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27 juin 2011
par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin

De la pensée au langage. L'électrocorticographie

Les scientifiques savent depuis longtemps qu'il existe (au moins dans le cerveau de l'homme moderne "culturé") une continuité entre la pensée non verbalisée, la pensée verbalisée (mais restant cantonnée au niveau du cerveau) et le langage parlé ou l'écriture permettant de communiquer cette pensée. Les études faites sur des personnes atteintes d'accidents vasculaires, relayées ensuite par les techniques de plus en plus efficaces de l'imagerie cérébrale, ont permis d'identifier très grossièrement les aires responsables de la mise en oeuvre de ces différentes phases qui contribuent à l'expression langagière finale.

Observons d'emblée que la partie amont du processus impliquant le cerveau associatif en relation avec les organes d'entrée et les organes moteurs reste encore pratiquement inobservable. Nous voulons dire par là que la façon dont le cerveau génère ce que l'on pourrait appeler des pré-pensées, reste mystérieuse. Ceci résulte en partie sans doute du grand nombre des aires cérébrales et groupes de neurones intervenant pour construire les réactions du sujet en interaction avec son environnement. Ces aires étant répartis dans l'ensemble du cerveau.

De même, les processus de sélection permettant à tous moments que telle "pré-pensée" l'emporte sur les autres et parvienne le cas échéant au niveau dit conscient, demeurent trop nombreux et mal connus. Ils ne peuvent, sauf exceptions, être identifiés par des outils externes d'observation au moment où ils se produisent. Tout au plus peut-on constater l'émergence de ces pré-pensées en constatant les actions qui en résultent. Elles peuvent en effet déclencher ou accompagner des comportements de grande ampleur. Si, ce qu'à Dieu ne plaise, je vois un lion assis sur mon lit en ouvrant la porte de ma chambre, mon premier geste, avant même de penser explicitement "c'est un lion, danger" sera de fermer la porte et de prendre mes jambes à mon cou.

Ce "réflexe" de fuite fait partie de l'ensemble des répertoires comportementaux acquis par les espèces vivantes au cours de l'évolution. Ces répertoires lient certains messages sensoriels à certaines actions, sous commande épigénétique, que l'espèce ou sujet aura mémorisées comme utiles pour la survie. Le langage courant parle d'ailleurs d'actions inconscientes, voulant dire par là qu'elles sont effectuées avant même d'avoir été le cas échéant traduite par une pensée, fut-elle inconsciente. Il se produit un lien que nous pourrions qualifier de direct entre les aires sensorielles responsables de la construction des objets perçus par les sens, les associations pouvant être générées par ces objets (sans même qu'ils aient été nommés par le langage) et les aires des cortex moteurs responsables de l'action musculaire (non verbalisé) découlant de ces associations. Il nous semble, peut-être à tort, que les neurosciences n'ont pas encore mis en lumière les processus sans doute très divers permettant à l'ensemble du lien perception-action en retour de s'établir, en amont de toute pensée verbalisable.

Mais revenons à la verbalisation.
Dans le cas de la rencontre avec le lion évoquée ci-dessus, les différentes aires cérébrales conduisant à une action réfléchie - traduisible en symboles et communicable - ont été identifiées par les neuropsychologues, ne fut-ce que grossièrement. Il s'agit de l'aire de Wernicke qui produit des contenus sémantiques, autrement dit des significations, avant que celles-ci ne soient traduites verbalement. A supposer que j'ai appris précédemment ce qu'est un lion, le danger qu'il peut représenter et la façon de me confronter à lui, l'aire de Wernicke me permettra de traduire la perception que j'en ai sous la forme d'un premier message dont le contenu significatif  implicite "je vois un lion, danger" sera suffisamment fort pour que la verbalisation s'ensuive.

Interviendra ensuite l'aire dite de Broca responsable de la traduction du contenu signifié en mots, autrement dit permettant au message sémantique de prendre une forme linguistique la mieux adaptée possible. Je penserai explicitement: "voici un lion, danger". En fonction des besoins, l'aire de Broca, jouant le rôle d'un générateur de langage, assemblera les consonnes et les voyelles indispensables à la production des mots, compte tenu de la langue pratiquée par le locuteur.

Il semble dans ce cas que l'aire de Broca se comporte en véritable dictionnaire des symboles linguistiques, voyelles, consonnes et autres onomatopées et gestes dont le sujet aura appris l'usage dès l'enfance. Mémorisera-t-elle aussi les milliers de mots, tels que le mot "lion" associés à la combinaison de ces symboles (l+i+on) ? Nous ne pouvons répondre à cette question pour ce qui nous concerne. Si elle ne fait pas elle même tout le travail d'archivage et de recherche en mémoire, on peut penser cependant que l'aire de Broca servira au moins de plaque tournante aiguillant la recherche de la zone ayant mémorisé tel ou tel des concepts acquis par le sujet.

Quoi qu'il en soit, la coopération entre Wernicke et Broca, ainsi éventuellement qu'avec d'autres parties du cerveau, aboutit à la génération d'éléments de discours langagier: "Attention, chers amis, il y a un lion enfermé dans ma chambre". Certains auteurs estiment que cette mise en forme linguistique, avant même que je ne la communique par la parole à d'autres personnes, est indispensable pour que mon cerveau s'engage dans des chaînes de pensées cohérentes. Il s'agit de ce que l'on appelle généralement la voix intérieure ou "inner voice". Selon eux, les pensées un tant soit peu complexes nécessitent d'être traduites en langage intérieur (à travers en principe l'aire de Broca) pour prendre forme.

D'autres jugent que cela n'est pas nécessaire. Au contraire ce processus de pré-verbalisation pourrait être nuisible. Le langage impose des contraintes indispensables à la communication sociale mais qui peuvent stériliser les pensées faisant une large part à l'imagination et aux associations sensorielles, ainsi qu'à la réactivité en temps réel. Penser en langage intérieur, avant de parler ou d'écrire en langage "extérieur", autrement dit communicable aux autres, pourrait alors caractériser une personne dont l'esprit manquerait de vivacité.

L'auteur de cet article, pour sa part, croit pouvoir observer qu'avant de formuler une phrase destinée à un interlocuteur, il ne fait généralement pas appel à une première phrase formulée en langage intérieur, pouvant lui servir de prototype. Il découvre et adapte sa phrase au fur et à mesure qu'il la formule verbalement. Il n'en est pas de même d'ailleurs dans l'expression écrite, qui demande sans doute plus de mise au point avant d'être traduite sur le clavier de l'ordinateur.

Concernant la génération du langage parlé, nous pouvons rappeler une observation que font sans doute nombre de personnes. En sortant d'un rêve, ils peuvent se retrouver l'esprit occupé par une phrase produite par leur cerveau pendant le sommeil. Il s'agit même parfois d'une phrase exprimée dans une langue étrangère, tel que pratiquée par le sujet. Le vocabulaire et la syntaxe en sont généralement corrects. Malheureusement, quelle qu'en soit la langue, de telles phrases apparaissent vides de sens utilisable (sauf peut-être par un psychologue). Il s'agit rarement de la solution à un problème important que se posait le sujet avant de s'endormir. N'est pas Poincaré qui veut.

Quoi qu'il en soit, si le sujet veut communiquer le contenu de sa pensée, que ce soit par le langage parlé ou par le langage écrit, son cerveau reprend les contenus sémantiques et les contenus de langage élaborés dans les deux aires précitées, afin de les transformer en ordres destinés aux cortex moteurs. Il s'agit du cortex moteur facial commandant les gestes de la parole ou des cortex moteurs musculo-squelettiques commandant les gestes de l'écriture, manuelle ou via un terminal d'ordinateur.

Lire les pensées

L'ensemble de ces processus était déj connu depuis un certain temps. Pourquoi la question retrouve-t-elle aujourd'hui une grande actualité, comme le montre un article récent de Duncan Graham Rove dans le NewScientist (voir Mind Readers) ? Parce que des techniques en amélioration constante permettent aujourd'hui d'identifier de plus en plus en amont dans le cerveau les ondes cérébrales correspondant à la génération sinon des pensées, du moins d'un certain nombre de phonèmes ou de mots correspondant à la construction de ces pensées.

Le thème est porteur d'espoir, notamment pour les personnes paralysées motrices ou atteintes de destruction des aires du langage, pouvant aboutir au "locked-in syndrome" dans lequel un sujet peut penser mais ne peut communiquer sa pensée. Mais ces travaux ont l'intérêt plus général de renouveler les recherches sur la génération du langage par le cerveau, dont nous venons de rappeler quelques éléments. Elles peuvent à juste titre susciter aussi des inquiétudes. A supposer que les méthodes se perfectionnent, n'ira-on pas mener des investigations dans les cerveaux à l'insu ou contre la volonté des sujets ? Il faut s'en préoccuper.

Depuis quelques années, chez des primates comme chez certains patients, on sait capter des intentions motrices pour diriger un curseur d'ordinateur. Mais cette technique exige l'implantation d'électrodes dans le cortex moteur. Les résultats obtenus sont lents et très grossiers. Les électrodes captent des ordres simples, vers la gauche ou la droite, vers le haut ou le bas. D'après Duncan Graham Rove, le sujet ne commande pas directement le curseur. Il se borne à commander mentalement à son corps tel ou tel mouvement simple que ce dernier ne peut accomplir à cause de sa paralysie : déplacer par exemple sa main à gauche ou à droite. Aussi simple pourtant que soit le mouvement, il a fallu identifier, chez le singe comme chez l'humain, les signaux produits par le cerveau pour commander ce mouvement, et leur associer des ordres compréhensibles par l'ordinateur.

Ces premières expériences datent du milieu des années 1990. Nous en avons rendu compte ici. Vers 2002, une technique permettant de saisir les impulsions nerveuses plus en amont a été mise au point. Il s'agit de capter les signaux nés à la sortie des aires responsables du langage, avant qu'ils n'atteignent les cortex moteurs. Si je pense "lion" et si des capteurs transmettent les informations correspondantes à un ordinateur, on verra directement ce concept apparaître à l'écran ou commander un synthétiseur de langage.

La technique permettant cette performance est dite "ECoG"ou "electrocorticographie". Mais à nouveau elle requiert l'implantation d'électrodes non pas il est vrai dans les aires très sensibles de la génération du langage, mais seulement sous la voûte crânienne. Elle impose cependant d'ouvrir celle-ci et n'a donc jusqu'ici été pratiquée que chez des patients épileptiques volontaires. Quant aux animaux, il ne semble pas que des recherches correspondantes aient encore été menées, sans doute parce que, dans un premier temps, il aurait fallu identifier un minimum d'éléments sémantiques ou producteurs de sons spécifiques de leurs échanges langagiers.

Concernant les humains, Bradley Greger(1), assistant professeur à l'Université d'Utah, a réussi à identifier les signaux électriques correspondant à la production de certains contenus sémantiques liés à la production de mots du langage courant (oui, non, bonjour...). Il a placé pour cela des électrodes au dessus à la fois de l'aire de Wernicke et du cortex moteur facial. Il a donc pu remonter de ce fait en amont du cortex moteur, vers le cerveau langagier proprement dit. Mais la démarche oblige à construire le dictionnaire correspondant aux concepts utilisés par chaque sujet, ce qui deviendrait vite une tâche impossible.

De nouveaux développements se proposent d'explorer l'activité de l'aire de Broca, en aval de l'aire de Wernicke mais toujours en amont du cortex moteur facial. En ce cas, il faudra identifier et construire le dictionnaire des signaux correspondants aux quelque 40 phonèmes utilisés par le langage courant(2). Traduire les messages correspondants en informations utilisables par un ordinateur capable de synthèse vocale résoudrait une partie de la difficulté.

A cette fin, des recherches en EcoG ont été conduites par le Dr. Eric Leuthard de l'Ecole universitaire de médecine de St Louis. Chez quatre sujet, le chercheur a détecté les signaux correspondant à la production d'un certain nombre de phonèmes dans les aires du langage (aires de Wernicke et de Broca). Ces signaux étaient identiques à ceux détectés dans le cortex moteur, que les sujets se bornent à prononcer ces phonèmes dans le cadre d'un langage intérieur précurseur de l'expression verbale ou qu'ils les prononcent à haute voix. Par contre, les signaux n'étaient pas les mêmes(3) si les sujets se bornaient à imaginer ces phonèmes sans l'intention de les introduire dans le langage parlé.

Ces observations redonnent du poids à l'importance attribuée au langage intérieur dans la fonction de production du langage. Les pensées par lequel le cerveau traduit son interaction avec son environnement s'expriment d'abord par ce langage intérieur, avant de faire appel au langage parlé. Pouvoir capter les signaux correspondants et les faire s'exprimer à travers une commande d'ordinateur permettra donc, sinon de lire à proprement parler des pensées complexes, du moins de suppléer à certaines déficiences des cortex moteurs, ceux qui produisent la parole mais aussi sans doute ceux qui produisent d'autres formes de langages symboliques, notamment des mimiques ou gestes(4).

Les recherches susceptibles d'être greffées sur ces premiers résultats sont très nombreuses. Il faudra d'abord essayer de capter les signaux émis par le cerveau en développant des techniques moins invasives que ne le sont les greffes intra-crâniennes. On pourra aussi rechercher si les signaux produits en conséquence d'informations sensorielles identiques (apercevoir un lion sur son lit) diffèrent ou non selon les cultures et les capacités linguistiques des sujets. Enfin, au-delà d'expériences sur les singes, il sera utile d'étudier la façon dont les cerveaux de diverses espèces animales dotées de langages symboliques produisent et traitent les signaux précurseurs de l'expression langagière. Peut-être sera-t-il alors possible, là aussi, de "lire" le contenu de leurs esprits ou de communiquer avec eux par une forme de télépathie.

Ajoutons que dans la construction d'une conscience artificielle, les éléments obtenus par l'électrocorticographie, bien que non directement transposables, pourront fournir d'utiles indications. Voir "Les problèmes de la conscience artificielle" (conférence d'Alain Cardon au CNAM, juin 2001)

Notes
(1). Bradley Greger :
http://www.bioen.utah.edu/directory/profile.php?userID=292
(2). Cerebral cortex, vol 19, p. 2156.
(3). Journal of Neural Engineering, vol 7, p 056007
(4) Voir The computer that can read minds has been created :
http://www.gev.com/2011/04/the-computer-that-can-read-minds-has-been-created/


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