Sciences cognitives

Présentation

Définition

On peut définir les sciences cognitives comme l’étude expérimentale et théorique des processus de codage, de stockage, de manipulation et de transfert d’informations réalisés par les systèmes naturels ou artificiels.
C’est l’étude du cerveau et du produit de son activité, l’étude des algorithmes (extraire, représenter, acquérir), et une réflexion épistémologique sur la nature de la connaissance.

Les conditions d’émergence du concept de Cognition

Mathématiques et logique sont à l’origine des premières réflexions concernant le calcul automatique.
En effet, dès 1910, RUSSEL & NORTH ont voulu réduire les bases de l’arithmétique en propositions de logique élémentaire. Quant à HILBERT, son but a été de fonder logiquement les mathématiques (complètes, consistantes et décidables).
Pourtant GÖDEL a démontré l’incomplétude de l’arithmétique, et TURING a réalisé de nombreux travaux sur la calculabilité pour conclure qu’il n’existe pas de système défini pour résoudre tous les problèmes.
Il a aussi émi l’idée de ce qu’on appelle aujourd’hui la Machine de TURING, machine virtuelle composée d’un déchiffreur, d’une bande de papier infiniment longue, et réalisant quatre opérations (droite, gauche, effacer, barre oblique).
Cette machine est capable de décider si toute assertion qu’on lui propose est démontrable. On commence alors à parler de manipulation automatique de symboles et de mécanisation du calcul.
Les conceptions de la “première cybernétique” mettent en jeu plusieurs notions :
– Mc CULLOCH & PITTS développent le principe du neurone formel, les neurones pouvant être assimilés à des automates réalisant des opérations logiques.
On parle aussi d’organisation en réseaux, de calcul logique (BOOLE) ;
– SHANNON quant à lui, se pose le problème de l’unité d’information ;
– WIENER formalise la théorie de la rétroaction.
Il émet l’idée d’un calculateur autonome aux mécanismes électroniques opérant par calcul numérique et utilisant la base 2 ;
– VON NEUMANN publie un article en 1948, “La théorie générale et logique des automates”, dans lequel on retrouve des idées telles que le processus d’axiomatisation, la modélisation, le modèle de Mc CULLOCH & PITTS, et la théorie des automates.
Naissent alors quelques réflexions intéressantes :
– le jeu de l’imitation de TURING (les machines peuvent-elles penser ?) ;
– la synapse de HEBB (notion d’assemblée de neurones, connexionisme, apprentissage, potentialisation à long terme…) ;
– le défi au behaviorisme de LASHLEY (les limites des chaînes stimulus / réponse).

Naissance des sciences cognitives

Les réunions historiques :
– la réunion de Dartmouth College en 1956 (Mc CARTHY, MINSKY, NEWELL, SIMON) : naissance de l’IA (l’apprentissage et l’intelligence peuvent être décrits suffisamment précisément pour qu’une machine puisse les simuler) ;
– le symposium du MIT (Cambridge) sur la théorie de l’information, automne 1956 : NEWELL & SIMON présentent une machine logique démontrant un théorème, CHOMSKY (linguiste) explique qu’il est impossible d’appliquer la théorie de l’information au langage naturel (nouvelle modélisation proposée), et MILLER & BRUNER (psychologues) démontrent que la mémoire de travail ne peut compter plus de 7 entrées.
PYLYSHYN a commencé à se demander s’il existe une science des choses qui pensent.
Afin d’étudier la cognition, il y a trois niveaux à prendre en considération :
– représentationnel, sémantique ;
– traitement des symboles, syntaxique ;
– physique, neurophysiologique.
(le comportement étant déterminé par le contenu des états représentationnels et l’architecture fonctionnelle)
Une idée importante doit maintenant être prise en compte : l’hypothèse d’un langage de la pensée.
Doit-on pour cela utiliser un codage propositionnel (sur modèle du langage naturel) ou un codage analogique (SHEPARD, KOSSLYN) ?
L’intelligence artificielle fait une transition entre le symbolique et le biologique, elle donne naissance aux premiers systèmes experts, à la compréhension du langage naturel, …
Quel est alors l’apport de la psychologie cognitive ?
Contexte historique des nouvelles idées :
– WUNDT : l’expérience consciente doit être abordée par l’introspection (subjectif) ;
– JAMES : le but est la marque des phénomènes mentaux (intentionnalité) ;
– WATSON (béhavioriste) : les comportements sont observables, expliqués par le système nerveux… ;
– TOLMAN (béhavioriste modéré) : idée des cartes cognitives, variables intermédiaires entre stimulus et réponse ;
– NEISSER : modularité ;
– PIAGET : étude du développement de l’intelligence chez l’enfant, de l’épigénétisme, du constructivisme ;
– CHOMSKY : le cerveau est déjà construit à la naissance (nativisme).
Le tournant cognitif en psychologie vient quand BROADBENT parle d’attention (filtrage), de canal de communication, et du devenir de l’information.
Ceci permet de créer un 1er organigramme.
De nombreux travaux sont réalisés sur les représentations mentales (symboles avec une syntaxe et une signification).
Par exemple, FODOR étudie la modularité de l’esprit et propose une modélisation de ce type :
– entrées : transducteurs sensoriels, format traitable ;
– processeur central non encapsulé, lent, conscient, influencé par buts cognitifs ;
– modules câblés, spécifiques, rapides, encapsulés ;
– sorties des modules : langage de la pensée, commun.

Neurosciences et sciences cognitives : un problème actuel, la question des codes de communication neuronale

Le cerveau est considéré comme un système de traitement d’informations.
Il est l’objet d’études de différents domaines proches des sciences cognitives :
– la neurobiologie (lésions cérébrales à rapprochement fonctions et zones, observation, imagerie);
– la neurophysiologie (perception, mémoire, modèles);
– les travaux sur les principes généraux des réseaux de neurones à codes de communication entre neurones.
On retient les principes d’échanges d’informations entre neurones (dendrites, axone, synapse, neurotransmetteurs…), des potentiels d’action (événement cellulaire descriptible en termes biophysiques mais aussi unité d’information) et du problème des qualia (conscience personnelle d’une perception).
On peut alors s’interroger sur le codage de l’information.
Le modèle classique est celui du codage fréquentiel (rate code), un codage populationnel.
Mais on émet aussi l’hypothèse d’un codage temporel, que l’on étudie selon deux stratégies de recherche :
– les propriétés biophysiques des neurones peuvent-elles transmettre des structures temporelles fidèlement ? (neurones intégrateurs, neurones détecteurs de coïncidences) ;
– mettre en évidence régularités interprétables (expériences de ABELES sur les singes au sujet des computations multiples des neurones, de SINGER sur le système visuel concernant la synchronisation de l’activité des neurones).
On se rend compte qu’il existe un rapport entre les oscillations de l’activité et la synchronisation des décharges neuronales (filtre spatio-temporel favorisant l’activité de certains signaux).
En fait, il n’y a pas un code mais plusieurs, et ceux-ci peuvent être combinés.

Problèmes théoriques et philosophiques posés par les options des sciences cognitives

Les sciences cognitives étudient objectivement l’intelligence, la pensée et la connaissance manifestant l’activité de l’esprit.
Mais tout cela n’est pas dénué de philosophie.
Deux choses diffèrent ontologiquement, le cerveau, et l’esprit.
Ce sont deux substances de nature différente (matérielle, immatérielle).
Les points de vue divergent eux aussi :
– dualisme ontologique (DESCARTES);
– dualisme méthodologique ;
– monisme : nier l’existence d’une des deux substances ;
– idéalisme platonicien : négation de la matière, le monde est une dégradation du monde des idées ;
– monisme matérialiste : négation de l’esprit, théorie de l’identité, les états cérébraux sont des contenus mentaux ;
– fonctionnalisme (PUTNAM) : il existe des états mentaux que l’on peut considérer comme les états logiques d’un ordinateur, et des états physiques descriptibles ;
– fonctionnalisme téléologique ou évolutionnaire (MILLIKAN, DRETSKE, FODOR) : idée de fonction au sens mathématique, biologique, et de but ;
– Instrumentalisme (DENNETT) : les explications en termes de causes internes n’ont qu’une valeur instrumentale, prédictive ;
– éliminativisme (CHURCHLAND) : réductionnisme préconisant la réduction de la psychologie à l’étude du cerveau.

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