Atelier Philosophie de
l’Action & Neurosciences -III
«Modèle interne:
du bon usage d’un concept flou
en neurosciences»
CollÈge de France
(11, place
Marcelin Berthelot, Salle 4)
15 Juin 2001
9h - 18h
Sous la
direction de
Alain BERTHOZ
———
Jean-Luc PETIT
(Université
Strasbourg II / LPPA)
Bernard FELTZ
(Université de
Louvain-la-Neuve)
Ali BENMAKHLOUF
(Université de
Paris-X-Nanterre)
Jacques DROULEZ
(LPPA UMR
C9950)
Joe McINTYRE
(LPPA UMR
C9950)
Jean-Arcady MEYER
(LIP6)
Giuseppe LONGO
(CNRS ENS DMI)
_________
Modèle interne : aujourd’hui, les chercheurs font volontiers appel à cette notion
lorsqu’ils doivent rendre compte de certains faits que leur familiarité
n’empêche pas d’être, à la réflexion, fort surprenants. Il y a, par exemple, le
fait que lorsqu’on capture une balle, le cerveau n’attend pas que la balle
touche la main pour produire une contraction musculaire, et que la contraction
produite au moment où la balle touche la main est exactement celle qu’il faut
pour contrebalancer les forces produites par la balle. La précision de cet
ajustement leur a fait penser que le cerveau devait disposer d’un modèle interne des lois de la
gravitation, par quoi ils entendent des réseaux neuronaux capables de simuler les lois physiques de l’interaction
corps - environnement. Mais comme la notion de modèle implique déjà elle-même
une certaine similarité entre les
propriétés de ce modèle interne et celles du monde extérieur, on peut craindre
que cette progression de concept à concept allant de «modèle interne» à «simulation», et retour, ne tombe
dans un cercle vicieux.
De même, on évoquera le fait qu’on peut dessiner avec le doigt un
cercle presque parfait malgré les perturbations dues à l’environnement si on le
fait sur quelque chose de mou, ou d’inégalement résistant. Ce fait a donné à
penser que le cervelet devait renfermer un modèle interne de la dynamique des
membres, et que les propriétés physiques des os, des tendons, des muscles, et
peut-être aussi les lois de la géométrie, devaient être inscrites dans ses
structures nerveuses. La possession de ce modèle interne permettrait au cerveau
d’anticiper (au sens des roboticiens)
sur le mouvement, en l’esquissant de façon immanente sur ce modèle interne du
bras au niveau du cervelet, avant de procéder à sa réalisation au moyen du
membre effecteur lui-même dans l’espace extra-corporel. Toutefois, là encore,
la notion de modèle suppléant celle de théorie dont elle garde le pouvoir prédictif, on peut craindre que le
renvoi de «modèle interne» à «anticipation», et vice versa, ne cache un cercle
vicieux.
N’imaginant cependant pas qu’une analyse logique aussi superficielle
puisse suffire à disposer d’un concept en vogue chez les chercheurs, pour qui
son opacité logique ne retire rien à son pouvoir de suggestion heuristique, et
qui sont sensibles à des enjeux plus importants pour eux, comme la nécessité de
réaffirmer la spontanéité de l’organisme, source interne de l’interprétation
perceptive et de l’orientation intentionnelle des mouvements, contre le poids d’une
longue tradition le réduisant tantôt à un relais sensori-moteur entre
événements périphériques, tantôt à un miroir mental qui les refléterait
passivement, ces motifs de perplexité n’en sont pas moins le symptôme d’une
situation épistémologique qu’il devient urgent de tirer au clair. Excellente
occasion de rapprocher l’investigation empirique et la réflexion philosophique
sur la science dans l’examen en commun de certaines des lignes de forces qui
parcourent le champ épistémologique des neurosciences actuelles. Car, le
concept de modèle interne est au foyer d’un ensemble de pressions contraires,
sinon contradictoires, dont on se contentera de mentionner ci-après
quelques-unes des sources théoriques :
(1) (a) Une psychologie computationnelle qui présuppose un organisme
cognitif aux capacités de calcul illimitées, et (b) un mouvement de cognition
incarnée et située qui cherche une plus grande fidélité aux limitations
effectives de l’organisme.
(2) (a) Une théorie représentationnelle de l’esprit, dispositif intériorisant
des copies des objets ou matrice d’hypothèses théoriques à confirmer, et (b)
une tendance à réhabiliter le rôle de l’action dans la constitution (du sens)
du monde perçu plutôt que de limiter cette action au pouvoir d’y introduire des
changements physiques.
(3) (a) La révolution des idées (issue de la phénoménologie et de la
microphysique) tendant à remplacer partout le dogme de l’objectivité absolue et
de la causalité universelle par une conception de l’objectivité en constante
constitution dans les interactions pratiques entre agents connaissants, et (b)
une théorie causale de l’action qui retient les sciences cognitives dans
l’orbite du déterminisme classique.
Eu égard à ces
divers pôles d’influence théoriques, le modèle interne est, tour à tour, mais
non sans tension et paradoxe :
(1) mécanisme de la neuro-computation
du cerveau-machine (de Turing) (1a) ,
mais qui simplifie cette neuro-computation par des processus neuro-mimétiques localement efficaces bien que
logiquement non orthodoxes (1b);
(2) intériorisation des propriétés physiques des objets en une théorie physique naïve (2a), mais
aussi analogon concret support de
manipulations internes permettant d’anticiper sans risque les conséquences
de l’action (2b);
(3) mécanisme implémentant la constitution d’objets porteurs de valeurs
d’utilité pratique pour l’agent (3a), mais aussi structuration des réseaux
neuronaux donnée dans le cerveau, dont l’actualisation, dépourvue du caractère
de temporalité constituante, n’est qu’un décours causal ordinaire : le temps de
simuler (3b).
En un sens, le fait que nos anticipations dans l’action et la
perception semblent se régler sur un modèle interne de la physique des choses,
de la bio-mécanique du corps propre ou du répertoire des actions pratiques
d’autrui semble assez convenablement pris en compte dans l’idée que l’organisme
a intériorisé sous la forme de contraintes pour la microgenèse de ses
mouvements et intentions un pareil schéma des propriétés des objets du monde
environnant. Mais, en un autre sens, l’opération, jamais sérieusement
questionnée en sciences cognitives, de l’introjection à l’organisme de ce
modèle interne, et plus encore le statut proprement métaphysique de ce qu’on suppose comme devant être «à l’extérieur
de l’organisme», «avant son intervention active», l’original de ce modèle,
infiltre subrepticement dans ces sciences cognitives le dogme du monde indépendant des activités perceptives et
pratiques de ceux pour qui il y a ce monde—et néanmoins chargé pour eux de
significations.
Jacques DROULEZ
Contraintes et modèles internes comme reflets
des régularités du monde.
Le flux d’informations
fournies par nos sens est certes important mais notoirement insuffisant. Nous
manquons toujours cruellement de données pour saisir toute la richesse des
propriétés du monde et toute la complexité des interactions entre notre
organisme et son environnement. La vision par exemple n’est qu’une toute petite
lucarne spatio-temporelle ; elle ne peut capter qu’un nombre infime de
photons, eux-mêmes les reflets très indirects et parcellaires de propriétés ou
d’événements cachés qui seuls pourraient éventuellement nous intéresser.
L’objet de la psychophysique
est de comprendre comment le cerveau parvient à élaborer – à
reconstruire ? – une représentation cohérente de propriétés cachées mais
pertinentes à partir des caractéristiques physiques observables mais
« impertinentes ». Selon une conception classique de la perception,
le cerveau doit donc résoudre un problème inverse : retrouver les
propriétés distales supposées être les propriétés réelles du monde (au sens
d’une physique sans doute naïve) qui ont donné naissance au stimulus proximal.
En d’autres termes, retrouver la cause lointaine des interactions locales entre
l’organisme et l’environnement, interactions locales dont seule une petite
fraction est détectée par nos sens. D’une certaine façon, la génération des
commandes motrices peut être conçue également comme un problème inverse. Nous
souhaitons obtenir un certain résultat de notre action, comment déterminer à partir
de ce but explicite la combinaison appropriée de séquences de contractions
musculaires qui nous permettra de l’atteindre ?
Les problèmes inverses sont réputés
difficiles à résoudre parce que mathématiquement « mal posés » :
parfois il n’y a aucune bonne solution, parfois il en existe une infinité et
les outils computationnels qui permettent de les obtenir sont rarement
robustes. Pour pallier cette difficulté, nous pensons que le cerveau complète
les données sensorielles par des contraintes ou « hypothèses
internes » appliquées aux objets perçus. Bien entendu ces hypothèses
internes ne sont pas conceptualisées comme telles par le sujet percevant. Elles
s’expriment plutôt sous la forme « opérationnelle » de contraintes
réduisant l’incertitude des données et la dimension (nombre de degrés de
liberté) du problème, ou de guides simplifiant et conférant une plus grande
robustesse aux processus de traitement. Ces contraintes peuvent effectivement
être considérées comme des modèles internes dans le sens où elles reflètent un
certain nombre de régularités du monde, parmi lesquelles on trouve évidemment
certaines lois physiques générales mais aussi, plus simplement, les propriétés
usuelles de notre organisme et de son environnement. Il s’agirait donc de
modèles internes à valeur plutôt statistique qu’heuristique. En ce sens, la
perception résulterait d’un arbitrage entre les contraintes
singulières fournies par les signaux sensori-moteurs et les contraintes
régulières reflétant les propriétés statistiques du monde physique observé à
notre échelle : les événements perçus sont rares, les événements rares ne
sont pas perçus.
Je me propose d’illustrer cette idée par quelques exemples tirés de la
perception visuelle du mouvement.
Joe McINTYRE
Modèles internes pour l'anticipation dans la capture
d'objets en mouvement.
Comment peut-on prévoir la trajectoire d'une balle
en chute libre et synchroniser l'activité musculaire avec le moment du contact
? Les études de David Lee (1981) soutiennent l'hypothèse que l'estimation du
temps avant le contact se fonde sur la variable t; ce paramètre visuel donne
directement le temps avant le contact en supposant que l'objet continuera son
trajet avec une vitesse constante. Cette hypothèse, issue de l’école
gibsonienne : les perceptions mènent à l’action, est construite uniquement sur
les signaux sensoriels que le cerveau peut mesurer directement. En revanche,
Lacquaniti et al. (1989) ont montré que, lors de l'attrape d'une balle en chute
libre, le système nerveux central active les muscles à un temps fixe avant le
contact avec la main, indépendamment de la hauteur du lâcher. De plus, il
existe une corrélation monotone entre la quantité de mouvement de la balle au
moment de l’impact et l’amplitude des signaux électromyographiques anticipés.
Ces deux observations suggèrent que le sujet peut prendre en compte
l'accélération de la balle afin de prévoir les paramètres temporaux et
énergétiques de l’impact. Comme le système nerveux central ne semble pas
pouvoir mesurer l'accélération de la balle en temps réel grâce aux informations
visuelles (Werkhoven et al. 1992),
Lacquaniti (1993) a fait l’hypothèse que l'accélération est prévue par une
supposition a priori de l'action de
la pesanteur terrestre sur les objets en vol. La réponse motrice (l’activité
musculaire) à un stimulus sensoriel (l’image en mouvement de la balle sur la
rétine) est ainsi modulée par une représentation cognitive des propriétés
physiques de l’environnement. L’utilisation de cette connaissance implicite des
lois physiques lors des tâches sensori-motrices est un exemple de « modèle
interne ». Dans un ensemble d’expériences effectuées au sol et en
apesanteur nous avons examiné les modèles internes mis en jeu par le système
nerveux central lors d’une tâche de capture d’une balle en chute libre.
Giuseppe LONGO
Représentations de l'espace et du temps en mathématiques et en physique,
leur rôle en cognition.
La géométrie nous propose une façon explicite de rendre intelligible,
d’organiser, l’espace physique et sensible. Au cours de l’histoire, les grands
tournants de cette "reconstruction" de l’espace, basée sur des
invariants et les transformations qui préservent ces invariants ("l’action
d’un groupe"), ont été motivés par la volonté de répondre à des questions,
essentiellement les mêmes : quels sont nos observables? comment puis-je
mesurer, agir sur l’espace? Or, l’analyse de nos modes d’accès au monde et de
nos modes d’action sur lui est un problème typiquement cognitif.
Réciproquement, les sciences cognitives portent la marque des principaux
paradigmes d’investigation des fondements des mathématiques et de la physique,
en dépit du fait que les courants majoritaires du domaine de la cognition
continuent de se référer à une vision laplacienne de l’espace et du temps. Pour
contribuer à débloquer cette situation, il faudra donc, en un double mouvement,
faire en sorte qu’un dialogue se noue entre les trois grandes approches de la
physique du XXème siècle, d’un côté, et les analyses contemporaines de la
cognition, de l’autre. —Que peuvent apporter les différentes conceptions de
l’espace (et du temps), avec leurs visions respectives de la question des
fondements, à la cognition (et vice-versa)?
Jean-Luc PETIT
Modèle interne
de l’action, —ou constitution kinesthésique ?
Réfléchir et discuter l’usage que
diverses équipes de chercheurs en physiologie de l’action et de la perception
font aujourd’hui du concept de modèle
interne nous éclairera sur l’orientation de cette discipline particulière
par rapport aux grandes tendances de la recherche contemporaine : tel est le
bénéfice philosophique immédiat que nous espérons en retirer. En effet, il a
été fortement suggéré que les neurosciences cognitives se trouvaient à la
croisée des chemins. D’un côté, une tradition où les influences mêlées du
primat du théorique par rapport au pratique, de la vision par rapport à
l’action, de l’esprit par rapport au corps, du langage par rapport à
l’expérience, du calcul symbolique par rapport à l’intuition géométrique, etc.
se sont cristallisées sous la forme familière de la théorie de l’esprit du
cognitivisme, doctrine unanimement adoptée par les psychologues et qui tend à
infiltrer les disciplines voisines : physiologie et sociologie. De l’autre, l’idée d’une nouvelle
physiologie de l’anticipation, forme d’intégration future d’un ensemble
d’exigences récurrentes et de propositions de rechange en vue de réhabiliter,
sur une base neuro-biologique, les aspects du vivant dont la phénoménologie a
payé de sa mise à l’écart des courants majoritaires de la philosophie à
prétention scientifique l’importance qu’elle leur a d’emblée et constamment
reconnus : priorité du sens par rapport à la donnée, enracinement corporel de
l’action, contribution du percevant au monde perçu, intentionnalité non
linguistique de la perception, interaction mutuelle agent - environnement, etc.
Replacé dans le contexte de ces tendances contraires, le concept de modèle interne apparaît soumis à des
tensions qui en menacent l’unité. En un sens, le fait d’intercaler un modèle
interne de la biomécanique du membre effecteur, ou de la physique de
l’environnement entre la composition du programme moteur et l’émission de
l’ordre moteur d’une action témoigne d’une certaine reconnaissance de la
spontanéité anticipatrice de l’organisme dans la conception de celle-ci (sa
«simulation mentale»). Mais, en un autre sens, le concept de modèle interne ne diffère
essentiellement ni par le sens, ni par la référence, du concept cognitiviste de
représentation mentale : ce qu’on désigne modèle
interne peut à peu près indifféremment s’appeler représentation, image,
copie, carte, code, plan, schème, savoir implicite, théorie, algorithme,
compétence, apprentissage, etc.; quant à ce
dont il peut y avoir modèle interne, pratiquement tout objet possible de
représentation mentale en fait partie: les objets, états de choses, événements,
actions propres ou étrangères, organes du corps propre, le corps entier,
l’environnement. S’il ne revient pas au philosophe de donner des normes d’usage
à la recherche empirique, on ne peut lui tenir rigueur de vouloir contribuer à
l’orientation générale des démarches de celle-ci par le rappel de termes de
comparaison utiles dans la littérature philosophique. Dans cet esprit de
modeste contribution à l’éclaircissement des idées, celle de Husserl : fonder
sur l’action tout le sens du monde perçu et enraciner cette action dans les
kinesthèses du sujet percevant, sera mise en regard de celle d’un modèle
interne au cerveau des effecteur, instrument, objet et contexte de l’action.
Bernard FELTZ
Les paradoxes
liés au concept de « modèle interne »
De nombreuses philosophies de l’esprit visent à
éliminer l’idée de la conscience comme « théâtre cartésien » (D.
Dennett, P. Churchland…). Un certain nombre de théories scientifiques peuvent
être interprétées en un premier temps comme s’inscrivant dans cette perspective
: la théorie de la sélection des groupes neuronaux de G. Edelman ou la théorie
de la conscience-noyau et de la conscience étendue de A. Damasio prennent de la
distance par rapport à la conception d’un centre de la conscience et y
substituent l’idée d’une dynamique de réseaux. Néanmoins, avec le concept de
conscience, ces théories tendent à réintroduire la logique de la
représentation. Je voudrais approfondir cette contradiction apparente qui
rejoint la problématique du « modèle interne », au centre de nos
débats.
Jean-Arcady MEYER
Modèles internes en robotique autonome
Après avoir évoqué la
controverse récente sur la nécessité de modèles internes en robotique autonome,
une revue de ces modèles sera proposée et illustrée par différents exemples
d'applications. On insistera, en particulier, sur les mécanismes d'acquisition
de ces modèles internes - par apprentissage et/ou développement individuel, par
évolution spécifique ou par une combinaison des processus adaptatifs
correspondants. On évoquera également les moyens mis en œuvre pour maintenir la
cohérence de ces modèles internes et pour assurer un fonctionnement correct du
robot, malgré l'inévitable imprécision de ses senseurs et de ses actionneurs.
Ali benmakhlouf
La forme
logique de la conviction
Partant
de la forme logique de la conviction (Frege) nous tenterons de rapprocher
celle-ci de la forme logique de la croyance (Russell) afin de préciser à
l’intention des sciences cognitives ce que pourrait être un modèle interne de
l’assentiment au contenu d’un jugement.