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Consciousness and the Brain

Our mathematical universe

Le monde jusqu'à hier

The wave function

31 mars 2014
Présentation par Jean-Paul Baquiast

Consciousness and the Brain: Deciphering How the Brain Codes Our Thoughts



Consciousness and the Brain
Consciousness and the Brain: Deciphering How the Brain Codes Our Thoughts

Stanislas Dehaene


Editions Vicking Aldult
(2014)


 

 

 

Stanislas DehaeneMe Pr. Stanislas Dehaene est un psychologue cognitif et neuroscientifique français né le 12 mai 1965 . Ses principaux domaines de recherche concernent les bases cérébrales de l'arithmétique et de la numération, la lecture et la conscience, thématiques qu'il explore au moyen d'expériences de psychologie cognitive et par l'imagerie cérébrale (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, magnétoencéphalographie et électroencéphalographie).

Ouvrages
* Voir Wikipedia
http://fr.wikipedia.org/wiki/Stanislas_Dehaene#Ouvrages
* Cours au Collège de France Psychologie cognitive expérimentale. http://www.college-de-france.fr/site/stanislas-dehaene/#course
s.

 

On pourrait penser, à voir l'abondante littérature consacrée dans le monde entier aux sciences du cerveau, y compris à la conscience de soi (le Hard problem selon le philosophe Chalmers), que la France tient une faible part dans ces recherches. Ce serait une erreur, comme le montre la lecture du dernier livre du neuroscientifique français Stanislas Dehaene, consacré à ce sujet.

Non seulement celui-ci, dans la ligne de pensée initialisée par Jean-Pierre Changeux, est un expérientateur et un théoricien remarquable, mais il dirige, au sein d'une équipe principalement localisée au centre Neurospin de Neuroimagerie cognitive à Saclay, les recherches les plus avancées sur ce vaste thème.

Son livre, malheureusement à ce jour encore seulement disponible en anglais, Consciousness and the Brain: Deciphering How the Brain Codes Our Thoughts , examine les réponses possibles aux questions fondamentales, comment notre cerveau génére-t-il une pensée consciente? Pourquoi l'essentiel de notre expérience du monde demeure-t-il inconscient? Comment notre cerveau évoluera-t-il dans un proche avenir ?

Ces questions, qui ont fait de tout temps l'objet des réflexions des philosophes, ont donné lieu depuis une cinquantaine d'années à de nombreuses expériences cliniques visant à identifier les centres nerveux impliqués dans les démarches cognitives, quand ils étaient détruits ou amoindris par des accidents. Des expériences plus ou moins destructives sur les animaux avaient aussi été menées depuis longtemps. Mais, comme le montre clairement l'auteur, c'est depuis 20 ans, voire même depuis 10 ans, que les progrès de la neuroimagerie ont permis de faire progresser les recherches d'une façon décisive. Ces progrès se poursuivent tous les jours et obligent à mettre à jour ou modifier les conclusions acquises.

Le livre

Consciousness and the Brain: Deciphering How the Brain Codes Our Thoughts nous convie à un voyage passionnant, depuis le cerveau inconscient jusqu'aux formes les plus élaborées de ce que l'on nomme la conscience humaine. La lecture demande un minimum de connaissance de l'anatomie et du fonctionnement du cerveau. De même il faut déjà sommairement connaître ce que sont les neurones et les formes qu'ils ont adopté, au cours d'une évolution qui a commencé dès l'apparition des premiers vertébrés. Il faut aussi savoir se repérer dans les différentes techniques de neuro-imagerie, ceci jusqu'aux plus récentes d'entre elles. Mais pour le reste l'auteur fait montre d'une telle aptitude pédagogique que chacun en le lisant pourra s'imaginer devenir un tant soit peu psychologue cognitif.

L'ouvrage comporte 7 chapitres , respectivement consacrés à la conscience telle que vue par les laboratoires, à l'inconscient, à l'utilité de la conscience, notamment dans une perspective évolutionnaire, aux « signatures » par lesquelles ont reconnaît un processus conscient afin de les différencier des processus inconscients, aux modes d'analyse de la conscience en termes théoriques, aux moyens d'en identifier la présence chez les personnes frappées d'attaques cérébrales et d'accidents corporels, à l'avenir enfin des travaux sur la conscience, notamment dans la perspective des cerveaux artificiels.

Les recherches de Stanislas Dehaene ont été inspirées par celles de Francis Crick (dans la 2e partie de sa vie) et de Cristof Koch. Celles-ci portaient sur "les corrélations neurales de la conscience", autrement dit sur les parties du cerveau qui s'activent chez une personne quand celle-ci devient consciente de quelque chose. Pour distinguer les phases durant lesquelles la conscience de cette chose apparaît, des phases les précédant, pendant lesquelles la chose demeure inconsciente, Stanislas Dehaene et son équipe ont abondamment utilisé ou mis au point divers stimulus visuels ou sonores conçus pour se situer au seuil précis (quelques millisecondes) à partir duquel l'information sensorielle recueillie devient consciente.

L'une des méthode employées consiste à « flasher » très rapidement une image ou un son correspondant à un stimulus identifiable par le sujet, stimulus pris en sandwich entre une paire d'images ou de sons non significatifs. Si la durée du stimulus est convenablement ajustée, celui-ci pénétrera la conscience du sujet, qui pourra faire un geste le signalant. Sinon il ne réagira pas. Pendant ce temps, différentes méthodes d'imagerie cérébrale observeront le cerveau de l'intéressé et réagiront aux signaux électriques émis par les différentes zones du cerveau s'activant lors de l'expérience.

La première conclusion de ces expériences est qu'un très grand nombre de stimulus demeurent inconscients, bien que perçus. Ceci même lorsque ces stimulus entraînent une réaction de l'organisme. Cette réaction à son tour demeure généralement inconsciente. On peut en conclure que l'essentiel des informations recueillies par nos sens sur nous-mêmes ou sur le monde ne franchissent pas le seuil de la conscience, tout en orientant plus ou moins profondément nos comportements. Il ne s'agit pas de « l'inconscient » théorisé par Freud, et que Lacan avait prétendu être « structuré comme un langage ». Il s'agit cependant d'un monde extrêmement riche de représentations et de symboles, au sein duquel nous nous mouvons sans le savoir, que ce soit durant la veille ou durant le sommeil.

Cependant, lorsque le seuil de la conscience est franchi, il se produit ce que Stanislas Dehaene appelle une « avalanche » ou un tsunami dans le cerveau. L'activité électrique dans les neurones des aires sensorielles du cortex supérieur se répand massivement dans les régions du cortex pariétal et préfrontal considérées comme responsables de la « prise de conscience », au sein desquelles l'information sensorielle primaire ne pénètre jamais. Des aires de plus en plus larges du cortex se trouvent affectées, des parties du cerveau de plus en plus éloignées sont activées. L'EEG révèle alors des ondes caractéristiques dites P3 correspondant à cette « avalanche ». Des neurones dits « réentrants » selon le terme d'Edelman, dotés de longs axones, envoie des messages vers les zones éloignées du cerveau, dans le sens descendant ou le sens montant.

Il faut bien voir, pour mesurer la complexité des faits de conscience, que le cortex cérébral comporte selon Dehaene 18 milliards de neurones, et qu'il traite en temps presque réel des dizaines voire centaines de stimulus. Cependant, de ces traitements en parallèle, seules n'émergent à la conscience que des informations dont l'une à la fois devient perceptible. Elles peuvent cependant se succéder très rapidement. Les unes sont évanescentes. D'autres peuvent être mémorisées plus ou moins longuement. Tout dépend de l'attention, autre propriété de la conscience, que le cerveau leur porte.

Stanislas Dehaene a baptisé espace de travail global l'espèce de web qui se construit dans la totalité du cortex, voire au delà, à l'occasion des échanges à courtes et longue distances qui s'établissent ainsi. Le terme a été emprunté, mais considérablement précisé, des travaux du neuropsychologue américain Bernard Baars. Ce dernier avait cherché à comprendre comment des contenus neuronaux très différents pouvaient se rencontrer et s'harmoniser. On avait reprochée à Bernard Baars une conception un peu réductrice du cerveau, pouvant l'assimiler à un ordinateur fonctionnant en parallèle, et incapable de faire percevoir les valeurs subjectives (la sensation de bleu ou de rouge qu'éprouve en son for intérieur tel individu). Mais pour Stanislas Dehaene l'objection ne tient pas, si l'on considère les millions de représentations du monde créées à tout moment par le cerveau inconscient.

La conscience, comme indiqué ci-dessus, sélectionne à tous moments l'une d'elles et la répercute (broadcast) au sein du cerveau tout entier, vers les systèmes de décision globaux. Ce sont ces réseaux d'échanges, plus ou moins temporaires, ou au contraire plus ou moins permanents, qui définissent l'espace de travail global. On peut identifier dans le cerveau ce qu'il appelle de vastes "hubs" de dendrites auxquels se connectent des milliers voir des millions d'autres cellules. Ceci permet d'envisager le terme d' "intelligence collective". Chaque neurone individuel peut s'y trouver impliqué, de même qu'à une toute autre échelle chaque abeille est impliquée dans l'intelligence collective de la ruche. Ajoutons que tout neurone individuel, accédant par ses dendrites à des milliers ou centaines de milliers de synapses, peut lui-même être considéré comme doté à lui seul d'une intelligence collective.

Nous renvoyons le lecteur au livre pour découvrir les quatre principales "signatures" de la conscience identifiées par Dehaene et révélant à l'observation l'existence et le fonctionnement de celle-ci. De même, il faudra se reporter au livre pour l'analyse des différentes fonctions de la conscience, ainsi que leur rôle dans l'adaptation des espèces vivantes au contraintes de l'évolution. La conscience, qui est présente sous des formes plus rudimentaires, selon Dehaene, chez toutes les espèces dotées d'un cerveau, voire d'un système nerveux central, s'est développée chez les hominiens du fait de l'utilisation des premiers outils et par l' émergence consécutive des premiers langages symboliques, eux-mêmes organisés en concepts transmissibles et en phrases.

Un chapitre, un peu long pour qui n'est pas médecin, examine les différentes formes d'incapacité ou de coma, affectant les cerveaux. L'accident de ski survenu récemment au coureur automobile Michael Schumacher, ayant entrainé un coma dont il n'est pas à ce jour sorti, montre cependant à tous l'utilité de ces recherches.

Ajoutons que, dans le chapitre final, Stanislas Dehaene fait preuve d'une très grande ouverture aux perspectives de la construction de cerveaux artificiels. Il en a lui-même, avec des collègues, établit des modèles réduits. Bien que de taille limitée, ces modèles informatiques simulent avec une grande fidélité ce qui se passe au sein de certains réseaux de neurones.

Observations

Nous aurions quelque soit la richesse du livre, quelques questions supplémentaires à formuler à l'attention de l'auteur. En voici quelques unes:

* Le livre mentionne en une phrase les travaux du projet européen Human Brain Project (HBP). L'auteur dit leur attacher une grande importance. L'évolution de ce projet, où s'est impliquée massivement l'Ecole Polytechique Fédérale de Lausane, sous la direction du Pr. Henry Markram et avec un support massif d'IBM, tient-elle ses promesses? Le projet réussit-il en pratique à entrainer la collaboration effective, comme envisagée, de milliers de chercheurs au sein de dizaines de disciplines?

* De la même façon, des rapprochements utiles se produisent-ils entre ce projet et le projet américain dit BRAIN?

* Ces projets, et notamment l'HBP, bénéficient-ils de retombées provenant des milliards de dollars consacrés par la Darpa américaine à la réalisation de cerveaux militaires intelligents? On peut en douter. L'expérience a montré que, dans de nombreux cas, si échanges d'informations il y a, ils se réalisent dans un seul sens, du civil vers le militaire.

* Ne faut-il pas, de la même façon, s'inquiéter des investissements considérables mais encore silencieux de Google pour se doter de cerveaux artificiels globaux, associés à des champs robotisés aux ambitions considérables? Rappelons que Ray Kurzweil est devenu l'un des responsables de ces recherches. Il y a apporté ses compétences étendues et la capacité de faire collaborer des chercheurs provenant de disciplines différentes, ce qui est pratiquement hors de portée des laboratoires universitaires. Nous pensons pour notre part que si dans 10 à 30 ans, un cerveau artificiel propre à dominer le monde voyait le jour, il serait aux mains de Google et des agences de renseignement américaines qui appuient massivement les « géants du web » dont cette société offre la référence la plus significative.

* Comment se fait il que Stanislas Dehaene ne fasse pas allusion, dans l'abondante bibliographie qu'il fournit, aux travaux réalisés par Alain Cardon dans le domaine de la conscience artificielle? Est-ce parce que ce dernier est un professeur d'informatique et comme tel, ignoré des neuroscientifiques travaillant sur la matière vivante? Nous pensons pour notre part que beaucoup des modèles de processus établis par Alain Cardon seraient très utiles pour simuler ce qui se passe au coeur des réseaux neuronaux, encore inobservables par l'imagerie cérébrale ou méthodes analogues. Y compris si l'on voulait mieux comprendre le fonctionnement interne du neurone isolé, qu'il faudrait sans doute, comme nous l'avons indiqué, considérer comme constituant à lui seul un système d'intelligence collective associant ses diverses composantes, quasiment au niveau moléculaire.

De plus, selon Alain Cardon, les observateurs du fonctionnement du cerveau n'ont pas élucidé certains points caractéristiques de la pensée consciente, par exemple comment un système qui génère des formes de pensées peut-il les éprouver? Que signifie précisément alors « éprouver ? » . Traiter un tel problème ne se fait pas par de l'observation mais par une modélisation constructiviste fine. Celle-ci suggère des hypothèses que l'on vérifie ensuite.

De même un autre point doit être défini par le modèle (sinon il n'y aurait pas de modèle) : quel est l'élément minimal constituant telle pensée que l'on éprouve, par exemple à la vue d'une certaine chose que l'on reconnaît et apprécie? Il ne s'agit pas seulement d'un groupe de neurones actifs à un certain endroit ? Là encore il faut modéliser le système avec des objets informatiques et mathématiques construisant une forme complexe, dont l'on vérifie ensuite la pertinence par l'observation du cerveau.

* Sur un point précis, mais qui n'est pas de simple détail, nous pensons que Stanislas Dehaene balaye un peu vite les apports de la physique quantique à la compréhension des mécanismes neuronaux. Selon des publications récentes, des qu-bits interviennent dans la fonction chlorophyllienne, le fonctionnement des organes sensoriels de certaines espèces et, pourquoi pas, celui des neurones.

Cela ne signifierait pas que des processus aléatoires pourraient expliquer, à une tout autre échelle, le mécanisme dit du libre arbitre. Chacun aujourd'hui, à l'exception des spiritualistes, conviendra que les choix dits volontaires procèdent de mécanismes déterministes certes complexes mais qui pourraient être analysables avec des outils appropriés.

Pour en savoir plus
Publications de Automates Intelligents

* Nous avons précédemment ici interrogé Stanislas Dehaene sur ces questions (voir interview 16 janvier 2008).
* Nous avons par ailleurs présenté deux ouvrages remarquable de Lionel Naccache, « Le nouvel inconscient » (janvier 2007) et « Perdons nous connaissance » (Janvier 2010) . Le professeur de médecine Lionel Naccache, dans la ligne de Jean Pierre Changeux et Stanislas Dehaene, poursuit à La Pitié Salpêtrière des recherches sur ces sujets, en les éclairants d'observations cliniques.
* Par ailleurs, nous avions examiné deux ouvrages de Jean-Pierre Changeux, L'homme de vérité (2002) et Du vrai du beau et du bien (2008)

Parallèlement, nous avons recensé quelques uns des ouvrages anglais ou américains consacrés au cerveau et à la conscience (Voir notre dossier de 2008 : Le cerveau et les neurosciences).

En ce qui concerne le cerveau artificiel et la conscience artificielle, nous avons ici même édité plusieurs ouvrages du Professeur Alain Cardon
* "Modélisation constructiviste pour l'autonomie des systèmes"
24 mai 2012
* " Vers le système de contrôle total"
20 octobre 2011
* Un modèle constructible de système psychique"
Préface du Dr Pierre Marchais
25 janvier 2011

* Nous avons par ailleurs discuté plusieurs fois les travaux de Ray Kurzweil sur ces sujets, dans la perspective de la Singularité, notamment  How to create a mind 2012..
Nous avons par ailleurs signalé la collaboration toute récente de Ray Kurzweil avec Google, que nous évoquons dans le présent article (voir Can Google save Death ?).

Nous renvoyons le lecteur à tous ces articles, s'il le souhaite, ne pouvant les reprendre ici, même sommairement.


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