Sciences cognitives

Les sciences cognitives regroupent un ensemble de disciplines scientifiques dédiées à l'étude et la compréhension des mécanismes de la pensée humaine, animale ou artificielle, et d'une façon plus générale de tout dispositif cognitif, c'est-à-dire tout système complexe de traitement de l'information capable d'acquérir, conserver, utiliser et transmettre des connaissances. Les sciences cognitives reposent par conséquent 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. Comme domaine interdisciplinaire, les sciences cognitives utilisent conjointement des données issues d'une grande variété de branches de la science et de l'ingénierie, surtout : la linguistique, l'anthropologie, la psychologie, les neurosciences, la philosophie, l'intelligence artificielle.

Après à peu près cinquante années d'existence, les sciences cognitives forment par conséquent un champ interdisciplinaire particulièrement vaste dont les limites et l'articulation des disciplines constitutives entre elles font toujours débat. Certains estiment cependant 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 principale, dite science de la cognition, dont les spécialistes quelquefois nommés cogniticiens ^[1] 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.

En France où la tradition disciplinaire est forte, le statut des sciences cognitives continue de faire débat. Divers regroupements de chercheurs, mais également 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 Fédération Française des Etudiants et Jeunes Chercheurs en Sciences Cognitives (Fresco).

Histoire des sciences cognitives

Il est habituel de dater l'apparition des sciences cognitives de 1956. En effet, cette année voit s'organiser la toute première conférence consacrée à l'intelligence artificielle ainsi qu'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 principales pour le domaine des sciences cognitives.

Quelques années jusque là néenmoins, 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 l'objectif de créer une science générale du fonctionnement de l'esprit. En outre, au sortir de la Deuxième 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, surtout étasunienne.

Disciplines

Linguistique cognitive et grammaire générative

Articles détaillés : Linguistique cognitive, Grammaire générative

La linguistique formelle et surtout 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 surtout élevé contre la conception du langage comme un ensemble d'«habitudes» apprises par observation et conditionnement au profit de l'idée d'une grammaire constituée de règles décrites formellement. Arguant de la pauvreté du stimulus, Chomsky considère que cette compétence est le résultat de la connaissance innée d'une grammaire universelle. Ces idées ont été développées en dehors de la linguistique par le philosophe Jerry Fodor, dans ses fameuses thèses sur la modularité de l'esprit et le mentalais.

Chercheurs Noam Chomsky George Lakoff John Langshaw Austin Ray Jackendoff John Searle Paul Grice Dan Sperber Leonard Talmy

Notions Grammaire universelle Compétence et performance (Générativisme) Module lexical (Générativisme)

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 changent : «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 l'ensemble des 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.

Penseurs René Descartes Baruch Spinoza Gottlob Frege Ludwig Wittgenstein Bertrand Russell Willard Van Orman Quine Edmund Husserl

Penseurs (suite) Gilbert Ryle Daniel Dennett Jerry Fodor Hilary Putnam Donald Davidson John Searle Peter Strawson

Intelligence artificielle

Article détaillé : Intelligence artificielle.

Chercheurs Allen Newell Herbert Simon Marvin Minsky John McCarthy Seymour Papert Warren McCulloch Walter Pitts

Notions Système expert, ontologie (informatique) Architecture cognitive et modèle cognitif Système multi-agents Métaheuristique Moteur d'inférence Neurone formel et réseau de neurones

Neurosciences

Article détaillé : Neurosciences

Disciplines Neurosciences cognitives Neuropsychologie Psychophysiologie Neurosciences computationnelles

Outils & techniques Électrophysiologie Imagerie cérébrale fonctionnelle IRMf, TEP EEG, MEG (Potentiels évoqués, rythmes cérébraux) Stimulation magnétique transcranienne (TMS) Neuropharmacologie

Psychologie cognitive

Articles détaillés : Psychologie cognitive, Cognition

La psychologie cognitive concerne les processus d'élaboration et d'utilisation des connaissances chez l'être humain. Quoiqu'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 définit 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.

Chercheurs (suite) Ulric Neisser Jerome Bruner Frederic Bartlett Hermann Ebbinghaus Lev S. Vygotsky

Courants et concepts

Cognitivisme

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

Le cognitivisme fait partie 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 selon 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 totalement différentes du point de vue physique et par conséquent que la simulation et la modélisation informatique pouvaient apporter 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 dispositifs 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 actuellement en importance avec les progrès de l'imagerie cérébrale et des neurosciences. Partageant avec le cognitivisme l'idée de représentation, il rejette par contre 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 constitué par ces entités à un moment donné.

Processus cognitifs

Attention

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

Mémoire

La mémoire sert à 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, autant 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 dispositifs sensoriels mais également 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 aussi sur les représentations mentales qui organisent ces informations.

De leur côté, les neurosciences ont aussi cherché à identifier les structures cérébrales réalisant ces différentes fonctions ainsi qu'à décrire les processus biologiques donnant la possibilité l'apprentissage et l'encodage des informations. Le phénomène de potentialisation à long terme explique surtout comment la stimulation répétée de certaines connexions neuronales les rend plus susceptible de s'activer à l'avenir en réponse à un stimulus identique (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 changent 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 dispositif complexe et non cloisonné qui conserverait l'ensemble des informations sous formes de traces. Ces traces ne seraient pas nécessairement situées 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

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

Revues

• intellectica est la revue de l'Association pour la Recherche Cognitive (ARCo). Elle s'adresse à la totalité 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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