre notre étude et les études précédentes qui ont évalué les capacités spatiales dans l’arthrose. Bien qu’il soit également possible que les différences observées entre les sexes résultent du fait que les jeunes hommes ont plus d’expérience pour  » jouer  » avec des blocs de construction que les jeunes femmes, une différence qui se dissiperait probablement avec l’âge, il est peu probable que cela soit le facteur déterminant. Lorsqu’on a présenté aux JA un questionnaire concernant leur aisance à manipuler les blocs LEGO®, aucune différence n’a été signalée entre les réponses des jeunes participants masculins et féminins. Il est également possible de supposer que les niveaux de stéroïdes sexuels qui, selon la théorie, contribuent aux différences entre les sexes en matière d’aptitudes spatiales (voir Hampson, 1995 ; Martin et al., 2007 pour une analyse), ont joué un rôle dans les résultats que nous avons observés. Une augmentation des niveaux d’œstrogènes a été associée à une diminution des capacités visuospatiales (Gordon et al., 1986). En revanche, des niveaux réduits d’hormones gonadotrophines, responsables de la production d’œstrogènes, sont associés à des capacités visuospatiales supérieures (Gordon et al., 1986). Comme les femmes âgées de notre étude étaient ménopausées et ne recevaient pas d’hormones œstrogènes de substitution, il est possible que la diminution des niveaux d’œstrogènes chez ces femmes ait contribué à l’absence de différences entre les sexes.

Dans la présente étude, les participants ont démontré une forte préférence pour la main droite lorsqu’on leur a donné l’occasion d’utiliser les deux mains pour la préhension. Ce résultat est cohérent avec les recherches précédentes de notre laboratoire (Gonzalez et al., 2007 ; Stone et al., 2013) et la proposition de spécialisation de l’hémisphère gauche pour les actions guidées visuellement (Goodale, 1988 ; Gonzalez et al., 2006, 2007 ; Serrien et al., 2006). Il est intéressant de noter que l’utilisation de la main droite était affectée de manière différentielle par la complexité spatiale de la tâche, l’utilisation de la main droite diminuant avec l’augmentation des demandes de rotation mentale. Ce résultat est cohérent avec l’opinion communément admise (Corballis et Sergent, 1989 ; Ditunno et Mann, 1990) selon laquelle la rotation mentale est principalement une spécialisation de l’hémisphère droit. Bien que ce résultat ait été observé dans l’ANOVA globale (YA et OA), il semble être plus spécifique à l’OA. Peut-être que l’utilisation de la main chez les adultes plus âgés est plus malléable en réponse aux exigences de la tâche en particulier les exigences spatiales. D’autres recherches sont nécessaires pour vérifier si les capacités de rotation mentale et/ou de visualisation spatiale influencent l’utilisation des mains chez les jeunes adultes et les adultes plus âgés.

Enfin, il convient de mentionner que, bien que la tâche développée dans cette étude possède de nombreux points communs avec les tests spatiaux standardisés, de manière unique, elle présente l’interaction du monde réel pour atteindre, saisir et assembler des objets situés dans l’environnement. Chaque jour, nous sommes amenés à toucher et à saisir les objets qui nous entourent. Nous devons nous appuyer sur ces capacités visuospatiales pour être en mesure d’agir activement sur notre environnement. Comme la tâche développée peut être modifiée en manipulant la taille des blocs et la configuration du modèle, elle convient à l’évaluation des capacités visuospatiales chez les enfants (Sacrey et al., 2012), les jeunes adultes et les adultes plus âgés (Gonzalez et al., 2014) et probablement les populations pathologiques (par exemple, les personnes atteintes de la maladie de Parkinson ou les personnes souffrant de négligence visuospatiale, recherche en cours). Il est intéressant de noter que les recherches suggèrent de plus en plus que les capacités spatiales sont malléables et peuvent être entraînées. Cette flexibilité présente la possibilité de concevoir des stratégies d’entraînement ou de réadaptation qui pourraient être mises en œuvre pour minimiser les disparités ou les déficiences identifiées dans la performance spatiale, que ces différences soient une conséquence du sexe ou d’autres influences identifiées sur la cognition spatiale, telles que le statut socio-économique (Levine et al., 2005 ; Hackman et Farah, 2009), le vieillissement (Klencklen et al., 2012) ou les troubles neurologiques (Vallar, 2007 ; Possin, 2010).

En conclusion, la présente étude a développé un nouvel outil pour évaluer les capacités visuospatiales. Les adultes âgés ont systématiquement effectué la tâche visuomotrice plus lentement que les participants plus jeunes, cependant, leurs performances étaient comparables lorsqu’on exprimait les résultats en fonction du pourcentage de changement des exigences de la tâche. Il est important de noter qu’étant donné que les exigences visuomotrices de la tâche étaient cohérentes entre les conditions, la différence de temps pour accomplir les tâches résultait de la manipulation de la complexité visuospatiale. La tâche présentée serait bien adaptée aux enquêtes sur la fonction visuospatiale dans le domaine visuomoteur, en particulier en ce qui concerne le sexe et/ou le développement et la pathologie.

Déclaration de conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (numéro de subvention : 40314). Les bailleurs de fonds n’ont joué aucun rôle dans la conception de l’étude, la collecte et l’analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit.

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