L’agrégation hiérarchisée au principe de l’abstraction dans le cerveau

- L'agrégation hiérarchisée au principe de l'abstraction dans le cerveau

Ce travail d'observation de l'abstraction dans le cerveau (IRM) comme agrégation de sensations de plus bas niveau m'a paru assez important pour en faire une brève, essayant d'en restituer les conclusions qui confirment largement pour une fois nos intuitions sur le sujet.

La fonction cognitive et la pensée abstraite viendraient de l'agglomération de plusieurs sources corticales allant du cortex sensoriel aux zones beaucoup plus profondes du connectome (diagramme du câblage des connexions du cerveau).

Cela démontre non seulement le principe de base de la cognition mais que tous les comportements cognitifs suivent une hiérarchie qui part des comportements les plus corporels, tangibles, comme un tapotement des doigts ou la douleur ressentie, et va jusqu'à la conscience et les pensées les plus abstraites comme la nomination des choses ou des concepts. Cette hiérarchie d'abstraction reflète la structure du connectome de l'ensemble du cerveau humain.

L'observation semble établir que la structure hiérarchique du connectome révèle un continuum de la fonction cognitive, une abstraction fonctionnelle progressive en fonction de la profondeur du réseau, ce qui serait une caractéristique fondamentale du cerveau qui s'observe aussi dans les réseaux artificiels.

Les régions les plus profondes du cerveau représentraient ainsi les fonctions les plus abstraites. Le degré de connectivité d'une région avec les entrées sensorielles se trouve bien corrélé à l'abstraction des fonctions cérébrales effectuées par ces régions, avec des fonctions concrètes figurant dans les zones les plus connectées à des entrées sensorielles et des fonctions abstraites apparaissant dans les zones les moins connectées aux entrées ou enfouies plus profondément dans le cortex.

Notre définition formelle de la hiérarchie (ou la profondeur du réseau de la théorie des graphes) a simplifié les phénomènes de récurrence en un continuum statistique de connectivité avec les entrées sensorielles. Cette notion de hiérarchie était essentiellement probabiliste, la profondeur étant supposée influer sur la probabilité des connexions neuronales, plutôt que les nécessitant. Nos méthodes ont débouché sur une structure pyramidale du connectome humain, avec à la base de la pyramide les entrées sensorielles alors que le sommet de la pyramide se trouve au plus profond du réseau cortical.

Plus précisément, les résultats illustrent deux constatations interdépendantes: 1) une structure de réseau hiérarchique sur la base de l'architecture corticale qui part du cortex sensoriel et se prolonge jusqu'à des régions éloignées moins reliées aux entrées sensorielles, 2) une hiérarchie correspondante des fonctions cognitives qui vont des sensations primaires jusqu'aux fonctions cognitives supérieures. Enfin, les résultats de l'étude indiquent que notre hiérarchie cognitive basée sur la profondeur du réseau correspond bien à nos intuitions en matière d'abstraction de l'information.

Les éléments comportementaux impliquant les zones du cerveau les plus connectées au monde extérieur, à la base de la pyramide, étaient liées à des perceptions simples, au traitement sensoriel ou des actions physiques. Par contre, les éléments comportementaux sollicitant les zones du cerveau les moins connectées au monde extérieur, au plus profond du réseau, dans la partie la plus éloignée des entrées sensorielles, étaient bien liées à des concepts et des symboles plus abstraits. Par exemple, "l'humour" est apparu comme l'élément comportemental le plus abstrait.

L'abstraction est définie comme suit: un processus de création de concepts généraux ou de représentations extrayant ​​les caractéristiques communes de cas particuliers, où les concepts englobants sont dérivés de situations réelles, concrètes, littérales, de l'observation ou de premiers principes concrets, souvent dans le but de compression du contenu d'information d'un concept ou d'un événement observable, en ne retenant que les informations pertinentes pour un objectif ou une action précise.

La structure hiérarchique par agrégation est très robuste, résistante aux perturbations puisque l'agrégation élimine les détails, et elle est de même nature que ce soit à partir de la vision, des sons ou des odeurs. Cette structure hiérarchique qui part des entrées sensorielles expliquerait de plus le rôle de l'insula dans la conscience (ou l'anesthésie) comme plaque tournante des sens, servant à l'intégration multi-sensorielle.

Avec un siège présumé de la conscience ou de l'attention positionné structurellement dans un endroit qui lui permette d'être le coordinateur des entrées sensorielles et de la cognition, ces études pourraient modifier nos conceptions de la conscience, de l'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle.

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3 réflexions au sujet de « L’agrégation hiérarchisée au principe de l’abstraction dans le cerveau »

  1. Les processeurs neuronaux des couches basses fonctionnent de manière inconsciente. Ils fusionnent leurs informations pour construire par agrégation de briques cognitives acquises un modèle mental cohérent.

    Lorsque le modèle mental est chargé d'un niveau émotionnel suffisant alors ce modèle mental unifié est présenté à la conscience. A partir de ce stade (partie haute de la pyramide), la conscience prend alors le contrôle du modèle mental pour l'affiner et réaliser sur lui des taches séquentielles. La conscience est capable en feed-back d'utiliser les processeurs neuronaux de bas niveau comme des ressources mises à sa disposition.

    Le modèle mental est présenté à la conscience lorsque aucune solution automatique de type réflexe n'est possible. Un problème sans solution inconsciente est alors formulé sous forme d'un modèle mental.

    Les processeurs neuronaux de bas niveaux jouent en quelque sorte un rôle de déclencheur du traitement conscient qui dure alors le temps jugé nécessaire à la résolution du problème.

    Tout en haut de la pyramide c'est la place des capacités méta-cognitives qui sont activées lorsque le problème ne trouve pas non plus de solution consciente. Les fonctions méta-cognitives prennent le relais.

    La représentation en pyramide pourrait laisser supposer que les parties les plus évoluées ne nécessitent qu'une partie du cerveau. Or l'imagerie cérébrale montre qu'à la prise de conscience, le cerveau dans son ensemble s'embrase. Les liaisons neuronales montantes et descendantes sont activées.

    Ma dernière lecture : Le Code de la conscience de S. Dehaene.

    Je suis curieux de savoir ce que vous pensez de ce que je pense ?

    • Je ne sais si je comprends bien mais cela fait longtemps que je défends la thèse de Laborit sur la conscience comme manque d'information mais ce moment de réflexion nécessite effectivement l'intégration de toute la personnalité, de tout le cerveau. Tout ce qui est calcul et automatisme reste inconscient tant qu'il ne rencontre pas un obstacle dans la poursuite d'une finalité consciente, elle.

      Le fait que l'abstraction soit située en profondeur ne signifie pas qu'il n'y aurait que la partie profonde qui soit en cause puisqu'on parle bien d'agrégation.

      • Votre article sur la conscience est en accord avec ce que j'ai récemment lu. Je n'ai que quelques remarques.

        "toute conscience est conscience de soi" : pour moi la conscience de soi intervient uniquement quand le modèle mental de soi est lui-même impliqué dans les traitements neuronaux. Par exemple quand on réfléchit à sa position sociale. La conscience qui nous permet de faire des opérations mathématiques pour résoudre un problème peut être juste une conscience chargée de piloter (séquencer) des processeurs neuronaux inconscients de bas niveau. Dans ce cas on est à la frontière des process conscients et inconscients, sans conscience de soi.

        Ce n'est pas que le manque de savoir qui amorce un processus conscient. Les processeurs neuronaux inconscients confient à la conscience les taches qui nécessitent un traitement séquentiel particulièrement complexe et/ou l'usage d'outils cognitifs externes. Les processeurs neuronaux de bas niveau qui ont réveillé la conscience (bottom-up) se mettent alors au service de la conscience (top-down)

        L'espace neuronal de travail est un concept qui semble faire l'unanimité des neurosciences cognitives parce qu'il modélise bien les observations scientifiques (expériences + imagerie). Il est le siège de la conscience. Il est en liaison physique avec tous les processeurs neuronaux inconscients de bas niveau et la mémoire à long terme.
        Dans cet espace les neurones modifient leurs connexions jusqu'à trouver un arrangement qui représente la solution au problème. Le principe fonctionnel global de ce mécanisme (coordination d'ensemble) reste totalement mystérieux.

        "Il n'y a pas d'ailes d'avion aussi performantes que des ailes d'oiseau", ça se discute, la charge alaire d'un gros oiseau est de 20 kg/m2, un rafale supporte 500 kg/m2 et vole à mach 2, notre oiseau serait sacrément déplumé. Comme toujours les machines surpassent la nature mais toujours par la force brute.
        Sauf pour les planeurs dont la finesse dépasse 70 mais au détriment de l'agilité.

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