1. Introduction.

 L'Institut des Sciences Cognitives est une création originale marquant, pour la première fois, l'autonomie de ce nouveau champ disciplinaire. A ce titre, il ne possède pas en France d'équivalent à quoi il pourrait être comparé. Cette situation particulière lui confère, par rapport à d'autres projets, des avantages et des handicaps : des avantages, dans la mesure où l'absence de référence laisse le champ libre à la mise en place d'un programme fortement innovant; des handicaps, dans la mesure où il ne sera pas possible, jusqu'à l'adoption définitive de ce programme et jusqu'aux résultats de l'appel d'offres qui en résultera, de connaitre de manière exacte sa composition.
 Le projet présenté ici est en effet celui d'un programme ouvert à toutes les critiques et à toutes les suggestions, notamment en ce qui concerne les poids respectifs des disciplines représentées. Il servira de base pour la rédaction de l'appel d'offres à partir duquel seront recrutés les principaux responsables de thèmes et les membres des équipes de recherche.
 Dans son état actuel, le programme comporte plus de thèmes que n'en pourra traiter l'Institut, du moins à ses débuts. Il se présente comme un programme optimal, ouvrant des perspectives pour le futur, dont la réalisation dépendra d'une part de la réponse du CNRS en matière de choix scientifiques et de disponibilités de postes pour le recrutement de chercheurs, et d'autre part des réponses à l'appel d'offres. Le présent projet a été élaboré en collaboration avec des groupes d'experts qui se sont réunis à Lyon de janvier à Mars 1993 (voir liste en Annexe).
 Enfin, le contenu du projet scientifique est indissociable d'un projet fonctionnel portant sur la structure même de l'Institut. Ses grandes lignes (autonomie et mobilité des équipes, création de programmes interdisciplinaires internes à l'Institut) correspondent aux objectifs d'innovation et d'originalité qui sont à la base du projet scientifique.
 
 

2. Définition générale du champ de recherches

 Le programme de recherche de l’Institut se déterminera autour de grands thèmes fédérateurs qui appartiennent au domaine de la Cognition naturelle. La cognition naturelle est celle des systèmes vivants et plus particulièrement de l'Homme.

 2.1. Ce choix semble raisonnable, dans la mesure où il serait inconcevable de prétendre couvrir l'ensemble du champ des Sciences Cognitives. Une cohabitation des sciences de la cognition artificielle et de celles de la cognition naturelle dans le même institut poserait des problèmes épistémologiques de nature conflictuelle. Les sciences de la cognition artificielle se fixent un but d'ordre conceptuel, éclaicir la notion d'intelligence au travers de ses multiples manifestations et réalisations; c'est le concept d'intelligence qui détermine le champ d'étude. Les sciences de la cognition naturelle ont une tâche empirique, celle de comprendre un objet du monde extérieur et d'élucider sa morphologie et ses règles de fonctionnement.
 L'approche de la cognition naturelle devrait représenter dans le futur Institut une référence ou un objectif plutôt qu'une exclusivité. Il y aura donc place pour une participation de recherches dans le domaine de la cognition artificielle. Il existe d'ailleurs des interactions entre les deux domaines : les systèmes naturels peuvent donner la clé de problèmes posés par l'intelligence artificielle; d'un autre côté, la modélisation peut aider à valider un problème posé par un système naturel. Ce sont donc les outils conceptuels qui assurent la continuité d'un champ à l'autre. Dans le cas de la modélisation d'ensemble d'une fonction cognitive (le langage), les outils sont d'ordre mathématique (modélisation symbolique); dans le cas de la modélisation d'un processus spécifique (le rôle du cervelet dans l'apprentissage), les outils sont d'ordre computationnel (modélisation connexionniste).

 2.2. A l'intérieur de cette définition de la thématique, le problème de fond posé par la description du programme d'un Institut des Sciences Cognitives est celui de la subsidiarité. En vertu de quoi la co-présence de disciplines et de compétences différentes au sein d'un même ensemble peut-elle donner naissance à des travaux qui ne pourraient être effectués dans un ensemble de laboratoires plus conventionnels? Quelle est la plus-value d'un programme de recherches en sciences cognitives par rapport à des recherches en linguistique, en psychologie, en neurosciences, etc.? Les discussions autour de ces questions ne sont pas nouvelles, elles remontent à la naissance des sciences cognitives, il y a près de 40 ans.
 Les sciences cognitives sont nées d'un rejet du behaviorisme et de la prise en compte de l'existence de processus mentaux autonomes, internes au sujet et ne dépendant pas nécessairement d'évènements extérieurs. Cette nouvelle tendance a pu donner à ses débuts, alors qu'il lui fallait s'imposer contre une idéologie dominante, l'impression que l'activité mentale était unitaire, constituée de processus (produire le langage, percevoir, inférer, etc) procédant tous des mêmes règles de fonctionnement et pouvant tous se ramener au concept général de "résolution de problèmes". Ce n'est que plus récemment qu'apparait une conception "modulariste" aux termes de laquelle il y aurait cohabitation dans l'appareil mental de processus différents, ne partageant pas les mêmes règles de fonctionnement et n'utilisant pas les mêmes procédures. La pensée ne serait donc pas un phénomène homogène mais serait plutôt un assemblages de processus domaine-spécifiques. Les développements récents dans le domaine des connaissances "naïves", celles qui s'expriment en l'absence d'apprentissage formel, révèlent une grande hétérogénéité de fonctionnement. La psychologie naïve (attribution de croyances ou d'états d'âme à autrui-voir Frith, Premack), la physique naïve (croyances sur les causalités naturelles-voir Spelke), etc., ne relèvent pas de lois universelles mais plutôt de processus compartementalisés.
 A la première utopie unitariste de la cognition fait donc suite une recherche de lois générales plus profondes, fondées sur l'existence de points communs à plusieurs systèmes possédant pourtant des modalités de fonctionnement différentes. Un de ces points communs est la reconnaissance du rôle de mécanismes nerveux spécifiques à chaque modalité. On retrouve ainsi dans les différentes disciplines impliquées le même ancrage aux neurosciences et le même besoin de modèles calqués sur le fonctionnement nerveux. C'est bien là une des raisons qui justifient le rapprochement de ces disciplines dans un même lieu.

  2.3. Le champ de la cognition naturelle est vaste. Le rôle central joué par le langage invite cependant à segmenter l'étude des modalités de fonctionnement de l'esprit en deux grandes catégories d'opérations, selon que le langage est impliqué ou non.
 La pensée langagière, propre à l’homme, peut être abordée au travers des divers aspects du langage, activité symbolique dont les règles fonctionnelles donnent directement accès au fonctionnement mental. Pour cette raison, les études portant sur la syntaxe, la phonologie, les modalités d'accès au lexique, le raisonnement, seront privilégiées. La mise en place de ces procédures au cours du développement, leurs dérèglements pathologiques, devront être abordés. Un effort particulier devra porter sur la formalisation de ces processus symboliques.
 Une part importante de notre activité mentale se déroule selon des modalités non verbales. Cette pensée sans langage peut être abordée au travers de l'intelligence animale, de processus dits "automatiques" comme la préparation de l'action, l'orientation spatiale, ou encore d'autres processus comme la reconnaissance des formes, l'attention, la mémoire, l'organisation temporelle du comportement, l'imagerie mentale. L'étude expérimentale et théorique de ces opérations permettra de comprendre les procédures en cause et éventuellement de les modéliser.
 Les sciences cognitives définissent plusieurs niveaux de fonctionnement des systèmes de traitement des connaissances. Dans le cas des systèmes naturels, le niveau biologique (le cerveau) et le niveau informationnel (l'activité mentale), tout en étant distincts, sont en continuité l'un avec l'autre. Cette continuité sera abordée, chez l'homme ou chez l'animal, en étudiant  l'interface cerveau/cognition. Parmi les multiples possibilités offertes par les Neurosciences modernes, les méthodes permettant une approche du système au cours de son fonctionnement normal, comme la cartographie de l'activité cérébrale par neuro-imagerie chez l'homme, l'enregistrement de l'activité de circuits identifiés chez l'animal éveillé, seront utilisés. La pathologie cérébrale, dans la mesure où elle produit une altération des processus cognitifs, dans le domaine non verbal  comme dans le domaine verbal, est également une source de données capitales pour comprendre les bases biologiques de la cognition. Cette approche ne devra pas se limiter à la neuropsychologie, mais devra également explorer le domaine encore largement inconnu de la  psychopathologie.
 La recherche sur les mécanismes intimes du fonctionnement cérébral, tels qu’ils sont abordés par les méthodes de la biologie cellulaire et moléculaire, n’est en principe pas du ressort de l’Institut. Toutefois, certains modèles expérimentaux sur des préparations “réduites” peuvent se révéler d’une grande utilité pour comprendre les modalités du traitement de l’information. Ils peuvent servir de base pour une modélisation réaliste des processus se déroulant au cours des opérations cognitives. Cette modélisation fera appel à toutes les ressources du connexionnisme et du "neuro-calcul". Certains systèmes artificiels d'organisation des connaissances parviennent, par des moyens différents, à des performances voisines de celles des systèmes cognitifs naturels. L'étude des moyens utilisés par ces systèmes peut éclairer le fonctionnement des systèmes naturels et permettre de tester des hypothèses sur leur organisation.
 

3. Les sciences du langage

 Le langage est une des formes les plus achevées de la cognition naturelle. Il est donc essentiel d'aborder l'étude des règles et représentations du système mental qui permet l'acquisition, la production, la perception de la langue.

 3.1. Plus qu'ailleurs, le choix d'une orientation scientifique dans ce domaine se trouve rapidement confronté à l'existence d'Ecoles ou de courants différents. En France, la scène linguistique est en effet composée de plusieurs courants inégalement représentés dans la communauté scientifique. Un de ces courants est le courant fonctionnaliste, issu lui-même d'un courant de pensée structuraliste. Le but de ces recherches n'est pas tant d'extraire des invariants ou des traits communs à plusieurs langues, ou à l'ensemble des langues, que de replacer la langue étudiée dans un contexte plus large de règles culturelles et sociales.

 3.2. Le courant pragmatiste s'intéresse aux aspects implicites des énoncés, et plus particulièrement à leurs aspects sémantiques. L'accent est donc mis sur la communication inter-individuelle et sur la construction du discours. On peut en rapprocher l'orientation de la "cognitive grammar", à la recherche de primitives "cognitives", plus globales et plus macroscopiques que les primitives syntaxiques des générativistes. Cette tendance se développe actuellement sur la côte ouest des USA (Langacker, Jackendoff) dans des laboratoires où l'on s'attache à décrire des énoncés particuliers, comme les énoncés comportant des descriptions du temps ou de l'espace par exemple, et à les formaliser. Ce courant est confronté à la difficulté considérable de la formalisation des aspects sémantiques d'une langue. Pour cette raison, il a encore peu été utilisé par les chercheurs extérieurs à la discipline proprement dite, comme les psychologues ou les neuropsychologues, qui figurent parmi les clients naturels de la linguistique.

 3.3. Le troisième courant, minoritaire en France mais dominant à l'étranger, est le courant générativiste. Historiquement, la grammaire générative a, depuis les origines, joué un rôle moteur dans les sciences cognitives: les grandes tâches de la linguistique, et en particulier l'étude de la faculté d'apprendre une langue, sont centrales par rapport au programme des sciences cognitives. La grammaire générative est donc à la recherche d'universaux pouvant s'appliquer à la description de l'ensemble des langues naturelles. La connaissance du langage par l'enfant est en effet sous-déterminée par les éléments disponibles dans son milieu: elle ne peut être déterminée que par un ensemble de règles que l'enfant possède avant même d'acquérir cette connaissance. C'est donc très logiquement que les générativistes posent la question de l'origine génétique des règles qui sous-tendent les universaux. La description de ces règles a permis de développer une conception modulaire des fonctions linguistiques, du fait de l'extraction de principes (principe de co-référence, des catégories vides, des localités, etc.) qui semblent indépendants les uns des autres. Ces caractéristiques rapprochent évidemment le formalisme générativiste de celui des neurosciences. Là aussi se retrouvent des unités élémentaires de fonctionnement, des modules fonctionnant selon des règles largement réparties entre individus et même entre espèces et reposant en partie sur une organisation innée. Le caractère quasi-biologique de la grammaire générative lui confère donc une grande valeur heuristique dans le domaine des neurosciences.
 Pour l'ensemble de ces raisons, la linguistique générativiste devra représenter un courant important dans l'Institut. Des recherches au niveau de la phonologie, de la morphologie et de la syntaxe seront nécessaires. Une formalisation du niveau phonologique est en effet indispensable pour aborder l'étude de la structure syllabique des langues, structure qui semble exploitée lors de l'acquisition du langage par l'enfant. La recherche d'invariants et de lois de généralisation (permettant de combiner les faits qui témoignent à la fois du caractère universel de la faculté de langage et de la diversité des langues naturelles) suppose une étude comparée du niveau syntaxique de langues différentes. On peut noter ici le rôle capital que pourront jouer des chercheurs spécialisés en psycholinguistique, à l'interface entre linguistique et psychologie. Psychologues et  neuropsychologues ont besoin de formalisations simples pour décrire, quantifier et modéliser les processus en cause dans l'acquisition du langage, ou pour expliquer sa désorganisation pathologique. On peut rappeler ici les innombrablese collaborations qui se sont nouées à partir du courant générativiste, où l'on retrouve des personnalités comme Morton, Marshall, Mehler, Levelt, Caramazza, Caplan, etc. Il est donc essentiel que l'Institut puisse bénéficier de ces échanges.

 3.4. Il faut remarquer cependant que les frontières entre les différents courants ne sont pas étanches. Certains pragmaticiens ont un fort intérêt pour les formalisations de type générativiste (Sperber). La grammaire générative, à l'inverse, peut se trouver limitée dans des recherches mettant l'accent sur des troubles complexes. On peut rencontrer en neuropsychologie des malades capables d'un langage formellement normal (au point de vue morphologique et syntaxique) mais privé de tout contrôle, où les opérations nécessitant la mise en euvre d'une pragmatique lors de la construction d'un enoncé, sont perturbées. Cette éventualité met en lumière la nécessité de préserver une approche de type pragmatique ou "grammaire cognitive" à côté d'un secteur générativiste fortement structuré. L'importance de ce voisinage apparait encore plus clairement dès lors qu'il est question d'aborder les recherches dans le domaine de la Psychiatrie. La grammaire générative est en effet muette lorsqu'il s'agit de rendre compte de contenus différents d'énoncés syntaxiquement identiques.

 3.5. Enfin, un dernier aspect de la recherche en sciences du langage devra être pris en considération. Il s'agit de l'approche de la linguistique mathématique, qui aborde l'étude des langues artificielles utilisées dans la programmation  d'ordinateurs et dans la communication homme-machine. Bien qu'utilisé surtout dans la communauté Intelligence Artificielle, ce formalisme, qui a par ailleurs subi l'influence de la grammaire générative, peut être très utile dans le domaine du langage naturel. Son apport est surtout important pour les problèmes de représentation des connaissances et de l'étude du raisonnement.
 
 

4. La Psychologie Cognitive

 La psychologie cognitive est au carrefour des évolutions qui ont marqué les progrès des sciences cognitives. La prise en compte du contenu mental et de sa structure a incité à en fournir une description aussi précise que possible. Les méthodes de la psychologie cognitive s'appliquent aussi bien aux systèmes cognitifs faisant intervenir le langage, qu'à la pensée sans langage, dans leurs modalités explicite aussi bien qu'implicite.

 4.1. Il existe évidemment, là encore, des courants différents qui s'articulent autour de la notion de plausibilité neurobiologique des descriptions psychologiques. Pour certains, le problème de la plausibilité ne se pose pas, dans la mesure où il est possible de réaliser des descriptions prédicitves de processus psychologiques sans avoir recours à une explication biologique. C'est le cas de travaux portant sur la compréhension des erreurs systématiques dans un raisonnement, par exemple (Johnson-Laird). On devrait en effet se méfier de la recherche à tout prix d'une compatibilité de la description psychologique avec le cerveau si cette attitude devait conduire à ne sélectionner que des thèmes neurologiquement "plausibles". La compatibilité peut n'être que superficielle ou, à l'inverse, peut apparaitre là où on ne l'attend pas.
 Un autre cadre formel utilisé dans ce domaine est celui de la description computationnelle des opérations psychologiques. Cette approche, dont l'origine remonte au concept de "natural computation" de D. Marr, permet la description des étapes nécessaires à la réalisation d'une opération. Elle rend possible la formalisation de ces étapes et la simulation de processus ou d'opérations à partir de modèles. A l'opposé du courant précédent, cette conception rend les descriptions faites par le psychologue compatibles avec celles du chercheur en neurosciences. Elle correspond dans une certaine mesure à l'idéal d'une cognition "démontable" en sous-systèmes et en unités élémentaires (l'hypothèse des "schémas"). Ces unités permettent en retour un "remontage" du processus cognitif dans un cadre neurologique.

 4.2. Cette tendance, qui parait actuellement dominante, explique l'évolution de la discipline vers une plus grande utilisation d'indices objectifs (enregistrement de variables physiologiques) ou vers l'utilisation de situations paradigmatiques comme le développement précoce ou la pathologie cérébrale. La maturation ou la désorganisation sont  alors conçues comme des moyens de sonder un processus et d'en inférer l'existence ou le mode de fonctionnement. Un exemple de ce type de démarche est l'introduction de la méthode des potentiels évoqués dans le contexte des recherches en psycho-linguistique. Ce n'est pas seulement le potentiel évoqué en tant que corrélat physiologique d'un processus linguistique qui est l'objet de l'étude, ni le fait que son utilisation permet éventuellement une localisation de ce processus dans une zone déterminée du cerveau; c'est la possibilité de déterminer, grâce à cet indice bioélectrique, le mode de traitement de messages linguistiques comprenant des anomalies de différents niveaux (syntaxiques, sémantiques, etc) ou des ambiguités de construction, etc. Ce type de méthode peut révéler l'existence de processus, qui peuvent ensuite entrer dans l'élaboration de modèles fonctionnels.
 Les problèmes posés par l'étude de phénomènes qui constituent l'attention peuvent également être abordés de cette façon. Des travaux récents montrant la possibilité d'une modulation précoce du traitement sensoriel par des systèmes attentionnels (Treissman) constituent un exemple de pénétration cognitive de modules en principe spécialisés. Une autre approche des niveaux de traitement cognitif, utilisant les mêmes techniques, est celui de l'encodage implicite de l'information et de ses rapports avec l'encodage explicite. Il s'agit là d'un thème de recherche très productif, d'abord dans le domaine neuropsychologique, et, plus récemment chez des sujets normaux. A terme, ces travaux débouchent sur les mécanismes de la prise de conscience et de l'accès aux connaissances stockées en mémoire. Il est important de développer de nouveaux paradigmes pour cette approche qui peut intéresser les domaines du langage, de la perception visuelle, de la programmation des mouvements.

 4.3. L'étude de la mémoire déclarative peut aussi relever de la même stratégie, en particulier pour la compréhension de l'accès aux souvenirs mémorisés. Ces recherches peuvent être abordées par le biais de l'activation de représentations par les processus perceptifs de haut niveau. La reconnaissance des visages, la construction des images mentales, relèvent de cette approche. Là encore, la technique de potentiels évoqués pourrait apporter des éléments importants.
 Le domaine des processus perceptifs de bas niveau est également important, dans la mesure où il appartient aussi bien à la cognition naturelle qu'à la cognition artificielle. La reconnaissance des formes (visuelles, auditives, olfactives) necessite une sélection parmi des formes enchevètrées et l'extraction de ces formes d'un bruit de fond. C'est le cas de la sélection de formes visuelles concurrentes, de la reconnaissance de flux acoustiques superposés. Ce domaine de recherche fait intervenir la psychophysique et la modélisation pour l'élaboration de systèmes de reconnaissance de formes. L'apport de préparations neurophysiologiques pourrait également être déterminant, dans la mesure où on pourrait disposer d'indices sur le type de codage effectué aux différents niveaux du processus.
 

 5. Le codage neuronal des opérations cognitives.

 L'étude du codage des opérations cognitives à un niveau élémentaire est d'une grande actualité. Il est en effet essentiel de connaitre le degré d'analyse et de fragmentation réalisé par les systèmes de traitement ou de production, pour ensuite comprendre à partir de quels éléments sont construites les fonctions cognitives qui s'expriment par le langage, l'action, la perception, etc. Dans tous les cas présentés, il serait intéressant de pouvoir faire voisiner l'approche d'un phénomène cognitif observé chez l'homme avec les techniques de la psychologie cognitive voire même de la psycholinguistique et d'aménager l'approche du même problème chez l'animal en comportement. On pourrait ainsi disposer d'une comparaison entre les niveaux macro et microscopiques du phénomène considéré. Un des intérêts évidents de cette approche est son interdisciplinarité : paradigmes dérivés de la psychologie cognitive, méthodologie neurophysiolgique (animal éveillé, micro-électrodes multiples), modélisation connexionniste. Les domaines d'application sont multiples : systèmes sensoriels, systèmes moteurs, système limbique, etc.

 5.1. Le choix de la préparation revêt ici une importance capitale. C'est idéalement chez l'homme qu'il faudrait pouvoir aborder ces problèmes, idéal qui parait maintenant se rapprocher rapidement. Toutefois, de nombreux auteurs choisissent encore d'utiliser des préparations animales. Le choix de certaines de ces préparations est souvent dicté par des considération techniques, qui font que telle éspèce animale possède une conformation anatomique ou fonctionnelle avantageuse : c'est le cas des travaux sur l'orientation spatiale chez la chouette (Konishi), de la détection des signaux émis par les congénères sur le poisson électrique (Heiligenberg), de la coordination motrice sur la moelle isolée de lamproie (Grillner), de la vision du mouvement chez la mouche (Franceschini), etc.
 Ces préparations possèdent un haut degré de pénétration du problème particulier étudié, même si elles ne sont pas toujours susceptibles d'être généralisées à d'autres applications. Dans le même ordre d'idées, l'utilisation de réseaux nerveux naturels "simplifiés" souvent dérivée d'études chez les animaux invertébrés, peut apporter une contribution non négligeable aux études sur les contraintes du traitement de l'information nerveuse par un réseau plus complexe. Elle représente en  fait une alternative (et un complément) biologique à l'utilisation de réseaux de neurones artificiels. Le réseau biologique simplifié a l'avantage, par rapport à un réseau artificiel, d'avoir une structure anatomique en général parfaitement identifiée, et surtout d'utiliser des principes de fonctionnement qui sont les mêmes que ceux des réseaux complexes des vertébrés supérieurs. L'utilisation de ces réseaux simplifiés présente par ailleurs un avantage certain par rapport aux préparations de cerveau de mammifères in vitro (par exemple, les préparations de tranches de cerveau), qui ont surtout un rôle à jouer dans le domaine de la synaptologie ou de la pharmacologie cellulaire. Ces préparations ont l'inconvénient d'être déconnectées des entrées et  des sorties naturelles et d'avoir un niveau d'activité spontané très faible, sans rapport avec le niveau d'une préparation entière.

 5.2. Il en va autrement avec la préparation "singe en comportement", utilisée maintenant dans de nombreux laboratoires. Au cours des quinze dernières années, grâce aux travaux de Evarts et son école, les neurophysiologistes ont mis au point un ensemble de techniques qui permet d'envisager sur cette préparation une approche "microscopique" du fonctionnement cognitif. Elle permet d'enregistrer l'activité d'un ou de plusieurs neurones chez un animal participant à l'expérience et exécutant des tâches complexes. Son intérêt est qu'elle peut être généralisée à une gamme très large d'opérations. Citons, parmi les exemples les plus connus, les travaux de Wurtz et Goldberg, Andersen, Schiller, Schlag sur l'orientation spatiale, de Gross, Rolls et Perrett, Newsome, sur la perception visuelle, de Mountcastle, Georgopoulos, sur le contrôle moteur, de Goldman-Rakic, Fuster, Joseph, sur la mémoire et l'apprentissage, etc.
 Cette ligne de recherche est peu développée en France, où il n'existe probablement pas plus de 5 à 6 postes expérimentaux permettant d'utiliser la préparation singe en comportement. Les autres pays européens en sont approximativement au même point, à l'exception du Royaume-Uni avec les groupes de Rolls et de Perrett. C'est donc essentiellement aux Etats-Unis que le développement de ces techniques a atteint un niveau important. Au travers de la multitude des questions qui peuvent être posées à la préparation singe en comportement, on peut dégager quelques problèmes généraux :
 i. Chaque paramètre d'une opération cognitive, y compris au niveau microscopique, est codé par une population de neurones dont les individus "votent" sur la dimension de ce paramètre. Cette notion de "population coding" implique des interactions entre les neurones qui votent ensemble. Il n'existe actuellement pas de modèle permettant de rendre compte de ces interactions au sein de populations neuronales. Les neurones qui les composent ont-ils des afférences communes? Sont-ils reliés par des circuits locaux? Si tel est le cas, quelle est l'étendue de ces circuits? Et surtout, quelles est la nature de leur connectivité, dans la mesure où il ne peut bien évidemment s'agir de circuits figés une fois pour toutes. Ces considérations posent plusieurs problèmes. Le premier est celui de l'étude du population coding proprement dit. Il faut pouvoir enregistrer simultanément plusieurs neurones identifiés (modalité de réponse, champ récepteur, etc), dans le cadre d'une tâche pécise exécutée par l'animal. Le traitement des données obtenues doit pouvoir tenir compte du fait que la population comporte de nombreux éléments, et donc qu'on ne peut se satisfaire de méthodes comme la cross-corrélation entre deux trains de potentiels d'action. Une approche fondée sur la physique statistique pourrait apporter une solution à l'étude de ces interactions, ce qui pose un intéressant problème de modélisation.
 ii. Un autre problème essentiel est celui de la sélection et de la constitution des circuits en fonction de l'opération ou de la tâche dans laquelle l'animal est impliqué. Comment se fait le recrutement de la population qui compose le réseau? D'une manière plus générale, ce thème pose donc des questions relatives à la nature de l'apprentissage, aux modalités du développement cognitif, etc.
 iii. Il est essentiel de comprendre la relation entre les populations observées et les niveaux anatomiques de description des structures nerveuses, en particulier le cortex cérébral. On peut en effet se poser la question de savoir si les interactions entre neurones d'une même population respectent la topographie des modules corticaux qui constituent le grain le plus fin de la description anatomique. Quelles sont les relations entre modules d'aires différentes traitant la même information au cours d'une tâche donnée? Il n'existe actuellement pas de technique anatomique suffisamment fine compatible avec la préparation utilisée, mais il est probable que des techniques d'imagerie cérébrale métabolique  seront un jour disponibles. Cette approche de la cognition à un niveau élémentaire permettra de répondre à des questions sur les "unités cognitives minimales" encodées au niveau neuronal, que ce soit au niveau du neurone isolé, d'une population, d'un module ou d'un réseau. Dans le cas de la préparation de l'action, par exemple, quel est l'alphabet moteur qui est représenté? On peut se poser des questions du même ordre dans le domaine perceptif, dans la ligne des travaux bien connus sur les neurones codant une forme visuelle donnée (un visage, par exemple).
 iv. C'est dans ce cadre qu'on peut envisager une approche de ce problème, dans des conditions très particulières on l'imagine, chez le sujet humain. Quelques rares groupes dans le monde (en particulier Ojeman à San Francisco) ont en effet accès à des patients au cours d'opérations neurochirurgicales, où sont testées, dans un but de repérage anatomique, les réponses de neurones isolés. Il s'agit là d'une approche d'un intérêt considérable, dans la mesure où, en l'absence d'un quelconque modèle animal, ce genre d'enregistrement est le seul moyen d'aborder directement le micro-codage du langage. Les neurones du cortex temporal, par exemple, codent-ils des phonèmes ou des syllabes? Existe-t-il des neurones de niveau plus élevés codant les mots? Ces mécanismes sont-ils sensibles à la sémantique? La réponse à ces questions exige une coopération étroite d'un psycholinguiste, d'un neurophysiologiste et d'une équipe de neurochirurgie. L'Institut de Lyon pourrait être en mesure de rassembler ces compétences : l'Institut sera en effet implanté à proximité immédiate de l'Hopital neurologique qui vient de se doter d'une salle de neurochirurgie fonctionnelle où seront pratiqués des enregistrements unitaires (dans le cadre du traitement de la douleur chronique, des dyskinésies, etc). Le cadre de l'Institut permettrait d'instaurer dans ce domaine une recherche de pointe, du fait de la présence de linguistes et de psychologues cognitifs, ce qui a trop souvent manqué dans les travaux effectués jusque là.

 5.3. Quelques applications de cette stratégie de recherche peuvent être proposées, de façon non limitative.
 i. Relations entre activité neuronale et perception. La neurophysiologie moderne permet d'aborder la mesure des corrélats neuronaux chez l'animal en situation de comportement dont on mesure finement les performances perceptives (méthodes psychophysiques, seuils, temps de réaction etc). Parmi les expériences envisageables, la possibilité de bloquer de manière réversible une partie du réseau activé par un test donné, parait particulièrement intéressante. On pourrait ainsi aborder le double aspect du traitement perceptif : d'une part, le traitement séparé (parallèle) des différentes qualités d'un même objet, qui s'exerce aux niveaux d'entrée du système, et d'autre part, la convergence de ces traitements séparés sur une même structure à un niveau plus élevé. Le problème est de savoir comment se produit l'interaction entre les voies qui convergent sur la structure supérieure, en inactivant de façon sélective certaines de ces voies. L'autre bénéfice de cette expérience serait de voir quel paramètre de l'objet perçu se dégrade lors de l'inactivation de chacune des voies de traitement parallèle.
 Le problème de la reconstruction de percepts à partir de traitements simultanés et relativement séparés les uns des autres a souvent été posé. On a évoqué (et prouvé) l'existence de neurones "grand-mère", structures spécialisées pour l'assemblage des paramètres pertinents dont l'ensemble constitue un objet. Même s'il s'agit, de manière plus réaliste, de réseaux restreints plutôt que de neurones individuels, on peut se poser plusieurs questions sur leur fonction. Quel est le rôle des neurones "grand-mère"? Comment se fait-il que ces neurones existent? Comment reçoivent-ils l'information convergente des différentes voies séparées? Quelle est la part du codage génétique dans la constitution de ces structures spécialisées? Ces questions seront aussi abordées en parallèle dans le cadre plus théorique des processus de reconnaissance des formes, où se pose le  problème du "liage" des attributs d'un même objet.
 ii. Codage des plans d'action. Il est possible d'utiliser, chez le singe en comportement des situations où l'animal est entrainé à préparer une action sans l'exécuter. L'expérimentateur dispose donc d'une période d'une durée relativement longue au cours de laquelle il peut enregistrer l'activité de neurones codant pour les différents paramètres de l'action "envisagée". Des neurones codant pour certains de ces paramètres ont été enregistrés dans le cortex prémoteur (Requin, Rizzolatti), le cortex préfrontal (Joseph, Fuster, Goldman-Rakic), le cortex pariétal (Sakata), etc. Ainsi peut se trouver réalisé, du moins en partie, l'idéal d'une étude de mécanismes en relation avec une activité cérébrale endogène, en l'absence de contamination par les réafférences nées de l'exécution ou par la nécessité d'un traitement sensoriel pour produire une réponse. La pleine expression des mécanismes endogènes ne peut évidemment, pour l'instant, être envisagée que chez l'homme, dans le cas des processus d'imagerie mentale, par exemple. Chez le singe, cependant, les travaux de Georgopoulos ont montré la possibilité d'enregistrer l'activité de neurones au cours d'opérations de transformations mentales (déplacement angulaire d'une cible mentale pour déterminer la direction d'un mouvement, par exemple). Il faudrait pouvoir généraliser ce paradigme à d'autres situations plus complexes où l'animal doit décider une action en fonction de paramètres multiples, en fonction d'indices sur la tâche à accomplir, du contexte, de règles plus ou moins "floues", ou même en fonction d'interactions avec un congénère. Certaines de ces situations, décrites (entre autres, par Premack) chez des singes anthropoides inaccessibles à l'expérimentation neurophysiologique, pourraient sans doute être aménagées pour le macaque. C'est dans ce cadre qu'il faut envisager l'activité de neurones dans des régions telles que le cortex préfrontal ou le système limbique, en relation avec des études neuropsychologiques chez l'homme.
 iii. Transformation visuomotrice. De nombreuses observations suggèrent l'existence de représentations séparées des objets visuels selon qu'ils sont utilisés comme buts d'action ou comme membres de catégories perceptives. Dans l'action de saisir un objet, le rôle de la représentation est de transformer ces attributs en configurations motrices qui amènent la main en position de capture correcte. Cette modalité de représentation "pragmatique" fait donc référence à l'objet comme but d'action : les attributs des objets y sont représentés en tant qu'ils déterminent des configurations motrices spécifiques. Cette modalité s'oppose à une autre, utilisée pour le processus de reconnaissance explicite, qui fait qu'un objet peut être dénommé, catégorisé et mémorisé, ensemble de processus qui impliquent une représentation de type sémantique ou "iconique". Dans la représentation iconique, l'objet est constitué comme une entité identifiable, dont les attributs élémentaires sont liés entre eux pour constituer un percept unique. Ce liage n'est pas nécessaire dans la représentation pragmatique, où chaque attribut de l'objet préhensible est représenté isolément et contribue à la configuration de la main indépendamment des autres (à l'intérieur de certaines limites).
 Ces notions conduisent à repenser les fonctions respectives des voies corticales de traitement de l'information visuelle et à démembrer la notion obsolète d'une continuité entre perception et action, encore implicite dans de trop nombreux modèles "physiologiques". Il existe par ailleurs de nombreux points de contact possibles entre les travaux sur ce sujet chez le singe et des travaux dans le domaine neuropsychologique chez l'homme porteurs de lésions sélectives pariétales on occipito-temporales. De même, les problèmes posés par le liage ou le non-liage des attributs d'objets dans les différentes modalités de représentations peut être  abordé chez l'homme sain soumis à des expériences de psychologie cognitive avec enregistrement de l'activité cérébrale par neuro-imagerie.
 iv. Mémoire spécialisée. Les mêmes questions peuvent également être posées dans le cadre de la mémoire et de sa contribution à la reconnaissance des objets. Où se fait la mise en mémoire, et surtout comment se fait la redistribution du matériel mémorisé dans les réseaux impliqués dans la perception? Il existe une interaction entre mémoire et traitement de l'information perceptive. Quelle est elle? Ainsi se trouve posée la question de la représentation perceptive, aspect qui sera abordé en psychologie cognitive, en relation avec l'étude de l'imagerie mentale.
 De façon plus limitée, il est intéressant de développer un modèle animal des mécanismes directement associés à l'acquisition et à la mise en mémoire de l'information au sein des structures corticales. L'approche expérimentale la plus heuristique de la mémoire humaine est certes celle menée chez le Primate dans le cadre de la sensorialité dominante de l'animal, la vision. Aux études destinées à décrire le circuit de la mémoire visuelle (Mishkin, Squire), s'ajoute maintenant l'approche électrophysiologique. Cette dernière cherche à révéler les aspects de la dynamique neuronale qui permettent à l'animal de garder l'information en mémoire. Cependant, puisque la lourdeur du modèle Primate ralentit considérablement la progression des recherches, il peut s'avérer nécessaire de transposer l'étude à une espèce animale plus maniable comme le Rat. En effet, plusieurs études comportementales révèlent que c'est dans la sphère olfactive que la mémoire du Rat ressemble le plus à la mémoire visuelle du Primate. De plus, à ces données comportementales viennent s'ajouter au moins deux types de considérations. La première tient à la relative simplicité de l'organisation anatomique du circuit de la mémoire olfactive. En effet, les structures limbiques telles l'hippocampe et le cortex péri-rhinal dont on sait qu'elles jouent un rôle clé dans les processus mnésiques, ne se trouvent qu'à deux synapses seulement des neurorécepteurs olfactifs. Les structures relais sont le bulbe olfactif et le cortex piriforme. Ce circuit court simplifie grandement l'étude du rôle respectif des étages sensoriels et des étages limbiques dans l'acquisition et la mise en mémoire de l'information. La seconde considération tient aux caractéristiques de la dynamique neuronale du système olfactif. En effet, chacun des étages génère des activités rythmiques (oscillations) aussi bien en l'absence qu'en présence d'odeurs. Or, l'activité cohérente d'assemblées de neurones semble jouer un rôle clé dans la saisie (système visuel, Singer) et la mémorisation (système olfactif, Freeman) de l'information sensorielle. Le système olfactif, du bulbe à l'hippocampe, se présente donc comme un modèle privilégié de l'étude de l'importance comportementale des régimes oscillatoires dans le traitement de l'information.
 
 

6. Recherches en neuropsychologie.

 Le paysage de la neuropsychologie change rapidement. Les classiques études de groupes de malades présentant des lésions importantes et des déficits massifs tendent à être abandonnées au profit d'études de cas isolés présentant de petites lésions bien délimitées et des déficits restreints. Les développements de la neuro-imagerie rendent envisageable une redescription de l'anatomie humaine. L'IRM permet de visualiser les faisceaux dégénérés (vois section 8). On peut ensuite corréler les déficits observés avec les déconnexions produites par ces dégénérescences. Les méthodes d'activation montrent l'implication des réseaux qui interviennent au moment de la suppléance fonctionnelle. Le problème est maintenant de trouver les paradigmes pour décrire la fonction atteinte. Là encore de nouvelles techniques permettront l'intervention directe de l'expérimentateur sur le réseau. Les méthodes de stimulation ou d'inactivation transitoire par induction magnétique pourront être utilisées pour perturber des fonctions élémentaires ou interférer avec un apprentissage procédural.
 Ce problème de la recherche du paradigme adéquat trouve son expression maximum dans le cas des lésions préfrontales. Cette région, qui représente près du tiers de la masse cérébrale, est encore très mal connue. En clinique, il n'est pour ainsi dire pas possible de différencier les effets de lésions des différentes subdivisions de cette large zone. Cette différenciation doit pourtant être possible, si l'on considère l'extrême parcellisation anatomique et fonctionnelle de toutes les autres régions du cortex. Tout laisse donc prévoir qu'un champ de recherches complètement nouveau et insoupçonné va s'ouvrir prochainement dans ce domaine. L'Institut devrait y consacrer un effort important, dans la mesure où ce champ sera par définition interdisciplinaire. Outre le neuropsychologue, le psychologue, le psychiatre, le neurophysiologiste (chez le singe), le modélisateur, sont concernés.
 Le problème, une fois encore, sera de déterminer les concepts cognitifs qui traduisent la fonction frontale, et les paradigmes pour les étudier. On peut se souvenir à ce sujet que les sujets callosotomisés étaient réputés asymptomatiques jusqu'à ce que Sperry découvre le moyen de les étudier. Pour ce qui concerne le cortex préfrontal, c'est l'étude de cas de lésions massives qui a prévalu jusque là, à la recherche d'une meilleure définition du "syndrome frontal". Il faudrait au contraire chercher à mettre en évidence des déficits limités, comme cela a été fait avec les autres régions du cortex. Un concept central dans ce travail pourrait être celui de "mémoire de plans". Où sont stockés et mis en mémoire les plans d'action? Comment sont-ils sélectionnés et activés au bon moment en fonction d'une instruction, d'un contexte, etc.? Existe-t-il des neurones "plans" comme il existe des neurones "visages"? Quelle est la contribution des neurones des noyaux gris pour la mémorisation de ces plans? Comment se fait l'adaptation des plans existants à des situations nouvelles, situation où les malades frontaux sont précisément le plus gênés?
 De nouvelles voies de recherche devraient apparaitre au cours de ce travail sur le cortex préfrontal, en particulier, dans le domaine du fonctionnement séquentiel du cerveau. La mémorisation et l'activation d'un plan n'en sont qu'un des aspects : d'autres fonctions, en particulier le raisonnement, sont également altérées lors des lésions frontales. On peut à ce sujet souligner l'intérêt d'une étude des "logiques d'approximation". C'est une des caractéristiques de la cognition naturelle que d'utiliser des raisonnements fondés sur des logiques approximatives de préférence à des logiques strictes.
 
 

7. Recherches dans le domaine de la psychopathologie.

 La Psychiatrie demeure un immense champ de recherche que la méthodologie des sciences cognitives pénètre peu à peu. Pour certains, il convient de tracer une frontière étanche entre l'étude des mécanismes de l'intelligence et de la gestion des connaissances, qui relèvent de la psychologie, en particulier cognitive, et l'étude des modalités fonctionnelles qui caractérisent un individu donné, son affectivité, son vécu, son histoire. Il s'agit là en fait d'une utile distinction au sein du fonctionnement mental entre ce qui relève du contenant (la structure de la cognition et, en définitive, l'appareil cognitif lui-même) et ce qui relève du contenu (les connaissances, les croyances). Le contenu, par définition, n'est pas généralisable, ce qui fonde son caractère individuel; le contenant, quant à lui, est généralisable d'un individu à l'autre, c'est un fonds commun qui pré-existe en quelque sorte aux acquis culturels et relationnels.

 7.1. La psychologie depuis ses origines s'est fixée comme objectif de décrire les invariants du fonctionnement psychique de l'homme, et  d'établir l'existence des règles logiques qui permettent l'acquisition d'une langue, l'utilisation d'outils mathématiques, la résolution de problèmes, la planification de l'action, la catégorisation des objets, le stockage et la recherche d'informations, etc. Ne peut-on penser que des règles semblables, qui restent pour l'essentiel à découvrir, régissent aussi les comportements inter-individuels? On a pu reprocher à la démarche cognitiviste d'ignorer de larges secteurs de l'activité mentale, en particulier celui de la vie affective. Il est à prévoir que cette lacune sera un jour comblée, dans la mesure où les affects sont probablement aussi structurés que les autres capacités mentales et procèdent peut-être des mêmes mécanismes. Des opérateurs utilisés couramment en psychologie cognitive, comme la sélection des opérations nécessaires à la réalisation d'une action, l'inhibition des opérations inappropriées, la comparaison entre l'effet attendu et l'effet obtenu, la représentation du contexte, etc, ont aussi leur contrepartie dans le domaine affectif. C'est ainsi qu'il existe sans doute une "syntaxe" des affects, qui structure la communication et en segmente les éléments de base pour les rendre compréhensibles à autrui.

 7.2. Dans le domaine pathologique, la désorganisation porte nécessairement, au moins pour une part, sur les structures mentales que constituent ces règles cognitives. Cette désorganisation (destruction pure et simple dans les états de démence, altération plus ou moins grave du fonctionnement dans le cas des psychoses, etc) peut certes se décrire en termes cliniques, opératoires pour l'établissement d'un traitement médicamenteux, par exemple; elle peut également faire l'objet d'une analyse en termes d'opérateurs cognitifs. Des états pathologiques comme l'autisme infantile ont été récemment soumis à ce type d'approche, ce qui a permis de montrer, chez les enfants autistes, une déficience des mécanismes normalement responsables de l'interprétation des signaux de communication et de l'appréciation des états mentaux d'autrui. La psychanalyse, qui a représenté un puissant effort de rationalisation du fonctionnement psychique, s'inscrit dans ce cadre. Il s'agissait pour Freud de donner de la structuration du moi une explication en termes de mécanismes (protection, décharge, etc) et d'interactions entre niveaux hiérarchisés où sont réparties les données "historiques" propres au sujet. Ce contenu, bien qu'il constitue la part irréductible de l'individu, subit les contraintes du mauvais fonctionnement d'un contenant qui, lui, est commun à tous les individus.
 Une étude de l'appareil mental limitée aux propriétés du contenant n'est donc pas réductrice. Elle a toute sa place (qu'elle soit ou non neutre au regard des affects), non seulement en psychologie cognitive "classique" chez des sujets normaux, mais aussi chez des sujets présentant des altérations du fonctionnement de l'appareil mental. Elle pourrait fournir des données essentielles pour comprendre l'altération du raisonnement et de l'utilisation des règles logiques chez des sujets présentant des troubles paranoiaques, les troubles de la planification de l'action dans les états schizophréniques, etc. Cette démarche n'a sans doute pas, pour l'instant, d'implication thérapeutique, dans la mesure où les sciences cognitives ne proposent pas, à la différence de la psychanalyse, d'outil de pénétration du contenu psychique.

 7.3. Un autre reproche couramment fait à la démarche cognitive est qu'elle conduit inévitablement à une explication biologique des troubles pathologiques, en ignorant d'autres explications fondées sur la dynamique intra-psychique. Ce reproche est récusé par certains des cognitivistes, qui se soucient peu des structures cérébrales sous-jacentes aux mécanismes qu'ils étudient. L'examen de malades porteurs de lésions cérébrales dans le cadre de la neuropsychologie cognitive n'implique d'ailleurs pas nécessairement de relation causale terme à terme entre la lésion et le déficit cognitif : il se justifie plutôt par la possibilité d'inférer, à partir de l'observation du déficit, l'existence d'opérateurs mentaux en général prévus par une modèlisation préalable de la fonction étudiée. Ce point de vue reste évidemment l'objet de discussions. Il serait d'ailleurs souhaitable de le rapprocher des autres points de vue sur les relations entre activité mentale (normale ou pathologique) et mécanismes cérébraux.
 On pourrait dès lors se poser la question du mode d'action des moyens thérapeutiques utilisés en psychiatrie (en particulier la psychothérapie), et de leur impact fonctionnel sur les structures nerveuses éventuellement en cause dans la désorganisation pathologique. De nombreux travaux actuellement en cours dans les laboratoires de neurosciences, et en tout premier lieu les travaux portant sur les déterminants synaptiques de la modifiabilité des réseaux nerveux sous l'influence des contraintes extérieures, pourraient apporter leur contribution à la compréhension de cet impact fonctionnel.

 7.4. La psychopathologie peut donc être vue comme un moyen d'accéder à la compréhension des procédures cognitives. L'approche psychopathologique, en effet, ne doit pas chercher uniquement à comprendre ou à expliquer les troubles observés en clinique. Il ne s'agit pas d'étudier par ce moyen les maladies, mais plutôt d'apporter un éclairage différent sur le système tel qu'il est construit (et détruit de manière plus ou moins sélective par la maladie). L'objectif premier n'est pas non plus de catégoriser les malades en fonction d'une analyse plus performante de leurs troubles, même si le psychiatre peut y voir un intérêt. Le but d'une recherche dans ce secteur serait donc d'introduire les méthodes de la neuropsychologie cognitive dans l'étude de systèmes logiques déficients. On pourrait ainsi, à partir des troubles du langage dans les hallucinations ou chez le délirant par exemple, aborder les perturbations des stratégies conversationnelles ou de la construction du discours (planification, erreurs d'attribution, etc). La même approche pourrait être utilisée pour les troubles de la mémoire (rétention à court terme, rôle de l'attention), de la planification de l'action (la maladie mentale est en grande partie une pathologie de l'action). On peut aussi imaginer des études sur le rêve (quels sont ses indices centraux?) ou sur l'imagerie mentale chez le délirant. La modélisation dans ce domaine ne devrait pas chercher à représenter des fonctions complexes, mais plutôt à modéliser des processus relativement élémentaires (test de Stroop, par exemple) chez des malades présentant différents types de pathologie.
 

8. La neuro-imagerie fonctionnelle

 Le site où sera implanté l'Institut comporte des moyens modernes de neuro-imagerie. L'arrivée d'un important contingent de chercheurs potentiellement intéressés par cette technologie aménera, en coordination avec d'autres Orgnismes de recherche, à renforcer les moyens existants.

 8.1. L'existence d'un centre autonome comportant un cyclotron, un laboratoire de radiochimie et une caméra à émission de positons (le CERMEP) permet d'ores et déja de réaliser des examens tomographiques du métabolisme cérébral. La caméra utilisée est une caméra LETI "corps entier" permettant de réaliser simultanément 7 coupes du cerveau. La production de H215O rend possible la technique d'activation cérébrale locale par une tâche spécifique. Le résultat permet de reconstruire une cartographie fonctionnelle des zones radioactives, celles où la consommation d'oxygène (ou le flux sanguin) est la plus forte. Il est toutefois nécessaire d'accumuler un marquage radioactif suffisant pour être détectable, ce qui limite la résolution temporelle de la technique à quelques minutes.   Après avoir considérablement évolué au cours des dix dernières années, cette technique est maintenant stabilisée et utilisée de façon courante par les équipes de neurosciences cognitives aux Etats-Unis, en Europe et au Japon. Outre le marquage des zones métaboliquement actives, la caméra à émissions de positons peut également visualiser des éléments synaptiques (récepteurs) marqués de façon appropriée par des ligands radioactifs. On obtient ainsi une cartographie des récepteurs impliqés dans une pathologie spécifique, par exemple. Le CERMEP envisage d'augmenter sa capacité par l'acquisition d'une nouvelle caméra réalisant simultanément 31 coupes, ce qui donnerait une résolution spatiale bien supérieure à la caméra actuelle.

 8.2. L'imagerie par résonnance magnétique nucléaire (IRM) est fondée sur l'enregistrement des signaux produits par le déplacement de certaines molécules lorsqu'elles sont soumises à un champ magnétique intense. Cette technique est disponible en clinique depuis plusieurs années : elle donne des images anatomiques d'une grande résolution spatiale grâce à l'analyse du signal en T1 produit par le moment magnétique des protons. A ce titre, l'IRM constitue un examen complémentaire de la tomographie par émission de positons : en "superposant", grâce à des techniques d'analyse d'images, la coupe du cerveau obtenue en tomographie par émission de positons avec une coupe passant par les mêmes points obtenue en IRM, on dispose d'une lecture anatomique fine des résultats fonctionnels fournis par l'activation. Plus récemment est apparue la possibilité de visualiser l'activation cérébrale directement par les méthodes d'IRM. La transformation de l'oxyhémoglobine du sang en dé-oxyhémoglobine produit, du fait des propriétés magnétiques de ces molécules, un signal détectable en IRM, qui correspond à la consommation locale en oxygène. On peut de cette façon obtenir des images fonctionnelles possédant une grande résolution anatomique. De plus, une image peut être obtenue en un temps très court, de quelques secondes à quelques dixièmes de secondes selon les techniques utilisées. L'IRM fonctionnelle, affranchie de surcroît du caractère relativement invasif de la tomographie par émission de positons, est donc appelée à un grand avenir en neurosciences cognitives.
 La mise en place d'un appareil d'IRM fonctionnelle fait partie des projets de la communauté lyonnaise des neurosciences. Son implantation pourrait se faire à proximité du CERMEP, complétant ainsi le plateau technique de neuro-imagerie. L'IRM fonctionnelle telle qu'elle est décrite ici nécessite un appareil donnant un champ magnétique de 1.5 Tsl, c'est à dire d'un coût relativement modéré. A terme, la possibilité d'acquérir un appareil donnant un champ plus intense (4 Tsl) pour pour réaliser une imagerie IRM spectroscopique, devra être discutée.
 Enfin, l'éventualité de coupler l'IRM fonctionnelle à un système de magnéto-encéphalographie (MEG) est également envisagée. Cette perspective, plus lointaine, augmenterait encore la précision des mesures, à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine spatial.

 Cette évolution souhaitable du plateau technique en matière de neuro-imagerie ne dépend pas directement de l'Institut. Elle ne sera possible que grâce à une coopération de tous les Organismes concernés (CNRS, INSERM, Administrations Hospitalières des HCL et du Vinatier, Université Claude Bernard).

9. La place de la modélisation.

 L'utilisation de modèles favorise l'étude des procédures et des mécanismes en cause dans une opération mentale, tandis que son contenu tend à être évacué. C'est en fait une des caractéristiques de la méthode scientifique que de privilégier ce qui est généralisable et invariant aux dépends de ce qui varie d'une situation à l'autre.

 9.1. D'un point de vue pratique, la modélisation, en dehors de sa valeur heuristique propre, peut être l'instrument d'une symbiose entre les biologistes. Le modélisateur aime changer et passer d'un sujet à l'autre, en partie parce qu'il va plus vite que le biologiste, contraint dans sa progression par le processus d'acquisition des données. Il peut ainsi travailler sur plusieurs modèles, et donc avec plusieurs équipes, à la fois. Le modélisateur est un colporteur d'idées, jouant un rôle de pollinisation lorsqu'il passe d'une équipe de biologistes à l'autre. Ces considérations sont donc en faveur d'une participation distribuée des modélisateurs, plutôt que d'équipes de modélisation constituées en tant que telles. La solution d'un service de modélisation, utilisée dans d'autres instituts, s'est souvent révélée contre-productive, dans la mesure où les modèles sont construits en fonction de leurs caractéristiques propres, et non en fonction des données à modéliser. Elle comporte en outre le risque de voir s'imposer un formalisme unique, ce qui n'est pas le but recherché. La solution qui parait la plus souhaitable est que le modélisateur puisse faire partie d'équipes pluri-compétentes, au sein desquelles il pourrait pratiquer une recherche autonome, sur des axes qui émergeront des interactions avec les expérimentalistes. Dans tous les cas, la modélisation doit être un lieu d'échanges, et le modélisateur doit faire naitre chez l'expérimentaliste le désir de modèle.
 La partie intéressante de la modèlisation est la construction du modèle, pas sa solution. De ce fait, le modélisateur doit avoir, à la fois une largeur de vue suffisante sur les problèmes biologiques qu'il sera amené à aborder (largeur plus que profondeur, dans la mesure où il ne peut prétendre connaitre le détail de chacun des problèmes), et une compétence dans le champ de la modélisation elle-même. Une distinction claire doit donc être établie entre l'ingénieur modélisateur, dont les techniques risquent d'être rapidement figées et dépassées, et le chercheur modélisateur capable d'évolution.

 9.2. Le caractère pluridisciplinaire de l'Institut et la co-éxistence de différents niveaux d'approche des problèmes de la cognition conduira à favoriser une pluralité de modèles. Les modèles utilisant des formalismes "symboliques" occuperont une place importante dans les recherches concernant le langage, la représentation des connaissances, le raisonnement. Ces modèles sont utilisés couramment par les chercheurs en neuropsychologie ou en psycholinguistique, par exemple, pour représenter les processus en cause dans l'apprentissage d'une langue, dans le calcul, etc. De plus, ils représentent un pont essentiel avec la vaste communauté de recherche en Intelligence Artificielle, où sont abordés les problèmes de la robotique et des interactions homme-machine. Ce type de recherche a eu dans le passé, et peut avoir encore, un impact important sur la compréhension de systèmes biologiques.
 Un autre type de modèle, les modèles fondés sur la technologie des "réseaux de neurones", a pris une place prédominante dans le champ des sciences cognitives. Le caractère neuromimétique de ces modèles et, plus encore, leurs capacités auto-adaptatives, en font des outils de premier ordre pour la compréhension de très nombreux processus où intervient l'apprentissage ou la plasticité. Au delà du phénomène de mode, cette technologie est devenue un outil de modélisation adopté très largement par les chercheurs en neurosciences. Le champ de recherches s'étend du niveau relativement fondamental (préciser les caractéristiques du neurone biologique pour les inclure dans les modèles) jusqu'au processus complet. Toutefois, les solutions préconisées par ces modèles, bien qu'ils utilisent certains des principes de fonctionnement du neurone, restent souvent éloignées des solutions biologiques. Il en est ainsi de la retro-propagation et des itérations multiples, qui sont biologiquement irréalistes. Il apparait important de développer les modèles de ce type en rapport étroit avec des problèmes issus de l'expérimentation biologique, aussi circonscrits que possible, et où le maximum d'éléments du système pourra être identifié. C'est le cas du micro-codage d'opérations relativement simples, reposant sur des populations neuronales identifiées, comme la détermination d'un vecteur (direction d'un mouvement), la reconnaissance d'une forme, etc. On pourra dans ce cas appliquer des techniques issues de la physique statistique adaptées à la manipulation de grands nombres d'individus codant.

 9.3. Une des tâches de l'Institut pourrait être de favoriser un rapprochement des deux courants de modélisation. En effet, le fonctionnement du système cognitif dans son ensemble ne peut reposer sur un codage exclusivement symbolique. Ce qui est valable pour le langage ne l'est sans doute pas pour d'autres fonctions cognitives comme la reconnaissance des formes ou la gestion de l'espace, par exemple. Dans ce cas, des représentations sous la forme de "cartes" sont difficilement modélisables en termes symboliques et séquentiels, ne serait-ce que pour des raisons de volume de calcul. Il y a donc lieu d'envisager plusieurs modes de codage de l'information selon qu'elle est linguistique ou analogique. Le connectionnisme est mieux adapté à la formalisation de cartes et au traitement parallèle que le formalisme symbolique. D'autre part, une formalisation qui serait purement probabiliste et auto-organisatrice ne pourrait rendre compte d'invariants et de phénomènes ordonnés.
 Cette apparente incompatibilité devra pourtant être résolue puisque, si le langage n'est modélisable qu'en termes symboliques, le cerveau ne l'est qu'en termes connexionnistes. Il faudra donc favoriser l'éclosion de modèles qui puissent rendre compte d'un fonctionnement "local" sur le mode connexionniste à l'intérieur de sous-systèmes plus larges dont les interactions sont conceptualisées en termes symboliques. On aboutirait alors à la solution d'un réseau macroscopique, celui que construisent les modèles symboliques, constitué de réseaux microscopiques à structure connexionniste.
 

10. La philosophie.

 La philosophie a droit de cité dans un institut des Sciences Cognitives, ne serait-ce que pour organiser les connaissances empiriques et théoriques qui s'accumuleront dans les domaines abordés par les chercheurs de l'Institut. La définition même du champ des sciences cognitives, les relations entre cognition naturelle et cognition artificielle, posent des problèmes épistémologiques difficiles, dont l'abord requiert une formation et une connaissance spécifiques.
 Plus importante encore parait être la contribution du philosophe en tant que théoricien spécialisé dans la compréhension des mécanismes de la cognition. Depuis longtemps, la philosophie a su aborder efficacement les aspects sémantiques et pragmatiques du langage ou de la communication intersubjective et, d'une manière générale, les problèmes anthropologiques. Il en est de même de l'étude de la logique du raisonnement, problème qu'abordent, par des voies différentes, les chercheurs en psychologie et neuropsychologie, d'une part, et les chercheurs en Intelligence artificielle d'autre part. De fait, la difficulté à faire voisiner des courants linguistiques  rivaux pour l'étude des aspects structuraux et des aspects sémantiques du langage, pourrait être résolue par l'introduction d'une recherche philosophique ouverte aussi bien à la grammaire générative qu'à la structure cognitive. Cette contribution pourrait se révéler essentielle pour l'approche psychopathologique.
 L'étude des phénomènes mentaux rassemblés sous la terminologie de "représentations" ou d'"intentionnnalité", même si elle commence à être abordée par les chercheurs en psychologie cognitive, requiert une formalisation théorique plus poussée. Les neurosciences cognitives chez l'homme, en particulier la neuro-imagerie fournissent maintenant de nombreux exemples d'objets physiques "nouveaux", en quête de statut. C'est le cas d'objets physiques (une activité cérébrale corrélative d'une image mentale, par exemple) représentant d'autres objets physiques du monde extérieur. C'est aussi le cas, par extension, d'une croyance attribuée à autrui (une croyance sur une croyance). La définition et la description approfondie de ces objets meta-représentationnels et de leur éventuel rôle causal dans le comportement relève bien d'une approche spécifique de la philosophie en sciences cognitives.
 
 

Liste des groupes d'experts

Groupe 1 :
M. Cosnard, Pr ENS (Lyon), Informatique parallèle.
J. Requin, DR CNRS (Marseille), Neurosciences Cognitives.
L. Rizzi, Pr Université de Genève, Linguistique générative.
J.L. Schwartz, CR CNRS (Grenoble), Psychoacoustique.

Groupe 2 :
J. Bullier, DR CNRS (Lyon), Neurophysiologie.
B. Dubois, Pr Paris VI, Neuropsychologie.
N. Georgieff, Asst Hopital du Vinatier (Lyon), Psychiatrie cognitive.
M. Kersberg, CR CNRS (Paris), Modélisation neuronale.
F. Michel, DR CNRS (Lyon), Neuropsychologie.
D. Widlocher, Pr Paris VI, Psychiatrie.

Groupe 3 :
F. El Massioui CR CRNS (Paris)
E. Halgren, DR INSERM (Rennes), Neuropsychologie
P. Jacob, CR CNRS (Paris), Philosophie des sciences
O. Koenig, Pr Lyon, Neuropsychologie cognitive.
J.Y. Pollock, Pr Amiens, Linguistique.
 

Autres personnes consultées
M.A. Arbib (Los Angeles),  S. Dehaene (Eugene), N. Franceschini (Marseille), A. Hein (MIT), G. Orban (Louvain), X. Seron (Bruxelles).