Du percept au concept : une vision unifiée

Christophe Lecerf

cl AT mire.net

 

Depuis les propositions avancées par Piaget[6, 7] et son école, de nombreux arguments neuro et anatomo-physiologiques ont été recueillis en faveur du caractère incrémental de la construction des représentations mentales, dont un excellent aperçu est présenté dans Damasio[3]. Nous proposons ici des propriétés structurelles et fonctionnelles minimales se proposant d'interpréter de manière homogène la construction et l'évolution des représentations de bas niveau (percept) et de haut niveau (concept). L'ensemble de ces propriétés et des caractéristiques du réseau associé forment la théorie des Objets Mentaux Nymei[4].

 

A Cadre de référence.

Nous rappellerons d'abord les caractéristiques des représentations que nous nous proposons d'étudier, en transcrivant en termes techniques actuels les hypothèses piagetiennes, puis nous présenterons la machine Nymei.

1- Les représentations sont acquises spontanément dès lors que le réseau est en situation fonctionnelle. L'apprentissage est permanent, non explicitement supervisé. Les acquisitions sont donc le résultat d'une évolution autonome du réseau.

2- Les représentations sont l'image de relations significatives et durables de l'environnement, de nature spatiale et/ou temporelle, perceptibles au travers d'interfaces données (qui limitent ainsi le domaine de perception, la variété, la précision, l'échelle de temps, d'espace, etc...), et de leurs effets au travers de la structure mécanique de la machine (relations câblées entre les interfaces).

3- Les représentations sont hiérarchisées, ou encore leur acquisition est séquencée dans le temps. Dans la conception piagetienne, cela correspond à des niveaux de traitement des informations mis en place (acquis) progressivement au cours de l'évolution d'un individu, les percepts d'abord, les concepts ensuite.

4- Une différenciation fonctionnelle et topologique des groupes cellulaires résulte des caractéristiques des systèmes perceptifs (interfaces) auxquels ils sont connectés, tant pour le type (toucher, olfaction...) que pour la fonction concernée (proprio ou extéroceptif, topographie...).

5- Les informations relatives aux représentations (quelque soit leur nature) sont localement distribuées. Au sein d'un groupe cellulaire topologique (cf 4 ci-dessus) une structure (ensemble de cellules et connexions) se distingue et supporte fonctionnellement une représentation donnée. Toutes les cellules du groupe ne sont pas forcément concernées par chaque représentation. Enfin, c'est la caractéristique fonctionnelle de la cellule à l'origine d'un signal, et pas le signal lui-même, qui est fonctionnellement significatif pour le réseau.

 

 

La machine Nymei

Une machine Nymei est un réseau de neuromimes (parallélisme à grande échelle d'éléments unitaires simples) mis en relation avec un environnement au moyen d'interfaces. L'observation de cette machine au niveau de ses interfaces définit son comportement dans le temps. Le réseau est composé de cellules indépendantes et de connexions unidirectionelles entre ces cellules. Les interfaces sont sensitives ou effectrices, chacune des catégories étant représentée et faisant partie de la machine. A l'exception de ceux parvenant à la couche interface sensitive, tous les signaux circulant dans le réseau ont pour origine une cellule. Celle-ci est représentée par un automate à seuil doté d'états internes, produisant des signaux analogiques ou des pulses.

L'algorithme qui régit le comportement de l'automate contrôle l'évolution de l'état interne de la cellule et l'évolution des poids des connexions. Le graphe de connectivité décrivant le réseau est incomplet et il n'existe pas de connexion d'une cellule sur elle-même. La construction initiale d'un réseau lui confère un "héritage génétique" sous forme d'une structure (un ensemble de connexions et de poids) et de capacités d'évolution au niveau cellulaire (l'algorithme qui régit le comportement de l'automate). Cet héritage impose évidemment que les évolutions ultérieures se fassent à l'intérieur d'une enveloppe de variations finie, limitée par la structure initiale et les mécanismes cellulaires. Les évolutions de la structure d'un réseau dépendent ainsi de trois facteurs : les propriétés de ses cellules, sa structure initiale et l'histoire de ses interactions avec son environnement. Le comportement d'une machine Nymei désigne par extension celui du réseau neuronal qui la constitue.

 

Deux mécanismes antagonistes, implantés au niveau des cellules, ont un rôle fondamental dans le comportement du réseau Nymei car ils influent sur le débit d'informations circulantes à travers le réseau. Le premier porte sur les poids et tend à augmenter le débit en renforçant l'efficacité des connexions les plus souvent utilisées, le second porte sur l'état interne des cellules et peut les amener à bloquer la propagation des signaux si elles sont insuffisament stimulées. La dépendance des cellules et de la structure du réseau par rapport au débit circulant est une caractéristique importante du modèle Nymei, qui a pour conséquence de lier organiquement le modèle physique avec les représentations (objets mentaux) qui apparaissent sur ce support.

 

B Les concepts de base.

La théorie des Objets Mentaux Nymei s'appuie sur les hypothèses élémentaires suivantes.

1- Le couplage représentation-environnement. Ce couplage permet une rétroaction effective entre le réseau (siège d'une représentation) et son environnement au moyen d'échanges de signaux éventuellement traduits par des interfaces. Rétroaction signifie ici que les signaux de sortie du réseau influent sur les signaux d'entrée au travers d'une réaction de l'environnement.

2- Dans la théorie des Objets Mentaux Nymei, l'observation d'un régime d'échange stationnaire entre le réseau et son environnement est le témoin de l'apparition d'un Objet Mental (OM) acquis. Ce régime d'échange, quand il est suffisamment long, laisse une empreinte au niveau de la structure du réseau. Un OM est la représentation dans le réseau d'un trait de l'environnement durablement exprimé sur ses entrées. Après l'acquisition d'un OM, une nouvelle apparition du régime d'échange sera appelée évocation.

3- La structure en double boucle des OM. Si nous considérons les chemins potentiels de circulation des signaux à la sortie du réseau, une boucle définit un chemin reliant la sortie à l'entrée du réseau. Une double boucle implique donc l'existence de deux chemins simultanés entre la sortie et l'entrée du réseau. Cette double boucle impose un double couplage simultané. Dans le cas d'un OM directement lié à une caractéristique de l'environnement (un percept), cela correspond à des couplages simultanés par un chemin externe (via l'environnement) et un chemin interne (via le réseau lui-même). Ces deux chemins définissent les images primaires et secondaires illustrées dans la figure ci-dessous.

4- L'OM est une double boucle auto-entretenue, c-à-d le résultat de l'interpénétration de deux boucles de rétroaction. Le réseau qui supporte l'OM réalise ainsi un attracteur stable (résonateur) pour des conditions initiales données : structure du réseau, couplage réseau/environnement, caractéristiques de l'environnement. L'OM est ainsi une propriété émergente du réseau, manifestation significative de l'existence d'une corrélation dans les signaux d'entrée et, a contrario, son inexistence témoigne de la non perception de corrélations.

 

 

 

Dans le cas défavorable où il n'y a pas stabilisation des échanges, c-à-d pas d'objet mental constitué pour l'ensemble réseau-environnement, on peut affirmer que le réseau n'est le siège d'aucune représentation. Dans ce cas, l'absence de boucle de rétroaction rend le réseau entièrement dépendant du débit d'informations en entrée. Du fait des mécanismes cellulaires précités, il y a une valeur seuil en dessous de laquelle les cellules passent progressivement à l'état bloquant : à l'extrême, le réseau empêche tout transfert de signaux. L'incapacité à évoluer peut ainsi être sanctionnée par une perte fonctionnelle dans un premier temps, puis de potentiel évolutif, et structurelle enfin.

 

C. Propriétés conséquentes

A partir des concepts précédemment décrits, on peut déduire logiquement les propriétés suivantes.

1- L'OM est le résultat d'une adaptation active par sélection progressive d'une structure spécifique sous l'influence de l'interaction réseau-environnement.

2- L'apprentissage est permanent et spontané, non supervisé. La théorie Nymei incorpore la nécessité du contrôle de l'apprentissage et se caractérise par l'utilisation d'un vecteur unique (le débit d'informations internes) pour le contrôle et le contenu de l'apprentissage.

3- Acquisition et reconnaissance sont le double effet d'un mécanisme unique. Dans un OM constitué (voir figure), les deux flux d'entrée d'origine interne et externe du niveau 2 sont complémentaires pour le système considéré. Toute modification suffisamment importante du flux d'entrée externe (par modification arbitraire de l'environnement), se traduit par une déstabilisation du flux de sortie. L'OM réalise donc une fonction de comparateur invoquée dans de nombreux modèles (entre autres Albus[1], Changeux[2], Minsky[5]), mais qui trouve dans la théorie Nymei une origine explicitement identifiée.

D'autres propriétés se déduisent encore, que nous ne pouvons détailler ici. Citons pour mémoire :

- les OM sont durables, et leur durée de vie est une caractéristique différente de leur activation.

- les OM sont des représentations prototype des traits de l'environnement, et en ce sens des abstractions.

- les OM Nymei offrent un format unique de représentation pour les fonctions et les opérandes.

- les OM sont composables par mise en commun de structures, avec des effets positifs (renforcement, facilitation) ou négatifs (interférences ou confusion). Ainsi, les concepts sont le fruit de la composition répétée de percepts présentant des traits communs. Les concepts sont des OM de niveau hiérarchique supérieur, acquis secondairement par rapport aux percepts.

 

Conclusion

Dans le cadre d'interprétation unifié Nymei, percepts et concepts sont comparables dans leur nature, et différents topologiquement et fonctionnellement.

Ils sont l'un et l'autre le produit spontané de l'interaction réseau-environnement, ils partagent un même support (à la fois physique et de structure d'OM), et ils sont le reflet, interne à la machine, de caractères durables de l'environnement perçus au niveau des interfaces.

Ils diffèrent topologiquement : les percepts sont proches (en termes de niveau hiérarchique) des interfaces (et majoritairement alimentés par celles-ci), les concepts sont construits à partir (et majoritairement alimentés par) des évocations associatives issues du voisinage. Enfin, ils diffèrent fonctionnellement : le percept est lié à une adaptation immédiate à l'environnement, le concept à une adaptation à plus long terme (comportements globaux).

 

Bibliographie