Une théorie ambitieuse peut-elle unir biologie, neurosciences et psychologie ?

Au début des années 1990, un neuroscientifique britannique Karl Friston se penchait sur les scanners cérébraux. Les scans ont produit des téraoctets de sortie numérique, et Friston a dû trouver de nouvelles techniques pour trier et classer les flux massifs de données.

Auteurs


  • Douleur de Ross

    Associé de recherche postdoctoral, Philosophie, Université nationale australienne


  • Michel David Kirchhoff

    Maître de conférences, Philosophie, Université de Wollongong


  • Stephen Francis Mann

    Chercheur invité, Philosophie, Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology

En chemin, il a eu une révélation. Les techniques qu’il utilisait pourraient être similaires à ce que faisait le cerveau lui-même lorsqu’il traitait des données visuelles.

Se pourrait-il qu’il soit tombé sur une solution à un problème d’ingénierie des données que la nature avait découvert il y a longtemps ? Le moment eureka de Friston a conduit à une “théorie de tout”, qui prétend expliquer le comportement du cerveau, de l’esprit et de la vie elle-même.

Comme nous l’avons découvert lorsque nous avons réuni une collection de papiersla théorie – connue sous le nom de “principe de l’énergie libre” – est controversée parmi les scientifiques et les philosophes.

Nature de la réingénierie

L’idée initiale de Friston était séduisante parce que le problème auquel est confronté le cerveau est similaire à celui auquel est confronté un scientifique expérimental. Les deux doivent utiliser les données dont ils disposent pour tirer des conclusions sur des événements qu’ils ne peuvent pas observer directement.

Le neuroscientifique utilise des données d’analyse pour déduire des faits sur les processus cérébraux. Le cerveau utilise les informations sensorielles pour déduire des faits sur le monde extérieur.

L’algorithme utilisé par Friston pour tirer des conclusions de ses données – une opération mathématique appelée “minimisation de l’énergie libre” – était basé sur techniques existantes en analyse statistique.


Karl Friston pensait que la méthode qu’il utilisait pour interpréter les scanners cérébraux pourrait être la même que la méthode que le cerveau lui-même utilisait pour interpréter les données visuelles. NIMH / Wikimédia

Friston (et d’autres comme l’informaticien Geoff Hinton) les réseaux de neurones artificiels réalisés pourraient facilement réaliser cette opération. Et si les réseaux de neurones artificiels pouvaient le faire, peut-être que les réseaux de neurones biologiques le pourraient aussi.

Mais Friston ne s’est pas arrêté là. Il a estimé que le problème de tirer des conclusions à partir d’informations limitées est un problème auquel sont confrontés tous les êtres vivants.

Cela l’a conduit à la «principe de l’énergie libre« : que tout être vivant, partout, minimise l’énergie libre.

Le principe de l’énergie libre

Mais qu’est-ce que l’énergie libre exactement ? Pourquoi tous les êtres vivants pourraient-ils le minimiser ?

Commencez par une idée plus simple : chaque organisme essaie de minimiser la surprise de ses expériences. Par « surprenant », nous entendons des expériences qui n’ont pas été rencontrées auparavant par l’organisme ou ses ancêtres.

Vos ancêtres ont eu suffisamment de succès pour produire une lignée qui vous a finalement produit, donc ce qu’ils ont vécu a dû favoriser la survie. Et vos propres expériences jusqu’à présent vous ont permis d’être toujours en vie.

Ainsi, les expériences que vous n’avez pas eues auparavant – les surprises, en d’autres termes – peuvent être dangereuses. (La surprise ultime est la mort.)

Nous pouvons revêtir cette idée d’habits mathématiques en définissant la surprise en termes de probabilités. Moins une expérience est probable, plus elle est surprenante.

Et c’est là que « l’énergie libre » entre en scène. Ce n’est pas de l’énergie comme nous le pensons habituellement – dans cette situation, l’énergie libre mesure à quel point votre expérience serait improbable si une certaine situation non observée était vraie.

Pas de surprises?

Minimiser l’énergie libre signifie choisir de croire à la situation non observée qui rend vos observations les moins surprenantes.

Voici un exemple : imaginez que vous êtes en train de pique-niquer dans le parc, en regardant deux amis faire des allers-retours dans un ballon de football. Votre vue est masquée par un arbre, vous ne voyez donc pas la trajectoire complète du ballon botté.

Maintenant, il est possible qu’il y ait une troisième personne derrière l’arbre, qui attrape la balle à chaque fois qu’elle les dépasse et la lance ensuite sur une balle de rechange qu’elle a sous la main.

Il pourrait y avoir une personne derrière cet arbre. Mais dans l’ensemble, il est moins étonnant de croire qu’il n’y en a pas. Simon Wilkes / Unsplash

Cependant, il n’y a aucune preuve de l’existence de cette troisième personne, donc leur existence serait très surprenante. Vous pouvez donc minimiser votre surprise en croyant qu’il n’y a pas de tierce personne secrète derrière l’arbre.

Minimiser l’énergie libre peut également aider à guider nos actions. Selon le principe de l’énergie libre, vous devriez faire des choses qui changeront le monde de manière à ce que vos expériences soient moins susceptibles d’être surprenantes !

Vu sous cet angle, nous mangeons pour éviter la surprise d’une faim extrême, et nous cherchons un abri pour éviter la surprise d’avoir froid.

Qu’est-ce qu’une « théorie du tout » explique réellement ?

Ainsi, le principe de l’énergie libre est une “théorie de tout” couvrant les neurosciences, la psychologie et la biologie ! Mais tout le monde n’est pas convaincu c’est une idée utile.

Une partie du scepticisme concerne la véracité ou non de la théorie. Une préoccupation encore plus grande est que, même si c’est vrai, cela peut ne pas être très utile.

Mais pourquoi les gens penseraient-ils cela ?

Le biologiste des populations américain Richard Levins célèbre décrit un dilemme face aux scientifiques qui étudient les systèmes biologiques.

Ces systèmes contiennent une énorme quantité de détails potentiellement importants, et lorsque nous les modélisons, nous ne pouvons pas espérer les capturer tous. Alors, combien de détails devrions-nous essayer de capturer et combien devrions-nous laisser de côté ?

Levins a conclu qu’il existe un compromis entre le niveau de détail d’un modèle et le nombre de systèmes auxquels il s’applique. Un modèle qui capture beaucoup de détails sur un système spécifique sera moins informatif sur d’autres systèmes similaires.

Par exemple, nous pouvons modéliser la technique d’un nageur olympique afin d’améliorer ses performances. Mais ce modèle ne représentera pas fidèlement un nageur différent.

D’un autre côté, un modèle qui couvre plus de systèmes sera moins informatif sur un système particulier. En modélisant la façon dont les humains nagent en général, nous pouvons concevoir des cours de natation pour les enfants, mais les différences individuelles entre les enfants seront ignorées.

La morale est que nos modèles doivent correspondre à nos objectifs. Si vous voulez expliquer le fonctionnement d’un système particulier, produisez un modèle très spécifique. Si vous voulez dire des choses sur un grand nombre de systèmes différents, produisez un modèle général.

Trop général pour être utile ?

Le principe de l’énergie libre est un modèle très général. Il pourrait même s’agir du modèle le plus général des sciences de la vie aujourd’hui.

Mais quelle est l’utilité de tels modèles dans la pratique quotidienne de la biologie ou de la psychologie ? Critiques soutiennent que la théorie de Friston est si générale qu’il est difficile de voir comment elle pourrait être mise en pratique.

Les promoteurs prétendent succès pour le principe de l’énergie libre, mais s’avérera-t-il une énorme percée ? Ou les théories qui tentent de tout expliquer finissent-elles par ne rien expliquer ?

La conversation

Michael David Kirchhoff reçoit un financement de l’Australian Research Council.

Ross Pain et Stephen Francis Mann ne travaillent pas pour, ne consultent pas, ne possèdent pas d’actions ou ne reçoivent de financement d’aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, et n’ont divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de leur nomination universitaire.

/Avec l’aimable autorisation de La Conversation. Ce matériel de l’organisation/des auteurs d’origine peut être de nature ponctuelle, modifié pour plus de clarté, de style et de longueur. Les vues et opinions exprimées sont celles des auteurs.

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