Humain X.0: Perception et cognition

Image: The Sun Sets Sail, Rob Gonsalves

(Temps de lecture: 10 minutes)

Comme nous l’avons évoqué dans l’article précédent, les premiers animaux n’avaient que des moyens très limités pour agir sur le monde. Peu à peu, le système nerveux et le cerveau ont permis d’élargir la gamme des actions possibles, ce qui a mené à une plus grande flexibilité comportementale. Chez certaines espèces, cette flexibilité a été poussée très loin, grâce à des facultés cognitives comme l’intelligence et la mémoire. Couplé à des aptitudes perceptives sophistiquées, ces facultés permettent une très grande adaptabilité à toutes sortes de situations.

En bref, il y a eu sélection non pas de tel ou tel comportement (sous la forme d’un instinct fixe), mais sélection de la capacité à apprendre et s’adapter. Les aptitudes perceptives et cognitives ont permis d’augmenter la survie et le succès reproducteur des animaux qui en étaient dotés. Les gènes sous-jacents à ces aptitudes ont été peu à peu sélectionnés, selon les principes élémentaires de l’évolution. C’est ainsi que la perception, l’intelligence et la mémoire se sont progressivement raffinés et complexifiés. C’est à ces facultés que nous allons nous intéresser ici.

Perception et action. La perception implique presque toujours une action. Ceci est manifeste notamment dans la perception visuelle. En effet, la moindre exploration visuelle implique des mouvements incessants des yeux, appelés saccades oculaires.

Tracés de saccades oculaires lors de la perception d’un visage

Source: Wikipédia

Nous effectuons en moyenne trois saccades oculaires par secondes, pour un total d’environ 100’000 par jour. Ces mouvements subtils et automatique sont essentiels, car seule une toute petite zone au centre de notre champ visuel est véritablement nette, d’où la nécessité de bouger sans cesse les yeux, afin d’accumuler des informations précises sur l’environnement.

Par extension, on peut aisément mettre en évidence le rôle du corps et du mouvement pour toutes les perceptions. L’orientation de la tête, voire du corps entier, est souvent impliquée dans la perception visuelle aussi bien que dans la perception auditive. Le toucher ne peut également se faire la plupart du temps qu’avec le mouvement de la main. Le goût et l’odorat impliquent des mouvements subtils des narines ou de la langue. Même l’attention que l’on porte à quelque chose se traduit par de subtils mouvements (tendre l’oreille, bouger légèrement la tête, plisser les yeux, etc.).

Il existe des étroits entre l’action et la perception

Ces observations, qui peuvent sembler triviales de prime abord, mettent en évidence un phénomène-clé: le corps participe activement à la construction des perceptions. Tout ce qui se passe au niveau du cerveau est également loin de se résumer à une description «objective» de tel ou tel aspect de l’environnement. Il y a donc également en quelque sorte une action au niveau du cerveau, qui n’est pas un récepteur passif. Bien au contraire, le cerveau construit activement la perception.

La perception est construite. Le contexte, l’expérience passée et plus généralement les attentes perceptives jouent un rôle déterminant dans la perception. Ces effets peuvent être mis en évidence à l’aide de quelques exemples simples, tels que ceux représentés sur les figures ci-dessous.


Illusion «B13». Stimulus ambigu, qui est perçu comme un « B» ou comme un «13» en fonction du contexte


Illusion d’Ebbinghaus. Dans les deux groupes de cercles, le cercle central est de même taille, mais il apparaît plus grand lorsqu’il est entouré de petits cercles.  

Source: Wikipédia


Motif de Kanizsa. Ci-dessous, on «voit» de façon très nette un triangle blanc qui n’est pourtant pas tracé; notre cerveau extrapole l’information et «devine» ce triangle blanc.

Source: Wikipédia


Échiquier d’Adelson. Effet de contexte spectaculaire: sur cette image, la case A et la case B sont en fait d’un gris identique.

Source: Wikipédia

C’est l’effet d’ombre et la régularité attendue de l’alternance entre case gris clair et gris foncé qui crée l’illusion. Pour le cerveau, la lumière vient de droite, et comme la case B est dans l’ombre, il en déduit qu’elle doit être plus claire en pleine lumière. De plus, étant donné la couleur des cases voisine, il est attendu que cette case soit claire. La combinaison de ces deux raisons mène le cerveau à faire une «synthèse» de cette situation dont la conséquence est «d’éclaircir» la case B.

Source: Yazounette


Ces quelques exemples montrent à quel point le contexte et les attentes peuvent influencer sur la perception. Des stimuli identiques peuvent être interprétés différemment selon le contexte, comme dans l’illusion B13 ou celle des cercles. L’exemple de l’échiquier montre par ailleurs qu’il n’y a pas de perception «isolée», sans contexte; chaque élément d’une scène est inclus dans une perception globale de la scène.

Mieux encore, le cerveau «bouche les trous» ou «invente du sens» si nécessaire, comme dans le cas du motif de Kanizsa. Cette illusion met en évidence la capacité du cerveau à «voir au-delà de ce qui est perceptible». On peut ainsi par exemple «reconstruire» et percevoir la silhouette d’un animal, d’une personne ou d’un objet partiellement caché. Quel désastre perceptif ce serait s’il fallait tout le temps voir les choses en entier et sous un certain angle pour être capables de les reconnaître!

Le cerveau est donc plein d’attentes et d’objectifs; il filtre, complète et interprète; il s’ajuste en continu, il émet sans cesse des hypothèses qu’il cherche à infirmer ou confirmer. La vision n’est pas une description passive de la réalité telle qu’elle est. Tout au plus, une description «objective» de la réalité serait une «photographie neutre», une grille de pixels. En aucun cas une telle image ne contiendrait le moindre sens ni aucun contenu informatif; ce ne serait qu’une masse informe de points de couleurs.

La perception est faite d’attentes, d’hypothèses et d’interprétations

Tout ceci peut paraître contre-intuitif, tellement la perception visuelle nous est familière, naturelle, évidente, facile. On ouvre les yeux, et voilà: un monde structuré apparait devant nous, avec une table, des chaises, des gens, etc. En réalité, le travail cognitif derrière une impression aussi simple que «je vois une chaise» est abyssal; il implique un long chemin, allant des saccades oculaires destinés à explorer la scène jusqu’à l’accès en mémoire au concept de chaise, en passant la prise en compte de toutes sortes d’éléments de contexte. Même dans un cas si simple, le traitement d’information réalisé, quoique très bref, est colossal et implique de nombreuses structures cérébrales (vision, motricité, mémoire, langage, etc.).

Concepts, intelligence et analogies. On peut raisonnablement supposer que la notion de concept, dans un sens très large, est essentielle à l’intelligence, à la capacité à traiter des informations pour atteindre des objectifs. Ceci est surtout vrai pour des concepts très terre à terre tels que «nourriture» ou «prédateur». À l’évidence, de nombreux animaux sont capables de fonctionner avec ce genre de concept, à un niveau très pragmatique et automatique.

Cet argument peut sembler étonnant, tant on associe généralement la notion de concept à quelque chose de très abstrait. Or ce n’est sans doute que très tardivement dans l’évolution humaine que les concepts sont devenus abstraits, qu’ils sont devenus des représentations mentales explicites. Au départ, la plupart des concepts était simplement «des catégories de choses perçues», avec lesquels différents comportements étaient associés. Par exemple, pour une souris, «fuite» associé à «chat», «approche» associé à «graines», etc.

Bien sûr, chez la souris, ces catégories n’ont pas de nom et n’entretiennent pas de relation logique; il n’y a pas de réflexion sur le fait que «chat» appartient à l’ensemble «prédateurs». L’essentiel, pour un animal, est de reconnaître les différents représentants de ces catégories afin d’adapter son comportement en conséquence. Le cerveau a donc dû résoudre le problème des «catégories de choses perçues» bien avant celui des «catégories de choses abstraites».

La notion de «concept» ou de «catégorie» est un fondement essentiel de l’intelligence

En résumé, à un niveau très primitif, la situation est la suivante:

  1. il y a en permanence dans l’environnement tout un tas de stimuli;
  2. le cerveau doit percevoir et ordonner ces stimuli;
  3. ceci passe par l’identification de certains concepts (ou catégories de choses perçues, classes d’évènements, situations typiques, etc.);
  4. chaque concept est associé à un comportement plus ou moins élaboré (fuite, approche, parade amoureuse, etc.).

L’intelligence repose ainsi sur une grande variété de capacités: percevoir correctement l’environnement, extraire ce qui est pertinent et ignorer ce qui ne l’est pas, organiser la perception et combiner différentes informations, associer la perception avec toutes sortes de comportements (y compris ceux destinés à obtenir plus d’information) et enfin, exécuter toute cette séquence d’une façon efficace, fiable et rapide.


Défi perceptif : Chihuahua ou muffin?

Source: topbots.com

La lettre «A»: unité du concept en dépit d’une immense variété de formes

Source: Hofstadter et Sander (2013)
L’analogie, cœur de la pensée

Au centre de tout ces processus de catégorisation, une question-clé se pose: comment le concept émerge, sur quoi est-il fondé? La réponse la plus convaincante à ce jour est que les concepts se basent sur des analogies. À un niveau élémentaire, au niveau des «catégories de choses perçues», il s’agit d’analogies très simples, qui consistent à identifier des ressemblances entre différents stimuli.  Ce sont ainsi des «regroupements de similitudes» ou des «ensembles de caractéristiques typiques» qui sont stockés en mémoire et qui donnent lieu à la notion de concept.

Les concepts émergent à partir d’analogies, de ressemblances

La mémoire: une aptitude centrale. Tâchons maintenant de situer le rôle de la mémoire dans le contexte des éléments discutés jusqu’ici. La figure ci-dessous récapitule différents points-clés. Tout d’abord une relation à double-sens entre perception et mémoire: d’un côté la mémoire fournit des attentes et des concepts permettant de donner un sens et une orientation à la perception; de l’autre la perception nourrit la mémoire avec des informations nouvelles, qui sont ensuite stockées.

De la perception au comportement, on trouve une voie directe, les actions réflexes (par exemple retirer automatiquement la main d’une surface brûlante) et une voie indirecte, qui passe par la mémoire: c’est la voie des actions apprises, c’est-à-dire les comportements motivés par certains souvenirs, tels que fuir face à un prédateur, éviter les situations qui se sont avérées dangereuses par le passé, se diriger vers une source de nourriture, etc.

Liens entre perception, mémoire et comportement

Reste encore un lien important qui va du comportement à la perception et qui permet, dans les nombreux cas où l’information est insuffisante, toutes sortes d’ajustements et de recherche d’informations supplémentaires. Le spectre de ces comportements est large et s’étend des saccades oculaires pour analyser une scène visuelle aux mouvements du corps pour explorer l’environnement en passant par tous les processus attentionnels permettant de maximiser l’extraction d’informations supplémentaires pertinentes.

Types de mémoire et pertinence de l’information. La notion de pertinence est d’une importance majeure et renvoie à toute une série de questions. Quelles sont les attentes pertinentes? Quels sont les éléments qu’il est pertinent de stocker en mémoire? Quelles sont les informations qu’il est pertinent de chercher? Quel est le comportement pertinent à adopter? Les réponses à ces questions émergent suite à une intégration complexe entre instincts, apprentissages, perceptions et intelligence. Pour y voir un peu plus clair, regardons de plus près les différents systèmes de mémoire.

La distinction la plus élémentaire est celle entre mémoire associative et mémoire non-associative. L’apprentissage non-associatif consiste à modifier la force d’une relation entre un stimulus et un comportement. Il s’agit sans doute du système de mémoire le plus primitif; même certaines bactéries en sont dotées. Il s’agit par exemple du fait que l’on tend à ignorer un bruit constamment présents dans l’environnement. Un stimulus continuellement présent et qui semble sans incidence va être implicitement catégorisé comme non-pertinent.

La pertinence d’une information est en lien avec le plaisir, la douleur et les émotions

L’apprentissage associatif (ou conditionnement) consiste à établir une relation entre un stimulus et une réponse comportementale. L’exemple classique est celui du chien de Pavlov, à qui on présentait systématiquement un bruit de cloche avant de le nourrir. Après plusieurs expositions à cette séquence, le chien salivait au simple bruit de la cloche, anticipant la nourriture à venir. L’intérêt d’une telle aptitude est évident, puisqu’elle permet d’anticiper tout phénomène qui est précédé par un signal avant-coureur.

L’apprentissage associatif est d’autant plus rapide que l’évènement associé au signe avant-coureur est positif (comme dans l’exemple de la nourriture) et plus encore s’il est négatif (par exemple le bruit fait par un prédateur avant son apparition). Il a donc des liens extrêmement étroits entre la mémoire et les émotions, que nous aborderons plus en détail dans l’article suivant. Pour l’instant, il suffit de souligner que les enjeux émotionnels au sens large (plaisir, déplaisir, douleur, satiété, etc.) sont en lien étroit avec la notion de pertinence.

On peut également distinguer la mémoire à long terme et la mémoire à court terme. La mémoire à court terme, qui implique la rétention d’information sur une courte durée, est très proche de l’intelligence. On parle aussi parfois de mémoire de travail, qui est une sorte d’extension de la mémoire à court-terme, et qui permet non seulement de retenir mais aussi de manipuler de l’information en mémoire, typiquement sous forme de symboles (mots, chiffres, etc.). Ce type de mémoire est très développé chez l’humain; c’est elle qui permet le traitement conscient et approfondi de d’information.

La mémoire à court terme et les symboles ont permis d’augmenter l’intelligence

La mémoire à long terme renvoie aux informations stockées pour une plus longue durée et qui peuvent être récupérées à la demande. Dans cette catégorie, on trouve la mémoire procédurale, qui correspond à l’apprentissage de compétences motrices (faire du vélo, jouer d’un instrument, etc.), la mémoire sémantique, qui fait référence à la connaissance générale du monde que nous avons accumulée tout au long de notre vie (faits, idées, définitions, concepts, etc.) et enfin la mémoire épisodique, qui correspond au souvenir des événements vécus avec leur contexte (date, lieu, état émotionnel, etc.).

Ce découpage est propre à l’humain. Chez les autres animaux, la distinction entre mémoire sémantique et mémoire épisodique n’a pas grand sens, car la mémoire sémantique est dépendante du langage. Mais de nombreux animaux ont une mémoire à long terme relativement sophistiquée, bien que non déclarative. Nombreux sont les animaux sociaux qui reconnaissent leurs congénères et se souviennent des alliances et tensions entre individus. Nombreux sont les animaux qui se souviennent de la localisation de toutes sortes de ressources et des circonstances associées à toutes sortes d’opportunités et de dangers.

Tous ces systèmes de mémoires sont sous-tendus par diverses structures cérébrales spécifiques, représentées sur la figure ci-dessous, dont la plupart sont présent chez de nombreux animaux.

Structures cérébrales qui sous-tendent différents types de mémoire

Source: d’après Memory Systems and Memory Stages in The Neuroethics of Memory (Glannon, 2019)

À l’exception de la mémoire de travail, localisée dans le cortex préfrontal et propre à l’être l’humain, la plupart des autres structures qui sous-tendent la mémoire sont très anciennes du point de vue évolutif. Les parties du cerveau qui sous-tendent la mémoire à long terme et l’apprentissage associatif (le striatum, l’amygdale, l’hippocampe, etc.) sont retrouvées chez tous les mammifères. Des structures similaires ou équivalentes sont retrouvées chez de nombreux vertébrés.

En résumé, nous constatons une forte interdépendance perception, mémoire et intelligence. La perception et la formation de concepts, qui reposent sur des analogies, constituent la base du comportement intelligent. Il s’agit d’un comportement adapté (et adaptable) à certaines situations, après analyse de ces dernières, en fonction de différents éléments perçus, reconnus, synthétisés et mis en lien avec les expériences passées. La mémoire est la clé de voute de ce système, puisque c’est elle qui permet le stockage de l’information; c’est elle également qui est à la base des attentes qui participent à la construction de la perception. Le stockage et le rappel des différents éléments en mémoire sont massivement déterminés par les émotions, que nous aborderons dans l’article suivant.

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