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Lundi, 5 janvier 2015
Quand la physique éclaire le problème du connectome avec le jeu

On le sait aujourd’hui, la véritable multidisciplinarité est difficile, mais nécessaire pour comprendre le monde complexe dans lequel on vit. Henri Laborit appelait de ses vœux davantage de « polyconceptualistes », c’est-à-dire des gens spécialisés dans leur discipline, mais qui font l’effort de comprendre les concepts des autres disciplines. C’est exactement ce que fait le physicien Robert B. Laughlin à propos de la complexité du cerveau dans l’article « Physics, Emergence, and the Connectome » publié dans la revue Neuron en septembre dernier.

Co-récipiendaire du prix Nobel de physique 1998 pour l’explication de « l’effet Hall quantique fractionnaire », Laughlin réfléchit dans cet article à une propriété qui lui apparaît fondamentale tant pour la physique, la chimie ou la biologie : le jeu ! Bon, il pense ici à une définition plutôt large de ce qu’on entend par jouer, à savoir une définition qui inclut à la fois le comportement de jeu que l’on reconnaît aisément chez l’enfant humain ou chez d’autres animaux, et à la fois un phénomène plus large observé dans les sciences physiques et qui s’apparente à l’instabilité des systèmes complexes.

Ces systèmes faits d’un très grand nombre d’éléments interconnectés démontrent souvent des capacités d’auto-organisation qui émergent naturellement de l’interaction de ses éléments. Autrement dit, les éléments du système « jouent » ensemble, et quelque chose s’organise alors. Et Laughlin de rappeler la citation de Jean Piaget à l’effet que le jeu est la chose par laquelle la nouveauté émerge…

Mais en quoi cela est-il intéressant pour comprendre le cerveau ? Il faut alors rappeler, comme le fait Laughlin, que le nombre de gènes humains est bien trop petit pour « coder » toute l’information complexe contenu dans le connectome humain (la carte hypercomplexe des connexions que font nos 85 milliards de neurones). Pour que cela soit possible, on sait que le cerveau utilise énormément les stimuli de l’environnement dans lequel il évolue pour se construire. Un tel système devient alors très robuste aux petites erreurs (un neurone peut mourir sans que nos capacités mentales n’en soient affectées). Mais il acquiert aussi une grande instabilité à ce qu’on appelle en physique du chaos « les conditions initiales » (que reflète le caractère changeant et fugace de nos pensées). Bref, son comportement devient très difficile à prédire bien que demeurant totalement déterministe. Et c’est ce qui rend l’étude du cerveau pas facile…

Laughlin pense que ce qu’il appelle le « jeu » est à la fois responsable de cette complexité des cerveaux qui les rend difficile à comprendre, mais aussi du caractère universel du comportement de jeu dans le règne animal. Jaak Panksepp en fait même l’une des émotions fondamentales. Même une pieuvre, dont l’ancêtre commun avec l’humain remonte à au moins 600 millions d’années, montre des comportements s’apparentant au jeu. Et Laughlin ne croit pas qu’il s’agisse de quelque chose comme d’un « beau hasard » ou d’un principe redécouvert deux fois par l’évolution comme cela s’est vu pour autre chose (l’œil de la pieuvre, entre autres, assez semblable au nôtre). Il suspecte plutôt le jeu comme un principe fondateur des systèmes nerveux et rappelle à quel point les neurones « jouent » énormément tant au niveau de leur grande diversité de formes que des mécanismes de plasticité qui transforment constamment cette forme.

Il n’y aurait donc rien de surprenant pour lui dans l’idée que le jeu soit une étape fondamentale et nécessaire à la construction de notre cerveau et même de notre corps en entier. Tout ce que cela requiert, affirme Laughlin, c’est une phase d’organisation qui soit instable. À partir de là, tout ce que les gènes ont à faire c’est de permettre l’avènement d’une telle phase, avec des systèmes sensoriels et moteurs ouverts sur le monde. Et ensuite de permettre à ce système « d’aller jouer dehors ». Les capacités d’auto-organisation et de création de propriétés émergentes du système finiraient ensuite le travail.

Et c’est ainsi qu’on se retrouve avec des capacités cognitives diablement difficiles à déchiffrer à partir de l’observation du connectome. Un peu comme si l’on voulait comprendre l’économie en observant le réseau routier qui relie les grandes métropoles. L’économie a bien sûr influencé ce réseau, mais l’économie c’est avant tout un système d’échange entre de très nombreux agents formant un système complexe qui joue constamment et dont les conséquences anatomiques peuvent être très difficiles à déduire a posteriori. Un peu aussi comme lorsque Michael Gazzaniga disait qu’on ne comprendra pas le libre arbitre en regardant dans le cerveau parce que c’est comme regarder sous le capot d’une voiture pour comprendre la circulation automobile, alors que le libre arbitre est aussi une histoire d’interaction « entre » les humains. Gazzaniga qui, en passant, défend lui aussi l’idée d’émergence en biologie, mais qui admet que d’y adjoindre la question de la causalité descendante (comment ces propriétés émergentes peuvent contraindre les niveaux sous-jacents) demeure le meilleur moyen de partir une bagarre dans un congrès de sciences cognitives…

i_lien Physics, Emergence, and the Connectome

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