Modèle d'un système capable d'actions réflexes

Notre modèle est inspiré du vivant. Il repose sur deux sous-systèmes (se reporter à la figure 1): un sous-système subissant un apprentissage perceptif (AP), puis un sous-système subissant un apprentissage d'objectif (AO). Les caractéristiques associées aux deux étapes de l'apprentissage sont données par la figure 3.

Figure: Schéma temporel des phases d'apprentissage.

L'échelle des temps est globale et correspond à la durée de vie du système. Au cours de cette période, une phase de maturation des capacités de perception (phase 1) est indispensable avant de pouvoir envisager l'apprentissage de l'atteinte d'un objectif (phase 2). Cette maturation aboutit à une capacité d'anticipation de l'évolution conjointe des signaux de perception et des signaux moteur; en cas d'échec de cette phase, un apprentissage de phase 2 peut ne pas aboutir à un résultat fiable.

Le système global peut être vu comme un animat [Meyer et Wilson, 1991], dont les actions réflexes sont régies par un signal de renforcement, associé à une motivation.
L'AO correspond alors à la phase de conditionnement de cet animat. La figure 3 montre que nous supposons que ce conditionnement n'est possible que si l'animat est capable, au préalable, d'interpréter les signaux perceptifs qu'il reçoit: cette capacité doit être apprise, grâce à l'AP.
Celui-ci correspond à la phase de formation des capacités de perception humaines. D'un point de vue physiologique, elle se traduit par une structuration neuronale qui accompagne l'expérience perceptive de l'individu. D'un point de vue cognitif, ces capacités permettent de transformer les signaux d'entrée en informations perceptives , utilisables pour accomplir une tâche spécifique. Le résultat de l'AP est un processus de catégorisation, dont le rôle est de produire une information perceptive, utilisable par l'AO.
Pour former le processus subissant l'AP, nous utilisons l'hypothèse, introduite entre autres par Berthoz [Berthoz, 1997], que les capacités d'anticipation sont un élément décisif de la perception. Celles-ci sont possibles dans le cadre d'une mise en cohérence de ce qui est anticipé et de ce qui est effectivement observé par l'entité.
L'analyse préalable des aspects généraux de la catégorisation fait ressortir trois points importants:

• le lien étroit entre la perception et une mémoire
• le caractère non déterminé a priori du nombre de catégories
• l'association entre la perception et le sentiment de certitude sur l'existence de cette perception

Voici comment nous utilisons cela pour modéliser le sous-système de catégorisation. La détection d'une information perceptive est le résultat d'un mécanisme de sélection fonctionnant à chaque pas de temps. Le rôle de la mémoire est d'engendrer, à chaque instant, un ensemble de possibilités d'évolution du signal dans une période de temps future, dont on connaît a priori la durée h; les valeurs du signal prises dans le temps sont ensuite utilisées par le processus de sélection pour éliminer les hypothèses non plausibles. Une information perceptive est détectée si l'ensemble des hypothèses restantes, au bout de h pas de temps, est non vide: dans ce cas, la nature de cette information perceptive est directement liée à cet ensemble. L'information fournie en sortie du système de catégorisation (l'information perceptive) dépend donc de deux entrées: le signal X pris dans le temps et un ensemble d'hypothèses, que nous appelons M pour ``mémoire'' (voir la figure 4).

Figure: Schéma de haut niveau du processus de catégorisation

La capacité de ``catégorisation'' dont fait preuve le sous-système subissant l'AP est très générale en elle-même, car elle comprend aussi bien des facultés humaines intellectualisées pouvant nécessiter beaucoup de connaissances (discernement de stratégies gagnantes par rapport à un objectif précis, ou plus généralement discernement entre les options satisfaisantes ou non satisfaisantes), que des processus qu'on considère a priori comme plus primitifs car ils sont formés dans la petite enfance (catégorisation des sons dans la reconnaissance de la parole, reconnaissance visuelles, actions réflexes); ce terme s'étend aussi au vivant ``non-conscient'' (les lymphocytes T protègent l'organisme en sachant discerner les entités ``amies'' des entités ``ennemies'' qu'ils signalent). Par conséquent, il n'est pas étonnant que ce thème de recherche soit l'objet de nombreux travaux, touchant des domaines scientifiques différents (statistiques, informatique, traitement du signal, neurophysiologie, biologie moléculaire, psychologie expérimentale, théorie de la décision, etc.). Des liens étroits entre certaines de ces spécialités scientifiques se sont formés, créant des synergies dans le but de mieux comprendre et d'imiter ces facultés de catégorisation: le domaine des sciences cognitives en est un exemple concret. Toutefois, les différents niveaux de catégorisation sont considérés séparément les uns des autres, car ils sont supposés être des phénomènes de natures distinctes: d'une part, on sépare nettement les phénomènes du conscient des phénomènes de l'inconscient et, d'autre part, on distingue les phénomènes physiologiques des phénomènes psychiques. Les origines de cette délimitation sont très anciennes: la conception dualiste corps/esprit en a sans doute été un des moteurs. Reich a été l'un des premiers à faire le lien entre des pathologies psychiques et des anomalies de la perception émotive du monde extérieur [Reich, 1949]. Des tentatives unificatrices relativement récentes effacent la séparation dualiste en expliquant l'intégralité de ces phénomènes par l'activité neuronale, qui devient le ``vrai'' phénomène à étudier (voir [Changeux, 1983],[Edelman, 1992] ou [Lecerf, 1997]). Pourtant, cette centralisation doit être nuancée: Damasio souligne l'interdépendance du cerveau et des organes de perception externes, mais aussi internes [Damasio, 1994], [Damasio, 1999]. Ainsi, il a montré, en étudiant des cas pathologiques, que si la partie du cerveau gérant les émotions était endommagée, la faculté de prendre des décisions ``rationnelles'' était conjointement altérée. D'autre part, on sait que les fonctions physiologiques régularisatrices de l'organisme (homéostasie) sont influencées par les émotions. En conséquence, les phénomènes dits ``de haut niveau'' et de ``bas niveau'' semblent être fortement imbriqués, sans être pour autant réductibles à l'activité neuronale.
Notre position est que la création des contraintes affectant le sous-système d'AP doit être faite en trouvant le point commun entre les différents niveaux de capacités de catégorisation. De plus, nous pensons que ces contraintes doivent être précisées en dehors d'un contexte biologique précis. L'établissement des contraintes d'AP a été fait dans ce sens.