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Bruno Dubuc, Patrick Robert, Denis Paquet et Al Daigen






Mardi, 19 juin 2018
Des « paysages d’attracteurs » pour mieux comprendre les systèmes dynamiques complexes

Une grève étudiante improbable se met en branle au Québec au début de l’année 2012. Comme d’habitude on s’attend à un retour en classe une semaine ou deux après. Mais ça durera des mois pour se transformer en un mouvement social qui viendra à bout du gouvernement Charest.

D’autres luttent depuis des décennies pour une représentation qui reflète mieux la volonté populaire au parlement en demandant un mode de scrutin avec une composante proportionnelle. Et rien ne change.

Voilà deux exemples actualisés de mon coin de pays, mais qui s’apparentent à d’innombrables cas où des systèmes dynamiques complexes semblent bloqués dans un état stable pour soudainement basculer vers un autre état. Un phénomène non seulement observable au niveau social, mais dans de nombreux autres systèmes complexes au niveau des écosystèmes écologiques, de la génétique, du développement cellulaire ou encore, bien entendu, des réseaux de neurones de notre cerveau !

Or il y a un outil très utile pour comprendre ce genre de phénomène qu’on appelle en anglais les « attractor landscapes » (que je traduirais, sans doute maladroitement, par « paysages d’attracteurs », mais je suis preneur s’il y a mieux…). Et pour comprendre cet outil à la fois conceptuel, mathématique et graphique initialement développé en physique, Nicky Case vient de publier cette très bien faite petite « interactive introduction to attractor landscapes ».

Je me contenterai donc de la résumer en quelques mots… en français. Il part de l’exemple d’un petit lac où l’on peut pêcher les poissons qui s’y trouvent. Ceux-ci se reproduisent et meurent de leur belle mort ou de la pêche. Trois cas se dessinent alors :

1) S’il n’y a pas de pêche, la population va augmenter et avec elle le taux de mortalité par manque de nourriture. Et donc la population va s’autoréguler autour d’une certaine valeur.

2) S’il y a un peu de pêche, la population va se maintenir grâce aux naissances qui vont compenser les individus pêchés.

3) Et s’il y a trop de pêche, la population peut atteindre un seuil minimal critique en deçà duquel elle peut littéralement s’effondrer jusqu’à la disparition des poissons dans ce lac.

Case suppose qu’il pourrait y avoir jusqu’à 100 poissons dans son lac. Mais parce que les ressources y sont limitées, c’est plutôt autour de 70 individus que la population se maintient naturellement s’il n’y a pas de pêche. Si l’on diminue cette population à 60 ou 50 individus en en pêchant 10 ou 20, en peu de temps la population reviendra naturellement à son point d’équilibre de 70 individus. Mais si l’on en pêche plus de 40 et que la population descend à moins de 30 individus, on assiste alors à son effondrement inéluctable jusqu’à 0 individus.

On appelle donc dans cet exemple les valeurs 0 et 70 des attracteurs, tout comme on peut appeler la valeur 30 un « repeller » (un « repoussoir », en français ?) ou encore un « tipping point », un point de non-retour. Car comme on le disait en introduction, tout semblait stable dans ce lac jusqu’à ce moment critique où la population passe sous la barre des 30 individus : tout va alors changer définitivement…

L’animation de Case introduit ensuite l’idée de « paysages » d’attracteurs qui permet de visualiser plus intuitivement le comportement du système en un coup d’œil. Les différentes valeurs du système sont alors intégrées dans une représentation de monts et de vallées où une balle est libre de rouler. Celle-ci va donc naturellement se retrouver dans les vallées, endroit beaucoup plus stable que la cime arrondie des monts. Autrement dit, les monts sont des repoussoirs et les vallées des attracteurs !

Des choses deviennent alors évidentes grâce à ce type de représentation. Ainsi, plus une vallée sera profonde, plus il faudra d’énergie pour s’en échapper. L’attracteur 0 rend par exemple l’effondrement de la population quasi inévitable vu sa grande profondeur.

La largeur d’une vallée dénote pour sa part ce qu’on appelle le « bassin d’attraction », c’est-à-dire l’étendue des valeurs qui seront attirées par l’attracteur situé au point le plus bas de cette vallée. Dans notre exemple, le bassin d’attraction de la valeur 70 s’étend donc de 30 à 100.

Case fait remarquer qu’il n’y a qu’un seul paramètre qui varie dans son exemple, soit la population. C’est pour ça qu’on peut représenter son paysage d’attracteurs sur un graphique en deux dimensions. Mais si l’on avait deux paramètres, il faudrait une représentation 3D comme celle-ci-dessous.

Rien ne nous empêche d’avoir plus de paramètres encore, avec toujours une dimension de plus nécessaire pour les représenter (ce qui se fait moins facilement au-delà de trois dimensions…). Et dans les systèmes complexes avec énormément de paramètres, on tend vers les fameux « attracteurs étranges » des phénomènes chaotiques.

La beauté de la chose avec les paysages d’attracteurs, c’est donc qu’ils permettent aussi de modéliser différentes situations d’un même contexte. Dans notre exemple de lac par exemple, qu’arriverait-il si l’on augmentait la capacité du lac à produire plus de plantes aquatiques pour nourrir les poissons ? Ou si l’on introduisait une population de prédateurs, comme le brochet ou le héron, en plus de la pêche humaine ? Ce n’est plus alors la balle dans le relief du paysage d’attracteurs qui va bouger, mais le relief du paysage d’attracteurs lui-même qui va être modifié pour correspondre à la nouvelle situation !

Par conséquent, lorsqu’une situation (sociale, politique…) nous semble désespérément bloquée, l’idée de chercher à la comprendre en termes de d’attracteurs, de profondeur des vallées de ces attracteurs, de largeur du bassin d’attraction ou de possibilités de modifier carrément le paysage des attracteurs est peut-être une bonne approche pour y voir plus clair. Après tout, il y a tant d’exemples, quand on y pense, où rien de ne semble bouger et où tout d’un coup tout peut changer

* * *

Je m’aperçois que je n’ai pas donné d’exemples en neurobiologie où pourtant les paysages d’attracteurs permettent de comprendre bien des choses. Ce sera donc pour le prochain billet qui sera non pas la semaine prochaine mais dans deux semaines. Je serai en effet la semaine prochaine sur les routes du Québec pour une première petite escapade à vélo, histoire de faire du bien à mon cerveau et à mon système immunitaire. J’espère que vous pourrez en faire autant cet été !

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Mardi, 12 juin 2018
Une école d’été sur la sensibilité et la cognition animale

« Without consciousness the mind-body problem would be much less interesting. With consciousness it seems hopeless.«   – Thomas Nagel

Quel effet ça fait d’être une chauve-souris ? C’est avec ce titre un peu déroutant que le philosophe Thomas Nagel avait voulu, dans son célèbre article de 1974 « What is it Like to Be a Bat? », montrer le caractère ineffable de la conscience subjective. Car on ne saura jamais « l’effet que ça fait » de s’orienter par écholocation comme la chauve-souris pour la simple et bonne raison que nous n’avons pas un corps et un système nerveux de chauve-souris capable de le faire ! La question du ressenti animal en général n’en demeure pas moins fort pertinente, ne serait-ce que parce qu’une espèce, la nôtre, est douée de langage et d’une méthode scientifique qui permet de faire des observations et des déductions sur les états mentaux de ses congénères humains ou non humains. Et comme cette même espèce (toujours la nôtre) domestique, exploite ou extermine des milliers d’autres espèces animales, savoir ce que ces dernières peuvent ressentir devient essentiel d’un point de vue éthique pour baliser nos actions envers elles.

C’est dans cet esprit que sera présentée du 26 juin au 6 juillet prochain la 7e école d’été de l’Institut des sciences cognitives de l’Université du Québec à Montréal (UQAM). Ayant pour titre « Le problème des autres esprits: sensibilité et cognition animale », elle réunira durant dix jours une soixantaine de psychologues comparatifs, d’éthologues, d’évolutionnistes et de neurobiologistes cognitifs qui tentent comprendre les pensées des autres espèces animales. (Lire la suite…)

Au coeur de la mémoire | Pas de commentaires


Mardi, 5 juin 2018
Andy Clark : une vision unifiée du cerveau-corps-environnement

Je voudrais attirer votre attention cette semaine sur l’article « The Mind-Expanding Ideas of Andy Clark » qui présente ce personnage unique dans les sciences cognitives contemporaines qu’est Andy Clark. Et surtout, comme le titre de l’article l’indique, ses idées qui, pour tenter une traduction française du titre de l’article, nous portent constamment à élargir notre champ de conscience.

Car de la cognition dite « étendue » développée avec David Chalmers à la fin des années 1990 au « cerveau prédictif » sur lequel il planche depuis plusieurs années maintenant et qui est le thème de son dernier livre « Surfing uncertainty », Clark a toujours justement surfé sur des nouvelles vagues qui ont déferlé et ébranlé les remparts des paradigmes dominants dans le vaste champ des sciences cognitives. (Lire la suite…)

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Mardi, 29 mai 2018
Le sentiment nationaliste inversement proportionnel à la flexibilité cognitive ?

Plusieurs études ont montré par le passé comment certaines caractéristiques émotionnelles particulières pouvaient avoir des effets cognitifs à des niveaux plus élevés, jusqu’à orienter nos choix politiques. Être plus sensibles aux choses dégoûtantes est ainsi corrélé avec le fait d’avoir une posture plus conservatrice au niveau politique ou éthique. De même, être peureux de nature ou même se faire raconter ponctuellement des histoires d’horreurnous tire aussi vers le même pôle conservateur du spectre politique. Plus récemment, le phénomène inverse a même été démontré : induire un sentiment d’invincibilité avec une simple expérience de pensée nous décale cette fois-ci vers le pôle libéral (ou progressiste) du spectre politique.

Même si ces résultats sont de prime abord un peu surprenant, on peut comprendre intuitivement comment des émotions fortes comme le dégoût ou la peur peuvent avoir un effet très large sur notre psychisme. Mais qu’en est-il des processus plus neutre sur le plan émotionnel comme la catégorisation (ou l’analogie / catégorisation) et la flexibilité cognitive ? (Lire la suite…)

Le développement de nos facultés | Pas de commentaires


Mardi, 22 mai 2018
Une nouvelle technique fait avancer notre compréhension du cerveau adolescent

Le billet de la semaine dernière attirait l’attention sur les limites, d’abord de nos sens, puis des instruments et des techniques qui nous permettent d’amasser des données sur le réel avec la démarche scientifique. On en a un bel exemple cette semaine avec cette étude publiée le 4 avril dernier et intitulée « The Integration of Functional Brain Activity from Adolescence to Adulthood ». Car c’est grâce à une nouvelle approche en imagerie cérébrale que Prantik Kundu et son équipe ont réussi à mettre en évidence ces changements importants dans la connectivité de notre cerveau quand on passe de l’enfance à l’adolescence et finalement à l’âge adulte.

Appelée imagerie par résonance magnétique fonctionnelle “multiecho” ((ME)-fMRI, en anglais), cette approche permet de contourner les limitations et les biais liés à l’utilisation de la fMRI classique dans les études neurodéveloppementales. (Lire la suite…)

Du simple au complexe | Pas de commentaires