Représentation mentale
Une représentation mentale est un état ou un contenu mental qui « tient lieu » de quelque chose d'autre pour un sujet : un objet, une situation, une propriété, un événement, réel ou fictif. Au sens large, il s'agit de tout objet mental doté de propriétés sémantiques, contenu, référence, conditions de vérité, qu'il s'agisse d'une perception, d'une image, d'un concept, d'une croyance, d'un désir ou d'un souvenir[1].
Le concept est au carrefour de plusieurs disciplines. En philosophie de l'esprit, il est étroitement lié à la notion d'intentionnalité (le fait qu'un état mental porte sur quelque chose). En psychologie cognitive et en sciences cognitives, la représentation mentale désigne les structures d'information manipulées par les processus cognitifs (perception, mémoire, raisonnement, langage), dans le cadre de la théorie computationnelle de l'esprit[2].
La représentation mentale ne doit pas être confondue avec les techniques d'imagerie cérébrale, qui visualisent l'activité du cerveau, ni avec la représentation sociale, qui désigne un savoir partagé par les membres d'un groupe. Elle se distingue également, bien qu'elle les recoupe, de l'image mentale (limitée aux reconstructions quasi perceptives) et du modèle mental (simulation structurée d'un système ou d'une situation).
La nature, le format (propositionnel ou imagé), les rapport aux états neuronaux, voire l'existence même des représentations mentales fait l'objet de débats importants depuis la seconde moitié du XXe siècle[1].
Histoire du concept
[modifier | modifier le code]
Nature des représentations mentales
[modifier | modifier le code]Les représentations mentales ne forment pas une classe homogène. Elles diffèrent d'abord par la nature de leur contenu : certaines représentent des objets ou des événements présents à la perception, d'autres des classes générales, des états de choses absents, passés, possibles ou fictifs. Cette diversité explique qu'elles soient étudiées à la fois en philosophie de l'esprit, en psychologie cognitive et en neurosciences cognitives[1].
Percepts et images mentales
[modifier | modifier le code]La perception est souvent analysée comme une forme de représentation mentale par laquelle un sujet se rapporte à des objets, propriétés ou événements présents dans son environnement. Dans ce cas, le contenu représenté est lié à une stimulation sensorielle en cours. L'image mentale, à l'inverse, désigne la représentation de la forme, de la couleur ou de la configuration spatiale d'un objet ou d'une scène en l'absence de stimulation perceptive correspondante.
Les expériences de rotation mentale de Roger Shepard et Jacqueline Metzler (1971) ont montré que le temps nécessaire pour déterminer si deux figures tridimensionnelles sont identiques augmente linéairement avec l'angle de rotation qui les sépare, comme si les sujets « faisaient tourner » mentalement l'image à vitesse constante[3]. L'image mentale constitue ainsi un type particulier de représentation, distinct de la perception actuelle bien qu'elle en partage certaines propriétés.
Concepts et catégories
[modifier | modifier le code]Les concepts sont des représentations générales d'objets, de propriétés ou de relations. Ils permettent d'identifier des régularités, de regrouper des entités en classes et de généraliser à partir de cas particuliers. Ils jouent un rôle central dans la catégorisation, le raisonnement et l'acquisition des connaissances. Plusieurs théories s'opposent sur leur nature : les théories définitionnelles, selon lesquelles un concept est constitué par un ensemble de propriétés nécessaires et suffisantes ; les théories du prototype, associées notamment à Eleanor Rosch ; les théories par exemplaires ; et les « théories-théories », qui interprètent les concepts comme insérés dans des réseaux explicatifs plus larges[4].
Croyances, désirs et souvenirs
[modifier | modifier le code]Les représentations mentales incluent également des états tels que les croyances, les désirs et les souvenirs. Une croyance représente le monde comme étant d'une certaine manière ; elle possède ainsi un contenu susceptible d'être vrai ou faux. Un désir représente, non pas ce qui est, mais un état de choses souhaité ou recherché. Un souvenir, enfin, représente un événement passé, une scène vécue ou une information précédemment acquise.
Ces états diffèrent par leur fonction psychologique, mais ils ont en commun de posséder un contenu intentionnel. C'est pourquoi ils sont généralement inclus dans le champ des représentations mentales au sens large[1].
Modèles mentaux
[modifier | modifier le code]La notion de modèle mental, développée par Philip Johnson-Laird, désigne une représentation structurée d'une situation, d'un système ou d'une séquence d'événements, intégrée et manipulable, qui permet au sujet de simuler son comportement et de raisonner à son propos[5].
Les modèles mentaux se distinguent des représentations plus élémentaires en ce qu'ils préservent certaines relations internes entre les éléments représentés. Ils permettent notamment l'anticipation, l'inférence et la planification, et occupent une place intermédiaire entre l'image mentale, le concept et le raisonnement explicite.
Représentations conscientes et non conscientes
[modifier | modifier le code]La psychologie cognitive considère que toutes les représentations ne sont pas conscientes. Une large part du traitement perceptif, langagier ou moteur repose sur des représentations dites « sous-personnelles », accessibles seulement par leurs effets sur le comportement ou sur d'autres traitements cognitifs. De nombreuses représentations intervenant dans la reconnaissance visuelle, le contrôle de l'action ou le traitement syntaxique ne sont ainsi jamais présentes à la conscience du sujet.
Cette notion diffère de celle d'inconscient en psychanalyse par son cadre théorique : il s'agit ici de processus computationnels et fonctionnels, plutôt que de contenus refoulés.
Forme de l'encodage dans le substrat neuronal
[modifier | modifier le code]Les représentations mentales peuvent aussi être distinguées selon la forme sous laquelle leur contenu est encodé. La question n'est alors plus seulement de savoir ce qui est représenté, mais comment cela l'est par un code localisé ou distribué[6] (par l'activité d'un neurone isolé ou d'une population entière) ou la caractérisation mathématique de cette représentation. Ce problème, qui relève en partie du codage neuronal[7].
Codage localisé : la « cellule grand-mère »
[modifier | modifier le code]L'hypothèse du codage localisé, popularisée sous le nom de cellule grand-mère (grandmother cell) par Jerry Lettvin dans les années 1960, suppose qu'une représentation donnée serait portée par un neurone unique ou un très petit groupe de neurones spécialisés. Des formulations apparentées avaient été proposées antérieurement sous les termes de « cellule pontificale » (Sherrington), « cellule gnostique » (Konorski) ou « cellule cardinale » (Barlow). Cette hypothèse prolongeait la découverte par Hubel et Wiesel de cellules du cortex visuel primaire sélectivement sensibles à des caractéristiques précises comme l'orientation d'un contour[6].
Des enregistrements intracrâniens réalisés chez des patients épileptiques ont mis en évidence, dans le lobe temporal médian, des neurones répondant de façon remarquablement sélective à des personnes ou objets familiers. Le cas le plus célèbre est celui d'un neurone répondant à diverses photographies de l'actrice Jennifer Aniston mais restant silencieux pour d'autres visages[8]. Ces « cellules conceptuelles » présentent une propriété remarquable : leur réponse est invariante à des présentations différentes d'un même contenu ce qui suggère qu'elles codent un concept abstrait plutôt qu'un stimulus perceptif particulier.
Plusieurs arguments s'opposent toutefois à une interprétation strictement « grand-mère » de ces observations. Rodrigo Quian Quiroga lui-même défend un codage distribué parcimonieux plutôt qu'une dédicace un-pour-un[9]. Un même neurone peut répondre à plusieurs concepts sémantiquement liés ; le fait qu'un enregistrement aléatoire tombe sur une cellule répondant à un concept donné suppose l'existence de nombreuses cellules similaires ; surtout, la capacité de l'esprit à former un nombre virtuellement illimité de représentations et à les combiner paraît difficilement conciliable avec un codage strictement un concept / un neurone.
Codage distribué et représentations vectorielles
[modifier | modifier le code]La doctrine alternative, dite doctrine de la population, considère que chaque représentation mentale correspond à un patron d'activité réparti sur un grand nombre de neurones. Chaque neurone participe à de multiples représentations avec des poids variables et, réciproquement, chaque représentation mobilise de nombreux neurones. L'état instantané d'une population de N neurones peut alors être décrit comme un point dans un espace vectoriel à N dimensions : les représentations deviennent des régions de cet espace, et les opérations mentales des trajectoires qui s'y déploient[7],[10].
L'exemple historique est celui de la direction d'un mouvement dans le cortex moteur primaire, décrite par Apostolos Georgopoulos dans les années 1980[11] : aucun neurone pris isolément ne détermine précisément la direction, mais la somme pondérée des directions préférées de chaque neurone, pondérée par son taux de décharge, reconstruit avec précision le mouvement effectué. Lors d'une tâche de rotation mentale, le vecteur de population du cortex moteur tourne progressivement de la direction initialement indiquée vers la direction cible, offrant une signature neurale directe du calcul mental[12].
Codage parcimonieux et factoriel
[modifier | modifier le code]Entre les extrêmes localisé et dense, le codage parcimonieux constitue un compromis où chaque représentation ne mobilise qu'une petite fraction des neurones disponibles, tandis que chaque neurone participe à de nombreuses représentations. Ce schéma est largement documenté dans le cortex visuel, le système olfactif et le lobe temporal médian[13].
Dans un code factoriel, différentes dimensions d'un même contenu — couleur, forme, position d'un objet — sont portées par des sous-espaces relativement indépendants de l'activité de population, ce qui permet de représenter simultanément un grand nombre de combinaisons d'attributs sans interférence excessive entre dimensions. Cette propriété géométrique est souvent invoquée pour expliquer la flexibilité combinatoire des représentations mentales[7].
Représentations vectorielles en intelligence artificielle
[modifier | modifier le code]La conception vectorielle des représentations mentales rejoint la manière dont les systèmes d'intelligence artificielle contemporains représentent leurs contenus internes. Dans les modèles de traitement automatique du langage naturel, les mots, phrases et concepts sont encodés par des plongements (word embeddings) — vecteurs de plusieurs centaines de dimensions dont la géométrie capture certaines relations sémantiques[14].
La convergence partielle entre ces représentations artificielles et certains patrons d'activité cérébrale observés en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle alimente l'hypothèse d'une « géométrie de la pensée » commune, au moins en partie, aux systèmes biologiques et artificiels[6].
Références
[modifier | modifier le code]- David Pitt, « Mental Representation », dans The Stanford Encyclopedia of Philosophy, Metaphysics Research Lab, Stanford University, (lire en ligne)
- ↑ Jerry Fodor, The Language of Thought, Harvard University Press, .
- ↑ (en) Shepard et Metzler, « Mental rotation of three-dimensional objects », Science, vol. 171, no 3972, , p. 701-703 (DOI 10.1126/science.171.3972.701).
- ↑ (en) Gregory Murphy, The Big Book of Concepts, MIT Press, .
- ↑ (en) Philip Johnson-Laird, Mental Models, Harvard University Press, .
- Stanislas Dehaene, « Vecteurs neuronaux ou cellules grand-mère : les représentations mentales sont-elles localisées ou distribuées ? », sur Collège de France, (consulté le ).
- (en) Ebitz et Hayden, « The population doctrine in cognitive neuroscience », Neuron, vol. 109, no 19, , p. 3055-3068 (DOI 10.1016/j.neuron.2021.07.011).
- ↑ (en) Quiroga, Reddy, Kreiman, Koch et Fried, « Invariant visual representation by single neurons in the human brain », Nature, vol. 435, no 7045, , p. 1102-1107 (PMID 15973409, DOI 10.1038/nature03687).
- ↑ (en) Quiroga, Kreiman, Koch et Fried, « Sparse but not 'Grandmother-cell' coding in the medial temporal lobe », Trends in Cognitive Sciences, vol. 12, no 3, , p. 87-91 (DOI 10.1016/j.tics.2007.12.003).
- ↑ (en) Chung et Abbott, « Neural population geometry: An approach for understanding biological and artificial neural networks », Current Opinion in Neurobiology, vol. 70, , p. 137-144 (DOI 10.1016/j.conb.2021.10.010).
- ↑ (en) Georgopoulos, Schwartz et Kettner, « Neuronal population coding of movement direction », Science, vol. 233, no 4771, , p. 1416-1419 (PMID 3749885, DOI 10.1126/science.3749885).
- ↑ (en) Georgopoulos, Lurito, Petrides, Schwartz et Massey, « Mental rotation of the neuronal population vector », Science, vol. 243, no 4888, , p. 234-236 (PMID 2911737, DOI 10.1126/science.2911737).
- ↑ (en) Olshausen et Field, « Emergence of simple-cell receptive field properties by learning a sparse code for natural images », Nature, vol. 381, no 6583, , p. 607-609 (PMID 8637596, DOI 10.1038/381607a0).
- ↑ (en) Pereira, Lou, Pritchett, Ritter, Gershman, Kanwisher et Fedorenko, « Toward a universal decoder of linguistic meaning from brain activation », Nature Communications, vol. 9, no 1, , p. 963 (DOI 10.1038/s41467-018-03068-4).
Voir aussi
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]- Représentation
- Codage neuronal
- Intentionnalité
- Image mentale
- Modèle mental
- Philosophie de la perception
- Modèle du monde (intelligence artificielle)
