Un nouveau paradigme de performance

Dans la tête des athlètes : le fonctionnement du cerveau en situation sportive

Tout comme la performance physique caractérise l’efficacité musculaire (production de force, synergies musculaires, vitesse de contraction, etc.), la performance cognitive pourrait être définie comme l’efficacité des opérations mentales réalisées au niveau des structures cérébrales de l’athlète. Plus un athlète réagit vite et pertinemment à une situation, plus sa performance cognitive pourrait être considérée comme positive. Le temps de réaction (TR) et la précision de la réponse en sont les déterminants. Ainsi, la performance cognitive d’un boxeur se traduirait par la vitesse de réaction aux attaques d’un adversaire et la pertinence de sa réponse motrice par rapport à la situation (esquive ou protection, etc.).

La vitesse ou temps de réaction est un terme fréquemment employé dans le monde de l’entraînement mais il reste confus. La mesure du TR évalue le délai entre l’arrivée soudaine d’un stimulus et l’amorce d’une réponse motrice. Dans un contexte sportif, il est un indicateur de la rapidité avec laquelle un athlète exécute des opérations mentales pour réagir à une information perçue. Dans l’exemple précédent sur la boxe, cela consisterait à mesurer le délai entre le moment où le boxeur adverse amorce le mouvement de son attaque et le moment où le boxeur amorce sa réponse motrice (esquive ou protection). Le TR est une mesure quantitative du processus de traitement de l’information (Fig. 1), se décomposant en trois grandes phases : la phase perceptive, qui consiste à percevoir et identifier les caractéristiques du stimulus, la phase décisionnelle, qui consiste à sélectionner la réponse, et la phase motrice qui consiste à programmer la réponse.

Le TR est influencé par la discipline sportive pratiquée. En effet, les arbitres de la performance (temps, poids, distance, etc.), les critères (règles de jeu), les demandes (actions à réaliser) et indices (informations à prélever et provenant de l’environnement) varient et influencent la complexité de la situation, ce qui impacte directement le TR. La majorité des disciplines sportives impliquent des aspects techniques et donc la prise en compte d’informations internes (kinesthésiques) multiples telles que la position de ses membres dans l’espace pour réaliser des enchaînements rapides de mouvements complexes avec une grande précision (athlétisme ou gymnastique par exemple). Dans les sports d’habiletés ouvertes (sport collectifs, tennis, boxe, ski, voile, etc.), s’ajoutent à la réalisation de mouvements complexes, la prise en compte rapide et pertinente d’informations externes telles que la position des adversaires, du ballon ou encore la direction du vent. Les situations dynamiques, difficilement prévisibles, sont caractérisées par un certain niveau d’incertitude, laquelle peut être spatiale, temporelle et/ou événementielle, relevant d’un environnement en perpétuel changement. Plus l’incertitude dans la situation est importante et plus le mouvement à réaliser requière de la technicité, plus la charge cognitive, c’est-à-dire la quantité et le type d’informations traitées, et donc le TR sont élevés.

Pour une même situation, le TR peut varier selon les individus en fonction des attentes (conditionnées par le but et les objectifs fixés par l’athlète, l’entraîneur et la discipline sportive), du niveau de fatigue, d’expertise ainsi que des connaissances et croyances acquises tout au long de la pratique et de la vie de chacun. Afin de manipuler ce flux important d’informations et de répondre efficacement à une situation dynamique, les athlètes mobilisent des capacités perceptivo-cognitives relatives aux processus attentionnels, perceptifs, mnésiques, anticipatoires et décisionnels, tel que cela peut se retrouver dans une situation où un attaquant en Hand Ball fait une passe à un co-équipier en présence de nombreux défenseurs devant la zone.

Néanmoins, contrairement aux capacités physiques, les capacités cognitives ne sont pas directement mesurables. En effet, les processus cognitifs sous-jacents ne sont pas directement observables, se déroulent dans un temps très court et peuvent être réalisés en parallèle. L’un des enjeux du présent article est d’apporter les premières pistes de réflexion quant à l’intérêt d’investiguer les capacités perceptivo-motrices des athlètes et les possibilités actuelles de les mesurer.

Habiletés spécifiques

L’état de l’art recense un grand nombre d’études menées en situations sportives réelles. Ces études ont permis de mettre en évidence le fait que les sportifs experts dans un sport possèdent des capacités perceptives et décisionnelles plus développées que les novices dans ce même sport (Voss et al., 2009). De manière générale, les experts ont des TR plus courts que les novices. Cela s’explique notamment grâce à de meilleures capacités visuelles (ils savent comment regarder), à de meilleures capacités attentionnelles (ils savent où et quoi regarder et prélèvent ainsi moins d’informations mais prélèvent les plus pertinentes) et à de meilleures capacités perceptives (ils extraient plus justement et plus rapidement les caractéristiques des informations). Ainsi, les experts donnent rapidement et avec justesse un sens à l’information prélevée, respectivement grâce à une capacité de rappel mnésique plus rapide et une plus grande base de connaissances spécifiques à la discipline stockées en mémoire. L’expert peut alors être vu comme un réducteur d’incertitude : il prend plus vite une décision en réduisant le nombre de choix possibles dans une situation. Par l’entraînement, l’association des informations pertinentes à une ou plusieurs décisions correctes devient progressivement automatique, ce qui permet d’anticiper.

Habiletés générales : la place des fonctions exécutives en sport

De nombreuses études réalisées en laboratoire ont également étudié chez le sportif des capacités cognitives générales : les fonctions exécutives. Le terme de fonctions exécutives fait référence aux processus cognitifs permettant de s’adapter aux situations nouvelles ou complexes quand les habiletés procéduralisées ne sont plus suffisantes (Miyake et al., 2012). Dans le sport de compétition, la gestion des situations dynamiques (complexes et nouvelles) est fondamentale. Certaines fonctions exécutives peuvent alors être mobilisées dans différentes situations comme l’apprentissage explicite (conscient, avec compréhension délibérée) d’une nouvelle habileté motrice, l’ajustement de certains comportements pendant l’entraînement ou la compétition, pour surmonter une baisse de performance ou le retour d’une blessure, réajuster une anticipation inadéquate, ou encore pour la mise en œuvre de plans de jeu ou de stratégies tactiques spécifiques (Heilmann et al., 2023). Afin d’en simplifier la compréhension théorique, les fonctions exécutives détaillées dans cet article et mobilisées dans l’ensemble des situations sportives sont : la mémoire de travail, le contrôle inhibiteur et la flexibilité cognitive.

De la même manière qu’un muscle, la plasticité cérébrale permet une adaptation aux contraintes environnementales auxquelles le sportif est exposé. L’exposition systématique à des quantités élevées d'entraînement de qualité (exposé ci-après) impacte positivement le développement des fonctions exécutives (Heilmann et al., 2023). Un ensemble d’études de laboratoire a montré que les experts possèdent des fonctions exécutives plus développées que les novices (Sakamoto et al.,2018 ; Scharfen, 2019) et les personnes sédentaires (Liao et al., 2017 et Alves et al., 2013).

L’expertise sportive implique — entre autres — de réaliser une gestuelle motrice efficiente et adaptée aux règles et objectifs imposés par la discipline pratiquée, et ce dans un environnement le plus souvent en perpétuel changement. L’adaptabilité en réponse à ces changements représente une des clés de la performance sportive. À partir des résultats des recherches mentionnées, d’autres études ont tenté d’expliquer si le développement des fonctions exécutives est affecté par la discipline sportive pratiquée (Yu et al., 2017, 2021).

Afin de répondre à la question du lien entre sport pratiqué et développement des capacités cognitives, il est intéressant de classer les sports selon trois catégories, en fonction de la demande cognitive de chacun : les sports stratégiques, autrement dit sports collectifs (handball, basket-ball, football, volley-ball, rugby, hockey, etc.), les sports d’interception tels que les sports de raquette ou de combat (escrime, boxe, squash, badminton, tennis ou judo) et les sports statiques (natation, athlétisme, etc.) (Voss et al., 2010). Les dernières études tendent à montrer que les capacités cognitives (fonctions exécutives) sont spécifiques aux contraintes cognitives du sport pratiqué (Heilmann et al., 2023). Les athlètes pratiquant une discipline avec une demande cognitive élevée (sports stratégiques et d’interception), auraient de meilleurs résultats à des tests cognitifs de laboratoire mesurant les fonctions exécutives par rapport à ceux pratiquant une discipline à faible demande cognitive (sports statiques) (Yu et al., 2017, 2021).

Néanmoins, s’il n’existe pas de consensus clair sur le fait que les athlètes de haut niveau ont de meilleures capacités cognitives et sur les effets bénéfiques de l’exercice sur ces capacités, la question centrale pour les hommes et les femmes de terrain est de mieux appréhender la notion de transfert de l’entraînement des habiletés cognitives générales vers la compétition. Un virage est en train d’être abordé, tant sur le plan purement théorique que pratique. Pour ne pas rester sur la touche, il est nécessaire de se questionner et de comprendre comment la prise en charge des aspects cognitifs du sportif de haut niveau améliore la performance sportive.

Évaluation en laboratoire

Afin d’accompagner les entraîneurs et les athlètes sur le versant de la préparation cognitive, la première étape consiste à évaluer les habiletés cognitives générales au travers d’une batterie de tests effectués sur ordinateur. Chaque test permet d’évaluer une habileté cognitive. Les résultats obtenus déterminent le « profil cognitif » de l’athlète. Ce dernier donne un premier aperçu de ses capacités cognitives générales, de la même manière qu’un bilan physique en début de saison permet de faire un état de lieux des capacités physiques générales d’un athlète, indépendamment du sport pratiqué.

Le profil cognitif de l’athlète apporte une analyse objective des capacités cognitives encore non identifiées par l’entraîneur. Cela permet de délivrer à l’entraîneur des mesures normées pour aller plus loin dans la connaissance du fonctionnement de l’athlète par rapport à ses connaissances dites intuitives, qui correspondent à son expérience (la vision qu’a l’entraineur de l’athlète au travers de ses observations à l’entraînement, en compétition et lors des échanges directs avec lui).

Le profil cognitif, présenté sous la forme d’un graphique, inclut un score pour chaque habileté cognitive testée et est basé sur la vitesse de réaction et la précision de la réponse, c’est-à-dire la vitesse et la précision du traitement de l’information. Selon la demande des entraîneurs, une analyse de ces résultats peut également être fournie. Ainsi, les scores moyens des athlètes dans la discipline et de la totalité des athlètes s’étant souscrit au profilage peuvent être proposés afin de situer et comparer les performances de l’athlète au sein du groupe (Fig. 3).

L’accompagnement scientifique à la lecture du profil cognitif d’un athlète constitue un moment d’échange avec l’entraîneur et l’athlète. Cela favorise une interprétation pertinente du profil cognitif et permet d’aborder de potentiels axes de travail. Dans cette idée de travail collaboratif, l’entraîneur est encouragé à partager ses connaissances de terrain concernant l’athlète, qui sont mises en parallèle avec les données objectives du profilage cognitif. En réfléchissant davantage sur le rôle et la compréhension des processus cognitifs dans l’optimisation de la performance, ce projet participe aussi à une montée en compétences des entraîneurs.

Interpréter et utiliser les données d’un profilage cognitif

Différentes approches sont possibles pour analyser le profil cognitif d’un athlète :

• Score individuel global de la performance cognitive : vision d'ensemble de la performance cognitive individuelle d’un sportif sans se concentrer sur des aspects spécifiques. Cette approche permet de situer l’athlète au sein de l’ensemble de la population sportive ou/et au sein des pratiquants de la discipline concernée.
• Profils cognitifs individuels : Analyse des résultats spécifiques à chaque habileté cognitive testée. Certains athlètes peuvent exceller dans certaines compétences cognitives tout en ayant des performances plus modestes dans d'autres. Le compromis entre la vitesse de traitement de l’information et la précision de la réponse pourra être discuté également. Cette approche permet par la suite d’individualiser les stratégies d'entraînement cognitif.
• Interactions entre le profil cognitif et le sport pratiqué : Chaque discipline sportive possède des demandes cognitives qui lui sont propres. Considérer la logique interne de l’activité pour identifier les habiletés cognitives les plus intéressantes à prendre en compte pour l’athlète sera un objectif. Parallèlement, le profil cognitif de l’athlète peut renseigner l’entraîneur sur les capacités cognitives décisives dans la discipline entraînée. En comprenant ces interactions, il est possible d’établir des liens avec les observations en situation d’entraînement ou de compétition, d’interpréter avec justesse les résultats de l’athlète et enfin d’adapter l'entraînement cognitif en fonction des exigences spécifiques de chaque sport.

Exemple concret : Prenons l’exemple d’un joueur de handball qui a obtenu un score faible pour le test de mémoire de travail. En considérant la logique interne du handball, la mémoire de travail semble être une habileté importante pour performer. Un score faible peut hypothétiquement soulever des déficits dans certaines attitudes retrouvées en match, comme une capacité réduite à garder en mémoire, sur des courtes périodes de temps, plusieurs informations tout en se déplaçant avec le ballon et utiliser ces informations pour agir de manière appropriée à la situation (la position des coéquipiers, l’infériorité numérique adverse, le nombre de passes restantes dans le cas d’un jeu passif annoncé par l’arbitre).

Points de vigilance : Lors du profilage, les paramètres liés à la variabilité individuelle sont à considérer, tels que la connaissance préalable du test, l’état psychologique et le niveau d’engagement dans le test, la fatigue physique et mentale, l’état de sommeil, l’heure de passage du test, le niveau d’expertise, ainsi que l’âge et le stade de développement cognitif tel qu’il est exposé dans la figure ci-jointe (Fig. 4).

L’évaluation de terrain

Dans la logique de construction d’un programme de préparation cognitive, la deuxième étape (Fig. 2) consiste en une évaluation des habiletés cognitives générales d’un athlète dans les conditions représentatives de sa discipline sportive. Les résultats obtenus à la suite de cette évaluation de terrain constituent le « profil cognitivo- moteur » de l’athlète. Les habiletés cognitives évaluées sont identiques au profilage cognitif en laboratoire, cependant les tests impliquent des déplacements rapides et courts avec des changements de direction dans un environnement spécifique à l’activité (terrain de foot, de rugby ou encore dojo pour les sports de combat) afin d’investiguer le couplage perception-action. Le profilage cognitivo- moteur permet d’impliquer dans une même tâche la composante cognitive, dépendante des capacités cognitives de l’athlète (efficacité des opérations mentales) et la composante motrice dépendante des capacités physiques de l’athlète (puissance musculaire, équilibre statique et dynamique). D’une part, il mesure une performance globale correspondant à la capacité à basculer entre deux tâches différentes, nécessaire pour maintenir simultanément les performances motrices et cognitives. D’autre part, le profilage cognitivo-moteur est complémentaire au profil cognitif et physique. Ensemble, ces évaluations permettent de mesurer si l’athlète priorise une tâche plutôt qu’une autre. Cela permet de déceler des potentielles différences ou certains déficits dans la balance entre les capacités cognitives générales et les capacités physiques. Par exemple, lors d’un profilage cognitivo-moteur, un athlète qui priorise la tâche cognitive va voir sa performance motrice se dégrader. En parallèle, si son profil physique indique des résultats moyens à un test d’agilité (test purement physique de vitesse et de changement de direction), l’entraînement pourra être axé de façon plus prononcée sur l’agilité pour améliorer ses qualités physiques/techniques (Gabbett et Abernethy, 2013). Ainsi, la compréhension du fonctionnement de l’athlète de manière générale et au sein de sa pratique devient essentielle pour construire un programme d’entraînement cognitivo-moteur pertinent.

Actualité scientifique sur l’entraînement cognitivo-moteur

L’entraînement cognitivo-moteur permet d’entraîner différentes composantes (techniques, physiques et cognitives) simultanément lors d’une seule séance, ce qui est plus pertinent et plus bénéfique que l’entraînement d’une composante isolée pour améliorer les performances cognitives et motrices. L’un des piliers de l’ECM est de favoriser la manipulation de l’environnement fonctionnel de la tâche pour créer une pratique spécifique, aléatoire et variable de la même manière qu’en compétition. Rappelons-le, lors des situations sportives, les athlètes sont régulièrement confrontés à la réalisation de tâches différentes de manière simultanée. Par exemple en basketball, il est nécessaire de partager son attention entre plusieurs indices dans l’environnement tels que les mouvements d’adversaires et des coéquipiers (tâche cognitive) tout en dribblant (tâche motrice). Contrairement aux novices, les sportifs de haut niveau peuvent maintenir leur performance dans leur domaine d’expertise (dribble pour un basketteur) lorsqu’ils réalisent des tâches cognitives en parallèle. Cela peut être d’autant plus vrai lorsque l’attention n’est pas focalisée sur l’exécution de la compétence (dribble) (Schaefer et al., 2014). La performance globale de l’athlète peut être alors considérée comme la capacité à maintenir simultanément des performances motrices et cognitives dans un contexte sportif (Amico et Schaefer, 2022) et à s’adapter à des situations changeantes dans l’environnement fonctionnel de la tâche (Gokeler et al., 2020). De fait, une des recommandations globales pourra être de proposer des exercices d’entraînement hybrides, intégrant des tâches motrices et des tâches cognitives réalisées simultanément et en continu.

La littérature scientifique concernant ces nouvelles conceptions de l’entraînement connaît actuellement un réel engouement. En effet, les dernières études ont montré des effets positifs de l’ECM sur la performance cognitive, physique et sportive en compétition chez des judokas de haut niveau (Campanella et al., n.d.), sur des tâches de dribble, de sprint court et d’agilité chez des basketteurs de haut niveau (Lucia et al., 2023), mais également sur l’engagement et la motivation dans l’entraînement des sportifs (Silvestri et al., 2023). De manière générale, les fonctions cognitivo-motrices complexes telles que la coordination, l'intégration sensori-motrice, le contrôle de l’attention, l'anticipation et la prise de décision sont davantage stimulées lors d’un protocole d’ECM qu’avec un protocole où la composante physique est entraînée distinctement de la composante cognitive (Moreira et al., 2021 ; Lucia et al., 2023).

La compétence cognitivo-motrice ciblée

Grâce à l’entraînement, les athlètes développent des habiletés perceptivo-cognitives spécifiques au sport qu’ils pratiquent. Toutefois, l’identification des besoins de l’athlète au regard de son profil cognitif et dans l’activité (capacités cognitives spécifiques au sport) permet de guider la réflexion pour la conception des exercices afin de maximiser l’efficacité de l’entraînement et le transfert des gains de cet entraînement en compétition. Par exemple, l’objectif peut être de travailler le shoot au basketball simultanément à une tâche cognitive (exercice de mémoire) afin d’entraîner l’athlète à tirer sous contrainte, situations qu’il pourra rencontrer en match.

Compétence cognitive ciblée (Fig. 6, axe y)

Comme mentionné précédemment, l’entraînement des capacités cognitives décisives dans la discipline sportive est recommandé (prise de décision, anticipation, contrôle de l’attention, fonctions exécutives). Un certain équilibre entre entraînement des capacités spécifiques et des capacités générales doit être expérimenté par l’entraîneur. À l’image de la préparation physique où l’entraînement des capacités spécifiques est primordial, certaines capacités physiques générales telles que la consommation maximale d’oxygène (VO2max) peuvent être des marqueurs de la performance dans de nombreux sports qui n’impliquent pas de course à pied, comme les sports de combat. Dans le même ordre d’idées, les capacités cognitives générales telles que les fonctions exécutives ou l’attention sont très certainement utiles pour réagir rapidement et de manière juste à des situations complexes ou nouvelles. Le potentiel point commun qui peut être souligné dans ces deux exemples est que plus ces compétences générales sont développées, plus la mobilisation de ressources allouées à une tâche (motrice ou cognitive) sera modérée. Cela se traduit par une meilleure efficacité, donc un moindre coût cognitif, pour réaliser la tâche. Cependant, une plus grande dépendance à la pratique aléatoire sur des tâches monotones avec beaucoup de répétitions et avec des stimuli génériques (couleurs, chiffres, symboles, etc.) peut diminuer les bénéfices pour la performance en compétition. Ainsi, les compétences travaillées, qu’elles soient spécifiques ou générales, doivent être variées et par conséquent, le type d’entraînement doit l’être aussi.

Complexité et charge de travail

Dans le cadre de l’entraînement cognitivo-moteur, une évolution progressive de la complexité d’un exercice et un ajustement en fonction du niveau de l’athlète assure une progression constante au cours de l’entraînement. Cette complexité influence directement la charge de travail que requière un exercice. D’un point de vue pratique, la complexité cognitive d’une situation peut être ajustée au travers de différents paramètres que sont les exigences techniques, la vitesse d’exécution d’un geste, le nombre de répétitions, la fréquence, l’intensité de l’exercice ou encore la spécificité de l’exercice par rapport à la pratique (Fig. 9)

L’évaluation de certains indicateurs permet en partie de suivre la progression de l’athlète afin de détecter un plafonnement ou une régression de ses performances. Il est possible d’utiliser des indicateurs subjectifs pour évaluer la charge cognitive (échelle RPE fatigue, ennui), des indicateurs comportementaux (temps et précision de la réponse) et des indicateurs physiologiques (la fréquence cardiaque). Si de la fatigue est détectée, il pourra être pertinent de réduire la charge de travail en diminuant la difficulté de l’entraînement et de contrôler les phases de récupération ainsi que le sommeil. Si de l’ennui est détecté, il pourra également être possible d’augmenter la charge de travail ou l’aspect compétitif au sein de l’entraînement.