0. Introduction

 Un des principaux problèmes des sciences cognitives est d'expliquer ce qu'est la conscience et comment elle peut se développer dans un système nerveux. Ce problème a longtemps semblé extérieur à la science, et réservé aux philosophes. Mais les avancées récentes des Neurosciences ont ouvert de nouvelles perspectives, et il serait impossible de citer tous les auteurs qui ont récemment offert des contributions.

Ici nous proposons un modèle mathématique des processus impliqués dans la conscience, en accord avec les idées des spécialistes de neuroscience tels que Changeux, Edelman ou Crick. Il s'appuie sur la théorie des Systèmes Evolutifs avec Mémoire (ou SEM), que nous avons développée depuis 12 ans dans une série d'articles. Nous ne rappellerons que les résultats nécessaires pour la suite, et renvoyons pour plus de détails à certains de ces articles (indiqués dans la Section 12 and notés EV).

 

0.1. Systèmes Evolutifs avec Mémoire.

Les SEM représentent un modèle mathématique pour étudier des systèmes biologiques, neuronaux ou sociaux, basé sur la Théorie des Catégories, un domaine des mathématiques introduit par Eilenberg et Mac Lane en 1945. Les principales notions ont été introduites progressivement et raffinées pour englober des problèmes de plus en plus compliqués:

• Comment modéliser des systèmes "ouverts" dont les composants, de divers ordres de complexité, varient au cours du temps sous l'effet d'échanges avec l'environnement et de changements internes tels la formation d'objets complexes? Cette question nous a conduits à introduire (dans EV 1987) la notion de Système Evolutif (SE). Dans un SE, l'état du système à un instant donné, avec ses composants et leurs interactions, est modélisé par une catégorie; un objet "complexe" est représenté par la colimite (ou limite inductive) d'un pattern d'objets liés décrivant son organisation intérieure; et les changements entre états successifs sont modélisés par des foncteurs "transition" entre eux. Le SE est hiérarchique si les objets sont répartis en niveaux de complexité, de sorte qu'un objet de niveau n+1 est la colimite d'un pattern d'objets liés de niveau n.

Dans un SE, les changements "archétypes" (naissance/mort, scission/collision) sont modélisés par un processus de complexification relativement à une "stratégie" consistant à ajouter ou supprimer des objets (échanges avec l'extérieur), et à former des objets complexes (adjonction d'une colimite à un pattern) ou à les décomposer.

• Ceci pose le problème du choix des stratégies dans un système autonome. D'où l'introduction (dans EV 1989) de la notion de Centre de Régulation interne partiel, ou Corégulateur (CR), capable de développer un "processus d'apprentissage par essais et erreurs" par étapes, en formant à chacune de ses étapes sa propre représentation interne (plus ou moins déformée) du système, le paysage du CR, sur lequel une stratégie est choisie.

Le cas d'un système neuronal montre que son évolution dépend de tout un réseau de CR compétitifs. Ceci amène à définir (dans EV 1990) les Systèmes Evolutifs avec Mémoire (SEM): a SEM est un SE ayant un réseau de CR agissant en coopération/compétition, et qui développent un sous-SE hiérarchique, appelé Mémoire, qui permet d'enregistrer de manière flexible les expériences passées pour une meilleure adaptation; chaque CR a un accès différentiel à cette Mémoire. Les liens entre objets ont une "force" et un "délai de propagation" (représentés par des nombres réels).

• Dans un SEM, chaque CR opère sur son paysage selon sa propre échelle de temps, mais les stratégies des différents CR entrent en compétition pour les ressources communes, et à chaque instant il se développe un "jeu" entre ces stratégies, avec risque de fractures pour certains CR (EV 1991); d'où une dialectique entre CR hétérogènes de par leur niveau de complexité et leur temporalité, à la base de la complexité d'un système. Le temps intervient de manière essentielle au travers des contraintes structurales temporelles des CR (explicitées dans EV 1993), et des mécanismes de réparation se développent pour qu'elles soient à nouveau respectées si elles ont été transgressées. En particulier, ceci conduit à une théorie du vieillissement d'un organisme par une cascade de dé/re-synchronisations pour des CR de niveaux de plus en plus élevés (EV 1993).

• Le problème du réductionnisme peut être étudié dans le cadre des SEM: un objet de niveau n+1 y est toujours la colimite (n-k)-itérée d'une ramification basée sur le niveau k < n mais est-il aussi "réductible" au niveau k en une seule étape, c'est-à-dire simple colimite d'un pattern de niveau k? Une analyse plus fine des liens entre objets nous a permis (EV 1996) de caractériser les objets ainsi réductibles et de montrer qu'il existe des objets non-réductibles lorsque le SEM vérifie le Principe de Multiplicité: il existe des patterns non-équivalents ayant la même colimite. Dans ce cas, une suite de complexifications ne peut pas être remplacée par une unique complexification relative à une stratégie englobant les stratégies intermédiaires.

• Les résultats précédents appliqués à un système neuronal conduisent à la description d'une "algèbre d'objets mentaux" (au sens de Changeux 1983), et ils expliquent le développement d'une mémoire procédurale, et la formation de processus cognitifs d'ordre supérieur. Ils suggèrent une approche au problème corps/esprit: les états mentaux ne sont pas de simples états physiques du cerveau (activation d'assemblées de neurones synchrones), mais s'obtiennent dynamiquement à partir de ceux-ci par le déploiement progressif d'une ramification basée sur le niveau des états physiques.

 0.2. Contenu de l'article.

Le problème étudié dans le présent article est un essai de modélisation, dans le cadre des SEM, des notions de Sémantique et de conscience pour un CR. Les idées développent celles déjà proposées dans des articles précédents (EV 1992 et 1994).

La formation d'une mémoire sémantique permet une classification des items contenus dans la mémoire en terme de "concepts". Un tel concept est formé en deux étapes: d'abord une classification pragmatique "agie" au niveau de CR spécifiques (tel un CR relatif à la couleur), puis cette classification est "réfléchie" par un CR supérieur qui en mémorise la classe d'invariance sous la forme d'une limite (projective), le concept (e.g., la couleur "bleu")..

L'introduction de concepts de plus en plus abstraits augmente les communications internes et externes, et donne plus de flexibilité au jeu entre les stratégies des différents CR, ce qui permet un comportement plus efficace. C'est essentiel pour le développement de CR supérieurs manifestant une sorte de "conscience". Dans le modèle que nous proposons, un CR "conscient" est caractérisé par la capacité d'étendre son paysage actuel pour opérer:

• un processus de rétrospection, permettant de rétroactivement trouver les causes d'une fracture par abduction;

• un processus de prospection, permettant de programmer des stratégies pour plusieurs étapes d'avance, compte tenu de ses expériences antérieures.

Ces deux processus conduisent à une meilleure adaptation, avec internalisation de la notion de temps.

 Dans la première partie, nous considérons le cas d'un SEM général. Dans la deuxième partie, nous décrivons plus précisément un SEM modélisant un système neuronal et montrons dans ce cas comment les divers processus utilisés dans la première partie peuvent être implémentés dans le cerveau, en accord avec les connaissances neurophysiologiques actuelles. Enfin la troisième partie illustre les idées générales sur un exemple concret dans lequel les différents processus sont traduits en langage naturel.

 Remerciements. Nous sommes reconnaissants aux Professeurs Jerry Chandler et Brian Josephson pour de stimulantes discussions qui ont aidé à préciser notre approche aux systèmes biologiques et neuronaux.

 

 

I. Développement de CR conscients dans un SEM

 

Au cours de l'évolution d'un Système Evolutif avec Mémoire (ou SEM), sous l'effet de la dialectique entre CoRégulateurs (CR) hétérogènes, émergent des structures d'ordre supérieur, tant sous forme d'objets de plus en plus complexes mémorisant des expériences antérieures (situations, stratégies utilisées et leur résultat, éventuellement concepts) que d'observateurs/agents pouvant opérer sur eux. Ceci peut conduire à la formation de CR internes de niveaux de plus en plus élevés, constitués d'objets et liens émergents. Ces CR, à durée de latence (leur "présent actuel') plus longue, vont jouer le rôle de CR associatifs contrôlant des CR inférieurs et ils ont une influence essentielle sur la dynamique du système, par leur participation fortement pondérée au "jeu" entre les stratégies des différents CR.

 

1. Quelques rappels sur les Corégulateurs (CR)

 Un CR d'un SEM est un sous-SE dont les objets, ou agents, ont un certain niveau de complexité, et qui a sa propre échelle de temps discrète. Il développe un processus d'apprentissage par essais et erreurs par étapes, une étape s'étendant entre deux instants successifs de cette échelle. L'étape se divise en plusieurs phases se recouvrant plus ou moins: pendant la première, le présent actuel, se construit le paysage; ensuite une stratégie est choisie sur ce paysage, puis réalisée, et les résultats sont évalués.

 

1.1. Paysage actuel d'un CR (cf. EV 1989 et 1991).

Le paysage instantané d'un CR à un instant t regroupe toutes les informations sur l'état interne et externe du système parvenant à ses agents en t. Parmi celles-ci certaines sont très faibles ou transitoires; d'autres restent stables pendant le présent actuel du CR et forment la mémoire de travail du CR, appelée son paysage actuel. A chaque étape, c'est sur le paysage actuel qu'est choisie une stratégie adaptée et que sont envoyées les commandes aux effecteurs correspondantes. Il y a fracture si aucune stratégie n'est trouvée, ou si la stratégie choisie ne peut pas être appliquée par suite de changements non observables dans le paysage.

 Le paysage instantané en t est modélisé par une catégorie ayant pour objets les perspectives arrivant aux agents en t. Une perspective d'un objet B du système est une classe d'équivalence de liens (ou "aspects") b de B vers un agent du CR pour la relation: deux tels liens sont équivalents s'ils sont corrélés par un zig-zag de liens entre agents. Les liens d'une perspective de B vers une perspective de B' sont déterminés par les liens de B vers B' dans le système qui sont corrélés par ces perspectives, de sorte que l'on a un foncteur "distorsion" du paysage vers le système associant B à la perspective de b. Le CR s'identifie à une sous-catégorie de ce paysage. Si un pattern p de perspectives a une colimite (ou une limite) c dans ce paysage, il existe un agent A tel que c et toutes les perspectives dans p aient au moins un de leurs aspects arrivant à A.

Le paysage actuel en t est une catégorie construite en recollant la suite des paysages instantanés formés durant le présent actuel, disons de t à t+µ, mais en ne conservant que les perspectives provenant de niveaux adjacents aux agents et dont des aspects conservent une force assez grande pendant l'étape en cours. Ainsi un de ses objets est déterminé par les états successifs d'une telle perspective d'un instant compris entre t et t+µ jusqu'à la fin de l'étape.

 1.2. CR intentionnels (cf. EV 1994 et 1996).

Pour un CR inférieur, le choix d'une stratégie dans son paysage actuel peut être imposé par un autre CR, ou activé directement par la reconnaissance de la situation via les liens que le CR a avec la Mémoire; la commande vient alors plus de la Mémoire que du CR, sauf que le CR en est "informé"

Pour qu'il y ait véritablement "choix" par le CR, il faut que le CR ait un sous-système d'agents "évaluateurs" (au moins deux, disons + et -). Chaque stratégie admissible pour le CR déjà utilisée dans des situations analogues est reliée à l'un d'eux par mémorisation des résultats obtenus, par exemple S est relié à + si S a réussi; le lien étant renforcé (sa force augmente) chaque fois que le résultat est répété. Il y alors aussi un lien dans l'autre sens (pas nécessairement inverse) correspondant à la commande des effecteurs de S si la stratégie est bonne, à leur inhibition sinon (de sorte que la stratégie ne soit plus choisie). La comparaison entre stratégies classifiées par le même évaluateur (e.g., entre "bonnes" stratégies) pourra se faire automatiquement, via la force des liens reliant les stratégies aux évaluateurs.

 Un CR associatif est dit D-intentionnel, ou système intentionnel au sens de Dennett, s'il a un tel sous-système d'agents évaluateurs, de sorte qu'il agit "comme si" il était capable d'optimiser son choix de stratégie dans son paysage.

On parlera d'un CR intentionnel (au sens usuel et pas seulement "comme si") lorsque de plus les stratégies et leur comparaison sont internalisées dans le paysage.

 Un CR intentionnel se formera essentiellement dans un SEM où une Mémoire Sémantique s'est développée, et alors le choix des stratégies pourra se faire sous forme de concept.

  

2. Sémantique (cf. EV 1992)

 Une Mémoire sémantique se développe progressivement dans un SEM assez complexe, par la détection d'invariances spécifiques par les CR, ce qui permet de classifier les items mémorisés en fonction de leurs principaux attributs et de former de nouvelles unités formelles représentant leurs classes d'invariance.

 

2.1. Formation des CR-concepts.

Elle se fait en deux étapes:

a) Comparaison de deux objets à un instant donné, selon un certain attribut: Un CR inférieur, disons E, ne perçoit dans son paysage que certaines perspectives des objets reconnus par le système; par exemple, dans un système neuronal un CR "couleur" ne retient d'un objet que sa couleur. Il opère donc une classification "pragmatique" des objets selon les attributs qu'il reconnaît: Deux objets M et M' sont "agis" comme étant équivalents lorsque leurs différents aspects sont reliés par le même pattern P d'agents de E; par exemple, c'est la même assemblée de neurones du CR "couleur" qui est activée par tous les objets bleus.

 Si M est un objet dans la Mémoire, le pattern P d'agents de E qui relie l'ensemble des aspects de M pour E est appelé E-trace de M, ou E-pattern activé par M. Deux objets M et M' sont dans la même E-classe s'ils ont la même E-trace. (Plus formellement, M et M' sont dans la même E-classe s'ils ont la même "forme" au sens de la "shape theory" de Borsuk, 1975.)

 b) Formation d'un concept caractérisant la classe d'objets ayant un certain attribut: La classification précédente ne prendra un "sens" qu'au niveau d'un CR supérieur, à période plus longue, qui reçoit des informations à la fois sur le pattern P et sur les objets M qui l'activent. Il peut ainsi observer la correspondance entre P et la E-classe de M, et la mémoriser en un objet C dans la Mémoire, appelé E-concept de M, qui individualisera la E-classe de P, i.e., la classe d'invariance de M relativement aux attributs classifiés par E; par exemple, le couleur-concept "bleu" classifie toutes les représentations d'objets bleus relativement à leur couleur.

 Supposons qu'il existe un CR dont le paysage actuel contient à la fois des perspectives m des divers objets M d'une E-classe, un pattern p de perspectives de leur E-trace P, et un message collectif cp de m vers p défini par les aspects sous-lequels M est perçu par E. Alors le CR mémorise la E-classe de M sous la forme d'une perspective c limite de p dans son paysage. L'objet C dont est issue c est une limite de P dans le système, appelé le E-concept de M. Il existe un lien de M vers C recollant cp (par définition de la limite). Ainsi C devient un objet final de la E-classe d'invariance de M, et son domaine de classification représente cette E-classe.

 

 2.2. Mémoire sémantique.

Un même objet M peut avoir plusieurs classes d'invariance relatives à différents CR, correspondant à une classification relative à des attributs différents. Par exemple un triangle bleu et un cercle bleu ont le même couleur-concept "bleu"; mais la forme-concept "triangle" du triangle bleu représente la classe des triangles, alors que celle du cercle bleu représente la classe des cercles. Des concepts relatifs à plusieurs attributs sont alors formés comme limites d'un pattern formé par ces différents attributs ("triangle bleu" comme produit de "triangle" et "bleu"). Puis des concepts de plus en plus abstraits sont construits à partir de ces concepts "concrets", pour former la Mémoire Sémantique. Un tel concept peut être vu comme un prototype abstrait pour une classe d'items, ses différentes instances, qui ont un "air de famille" (au sens de Wittgenstein); remarquons qu'il ne suppose pas l'existence d'un langage.

 La Mémoire Sémantique est un sous-SE de la Mémoire dont les objets, appelés concepts, sont des limites itérées de patterns de CR-concepts. Elle est obtenue par complexifications successives à partir de la sous-catégorie de Mémoire formée des CR-concepts relatifs aux différents CR, et des liens compatibles entre eux.

Le développement d'une sémantique sur le SEM rend encore plus flexible le choix des stratégies et le jeu entre les stratégies des différents CR. En effet, le système reconnaîtra des constances malgré des circonstances variables et réagira d'une manière spécifique non à une situation particulière mais à toutes les situations semblables; par exemple un objet est identifié quelle que soit sa taille ou sa position dans le champ visuel. Et la Mémoire Procédurale (formée par les stratégies mémorisées) sera aussi classifiée en concepts de stratégies, de sorte que, dans les CR supérieurs, le choix d'une stratégie pourra être fait sous forme de concept, sans avoir à préciser un objet particulier de la classe d'invariance du concept. Ceci donne un nouveau degré de liberté dans la formation de la stratégie effectivement réalisée sur le système, puisque le jeu entre les stratégies pourra en choisir l'instance la mieux adaptée compte tenu des stratégies répercutées par les autres CR. Par exemple la commande d'un mouvement de préhension n'activera pas les mêmes muscles selon la position de l'objet à soulever, sa taille, sa forme...

 

 

3. CR conscients (cf. EV 1992 et 1994)

 Pour Nietzsche, devenir conscient de quelque chose revient à découvrir des motivations pour cela. C'est ce que pourront faire les CR intentionnels capables de conscience, dits brièvement CR conscients. Dans ces CR se développera un processus permettant un dépassement interne des contraintes temporelles par un contrôle dynamique de la Mémoire, conduisant à une plus grande flexibilité de réponses; ce qui est en accord avec les idées de Changeux (1983) et Edelman (1989) sur la conscience.

Les CR conscients s'intègrent dans un sous-SEM qui aura sa propre temporalité, avec un accès particulier à la Mémoire sémantique, mais sans récepteurs directs liés à l'environnement. Ils agissent donc de manière un peu "schizophrène", les rapports avec l'extérieur se faisant sous la forme de fractures imposées.

 D'une manière précise, on dira qu'un CR est conscient s'il est capable d'effectuer les 3 opérations suivantes qui se recouvrent mutuellement (les bases neurophysiologiques de ces opérations dans un système neuronal sont étudiées dans la Partie II):

 

3.1. Extension rétroactive de la mémoire de travail du CR.

Une activation diffuse de tout le système ("processus d'attention"), sous la forme d'une augmentation de la force des liens, rendra accessibles au CR des aspects initialement non retenus dans la mémoire de travail (paysage actuel). Cette activation peut être déclenchée "volontairement" pour mieux analyser la situation présente, ou automatiquement par suite d'une fracture.

Le CR peut alors étendre rétroactivement son paysage actuel en récupérant dans les paysages instantanés dont il est issu des informations non prises en compte initialement. Ces informations peuvent n'avoir pas été retenues parce qu'elles concernent des objets à durée de latence inférieure au présent actuel, ou qu'elles proviennent de la décomposition d'objets complexes identifiés de manière globale et non avec tous leurs composants.

 Du point de vue catégorique, l'extension du paysage actuel en t consiste à construire une suite de catégories plus grandes, en reprenant certaines des perspectives figurant dans les paysages instantanés aux différents instants du présent actuel en t mais non observables dans le paysage actuel, en particulier en provenance de la Mémoire. Ceci se fera à l'aide des deux processus de rétrospection et de programmation complexe décrits ci-après.

 Ainsi le paysage étendu est une image non de l'état présent mais des différentes traces évanescentes accumulées dans la mémoire pendant le présent actuel.

 3.2. Rétrospection (abduction pour retrouver les causes d'une situation, e.g. d'une fracture).

Le CR va analyser le paysage étendu pour retrouver l'instant où s'est produite la fracture et/ou les causes probables de la situation, en tenant compte des informations mémorisées sur les expériences antérieures analogues. Ceci utilise une suite de boucles entre le CR et la Mémoire, en particulier la Mémoire sémantique, pour retrouver les concepts ou leurs instances qui ont été perçus dans les paysages instantanés; ceux-ci sont progressivement précisés en retrouvant leurs attributs, et à partir d'eux, par un processus d'abduction, le CR "remonte" vers les causes possible de leur activation, vue la situation (e.g., la fracture).

Par exemple, la phrase "le poisson attaque l'homme" commence par créer une fracture dans le CR conscient (usuel); par abduction, on voit que la fracture vient du fait qu'un poisson "typique" n'est pas agressif pour l'homme; une nouvelle abduction évoque les exemples d'animaux dangereux proches des poissons, d'où le rappel du requin, ce qui donne un sens à la phrase. Un autre exemple est celui où l'on présente un objet différent à chaque œil; les récepteurs activés par les deux objets vont activer les concepts A et B correspondants dans la Mémoire sémantique, et ceux-ci seront retrouvés dans le paysage étendu; mais tous deux ayant la même force, ils seront vus alternativement.

 Le processus de rétrospection est modélisé par la recherche pas à pas d'objets finals dans la sous-catégorie du paysage étendu formée des perspectives venant de la Mémoire représentant une situation analogue ou certains de ses attributs.

 3.3. Programmation complexe.

Elle est de deux sortes.

a) Processus de prospection: il permettra le choix et la planification à plus ou moins long terme de stratégies pouvant éventuellement s'étendre sur plusieurs étapes au lieu d'une seule. Pour cela, le CR forme des extensions successives de son paysage actuel pour trouver simultanément les causes de la situation (cf. plus haut) et les stratégies possibles pour y répondre; et il anticipe virtuellement (sans coût) leur effet possible sur l'évolution future, compte tenu des informations mémorisées, y compris les risques de fractures. Ceci peut conduire à former une nouvelle extension du paysage (via une nouvelle boucle entre le CR et la Mémoire) pour rechercher des informations plus précises conduisant à sélectionner une stratégie mieux adaptée.

 Le processus de prospection consiste à former, par extension interne au paysage, une succession de paysages anticipés "virtuels" possibles sur lesquels des stratégies sont "testées". Il conduit à choisir une suite de stratégies Si pour plusieurs étapes; chaque stratégie dépend de la réalisation des précédentes, et la stratégie Si+1 ne sera exécutée qu'une fois Si réalisée. Les commandes d'effecteurs qu'elles déclenchent successivement peuvent, selon le cas, être faites directement dans le paysage du CR, ou indirectement par l'imposition de stratégies à des CR inférieurs.

En particulier, on pourra ainsi programmer la formation dynamique d'une colimite 2-itérée N en 2 étapes: la première stratégie rajoutera les colimites Ni de divers patterns, ce qui introduira aussi des liens simples ou complexes entre ces Ni; une fois ces Ni construits, une nouvelle étape du CR commence, et sa nouvelle stratégie rajoutera la colimite N d'un pattern formé avec ces Ni et des liens distingués entre eux.

 b) Programmation multiple. Dans un CR conscient, la continuité d'un processus peut être maintenue malgré des interruptions temporaires suivies de reprises à l'endroit voulu (ce qui, dans les langages orientés objet, est représenté par un "thread"; cf. Niemeyer & Peck 1997; aussi utilisé par Josephson 1998). Dans certains cas, ceci peut être modélisé comme plus haut par un choix de stratégies sur plusieurs étapes, par exemple si les interruptions consistent à attendre que des tâches imposées par une de ces stratégies soient réalisées par des CR inférieurs.

Dans d'autres cas, il s'agira de programmer simultanément plusieurs stratégies à long terme maintenant une activation continue d'effecteurs de niveaux inférieurs, qui ne transparaît au niveau conscient que de manière alternative. Par exemple parler et conduire une voiture peuvent être 2 activités simultanées, auxquelles on porte plus ou moins d'attention à un instant donné. La réactivation consciente à un instant donné d'une de ces stratégies, disons S, peut être programmée par le CR conscient, ou lui être imposée par une fracture occasionnée à un CR inférieur effectuant S par un stimulus extérieur (un obstacle se présente, requérant l'attention du conducteur pour freiner). La réactivation de S se fait de manière instantanée et sans entraîner de fracture dans le paysage du CR conscient (la discussion peut reprendre au même point).

 Les différentes stratégies seront modélisées, dans le paysage étendu du CR conscient, par les objets de la multicolimite (au sens de Diers 1971) d'un pattern englobant les objectifs de toutes les stratégies; selon le contexte, c'est l'un ou l'autre de ces objets (déterminant ainsi la stratégie qui sera réalisée) qui est activé.

 

 

 

II. Application à un système neuronal (cf. EV 1990)

  

4. Le SEM des neurones

 Un système neuronal peut être modélisé par un SEM, et, pour un animal supérieur, ce SEM a des CR conscients au sens précédent. Décrivons comment les différents processus impliqués dans le fonctionnement d'un SEM peuvent s'implémenter dans le cerveau, en tenant compte des résultats neurophysiologiques connus. En particulier, on utilisera la règle de Hebb et l'existence de boucles anatomiques entre différentes aires cérébrales (boucles limbo-corticales et cortico-corticales), telle la "boucle de la conscience", que Edelman (1989, page 100) met à la base de sa théorie de la conscience primaire.

 4.1. Catégories de neurones.

Pour construire la catégorie des neurones à un instant donné t, on part du (multi)graphe orienté ayant pour objets les neurones et pour flèches les synapses entre eux. Ce graphe est étiqueté:

• A chaque neurone N on associe son activité en t, mesurée par sa fréquence instantanée d'impulsion, et son seuil de potentiel; on dit qu'il y a activation de N en t lorsque son activité augmente en t.

• A chaque synapse de N à N' on associe sa force s qui dépend du délai de propagation et de l'activité de N nécessaire pour déclencher l'activation de N' le long de la synapse.

• On définit la force d'un chemin synaptique comme étant le produit des forces de ses liens successifs.

 La catégorie des neurones en t a pour objets les neurones et pour liens les classes d'équivalence de chemins synaptiques pour la relation: deux chemins entre les mêmes neurones sont équivalents s'ils ont la même force. La combinaison des liens se fait par concaténation. C'est une catégorie pondérée par la force des liens.

 4.2. Assemblées synchrones de neurones.

L'imagerie médicale a mis en évidence que le fonctionnement cérébral dépend essentiellement de l'activation d'assemblées de neurones synchrones (au sens de Hebb 1949, ou groupe neuronal d'Edelman 1989, cf. aussi Changeux 1983 ...). Celles-ci vont être modélisées par des unités "formelles" ajoutées à la catégorie des neurones et qui émergeront pour devenir la colimite du pattern de neurones formant l'assemblée.

 Le SEM des neurones est un SEM ayant pour catégorie état en t une catégorie obtenue par complexifications successives à partir de la catégorie des neurones. Ainsi ses objets, appelés cat-neurones, sont construits comme des colimites itérées, basées sur la catégorie des neurones.

 Les cat-neurones d'ordre 1 sont obtenus comme (simple) colimite d'un pattern de neurones, et ils modélisent des assemblées synchrones de neurones au sens de Hebb. En effet, l'émergence par complexification d'une colimite N ajoutée pour recoller un pattern P se manifeste par le renforcement des liens distingués du pattern, ce qui entraîne une synchronisation de l'activité de ses composants permettant des actions collectives. Cette synchronisation est de brève durée (cf. Rodriguez et al. 1999; Miltner et al. 1999; Usher & Donnelly 1998); elle est relative à la complexité des neurones impliqués (e.g., plus longue dans le cortex associatif) et ne signifie pas que les délais de propagation des liens distingués deviennent nuls, mais qu'ils soient faibles relativement aux délais de latence des objets sur lesquels ils agissent.

 4.3. Principe de Multiplicité.

Les liens du cat-neurone N, colimite de P, vers un (cat-)neurone N' correspondent (par définition d'une colimite) aux liens collectifs de P vers N', qui permettent que N' soit activé par l'assemblée synchrone agissant dans son ensemble. Ainsi le cat-neurone N modélise l'assemblée synchrone en tant qu'elle peut transmettre son activation.

Toutefois les données expérimentales montrent que dans certains cas, deux assemblées synchrones différentes peuvent transmettre la même activation, c'est-à-dire remplir la même "fonction". Cette propriété est importante, car elle est à la base de la robustesse du fonctionnement cérébral, permettant en particulier des récupérations de fonctions après une destruction partielle du cerveau. Pour modéliser cette propriété,

On suppose que le SEM des neurones vérifie le Principe de Multiplicité assurant que deux patterns non-équivalents P et P' peuvent avoir la même colimite; le passage entre P et P' est alors appelé un balancement complexe.

 

 

 

 5. Activité des cat-neurones

 5.1. Cat-neurones d'ordre supérieur.

Ces cat-neurones sont obtenus par des complexifications successives. Ainsi, un cat-neurone M d'ordre 2 est la colimite d'un pattern de cat-neurones Ni d'ordre 1; son émergence consiste en leur synchronisation par renforcement de leurs liens distingués. Comme chaque Ni représente une assemblée synchrone de neurones, M représente une superassemblée (i.e., une assemblée d'assemblées) synchrone de neurones. Bien que M soit une unité formelle, son activation représente une processus physique dynamique, à savoir le déploiement de cette superassemblée: d'abord l'activation des différentes assemblées synchrones Ni , puis la synchronisation de leur activité le long de leurs liens. Par exemple ce processus a été observé dans la perception des odeurs (Wehr & Laurent 1996).

Plus généralement, un cat-neurone d'ordre k+1 est la colimite d'un pattern P de cat-neurones d'ordre k, qui agit en tant qu'assemblée synchrone de cat-neurones. Il s'ensuit que c'est aussi la colimite k-itérée d'une ramification basée sur les neurones, et ainsi il représente une hyperassemblée synchrone de neurones, c'est-à-dire une assemblée synchrone d'assemblées d'assemblées... de neurones. Son activation consiste en le déploiement dynamique graduel de la ramification formée par ces assemblées successives, à partir du niveau des neurones.

 5.2. Liens entre cat-neurones.

Il y a deux sortes de liens entre cat-neurones. Un "lien simple" entre deux cat-neurones N et M recolle une gerbe de liens entre les cat-neurones des assemblées synchrones qu'ils représentent; sa force est déduite de celle des liens de la gerbe.

Soit P et Q deux assemblées synchrones de cat-neurones, N et M les cat-neurones qui en sont les colimites. Une gerbe de P vers Q est une famille maximale de liens des neurones Pi de P vers ceux Qk de Q, corrélée par les liens de P et vérifiant la condition: chaque Pi est lié à au moins un Qk et, s'il est lié à plusieurs, ceux-ci sont reliés par un zig-zag de liens distingués dans Q.

Un lien (P,Q)-simple de N et M est obtenu par recollement des liens d'une telle gerbe, et sa force sera calculée par sommation pondérée à partir des liens de la gerbe.

Nous avons dit que deux assemblées synchrones P et P' différentes pouvaient être représentées par le même cat-neurone N (Principe de Multiplicité). Il s'ensuit qu'un composé de liens simples peut ne pas être simple; on l'appelle alors un lien "complexe":

 Un lien qui n'est pas simple est dit lien complexe s'il est le composé d'une suite de liens simples recollant des gerbes non adjacentes, séparées par des balancements complexes. Sa force est le produit des forces des liens simples qui le composent.

 5.3. Activité d'un cat-neurone.

L'activité d'un cat-neurone d'ordre 1 à un instant donné dépend de l'activité des neurones de l'assemblée synchrone qu'il représente, et de la force des liens distingués le long desquels ils échangent des informations. Un neurone N d'ordre supérieur est la colimite d'un pattern P de cat-neurones d'ordre inférieur. Ainsi, par induction, nous pouvons calculer l'activité de N en supposant que les activités ont déjà été calculées au niveau de P.

 Soit (t,t+µ) le délai de propagation moyen au niveau du cat-neurone N colimite du pattern P. A chaque instant y entre t et t+µ, un objet Pi du pattern P est aussi activé par les autres Pj auxquels il est joint dans P. L'activité communiquée à Pi par Pj via un lien distingué est égale à sji(y) cj(y), si cj(y) est l'activité de Pj et sij(y) la force du lien. Par sommation, l'activité de Pi en y est la somme ai(y) de ci(y) avec tous les sji(y)cj(y) relatifs aux liens distingués arrivant à Pi. L'activité a(t) de la colimite N sera alors la moyenne de la somme des ai(y) pendant le présent actuel, soit:

L'activité de N augmentera donc si celles des cat-neurones Pi augmente ainsi que la force de leurs liens distingués. Toutefois N peut aussi représenter une autre assemblée P' (Principe de Multiplicité). Dans certains cas, P peut être activée, tandis que P' est au contraire inhibée de par l'extérieur; il y aura alors conflit pour l'activation de N, l'effet le plus important l'emportant après un temps de latence. En particulier si le balancement de P à P' est complexe, il faudra que l'activité de P soit assez forte pour qu'elle puisse se transmettre à P' via N; autrement dit, un balancement complexe exige une certaine énergie pour être effectué.

 

 

 

 6. Règle de Hebb étendue

 6.1. Règle de Hebb.

En 1949 Hebb a proposé que la force d'une synapse est modifiée en accord avec la règle suivante (en fait cette règle avait déjà été pressentie par Hering au XIXe siècle):

 Règle de Hebb: Si les activités des neurones pré-synaptique et post-synaptique augmentent simultanément, la force de la synapse les joignant augmente proportionnellement; inversement, si elles varient en directions opposées, la force de la synapse diminue.

 Cette règle a été expérimentalement vérifiée pour les synapses de la plupart des aires du cerveau (cf. e.g. Zhang et al. 1998; Frey & Morris 1997), et aussi pour des groupes de synapses (Engert & Bonhoeffer 1997). Nous allons montrer comment elle s'étend aux cat-neurones et aux liens simples et complexes entre eux.

 6.2. Règle de Hebb étendue aux liens simples entre cat-neurones.

 Règle de Hebb pour les liens simples: La force d'un lien simple entre deux cat-neurones N et M augmente si les activités de N et M augmentent simultanément; elle décroît si elles varient en directions opposées.

 Montrons cette règle pour des cat-neurones d'ordre 1; elle s'étend alors par induction aux cat-neurones d'ordre supérieur. En effet, soit g un lien simple de N vers M recollant une gerbe G de P vers Q. Supposons que les activités de N et M augmentent simultanément par répercussion de celles des assemblées synchrones P et Q. La force d'un lien de la gerbe va augmenter par suite de la règle de Hebb usuelle, puisque les activités des neurones Pi et Qk qu'il relie augmentent. La force du lien g étant déduite de la somme pondérée des forces des liens de la gerbe, il s'ensuit qu'elle augmente aussi. Ainsi la règle de Hebb s'étend aux liens simples.

 6.3. Règle de Hebb étendue aux liens complexes entre cat-neurones.

Venons-en à un lien complexe gh, composé de deux liens simples g de N vers M et h de M vers N°, ces liens recollant des gerbes de P à Q et de Q' à P° non adjacentes, avec un balancement complexe entre Q et Q'. Sa force est fonction croissante de celle des deux liens simples. Si les activités de N et de N° augmentent, il semble qu'on ne puisse rien en déduire, car on ne sait pas comment varie l'activité de M. Toutefois, si l'activité de N est assez forte pour se transmettre à M via g, la règle de Hebb entraîne que, par contrecoup la force de ce lien va augmenter. Mais alors les activités de M et N° augmentent ensemble et la même règle implique que le lien h de M à N° sera aussi renforcé. Il s'ensuit que la force du lien complexe gh, dépendant de celles des deux liens simples, augmentera. Donc:

 La règle de Hebb s'étend aussi à des liens complexes, à condition que l'activité des cat-neurones les joignant dépasse un certain seuil.

 

 

 

7. Développement de la mémoire

Un animal a une connaissance innée, ou apprend ultérieurement, les principaux traits de son environnement et différentes stratégies pour y répondre. Ses expériences (perceptions, mouvements, choix de stratégies et leurs résultats, processus cognitifs de toute nature) sont mémorisées de manière flexible sous la forme de neurones (pour des stimuli simples), de cat-neurones représentant des assemblées synchrones de neurones, ou de cat-neurones plus complexes d'ordre supérieur. Elles seront reconnues dans des situations analogues ultérieures, via l'activation de ces cat-neurones, ce qui conduit à des comportements mieux adaptés.

L'émergence de ces cat-neurones développe le sous-ES hiérarchique du SEM des neurones, noté Mem, qui forme sa Mémoire. Mem n'est pas un registre immuable, mais se transforme progressivement pour tenir compte des nouvelles expériences; par exemple si une stratégie qui avait de bons résultats échoue par suite de changements du milieu ambiant, ceci se réfléchira dans Mem par une diminution de la force du lien permettant de choisir la stratégie.

 

 7.1. Mémoire empirique et Mémoire procédurale.

Un stimulus simple active un pattern R de récepteurs dans les aires inférieures du cerveau (e.g., les aires visuelles V1); d'après la règle de Hebb, ses liens distingués se renforcent sous l'effet de l'activation synchrone des objets du pattern. Si l'activation est assez forte, ou si le stimulus se répète, le pattern est transformé en une assemblée synchrone de neurones, qui prend une unité en tant que telle, et que nous représentons par un cat-neurone M dans Mem (émergeant comme colimite de R).

Un stimulus plus complexe, externe ou interne, est décomposé en un pattern de stimuli plus simples déjà mémorisés sous la forme de (cat-)neurones Mi , et sa mémorisation se fait par l'émergence d'un cat-neurone d'ordre supérieur dans M, recollant le pattern de ces Mi.

 La mémorisation d'un stimulus Q est modélisée par la formation d'un cat-neurone M dans Mem, représentant l'(hyper)assemblée synchrone de neurones activée par Q. On appelle M l'empreinte de Q.

 Si un stimulus analogue se présente à l'animal plus tard, M sera rappelé de Mem par son activation, ce qui permet la reconnaissance du stimulus via les différents CR (cf. Section 8).

 De même une stratégie pourra être mémorisée par la formation d'un cat-neurone, sous l'effet du renforcement des liens distingués du pattern regroupant ses objectifs. Les cat-neurones (de tous ordres) représentant des stratégies, avec les liens compatibles entre eux (e.g., ceux correspondant à l'inclusion d'une sous-stratégie dans une stratégie) forment la Mémoire Procédurale, qui est un sous-SE de Mem, noté Strat.

 7.2. Mémoire sémantique.

Elle se forme (comme décrit dans la Partie I) dans des systèmes neuronaux plus évolués ayant un cortex associatif développé, et elle permet une classification des items déjà mémorisés dans Mem en classes d'invariance relatives à différents attributs. Ses objets, appelés concepts, sont des unités formelles C représentant la classe des (cat-)neurones M activant une même assemblée synchrone de neurones (ou, dans les niveaux plus élevés, de cat-neurones); dans ce cas, on dit que C est un concept de M (pour certains attributs), et que M est une instance de C.

 Un concept est modélisé par la limite C du pattern P représentant une assemblée synchrone de (cat-)neurones, P; ses instances sont les cat-neurones M dans Mem pour lesquels il existe un message collectif de M vers le pattern P (capable de transmettre l'activation de M à l'assemblée tout entière). Ce message collectif se recolle alors en un lien canonique de M vers C.

 L'activation d'un objet M de Mem se transmet à son concept C, s'il existe, et via celui-ci aux concepts relatifs à ses attributs particuliers (couleur-concept, forme-concept,...). Inversement, l'activation de C se transmet à l'assemblée synchrone P qu'il symbolise, mais pas aux diverses instances de C; toutefois, sous l'effet d'une activation diffuse de lMem (e.g., sous l'effet d'une plus grande attention), une des instances M peut être activée, auquel cas le lien de M vers C se renforce par la règle de Hebb, permettant par un processus d'abduction de "remonter" du concept à cette instance. 

 

 

 

8. Fonctionnement des CR

 Les CoRégulateurs (CR) du SEM des neurones sont des sous-ES situés ou basés dans diverses aires corticales (basés signifiant que leurs agents sont des cat-neurones représentant des (hyper)assemblées de neurones de ces aires); par exemple on aura des CR inférieurs contenus dans les aires visuelles V1, tandis que les agents de CR supérieurs sont des cat-neurones plus ou moins complexes basés dans le cortex associatif. (Cf. Section 9 pour une comparaison avec les unités de traitement et de conscience de Crick 1994.)

Chaque CR a, dans son paysage, un accès différentiel à Mem lui permettant de "reconnaître" les items mémorisés. Il participe aussi à son développement directement et/ou indirectement via le jeu entre les stratégies des divers CR. Décrivons comment ces opérations reposent sur l'activation des boucles thalamo-cortico-corticales, à l'aide de la règle de Hebb.

 8.1. Mémorisation et reconnaissance par un CR.

Un CR particulier, disons E, ne reconnaît que certains attributs d'un stimulus. Considérons un stimulus Q (interne ou externe) qui active un pattern R de (cat-)neurones. Il ne sera observable dans le paysage de E qu'au travers du pattern r' des perspectives venant d'un sous-pattern (éventuellement vide) R' de R. Il sera mémorisé par la synchronisation de r' qui entraîne le renforcement de R' en une assemblée synchrone de (cat-)neurones; celle-ci est mémorisée dans Mem sous la forme d'un cat-neurone M', appelé la E-empreinte de Q.

Le stimulus Q a une E-empreinte M' si M' est la colimite du pattern R' et s'il existe une perspective m' de M' qui est la colimite du pattern r' de perspectives activé par Q dans le paysage de E. Dans ce cas, le stimulus peut être ultérieurement reconnu par E lorsque m' est assez activé pour devenir observable dans le paysage actuel de E.

 Si Q a une E-empreinte M', sa reconnaissance ultérieure par E résulte de la règle de Hebb. En effet, puisque M' a une perspective m' colimite de r', il existe un agent A de E tel que à la fois m' et chaque perspective de r' ont un de leurs aspects arrivant à A. La présentation ultérieure du stimulus activera A via les aspects de r' et M' via le pattern R'. Les activités de A et de M' croissant simultanément, d'après la règle de Hebb la force d'un lien de M' vers A augmente, donc la perspective m' se renforce, et elle devient observable dans le paysage actuel de E, permettant la reconnaissance des attributs de Q détectés par ce CR.

 Un CR reconnaîtra entièrement le stimulus Q et pas seulement certains de ses attributs si la CR-empreinte M' de Q est identique à son empreinte (globale) M, ce qui signifie que chaque cat-neurone activé par Q soit observable dans le paysage actuel du CR. Cependant on doit remarquer que, même dans ce cas, le CR n'a pas accès à l'empreinte M elle-même, mais seulement à sa perspective m' dans le paysage actuel, c'est-à-dire à une représentation "subjective" de M (pour un CR conscient, cette différence permet-elle de rendre compte des "qualia"?).

 La différence entre l'empreinte M et sa perspective m' explique qu'il peut être difficile de rappeler volontairement M de Mem à un instant donné, si m' n'est pas assez forte pour être observable dans le paysage; par exemple, nous pouvons ne pas trouver le nom de quelqu'un que nous rencontrons, mais nous le rappeler plus tard. Plus sérieusement, ceci peut expliquer certaines dysfonctions du cerveau provenant non d'une destruction des empreintes, mais seulement de celle de leurs perspectives conscientes.

 8.2. Rôle des CR dans le développement de la Mémoire.

Un CR participera à la mémorisation d'un stimulus Q directement par son choix de stratégies, et/ou indirectement via le jeu entre les stratégies des différents CR. En effet, un CR supérieur peut prendre pour un des objectifs de sa stratégie de renforcer le pattern de perspectives qu'il reçoit de Q (cf. ci-dessus); par exemple, nous pouvons faire un effort pour retenir un numéro de téléphone. De cette façon, il concourt à la formation de la CR-empreinte M', et il peut éventuellement mémoriser aussi une stratégie S' en réponse à Q, de sorte qu'une activation ultérieure de M' activera S' le long du lien entre eux.

Généralement, l'empreinte globale M de Q émergera seulement après le jeu des stratégies entre les différents CR, qui recollera les différentes CR-empreintes de Q; ceci conduit au renforcement de tout le pattern R activé par Q en une assemblée synchrone, représentée par M. Si M est lié à une stratégie mémorisée S, celle-ci sera activée par Q via M, et le choix de S par le système peut imposer une stratégie à un CR pour lequel Q n'a pas de CR-empreinte, éventuellement causant une fracture dans son paysage.

Les CR supérieurs participent aussi au développement de la Mémoire sémantique, et peuvent rappeler un stimulus Q à l'aide d'un concept C de M (cf. Partie I).

 8.3. Extension du paysage d'un CR conscient.

Le paysage actuel d'un CR recolle des parties de ses paysages instantanés pendant son présent actuel (cf. Section 1). Pour un CR de niveau supérieur, ces paysages instantanés contiennent aussi des perspectives d'objets B de niveaux inférieurs, trop faibles ou fugaces pour être observables "tels quels" dans le paysage actuel.

Un CR conscient est basé dans des aires corticales supérieures. De l'existence de liens cortico-thalamiques, il résulte qu'une activation diffuse de ses agents (par exemple par suite d'une fracture dans son paysage actuel) va activer la formation réticulée; intuitivement, il y a accroissement de l'attention. Les liens de la formation réticulée vers les autres aires (on utilise ici l'autre sens de la boucle reliant cortex et formation réticulée) transmettent cette activation de manière diffuse, augmentant ainsi le "bruit de fond". Il en résulte une extension du paysage actuel par un phénomène de résonance stochastique qui a été mis en évidence expérimentalement (cf. Wiesenfeld & Moss 1995; Levin & Miller 1996; Collins et al. 1996).

Par exemple, si une horloge sonne 4 coups, chaque coup active brièvement des récepteurs auditifs, qui activent l'empreinte du son dans Mem, laquelle persiste un peu plus longtemps. Si durant une courte période suivant leur disparition je cherche à savoir quelle heure vient de sonner, je peux retrouver non l'effet direct des sons qui a déjà disparu, mais leurs empreintes.

 

 Considérons un lien d'un (cat-)neurone M vers un agent A dont la perspective n'est pas observable dans le paysage actuel. L'activation simultanée de M et de A par bruit croissant ou par augmentation de l'attention conduit à un renforcement de ce lien (règle de Hebb). Si cette activation est assez grande, la perspective de ce lien peut devenir observable dans le paysage actuel conscient rétroactivement étendu.

 L'extension rétroactive du paysage actuel se fait donc par renforcement de perspectives figurant dans les paysages instantanés, mais initialement trop faibles pour être retenues dans le paysage actuel. C'est donc une ouverture sur les répercussions internes plus faibles qu'ont eues les événements conduisant à la fracture, de sorte que ses causes pourront être découvertes par le processus de rétrospection.

Les processus de prospection et de programmation complexe de stratégies pour plusieurs étapes consécutives se font dans des paysages étendus virtuels, qui donnent une représentation de la manière dont le paysage pourrait évoluer tenant compte des expériences antérieures mémorisées. Ils utilisent différents circuits cérébraux, en particulier ceux responsables des liens du CR au cortex moteur (ce qui permet d'activer des effecteurs) et aux aires frontales (pour l'accès à la sémantique). En particulier, on a prouvé (Koechlin et al, 1999) que le cortex fronto-polaire préfrontal (qui est plus développé chez les humains que chez les autres primates) intervient sélectivement dans la capacité, nécessaire pour une programmation multiple, de retenir un but central pendant qu'on explore et réalise des buts secondaires. 

 

 

 

9. Remarques et Compléments

 

 9.1. Conscience et Temps.

La conscience est un détecteur de causalité, ce qui procure un avantage sélectif à long terme en permettant d'agir sur les causes d'une fracture, alors qu'un CR non-conscient ne peut qu'en neutraliser les effets de manière purement symptomatique, sous l'effet de contraintes externes ou comme résultat d'un apprentissage par essais-erreurs.

Avec l'oscillation entre ses processus de rétrospection et de prospection, elle revient à une internalisation de la notion de temps en contraste avec l'image plus stable du monde que la mémoire présuppose. Passé et futur sont seulement ressentis par leurs répercussions sur le présent actuel d'un CR conscient. Un événement passé Q n'est pas rappelé tel quel, ni même par son empreinte M plus ou moins stable dans Mem, mais par la perspective de M dans le paysage actuel (étendu); ainsi il prend une coloration dépendant du contexte (e.g., notre humeur influence notre vue d'une situation). Le futur est déduit de la construction de paysages étendus virtuels dans lesquels nous projetons nos désirs et nos peurs. A comparer avec Kant pour qui le temps est la forme de notre état interne; et avec Merleau-Ponty (1945) pour qui "la conscience déploie ou constitue le temps" et le temps "n'est pas un objet de notre savoir, mais une dimension de notre être".

La formation et l'extension du paysage conscient à partir des paysages instantanés se déroulant pendant le présent actuel sont bien mis en évidence par l'expérience déconcertante d'un vide complet après un réveil brusque. En effet, on part alors d'une mémoire de travail consciente vide, et il faut que s'écoule la durée d'au moins un présent actuel pour reformer un paysage actuel conscient à partir des nouveaux paysages instantanés; les aspects venant des niveaux supérieurs de la mémoire sont d'autant plus longs à se réactiver que le métabolisme est ralenti, de sorte que la Mémoire sémantique revient peu à peu, au fur et à mesure que les nouvelles perceptions vont réactiver des items dans la Mémoire, lesquels eux-mêmes activent d'autres items auxquels ils sont liés, jusqu'à retrouver une claire vision de la situation.

 9.2. Comparaison avec d'autres auteurs.

Le modèle développé ici (déjà proposé dans EV 1992) a été très influencé par les idées d'Edelman (1989) et de Changeux (1983) sur la conscience. En particulier l'étude des bases neurologiques de la conscience primaire par Edelman nous a donné un support expérimental pour les processus par lesquels nous caractérisons un CR conscient.

Le modèle est aussi en accord avec l'étude plus récente de Crick (1994) sur la conscience visuelle. Crick suppose l'existence d'unités de "traitement" (inconscientes, telles celles dans V1) et d'unités de "conscience". Chaque unité aurait sa propre représentation semi-globale et son propre accès à la mémoire à court terme dans lequel le circuit thalamo-cortico-thalamique peut être étroitement impliqué en tant que circuit réverbérant.Ces propriétés sont exactement celles que nous avons attribuées à nos CR, les unités de traitement correspondant à des CR inférieurs, les unités de conscience à des CR supérieurs conscients. Les circuits réverbérants que Crick considère sont ceux qui permettent l'extension du paysage actuel et les processus de rétrospection et de prospection dans le paysage étendu.

 9.3. Langage et Conscience de soi.

La conscience ne nécessite pas le langage. Mais celui-ci rend ses processus plus efficaces en permettant de stocker des informations complexes (cat-neurones d'ordre supérieur) sous la forme plus compacte de mots, de sorte qu'on peut effectuer plus d'opérations sur eux. La conséquence est le développement d'une "algèbre d'objets mentaux" plus riche et de processus cognitifs d'ordre supérieur.

Un CR conscient supérieur peut former un concept de "soi" s'il peut analyser son paysage actuel de manière globale et internaliser ses processus. Chez l'homme, ceci dépend fortement des communications et interactions avec la société, en particulier au travers du langage et de l'éducation. La conscience de soi repose sur une notion de "continuité du moi" provenant du chevauchement des paysages actuels successifs et de leur accès à la Mémoire plus stable. C'est donc une construction, initiée par l'existence de fractures conscientes qui révèlent l'existence d'un "non-moi" et, par contre coup, conduisent à une différentiation du "je". D'où le "Cogito ergo sum" qui signifie que la pensée, comme perception consciente d'une suite de fractures, donne sens à mon existence par contraste à mes limitations.

 

 

 

III Illustration: Petit essai champêtre sur la conscience

 

Ici l'étude précédente est illustrée sur un exemple concret, où les différents processus sont décrits dans un langage "ordinaire", puis traduits en termes d'un CR conscient. 

 

10. Exemple général

 10.1. Mémorisation automatique de multiples stimuli.

Le regard court sans but. L'"œil" conserve diverses images d'objets, de taches, de couleur, de lumière, de formes. Parallèlement l'esprit travaille à une autre tâche, par exemple surveiller l'apparition d'un mouvement pouvant traduire une présence autre possible (proie pour le prédateur, prédateur pour le gibier, objet de curiosité ou d'étude pour l'homme ...)

Formation des paysages de plusieurs CR de niveaux inférieurs qui enregistrent des tas de données tandis que le CR conscient poursuit une stratégie quelconque.

 10.2. Classement sémantique automatique des stimuli reconnaissables, tout en poursuivant parallèlement un problème en cours.

Une tache dans le ciel à l'instant t ne représente rien qu'une tache d'une forme vague, peu distincte. Cette tache est associée sémantiquement à toutes sortes de choses:

• indéterminée sans intérêt (simple tache mal délimitée, moucheron ou autre insecte,...)  

• mal déterminée peu intéressante (petit oiseau très lointain, feuille qui vole, avion)

• mieux déterminée, plus intéressante mais restant imprécise (forme d'oiseau lointaine).

Dans ces trois cas, la classification autonome a permis d'activer indifféremment les concepts insecte, petit oiseau, oiseau, feuille, avion, comme possibles, mais bien entendu, différemment selon que l'observateur est une souris, un chat ou un homme (avion uniquement pour ce dernier, feuille pour l'homme et le chat, oiseau pour la souris seulement si la tache est assez grande).

La tache avec ses propriétés est "stockée" et analysée dans des paysages de CR inférieurs, lesquels sont inclus dans les paysages instantanés du CR conscient mais non perçus dans son paysage actuel, qui poursuit sa stratégie en cours

Suivant le degré d'attention de l'observateur, certains circuits sémantiques sont en attente plus que d'autres. Soit il attend toute tache dans le ciel, soit il attend une tache d'un certain type (stratégie). Dans le premier cas, son attention convergera vers n'importe quelle tache causant la fracture. Dans le deuxième cas, ce ne seront que les types analogues à l'objet de sa recherche qui feront converger son attention.

 Selon la stratégie à long terme, la tache va ou non déclencher une fracture au niveau conscient.

 10.3. La conscience de ces stimuli, ou plutôt de leur traduction classifiée, survient s'il y a rétrospection sur les items activés inconsciemment par un phénomène de circulation interne autonome.

La convergence de l'attention au moment t+f produit une "crête de conscience", qui permet une oscillation synchrone entre les circuits préexcités par la stratégie et les circuits qui ont conservé dans la mémoire courte les différents attributs de la tache. Le vol de l'avion est rectiligne lointain, accompagné d'un bruit sourd, le vol du rapace est courbe, lent et souple, tournoyant ce qui le fait s'approcher et s'éloigner alternativement accompagné de piaulements, le vol du petit oiseau sera ondulé, sautillant, haché, accompagné de cris significatifs, le vol de l'insecte incertain, proche d'une plante, vrombissant etc....

Ce phénomène est soit très fugace, brève prise de conscience instantanée, soit prolongé, conduisant à une fracture dans le paysage conscient. Dans ce cas, il se forme comme un univers virtuel actif et momentanément autonome, qui envahit le potentiel d'attention, de mémorisation, d'observation du sujet, avec rétrospection permettant de multiples comparaisons:

 

• entre tache en t, t+1, t+2, ... t+f

• entre tache en t et circuits préexcités

• entre tache en t+1 et circuits préexcités

• ...............

• entre tache en t+f et circuits préexcités

et comparaisons entre les résultats des diverses comparaisons ci-dessus et les circuits préexcités pour aboutir à une boucle mobile réflexive du type:

classification ® comparaison ® mémoire sensorielle des stimuli ® extensions sémantiques et stratégies correspondantes ® classification ® comparaison ® ....

 

Lorsque la tache déclenche une fracture dans le paysage conscient, celle-ci augmente l'attention, ce qui permet la formation du paysage étendu, dans lequel la tache sera analysée avec plus de précisions en recherchant les empreintes de ses divers attributs. Cette analyse se fait par une suite de processus d'abduction et de prospection, chaque nouvel attribut reconnu conduisant à de nouvelles causes possibles, mais aussi à des stratégies pour y répondre. La rétrospection/abduction et la prospection se font simultanément, par formation de paysages virtuels successifs, comme le précisent les exemples concrets ci-après

 

 

 

11. Scénarios

 

11.1. Première étape pour l'homme (ou le chat).

"C'est un oiseau, semblable à un rapace, même s'il est petit, c'est peut-être un petit oiseau à vol de rapace, certains martinets peuvent ressembler de loin à un rapace, mais il a un vol trop lent pour un martinet; c'est un rapace comme celui qui est passé il y a quelques jours au-dessus de la pâture, presque comme celui pour lequel je me suis caché derrière l'arbre et qui s'est posé pas loin, et qui était un rapace, vu qu'il a mangé une souris", pense l'homme ou le chat.

 La stratégie pour identifier le stimulus active d'abord le concept général oiseau (car le plus "typique"), puis ses attributs sont raffinés: petit, à vol de rapace, d'où deux "stratégies" possibles: martinet et rapace. Il faut alors un nouveau retour dans le paysage étendu pour préciser les données: le vol est lent, ce qui cause une fracture dans le paysage virtuel relatif au choix "martinet"; il faut donc exclure le martinet. Reste le choix "rapace", qu'il faut confirmer. Pour cela on recherche dans la mémoire épisodique des instances du concept "rapace"; c'est une instance vue récemment (donc encore assez forte dans la mémoire) qui est activée avec la stratégie alors choisie (se cacher derrière l'arbre); et ceci rappelle une autre propriété de cette instance (mange une souris), qui a permis l'identification du rapace. D'où la conclusion qu'il s'agit bien d'un rapace.

 11.2. Nouvelle étape pour le chat.

"Et à nouveau: un rapace, mais petit, n'est-il pas plus petit que celui de l'autre jour? mais si c'est un martinet, je pourrai le manger se dit le chat; un martinet ne se pose pas, donc il faut monter dans l'arbre".

 Des informations supplémentaires "trop petit' mettent en doute la conclusion "rapace". D'où une nouvelle fracture, suivie du recommencement du processus précédent qui conduit cette fois au concept de martinet, et aux stratégies adaptées à ce cas.

 11.3. Pour la Souris.

"Je ne distingue pas très bien" constate la souris qui vaque à autre chose et ne conçoit que du coin de l'œil qu'une telle interrogation puisse mettre sa vie en jeu, sauf s'il s'agit d'une large tache très basse qui lui obture le soleil, alors c'est un danger et il faut se cacher vite dans un trou "pas de problème la tache n'est pas inquiétante et la graine est bien bonne à manger, mais où est-elle au fait cette tache? Aïe! elle a grossi, je dois me cacher." TROP TARD.

 La souris, ayant un CR conscient moins développé, ne peut étendre son paysage actuel que sur une brève durée. Il s'ensuit un rétrospection/abduction trop brève, ne permettant pas de reconnaître la vraie cause, et donc elle choisit une mauvaise stratégie, continuer à manger. Quand une nouvelle fracture intervient, la stratégie de fuite est bien déclenchée, mais il est trop tard pour la réaliser. Et la fracture est définitive!

 

 

 

12. Bibliographie


12.1. Références générales.


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 12.2. Références (EV) à des articles de Ehresmann, A. & Vanbremeersch, J.-P.


(1987) Hierarchical Evolutive Systèmes: A mathematical model for complex systèmes, Bull. of Math. Bio. 49 (1) (pp. 13-50).

(1989) Modèle d'interaction dynamique entre un système complexe et des agents, Revue Intern. de Systémique 3 (3) (pp. 315-341).

(1990) Hierarchical Evolutive Systèmes, Proc. 8th International Conference of Cybernetics and Systèmes (Ed. Manikopoulos), New York (1990), Vol. 1, The NIJT Press, Newark 1990 (pp. 320-327).

(1991) Un modèle pour des systèmes évolutifs avec Mémoire, basé sur la théorie des catégories, Revue Intern. de Systémique 5 (1), (pp. 5-25).

(1992) Outils mathématiques utilisés pour modéliser les sytèmes complexes, Cahiers Top. et Géom. Diff. Cat. XXXIII-3 (pp. 225-236).

(1992) Semantics and Communication. for Memory Evolutive Systèmes, dans Proc. 6th Intern. Conf. on Systems Research (ed. Lasker), University of Windsor.

(1993) Memory Evolutive Systèmes: An application to an aging theory, dans Cybernetics and Systems, Tata McGraw Hill Pub., New Delhi (pp. 190-192).

(1994) Emergence et Téléologie, Prépublication 14-1. Amiens.

(1996) Multiplicity Principle and emergence in MES, Journal of Systems Analysis, Modelling, Simulation 26 (pp. 81-117).

(1996) with JLC Chandler: Are interactions between different timescales a characteristic of complexity, Actes du Symposium ECHO, Amiens (162-167).