En 1995, Stassinopoulos et Bak (1, 2) ont propos\u00e9 le mod\u00e8le de fonctionnement du cerveau d\u00e9crit aux sections 9.3 et 9.4 de mon livre sur la thermodynamique de l\u2019\u00e9volution (3). Il consiste en un r\u00e9seau r\u00e9gulier de neurones. La rang\u00e9e sup\u00e9rieure est form\u00e9e de neurones sensoriels. Ils re\u00e7oivent les signaux d\u2019organes comme ceux de la vue ou de l\u2019ou\u00efe qui importent de l\u2019information en provenance de l\u2019environnement. La rang\u00e9e inf\u00e9rieure est form\u00e9e de neurones moteurs. Ils commandent des muscles comme ceux des mains ou des cordes vocales qui agissent sur l\u2019environnement. L\u2019ensemble des neurones re\u00e7oit des signaux mesurant notre degr\u00e9 de satisfaction. On sait qu\u2019il est li\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9nergie que nous dissipons ou que nous allons dissiper, comme celle tir\u00e9e de notre nourriture.<\/p>\n
Ce r\u00e9seau neuronal s\u2019auto-organise suivant un processus d\u2019apprentissage dit de \u00ab\u00a0criticalit\u00e9 auto-organis\u00e9e\u00a0\u00bb qui cherche \u00e0 maximiser notre satisfaction. Des liaisons s\u2019\u00e9tablissent entre les organes sensoriels et les organes moteurs. Lorsque le cerveau fonctionne, des signaux le traversent depuis les neurones sensoriels vers les neurones moteurs, comme l\u2019eau traverse le marc de caf\u00e9. On dit que le r\u00e9seau percole.<\/p>\n
Il est facile de se rendre compte que ces liaisons peuvent s\u2019\u00e9tablir m\u00eame en l\u2019absence de toute influence ext\u00e9rieure ou de toute commande de nos muscles. Il est d\u2019exp\u00e9rience courante que, lorsqu\u2019on pense \u00e0 un individu, on le voit ou on l\u2019entend \u00ab\u00a0dans sa t\u00eate\u00a0\u00bb. De m\u00eame, une personne bilingue est capable de dire dans quelle langue elle pense. Chacun sait qu\u2019on peut se parler \u00e0 soi-m\u00eame. Cela veut dire que non seulement notre cerveau percole, mais que des connections peuvent aussi s\u2019\u00e9tablir en sens inverse, depuis nos neurones moteurs jusqu\u2019\u00e0 nos neurones sensoriels, ce qui permet des boucles d\u2019asservissement.<\/p>\n
Lorsque le r\u00e9seau neuronal ne percole plus, toute pens\u00e9e cesse. On peut identifier cet \u00e9tat \u00e0 celui du sommeil. Cela ne veut pas dire que le cerveau ne fonctionne plus. Il fonctionne encore, mais nous n\u2019en sommes plus conscients. D\u00e8s qu\u2019il percole, nous redevenons conscients. Nous nous r\u00e9veillons.<\/p>\n
Dans le mod\u00e8le de Per Bak, les signaux li\u00e9s \u00e0 la satisfaction augmentent les seuils \u00e0 partir desquels les neurones sont excit\u00e9s. Lorsque l\u2019insatisfaction est grande, les seuils sont bas. L\u2019ensemble des neurones excit\u00e9s forme alors de grands domaines d\u2019Ising qui se connectent les uns aux autres. Le cerveau percole abondamment conduisant \u00e0 une activit\u00e9 intense et d\u00e9sordonn\u00e9e. C\u2019est ce qui se passe lorsque, par exemple, nous sommes en col\u00e8re.<\/p>\n
Lorsque nous pouvons dissiper de l\u2019\u00e9nergie, la satisfaction revient. Les seuils augmentent et la taille des domaines d\u2019Ising diminue, donc les possibilit\u00e9s de percolation aussi. On s\u2019approche du point critique au del\u00e0 duquel toute percolation cesse. Si nous dissipons trop d\u2019\u00e9nergie, le seuil critique est d\u00e9pass\u00e9 et le cerveau ne percole plus. Un athl\u00e8te fatigu\u00e9 ou un individu repu s\u2019endort.<\/p>\n
Les simulations num\u00e9riques montrent que le cerveau fonctionne d\u2019autant mieux qu\u2019il est proche de ce point critique. Des liaisons univoques s\u2019\u00e9tablissent alors entre les neurones sensoriels et les neurones moteurs. Le processus de criticalit\u00e9 auto-organis\u00e9e implique que l\u2019\u00e9tat du cerveau oscille constamment autour du point critique de fa\u00e7on \u00e0 maximiser la satisfaction. Les liaisons \u00e9tablies sont alors celles qui r\u00e9pondent le mieux \u00e0 nos besoins. <\/p>\n
Lorsque nous dormons, certains de nos neurones sont encore excit\u00e9s mais leur ensemble forme des domaines d\u2019Ising trop petits pour \u00eatre connect\u00e9s entre eux. La plupart de ces domaines subsistent \u00e0 l\u2019\u00e9tat d\u2019\u00e9veil, mais nous n\u2019en sommes pas conscients. On peut donc identifier ces domaines avec ce que les psychiatres appellent l\u2019inconscient.<\/p>\n
Pour prendre conscience de ces domaines, il faut les faire percoler en \u00e9tablissant \u00e0 travers eux des liaisons entre nos neurones sensoriels et nos neurones moteurs. C\u2019est ce que fait un psychiatre lorsqu\u2019il allonge un patient sur un divan pour le faire parler (4). Il ravive ainsi la m\u00e9moire du patient en lui faisant volontairement \u00e9voquer des images, des sons, ou autres sensations oubli\u00e9es. Elles l\u2019ont \u00e9t\u00e9 parce qu\u2019elle ne nous apportaient pas satisfaction. Les psychiatres parlent de refoulement. Avec le temps, des exp\u00e9riences n\u00e9gatives peuvent cependant s\u2019av\u00e9rer utiles.<\/p>\n
J\u2019ai dit que le cerveau oscillait constamment autour du point critique, c\u2019est-\u00e0-dire entre des \u00e9tats de surexcitation et des \u00e9tats de sommeil. Th\u00e9oriquement, ces oscillations suivent une loi en 1\/f. On sait cependant que les syst\u00e8mes dynamiques non-lin\u00e9aires se synchronisent facilement sur une p\u00e9riode ext\u00e9rieure au syst\u00e8me. L\u2019image du tas de sable de Per Bak peut en donner un exemple. Soumis \u00e0 des fluctuations p\u00e9riodiques du champ de gravit\u00e9, un tas de sable produira des avalanches de m\u00eame p\u00e9riode. De m\u00eame notre cerveau se synchronise sur l\u2019alternance entre le jour et la nuit. Les personnes qui voyagent autour du globe savent qu\u2019il met un certain temps \u00e0 se resynchroniser.<\/p>\n
Ainsi le sommeil serait n\u00e9cessaire au cerveau pour se reprogrammer. J\u2019ai souvent constat\u00e9 que la solution aux probl\u00e8mes qui me pr\u00e9occupaient la veille, m\u2019apparaissait souvent le matin au r\u00e9veil, c\u2019est-\u00e0-dire d\u00e8s que mon cerveau s\u2019\u00e9tait remis \u00e0 percoler. Dans mon prochain billet j\u2019appliquerai ces notions au cerveau global de la soci\u00e9t\u00e9.<\/p>\n
(1) Stassinopoulos, D., and Bak, P., Democratic Reinforcement. A Principle for Brain Function, Physical Review E 51, 5033.<\/p>\n
(2) Per Bak, How Nature Works, the science of self-organized criticality, Copernicus, Springer-Verlag (1996). Traduit en fran\u00e7ais sous le titre: Quand la nature s\u2019organise (1999), Flammarion.<\/p>\n
(3) Roddier, F., Thermodynamique de l\u2019\u00e9volution, Parole \u00e9d., 2012.<\/p>\n
(4) On prend aussi conscience de ces domaines par l\u2019analyse des r\u00e8ves lorsqu\u2019on se r\u00e9veille au milieu de l\u2019un d\u2019entre eux.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
En 1995, Stassinopoulos et Bak (1, 2) ont propos\u00e9 le mod\u00e8le de fonctionnement du cerveau d\u00e9crit aux sections 9.3 et 9.4 de mon livre sur la thermodynamique de l\u2019\u00e9volution (3). Il consiste en un r\u00e9seau r\u00e9gulier de neurones. La rang\u00e9e sup\u00e9rieure est form\u00e9e de neurones sensoriels. Ils re\u00e7oivent les signaux d\u2019organes comme ceux de la … Continuer la lecture de 62 – Conscience, inconscient et psychanalyse<\/span>