Sciences cognitives

Les six disciplines scientifiques constituant les sciences cognitives et leurs liens interdisciplinaires, par l'un des pères fondateurs du domaine, G. A. Miller^[1]. Les traits pleins symbolisent les disciplines entre lesquelles existaient déjà des liens scientifiques à la naissance des sciences cognitives ; en pointillés, les disciplines entre lesquelles des interfaces se sont développées depuis lors.

Les sciences cognitives regroupent un ensemble de disciplines scientifiques dédiées à la description, l'explication, et le cas échéant la simulation, des mécanismes de la pensée humaine, animale ou artificielle, et plus généralement de tout système complexe de traitement de l'information capable d'acquérir, conserver, utiliser et transmettre des connaissances. Les sciences cognitives reposent donc sur l'étude et la modélisation de phénomènes aussi divers que la perception, l'intelligence, le langage, le calcul, le raisonnement ou même la conscience. Les sciences cognitives utilisent conjointement des données issues d'une multitude de branches de la science et de l'ingénierie depuis la linguistique, l’anthropologie, la psychologie, les neurosciences, la philosophie, l'intelligence artificielle... Nées dans les années 1950, les sciences cognitives forment aujourd'hui un champ interdisciplinaire très vaste dont les limites et le degré d'articulation des disciplines constitutives font toujours débat.

En France où la tradition disciplinaire est forte, la question de leur statut entre en résonance avec des problématiques liées à la structuration de la recherche. Divers regroupements de chercheurs, mais aussi d'étudiants s'attachent à valoriser la pertinence et la portée de l'interdisciplinarité en sciences cognitives au travers de sociétés savantes comme l'Association pour la Recherche Cognitive (ARCO) ou d'associations comme la Fresco. Si certains contestent le statut des sciences cognitives comme discipline scientifique en tant que telle, d'autres estiment au contraire que les sciences cognitives ont dépassé le simple stade d'une accumulation de connaissances pluridisciplinaires et ont donné naissance à deux disciplines autonomes :

• à une science fondamentale, dite science de la cognition, dont les spécialistes parfois appelés cogniticiens ^[2] sont réunis en sociétés savantes et publient dans des revues scientifiques internationales transdisciplinaires.
• à un secteur applicatif industriel du domaine de l'ingénierie de la connaissance : la cognitique.

Il est à noter que le singulier cognitive science est d'usage courant dans les pays anglophones.

Histoire des sciences cognitives

Il est d'usage de dater la naissance des sciences cognitives de 1956. En effet, cette année voit s'organiser la toute première conférence consacrée à l'intelligence artificielle et à son application à la psychologie, à laquelle participent les informaticiens Allen Newell, John McCarthy et Marvin Minsky, le mathématicien Claude Shannon, l'économiste et psychologue Herbert Simon, le linguiste Noam Chomsky, les psychologues George Miller et John Swets les neurobiologistes David Hubel et Torsten Wiesel. L'année 1956 est aussi riche en publications fondamentales pour le domaine des sciences cognitives.

Quelques années auparavant pourtant, les conférences Macy organisées à New York par la fondation éponyme à partir de 1942 avaient rassemblé les mathématiciens John von Neumann, Norbert Wiener, Claude Shannon, le neurophysiologiste Warren McCulloch et les anthropologues Margaret Mead et Gregory Bateson dans le but de créer une science générale du fonctionnement de l'esprit. En outre, au sortir de la Seconde Guerre mondiale, la recherche en ce qui n'était pas encore identifié comme l'intelligence artificielle bénéficiait de soutiens importants en provenance de l'armée, notamment la DARPA américaine.

Disciplines

Linguistique cognitive et grammaire générative

Articles détaillés : Linguistique cognitive, Grammaire générative

La linguistique formelle et plus particulièrement les travaux de Noam Chomsky ont eu une influence décisive au moment de l'émergence des sciences cognitives à la fin des années 1950. Chomsky s'est notamment élevé contre la conception du langage comme un ensemble d'« habitudes » apprises par observation et conditionnement. Contre cette vision béhavioriste, défendue entre autres, par B. F. Skinner, Chomsky défendit l'idée d'une « faculté de langage » s'appuyant sur des dispositions innées : observant que durant l'enfance, on n'est exposé à un trop petit nombre de situations de langage pour pouvoir en inférer les règles sous-jacentes — c'est l'argument dit de « la pauvreté du stimulus »^[3], Chomsky propose que la compétence linguistique humaine s'appuie, pour se développer, sur une connaissance innée (et implicite) d'une grammaire universelle dont on retrouve la structure formelle dans toutes les langues humaines naturelles.

Héritières des interrogations philosophiques sur le rôle du langage dans la pensée (voir aussi ci-dessous) et prolongeant les theories de Roman Jakobson sur les fonctions non purement communicatives du langage, les sciences cognitives s'intéressent non pas seulement aux processus mentaux de production du langage mais aussi au rôle de ce dernier dans les opérations mentales. Les idées de Chomsly ont ainsi été reprises et développées au delà de la linguistique par le philosophe Jerry Fodor, dans ses fameuses thèses sur la modularité de l'esprit, la notion que certaines opérations mentales (comme l'application des règles de grammaire) se déroulent de façon automatique et autonomes, et le mentalais, une métaphore d'un langage intérieur dans lequel serait traduit les opérations mentales.

A la frontière avec l'anthropologie, le rôle du langage dans les représentations mentales est reposé. Les anthropologues Brent Berlin et Paul Kay contestent l'hypothèse Sapir-Whorf selon laquelle le langage et plus précisément les catégories linguistiques conditionneraient plus ou moins fortement les représentations mentales. S'appuyant sur une étude comparée des termes de couleur à travers les langues, Berlin et Kay défendent au contraire l'idée que cette apparente diversité culturelle dans le lexique est en réalité le produit d'une même structure hiérarchique dans l'organisation de la perception et de la représentation des couleurs ; selon leur travaux, c'est donc l'esprit qui conditionne le langage et non l'inverse.

Philosophie analytique et philosophie de l'esprit

Articles détaillés : Philosophie analytique, Philosophie de l'esprit

Frege révolutionne la logique classique en introduisant le concept de dénotation dans son article Sens et Dénotation (Sinn und Bedeutung). Le sens de « étoile du matin » (a) est différent de celui de « étoile du soir » (b) puisque leurs réalisations acoustiques ou signitives diffèrent : « La différence de sens correspond à une différence du mode de donation de l'objet désigné » néanmoins ils dénotent la même réalité : la planète Vénus d'où (a) = (b) a une valeur de connaissance car ce n'est pas tous les jours qu'on découvre qu'une étoile est une planète. Ainsi cit. « La dénotation d'« étoile du soir » et d'« étoile du matin » serait la même, mais leur sens serait différent ». Ce qui a permis d'actualiser le signe de Saussure qui refusait d'y attribuer la référence au monde. Il a introduit la quantification dans la logique formelle. On oppose le quantificateur universel : « Tous les hommes sont mortels » au quantificateur existentiel « Il existe au moins un homme mortel ». Il a fondé le calcul des prédicats.

Intelligence artificielle

Neurosciences

Psychologie cognitive

Articles détaillés : Psychologie cognitive, Cognition

La psychologie cognitive concerne les processus d'élaboration et d'utilisation des connaissances chez l'être humain. Bien que l'on puisse trouver de nombreux précurseurs comme Hermann Ebbinghaus, Jean Piaget ou Frederic Bartlett, elle n'apparaît véritablement qu'à la fin des années 1950. Elle se caractérise par un retour des « variables intermédiaires » entre le stimulus et la réponse, bannies par le béhaviorisme, et l'utilisation de nouvelles méthodes pour tenter d'observer ces variables en évitant les problèmes rencontrés par l'introspection au début du XX^e siècle.

Courants et concepts

Cognitivisme

Articles détaillés : Cognitivisme, Approche computo-représentationnelle de l'esprit

Le cognitivisme est l'un des deux principaux courants des sciences cognitives qu'il a dominées jusqu'à la montée en puissance du connexionnisme. Il est fondé sur l'idée que l'esprit est une machine de traitement symbolique de l'information (métaphore de l'ordinateur), c'est-à-dire qu'il opère sur des représentations en fonction de leurs propriétés syntaxiques plutôt que de leur signification. Inspirés par les résultats de Turing, de nombreux chercheurs ont en outre admis que ce type de traitements pouvait être réalisé par des machines complètement différentes du point de vue physique et donc que la simulation et la modélisation informatique pouvaient fournir de nouveaux moyens d'étudier le fonctionnement de l'esprit rejoignant ainsi le projet de la cybernétique d'intégrer dans un même cadre théorique l'étude des systèmes naturels et artificiels.

Réseaux de neurones et connexionnisme

Issu de la cybernétique, le connexionnisme fait partie des sciences cognitives depuis l'origine. Après une éclipse au cours des années 1970, il regagne aujourd'hui en importance avec les progrès de l'imagerie cérébrale et des neurosciences. Partageant avec le cognitivisme l'idée de représentation, il rejette en revanche l'hypothèse d'un fonctionnement cognitif symbolique. Dans une perspective connexionniste, la cognition est le produit d'un calcul parallèle opéré par des entités sub-symboliques (neurone formel ou non) et la signification découle de l'état du réseau formé par ces entités à un moment donné.

Processus cognitifs

Attention

L'attention est grosso modo la capacité à se concentrer sur certains stimuli ou, au contraire, l'impossibilité de traiter plus d'une certaine quantité d'informations à un moment donné.

Mémoire

La mémoire permet de retenir des informations pour les réutiliser ultérieurement. À l'inverse de l'apprentissage béhavioriste, la notion de mémoire insiste sur les structures et processus intermédiaires entre l'acquisition de ces informations et leurs conséquences sur le comportement.

Elle fait l'objet de nombreux travaux en sciences cognitives, aussi bien du point de vue de la psychologie ou des neurosciences que de la modélisation. Les chercheurs se sont ainsi attachés à mettre en évidence les différentes structures composant la mémoire en se basant à la fois sur des expériences et sur les dysfonctionnements observés chez des patients cérébro-lésés.

Apparu dans les années 1960, le modèle modal de la mémoire a été l'un des plus influents. Il distingue le registre sensoriel (grande quantité d'informations sous forme visuelle pendant quelques millisecondes), la mémoire à court terme (nombre limité d'éléments sous forme verbale pendant quelques secondes) et la mémoire à long terme (informations sémantiques, en pratique sans limite de durée ou de capacité).

La notion de mémoire de travail a été présentée par Baddeley et Hitch en 1974. Ce modèle et d'autres plus récents comme celui de Cowan mettent en évidence les liens entre attention et mémoire. La mémoire de travail a ainsi pour rôle non seulement de contenir des informations en provenance des systèmes sensoriels mais aussi des informations extraites de la mémoire à long terme pour être utilisées par les processus de raisonnement et de prise de décision.

Dans le domaine de la mémoire à long terme, plusieurs distinctions ont été proposées comme celles entre mémoire épisodique (auto-biographique) et mémoire déclarative (connaissances générales) par Endel Tulving, entre mémoire sémantique et mémoire procédurale (gestes, comportements, savoir-faire) par John Anderson et entre mémoire explicite (utilisée de façon consciente et contrôlée) et mémoire implicite (automatique). De nombreuses recherches portent également sur les représentations mentales qui organisent ces informations.

De leur côté, les neurosciences ont également cherché à identifier les structures cérébrales réalisant ces différentes fonctions et à décrire les processus biologiques permettant l'apprentissage et l'encodage des informations. Le phénomène de potentialisation à long terme explique notamment comment la stimulation répétée de certaines connexions neuronales les rend plus susceptible de s'activer à l'avenir en réponse à un stimulus similaire (même partiellement).

Enfin, de nombreux travaux portent sur les processus d'encodage, de stockage et de récupération. Parmi les principaux résultats on peut citer la courbe de l'oubli d'Ebbinghaus, les notions d'effet de récence et de primauté ou encore l'amorçage. Enfin, plusieurs expériences soulignent le rôle de la mémoire dans l'expertise (ainsi les bons joueurs d'échecs ne diffèrent pas des débutants par leur vitesse de traitement mais par l'organisation des informations sur le jeu).

Un certain nombre de modèles de la mémoire dit « à traces » tendent à se développer dans la droite ligne du courant connexionniste. Il s'agit de théories profondément dynamiques cherchant à expliquer les conceptions modularistes comme émergentes d'un système complexe et non cloisonné qui conserverait toutes les informations sous formes de traces. Ces traces ne seraient pas forcément localisées sur le plan cérébral mais réparties et se définiraient par un grand ensemble de facteurs sémantiques, émotionnels, moteurs, etc.

Notes et références

Informations complémentaires

Bibliographie

Ouvrages introductifs

• Brien, R., Science cognitive et formation, PUQ, 1997 (1e ed : 1991)
• Daniel Andler (dir.), Introduction aux sciences cognitives, Folio Essais, Paris, 1992, 2004 pour l'édition augmentée. (destiné à un public plus averti).
• Georges Vignaux, Les sciences cognitives : une introduction , Biblio Essais, Paris, 1994
• Francisco Varela, Invitation aux sciences cognitives, Points Sciences, Paris, 1997.
• Angèle Kremer-Marietti, La philosophie cognitive, PUF, 1994, réédition L'Harmattan, 2002
• Jean François Dortier (dir.) Le Cerveau et la pensée, La révolution des sciences cognitives, éd.Sciences Humaines, 2004.
• Site de l'Association Estigma des Etudiants et Jeunes Chercheurs en Sciences Cognitives du Grand Lyon (Présentation très accessible et complète des Sciences Cognitives)

Dictionnaires et ouvrages de référence

• Olivier Houdé, Vocabulaire de sciences cognitives, PUF, Quadrige – Dicos Poche, Paris, 2004 (1^re édition 1998).
• Lynn Nadel (dir.), Encyclopedia of Cognitive Science, Nature Publishing Group, Londres, 2003.
• Guy Tiberghien, Dictionnaire des sciences cognitives, Armand Colin, Paris, 2003.
• Robert Wilson & Frank Keil (dir.), The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences (MITECS), The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1999.

Histoire des sciences cognitives

• Jean-Pierre Dupuy, Aux origines des sciences cognitives, La Découverte, Paris, 2005.
• Howard Gardner, Histoire de la révolution cognitive – la nouvelle science de l'esprit, Payot, Paris, 1993 (édition originale en anglais 1985).
• (en) George Miller, The cognitive revolution: a historical perspective, Trends in Cognitive Science, 7 (3), 2003.
• George Mandler A history of modern experimental psychology: From James and Wundt to cognitive science. Cambridge, MA: MIT Press 2007

Revues

• intellectica est la revue de l'Association pour la Recherche Cognitive (ARCo). Elle s'adresse à l'ensemble des disciplines intéressées par l'étude de la cognition.
• Revue d’Anthropologie des Connaissances, revue multidisciplinaire en sciences sociales, publie des travaux à la fois théoriques et pratiques qui visent à montrer comment les connaissances se forment et se diffusent.

Voir aussi

• (fr) RISC: Relai d'Information sur les Sciences de la Cognition
• (en) George A. Miller, The cognitive revolution: a historical perspective, Trends in Cognitive Sciences, 2003 pdf

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