Le plaisir : un effet de bords des mémoires associatives

To appear in: In Joël Quinqueton et Jean Sallantin (Eds) Autonomie, mémoire et co-évolution.
Les chemins de Tr@verse Editions
Le plaisir : un effet de bords des mémoires associatives
Claude Touzet
Lab. Neurosciences Intégratives et Adaptatives
UMR CNRS 7260 - Aix-Marseille Université, F
claude.touzet@univ-amu.fr
Résumé
Mémoire et mise en mémoire sont supputées liées. En vertu du principe de causalité "l'un ne se
produit jamais sans l'autre, c'est à dire que le fait d'être en mémoire est la conséquence d'un
processus préalable de mise en mémoire" [Appel à proposition, Rochebrune 2012]. Dans cet
article, nous nous attachons à décrire comment les principes de fonctionnement d'une mémoire
associative oblitèrent la mise en jeu du principe de causalité pour certaines informations stockées.
L'implication qui en découle est que certains comportements que l'on sait "motivés", mais dont
l'origine nous échappe, retrouvent ipso facto un support matériel. Ce faisant, ils perdent de leur
autonomie pour devenir des illusions, c'est le cas du "plaisir" et des comportements mis en jeu lors
de notre quête de plaisir individuel.
Introduction
La Science considère que le principe de causalité est un principe fédérateur et universel. Ce faisant,
l'objet de la Science est de trouver les causes des phénomènes. Dans le domaine des sciences
cognitives, ce n'est que récemment 1 que les chercheurs se sont autorisés à rechercher les causes à
l'origine de la conscience, de l'intelligence ou du libre-arbitre. Pour ces trois phénomènes, les
résultats de cette quête ont abouti, non pas à une explication des origines - mais à une disparition
des phénomènes per se, qualifiés d'illusions. Cette position initialement défendue par la thèse du
matérialisme éliminativiste [2], s'est trouvée récemment confirmée par la Théorie neuronale de la
Cognition (TnC) [14] qui, en proposant des mécanismes neuronaux explicatifs des comportements
considérés comme "conscient" ou "intelligent", réaffirme leur caractère illusoire.
Dans le contexte précis de la mémoire et de la mise en mémoire, la TnC énonce que certaines
informations mémorisées n'ont pas fait l'objet d'une mise en mémoire respectant un principe de
causalité "fort" 2 . En bref, ces informations mémorisées ne sont pas - explicitement - mises en
mémoire. L'impact de ces éléments mémorisés (à l'insu de l'observateur puisque sous le couvert
d'une causalité "faible") est néanmoins considérable et concerne le concept de "plaisir" et les
comportements associés de "recherche du plaisir".
La notion de plaisir est fondamentale, notamment parce qu'elle est l'un des rares 3 arguments
avancés par les tenants du libre-arbitre : c'est la recherche du plaisir 4 qui motive nos comportements
1 D'autres phénomènes n'ont même pas encore reçu l'accréditation suffisante pour être considérés aujourd'hui comme
des sujets de recherche légitimes, comme les phénomènes qualifiés de "psi" alors que la réalité de certains faits
paranormaux est établie, et que des hypothèses vis à vis des origines de tels phénomènes sont proposées [1]. Dans ce
domaine, la recherche française se démarque par ses œillères.
2 Causalité faible : les causes sont connues dans leur généralité - mais ne peuvent pas être clairement identifiées par
l'observateur (qui peut être le sujet lui-même).
3 Le second argument favorable au libre-arbitre est que la croyance dans le libre-arbitre est "bonne" pour la société
parce qu'elle favorise l'altruisme [8] (sic).
4 Cette quête du bonheur, du plaisir, est considérée comme un droit. Elle est d’ailleurs inscrite dans la Déclaration
d'indépendance américaine (4 juillet 1776) : "Nous tenons pour évidentes pour elles-mêmes les vérités suivantes :
tous les hommes sont créés égaux ; ils sont doués par le Créateur de certains droits inaliénables; parmi ces droits
se trouvent la vie, la liberté et la recherche du bonheur. Les gouvernements sont établis parmi les hommes pour
garantir ces droits,...".
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et non pas uniquement notre vécu et la situation courante.
Dans une première partie sont présentés quelques éléments de l'organisation fonctionnelle du cortex
telle que modélisée par la TnC. La partie suivante montre comment les cartes corticales s'organisent
pour générer des comportements motivés. La troisième partie examine comment les principes de
fonctionnement des mémoires associatives expliquent l'existence d'informations mémorisées selon
une causalité faible et en quoi ces éléments mnésiques peuvent être à l'origine du "plaisir". La
discussion positionne la TnC et ses explications du plaisir vis à vis de la "Formal Theory of
Creativity, Fun, and Intrinsic Motivation" de J. Schmidhuber. Enfin, nous concluons sur l'intérêt que
présente nos travaux vis à vis d'une quête individuelle et universelle de plaisir.
1. Fonctionnement cortical
1.1 Les cartes corticales sont auto-organisées
Le cortex, qui représente 70% du volume du cerveau (chez l'Homme), est constitué de cartes
corticales. La Théorie neuronale de la Cognition fixe à environ 600 le nombre de ces cartes (chez
l'Homme). Nous connaissons la fonction d'environ 80 d'entre elles. Les premières cartes
découvertes sont celles constitutives du cortex primaire (c'est à dire les cartes en relation directe
avec nos sens). Par exemple, certaines cartes sont spécialisées dans le traitement visuel et extraient
de l'image rétinienne les contours, les déplacements, les contrastes, les couleurs, les orientations [5].
De la même façon, d'autres cartes traitent les informations provenant de nos autres sens.
L'Homoncule [7] est la représentation au niveau du cortex de l'ensemble des informations tactiles de
notre corps, notamment en provenance des capteurs de pression localisés dans notre peau. D'autres
cartes sensorielles codent les informations en provenance de notre nez (olfaction), de notre langue
(goût), de notre ouïe, etc.
Un autre moyen d'approcher la fonction de certaines cartes corticales est de regarder ce que
leurs disparitions (notamment après accident vasculaire cérébral) entraînent comme symptômes.
Les agnosies 5 sont des déficits dans la capacité de reconnaître alors même que la perception est tout
à fait normale. On recense aujourd'hui plusieurs dizaines d'agnosies 6 .
Les cartes corticales sont auto-organisées, c'est-à-dire que les comportements individuels des
neurones qui les composent s'ajustent automatiquement, et que le résultat de cet ajustement montre
une organisation à l'échelle de la carte entière. Cette organisation est inévitable. Il suffit que des
informations du Monde parviennent à nos capteurs sensoriels pour qu'elles soient relayées vers le
cortex. Ces informations modifient le comportement des neurones des colonnes corticales générant
de facto un ajustement des cartes. Ces cartes sont le résultat d'une projection d'un espace
multidimensionnel sur un sous-espace de dimension 2, laquelle projection respecte fréquence et
similarité [6]. De ce fait, il est possible de savoir, rien qu'en regardant l'organisation d'une carte,
quelles ont été les situations (vécues par la personne) les plus fréquentes et celles qui l'étaient
moins. Nous sommes aussi assurés que des situations « similaires » sont représentées par des
colonnes corticales voisines.
1.2 Hiérarchie de cartes auto-organisatrices
Nous vivons dans un Monde cohérent, constitué de régularités. Prenons le cas d'une carte corticale
directement connectée à un organe sensoriel. Les régularités les plus fréquentes sont les premières
informations apprises par cette carte. Puis, les régularités un peu moins fréquentes trouvent aussi
5 a- privatif et -gnosis connaissance en Grec.
6 Les grandes catégories d'agnosies sont : visuelles, auditives, somatosensorielles, spatiales, etc.
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leurs places sur celle-ci, et ainsi de suite. Les événements peu fréquents ne sont pas mémorisés par
cette carte, ils le seront par d'autres cartes placées plus haut dans la hiérarchie. Ceci sous-entend
qu'il y a une organisation "hiérarchique" des cartes.
Certaines cartes reçoivent des informations en provenance directe des capteurs sensoriels : elles
constituent le "cortex primaire". Les cartes qui reçoivent des entrées en provenance des cartes du
cortex primaire constituent le "cortex secondaire". Les cartes qui reçoivent leurs informations du
cortex secondaire constituent le "cortex associatif". Comme nous ne savons pas aujourd'hui repérer
les différentes fonctions des différentes cartes du cortex associatif, il représente à lui tout seul 70 %
de l'ensemble du cortex.
Il y a donc une hiérarchie de propagation de l'information, depuis le cortex primaire vers le
cortex associatif, en passant par le cortex secondaire. A l'intérieur du cortex associatif, il y a de
nombreux étages de traitement au sens où il y a de nombreuses cartes échangeant de l'information.
Ces cartes sont plus ou moins "loin" (distance évaluée par le nombre de neurones intermédiaires qui
les séparent) du cortex secondaire. Nous dirons qu'elles sont plus ou moins "haut" dans la
hiérarchie.
La Théorie neuronale de la Cognition estime que 80 % des informations reçues par une carte
participent à son organisation, et que les 20 % restant participent à l'organisation des cartes
suivantes. Ceci sous-entend que l'information reconnue par une carte (parce que mémorisée par
celle-ci) s'arrête là et que l'information non reconnue (parce que non mémorisée à ce niveau)
continue. Ceci fait de la carte auto-organisatrice un "détecteur de nouveauté".
Les corrélations fréquentes sont apprises très vite (et donc très tôt) par les cartes des niveaux les
moins élevés (cortex primaire, puis secondaire). A chaque niveau hiérarchique, les cartes sont
organisées par des informations moins fréquentes que celles dont ont bénéficié les cartes du niveau
précédent. Comme il faut toujours autant de données pour organiser une carte, plus la carte
considérée est haut dans la hiérarchie, plus son auto-organisation prendra longtemps.
1.3 Représentation distribuée sur les cartes auto-organisatrices: une mémoire associative
En combinant plusieurs cartes auto-organisatrices ensemble, il est possible de créer des
représentations très précises du Monde. Lorsque deux cartes auto-organisatrices sont placées l'une
après l'autre, la seconde carte représente des données plus complexes, par exemple des
combinaisons de caractéristiques extraites par la première carte. Si la première carte code les
couleurs apparaissant dans l'image rétinienne, alors la seconde carte peut coder les proportions
relatives : « c'est plutôt vert », ou « vert et rouge à parts égales », etc. Avec trois cartes autoorganisatrices,
il devient possible de fusionner des données issues de modalités différentes comme
la couleur et la forme, ou la vision et l'audition. Par exemple, une carte code les couleurs, une
seconde code les formes des objets vus et la troisième carte (qui reçoit les connexions des deux
premières) code pour des formes colorées. Si, dans l'environnement, il existe des objets de forme
ronde et de couleur bleue, d'autres de forme triangulaire et rouge, et aucun carré vert, alors certaines
colonnes corticales de la troisième carte seront actives uniquement pour des ronds bleus, d'autres
pour des triangles rouges et aucune ne sera active lorsque l'image d'un carré vert sera montrée.
La carte codant les objets d'après leur forme et leur couleur est d'un niveau d'abstraction plus
élevé que la carte des couleurs ou la carte des formes. Il est donc possible d'établir une hiérarchie en
fonction du niveau d'abstraction. Pour connaître le niveau d'abstraction d'une carte, il suffit de
compter le nombre de cartes entre celle-ci et les capteurs sensoriels. Dans le cas de la lecture d'un
mot, les recherches actuelles montrent que la carte sur laquelle les mots sont codés est d'un niveau
d'abstraction égal à 7 [3, 4].
Les mots écrits, les mots entendus, les odeurs, la vision d'objets inanimés ou de visages font
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partie de notre quotidien. Ils activent nos sens et sont traités par le cortex. Il existe donc une carte
pour les mots écrits, une autre pour les mots entendus, une troisième pour les odeurs, une quatrième
pour les objets inanimés, une cinquième pour les visages, etc. Bref, beaucoup de cartes codant
énormément de domaines de la réalité. Il y a des cartes supplémentaires, de niveau d'abstraction
plus élevé, qui reçoivent les informations de toutes ces cartes et les fusionnent. Les colonnes
corticales de ces cartes de niveau supérieur sont activées dans des situations précises. Par exemple,
certaines colonnes corticales sont activées lorsque nous nous trouvons dans une situation où il y a,
en même temps :
le mot « arbre » écrit,
le mot « arbre » entendu,
un arbre visible,
une odeur de forêt et
le visage de la personne qui nous a fait découvrir ce mot-là.
La loi de Hebb garantit que cette activation simultanée va créer des connexions entre toutes les
colonnes corticales des différentes cartes codant ces éléments. Si plus tard seul l'arbre est vu,
l'activation du mot "arbre" est néanmoins réalisée. C'est une parfaite illustration des capacités des
mémoires associatives : un morceau de l'information apprise suffit à activer l'ensemble de
l'information mémorisée.
2. Comportements motivés
2.1 Cortex sensoriel et sensori-moteur
Lors d'un comportement, les actions réalisées ne sont jamais choisies au hasard, elles peuvent toutes
être justifiées par rapport à un but. Si à partir d'un certain moment ce n'est plus le cas, c'est que le
comportement a changé et les actions deviennent justifiables par rapport à un autre (nouveau) but.
Un comportement est donc une succession d'actions qui sont liées les unes aux autres par le fait
qu'elles participent à la réalisation d'un même but.
Dans le domaine de la robotique mobile, il est possible de générer - instantanément et avec une
certaine compétence - n'importe quel comportement [16]. De plus, le simple fait de "réaliser" le
comportement choisi améliore sa performance. Ceci a été obtenu en utilisant deux cartes autoorganisatrices,
l'une codant pour les situations perçues par le robot et l'autre pour les actions
réalisées et leurs effets (fig. 1). La première carte appartient de facto au cortex sensoriel, la seconde
appartient au cortex sensorimoteur. Au départ, les deux cartes sont vierges de toute information et le
robot explore au hasard son environnement pendant quelques minutes. Cet échantillonnage de
l'environnement permet l'auto-organisation de la première carte (qui représente donc les situations
perçues par le robot) et de la seconde carte représentant à la fois l'action effectuée ET la variation
associée.
2.2 Le but définit le comportement
Il suffit ensuite de définir une situation comme le but à atteindre pour générer le comportement adhoc.
Par exemple, si le but choisi est : "rien autour" et que le robot se trouve face à un obstacle,
alors cette situation courante (face à l'obstacle) active une colonne corticale en particulier. Une autre
colonne corticale est activée par la situation but (rien autour) - qui sera de facto une colonne
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corticale éloignée. La colonne corticale active pour la situation actuelle est entourée de quelques
colonnes corticales (ses voisines) qui s'activent pour des situations plus ou moins similaires. L'une
de ces "colonnes voisines" est plus proche (en distance sur la carte corticale) que les autres
(voisines) de la colonne codant pour le but. C'est une situation intermédiaire par laquelle le robot
doit passer pour parvenir au but.
Cette situation intermédiaire sera atteinte en choisissant comme action à accomplir l'action qui
génère (comme variation de situations) la variation nécessaire pour atteindre la situation
intermédiaire. La seconde carte contient la réponse à cette question : quelle colonne code pour une
variation de situations égale à (situation_actuelle moins situation_intermédiaire) ? Dès que cette
colonne est trouvée, alors l'action qu'elle représente est réalisée. Il y a de bonnes probabilités pour
que la situation intermédiaire soit atteinte, mais même si ce n'est pas le cas ce n'est pas grave car le
processus est itéré jusqu'à ce que la situation courante soit celle recherchée (but).
Situation
but
Situation
intermédiaire
Situation
(a)
actuelle
Carte des situations
Fig. 1. Deux cartes corticales coopèrent dans la genèse d'une succession d'action (i.e., un
comportement) en réponse à une situation courante. Chaque intersection représente une colonne
corticale. La topologie de l'espace des situations est conservée par la carte (1). De ce fait, la situation
voisine de la situation courante et aussi plus proche de la situation-but (a) est une situation
intermédiaire par laquelle le système doit passer pour atteindre le but. La variation entre la situation
courante et la situation intermédiaire est utilisée pour sonder la seconde carte (2) qui fournira en retour
l'action à accomplir pour observer cette variation.
L'observation de cette expérience montre le robot se cogner aux murs, hésiter et ne rien faire de
construit jusqu'à ce que le but "rien autour" soit spécifié. Dès cet instant, le robot s'éloigne des
obstacles pour gagner un endroit où ses capteurs ne détectent plus rien ("rien autour"). Au fur et à
mesure que le temps passe et que les cartes continuent à s'auto-organiser, les mouvements du robot
deviennent de plus en plus efficaces.
2.3 N'importe quel comportement - instantanément
Question :
Situation intermédiaire
– Situation actuelle
Réponse :
action
(b)
Si de la situation "rien autour", le but change pour "proche de quelque chose", instantanément le
comportement du robot se transforme. Il recherche les obstacles, s'approche et se "colle" au premier
qu'il détecte. S'il n'y a pas d'obstacle, alors le robot va se lancer à la poursuite de la première cible
mouvante qu'il perçoit. Au départ, il sera maladroit dans ses choix d'action et se laissera peut être
facilement distancer ; mais au fur et à mesure que le temps passe, le robot s'améliore.
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(c)
Carte des différences de
situations et actions associées

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Si la situation-but change à nouveau pour être : "avancer en gardant un obstacle à droite", alors
le robot recherche, puis rase les murs (à sa droite). Il ne devrait plus quitter ce mur, jusqu'au
prochain changement de but.
Si le but choisi appartient à une carte codant le niveau sonore, alors le comportement généré est
celui de trouver et maintenir le niveau sonore désiré, en s'éloignant ou en se rapprochant de la
source sonore, tant pour tenir compte des fluctuations de la source (selon que l'interlocuteur parle
plus ou moins fort) que de celles d'éventuelles sources parasites (les autres conversations).
Si le but choisi appartient à une carte codant les qualificatifs que l'on associe parfois à certaines
situations comme "générosité" ou "avarice", alors le comportement généré est celui de quelqu'un de
généreux ou d'avare (selon la localisation du but retenu sur cette carte). Ce comportement est
complexe, car il met en jeu des actions de nature très différente : se déplacer, écrire, parler, écouter,
convaincre, etc. En fait chacun de ces types d'actions est mis en jeu au sein d'un véritable
comportement spécifié par un (sous) but. Le but final (être généreux) implique la définition et la
réalisation de multiples sous-buts. Cette organisation hiérarchique de sous-buts est à mettre en
regard de la structure hiérarchique des cartes auto-organisatrices dans le cortex.
3. Effets de bords des mémoires associatives
3.1 Plus petit commun dénominateur( PPCD)
Les cartes corticales mémorisent les situations perçues. Mais, comme il y a bien plus de situations
vécues que de colonnes corticales, les situations similaires sont regroupées sur les mêmes colonnes
corticales - à raison d'une colonne corticale par carte (il y a donc autant de cartes impliquées que de
caractéristiques de la situation). Pour chaque groupe de situations similaires, les caractéristiques les
plus communes au groupe (de situations) sont efficacement mémorisées et constituent le "plus petit
dénominateur commun" (fig. 2).
A l'inverse, les caractéristiques les moins partagées sont moins bien mémorisées. Le plus petit
dénominateur commun est un point d'attraction, car les caractéristiques qui le composent sont
toujours toutes actives en même temps - dès lors qu'une partie d'entre-elles est activée. Sachant que
sur chaque carte corticale, du fait de la compétition locale, une seule colonne corticale est active à la
fois, alors cette colonne corticale active constitue une situation-but de cette carte (carte codant pour
cette caractéristique).
(a) (b)
Fig. 2. (a) Les triangles noirs représentent les niveaux d'activation de quelques colonnes corticales sur
trois cartes auto-organisatrices interconnectées en réponse à la situation courante. Ce vecteur
d'activation se réduit à l'activation finale décrite en (b) sur ces trois même cartes. Le nombre de foyers
d'activation est réduit, mais l'activation individuelle des colonnes est plus forte. Le vecteur d'activation
(b) est le PPCD, il n'a peut être jamais été vécu/ressenti en tant que tel, mais il constitue un bassin
attracteur pour des situations similaires. Il est donc à l'origine de la définition de situation-but sur les
cartes auto-organisatrices - et donc à l'origine de comportements.
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3.2 Plaisir
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Nous avons vu au §2 que tout comportement se définit par une succession d'actions choisies pour se
rapprocher d'une situation-but. Lorsque ce but n'est pas vu, perçu ou deviné par l'observateur (qui
peut être l'individu lui-même), alors nous en déduisons que ce comportement est motivé
(intérieurement) par la recherche de plaisir.
Pourquoi le plaisir ? Parce qu'il y a un consensus pour affirmer que si nous ne savons pas ce
qui motive quelqu'un, alors c'est qu'il recherche du plaisir (certainement pas une recherche de
déplaisir).
A chaque instant, il y a activation au minimum d'un plus petit dénominateur commun en lien
avec la situation perçue actuelle. A défaut de but clairement spécifié par ailleurs, ces buts
"implicites" génèrent un comportement motivé intérieurement. Lorsque le codage de la situation
vécue s'identifie avec le codage du plus petit dénominateur commun associé, alors le comportement
cesse (un autre commence). La situation qui vient d'être atteinte est facilement mémorisée (du fait
d'une activation forte et localisée), le bassin attracteur (PPCD) se renforce. Ce qui fait "plaisir" à un
instant donné, fera à nouveau "plaisir" dans le futur et est, de ce fait, re-cherché.
Discussion
Jürgen Schmidhuber développe et teste depuis plus de 20 ans une théorie sur le fonctionnement du
cerveau [10]. Dans sa thèse, la source de la motivation intrinsèque n'est pas le plus petit
dénominateur commun, mais le taux de compression de l'information traitée [11]. C'est un concept
relativement proche puisqu'il prend lui aussi en compte la taille de la représentation de l'information
au niveau cortical. De plus, il y a arrêt du comportement en cours dès lors que le taux de
compression ne varie plus, ce qui est à rapprocher de l'évolution de la représentation de la situation
courante vers le codage du PPCD.
La principale critique que nous faisons à la thèse de Schmidhuber est que le calcul du taux de
compression de l'information au sein du cerveau n'est pas aisé sans observateur "extérieur" [12],
tandis que celui du PPDC est "gratuit" et automatique, puisque inscrit dans le principe même du
fonctionnement d'une mémoire associative.
La seconde critique est que l'apprentissage dans la théorie de Schmidhuber est basé sur le
renforcement. Rappelons que la performance comportementale d'un robot programmé selon la TnC
[16] est très supérieure en terme d'efficacité à une approche impliquant l'apprentissage par
renforcement, même si l'on optimise le ratio exploration/exploitation [9], et/ou que l'on instancie cet
apprentissage avec une carte auto-organisatrice [15].
Enfin, les concepts de "curiosité" et de "ennui" tels que décrits par Schmidhuber [7] nécessitent
l'usage d'un apprentissage par renforcement, tandis que la TnC propose que ce soit la différence
entre la situation vécue et les situations mémorisées qui soient à l'origine des phénomènes
d'attention, lesquels perdurent tant que la différence entre situation vécue et mémorisées n'est pas
résolue. L'attention ainsi obtenue induit les comportements observés de curiosité et aussi d'ennui.
Conclusion
Les représentations minimales (PPCD), bien qu'elles ne soient pas explicitement mises en mémoire
par l'individu, sont toutefois d'une grande importance. En effet, dès lors que le comportement n'est
pas dicté par des contingences précises, les PPCD sont à l'origine des comportements. Comme
l'observateur n'a - par définition - pas de connaissance sur l'origine des PPCD, ni sur leur exactes
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représentations en terme de situations du monde, il infère l'existence d'un "plaisir". La répétition de
l'implication des PPCD dans la vie du sujet est vue comme une recherche récurrente de plaisir. Nous
avons vu que le plaisir est un effet de bord de la mémorisation de la mémoire associative qu'est
notre cortex. Ce faisant, nous définissons le plaisir comme une illusion à ranger dans la même
catégorie que celle de la conscience (thèse du matérialisme éliminativiste).
Nous pourrions croire que nous venons de perdre beaucoup avec cette explication (le plaisir est une
illusion), mais ce n'est pas le cas. Même s'il s'agit d'une illusion, elle est prégnante et doit de facto
être recherchée avec efficacité. Une meilleure connaissance des causes à l'origine de cette illusion
nous aide. Comme les PPCD dépendent uniquement des expériences vécues par l'individu, alors nos
plaisirs nous sont personnels. Comme ils résultent d'un processus de mémorisation du vécu, il est
tout à fait possible d'envisager de biaiser son vécu afin de modifier la représentation des PPCD et
qu'ils collent alors plus souvent qu'auparavant à la réalité de notre quotidien. Nous bénéficierons
ainsi d'une vie plus"plaisante".
Remerciements
Ces recherches ont bénéficié du soutien de l'ANR 2010-CORD-013 (Cognilego).
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