La cognition désigne un ensemble de fonctions qui permettent à l’Homme de s’adapter dans son environnement. Le recours prolongé et intense aux fonctions exécutives peut conduire à un épuisement des circuits neuronaux à l’origine de ces processus cognitifs de haut niveau. La personne entre alors dans un état dit de fatigue cognitive. Cet état neuro-psycho-physiologique singulier modifie le fonctionnement intégré des systèmes de contrôles. Ces systèmes en réseau, vastes et flexibles, se coordonnent selon plusieurs dimensions spatiales et temporelles. C’est le cas des systèmes nerveux autonome et central qui sont fonctionnellement interconnectés au sein d’un réseau central autonome. L’influence des modifications internes centrales expliquées par l’exécution prolongée de tâches cognitives ne se limite donc pas aux confins du cerveau, mais retentit jusqu’aux systèmes et fonctions périphériques comme le contrôle autonome. L’objectif du travail de thèse a été d’évaluer l’état de l’individu lors de la mise en place de la fatigue cognitive en analysant la structure des biosignaux centraux et périphériques. Ces biosignaux émergent d’architectures complexes et seraient eux-mêmes empreint de cette complexité. Dans un second temps, l’objectif du travail a été de mesurer le potentiel des outils de cohérence cardiaque en biofeedback et de neurofeedback SMR dans la remédiation à cet état de fatigue. Dans une première étude, nous avons évalué la capacité des indices non linéaires complexes mesurés sur le biosignal de variabilité du rythme cardiaque à discriminer des états cognitifs proches. Des analyses multi échelles marquent spécifiquement des tâches cognitives d’inhibition, l’entropie et la multifractalité étant respectivement plus sensibles aux tâches d’inhibition d’interférence et d’annulation d’action. Dans un second travail, nous nous sommes intéressés aux effets d’une session de neurofeedback SMR sur la cognition. Nous avons démontré l’efficacité du procédé pour améliorer l’attention sélective chez de jeunes sujets sains. Le troisième travail expérimental de cette thèse s’est attaché à comparer différentes modalités de guidage pour l’entrainement en cohérence cardiaque par biofeedback dans deux environnements, réel et virtuel. Nous avons observé un guidage plus précis et un état de cohérence plus important avec une double modalité sensorielle, visuelle et haptique. L’état psychophysiologique des sujets n’est pas amélioré lorsque l’entrainement a été réalisé en réalité virtuelle, l’immersion dans ce type d’environnement agréable permettrait d’optimiser l’état comme la cohérence cardiaque. Enfin dans un quatrième travail expérimental, un état de fatigue cognitive a été induit afin d’étudier l’influence d’un entrainement en cohérence cardiaque pour contrer ses effets grâce à l’analyse synchrone de biosignaux centraux cardiaques et oculométriques. Nous avons identifié que la cohérence cardiaque prévient l’apparition de la fatigue cognitive. L’ensemble de nos travaux mettent en lumière l’intérêt de l’utilisation du monitoring de l’état cognitif pour détecter les modulations d’état d’une personne à la suite d’une induction de fatigue. L’apport des analyses de complexité appliquées aux biosignaux centraux et périphériques est d’un intérêt majeur dans ce travail, les indices issus de ces analyses se révélant spécifiques pour discriminer les fluctuations et le type d’états. Enfin, ce travail de thèse met en lumière les techniques d’entrainement en bio et neurofeedback dans l’optimisation de fonctions exécutives ainsi que dans la remédiation d’un état de fatigue cognitive. Ce travail a permis de finaliser le transfert des connaissances du travail de thèse vers des applications pour l’entreprise URGOTECH.