INTRODUCTION GENERALE

Dans le cadre de ses activités scientifiques, l'Académie Européenne Interdisciplinaire des Sciences a réuni par l'intermédiaire de séminaires, conférences et colloque divers spécialistes travaillant dans les domaines des neurosciences, de la psychologie cognitive, de l'Intelligence Artificielle, ou encore réfléchissant aux impacts sociétaux des avancées obtenues. Ce livre est le fruit de toutes ces contributions et a pour ambition de présenter un certain nombre de résultats, de perspectives actuellement discernables, de points de vue concernant l'état des connaissances dans ces domaines avec un lien, parfois direct, parfois implicite, avec la question de la conscience.

Cette introduction générale a pour but de rappeler le contexte de l'émergence de ces résultats, perspectives et points de vue, dont le lecteur prendra connaissance dans le corps de l'ouvrage. La question du fonctionnement de l'esprit humain et de ses rapports avec le cerveau et le corps ne date pas d'hier en effet et de nombreuses réflexions philosophiques ont été proposées au fil des siècles.

En 1944, le physicien et prix Nobel de Physique Erwin Schrödinger publia un ouvrage qui marqua son époque, intitulé « Qu'est-ce que la vie ? ». Il y abordait un certain nombre de questions auxquelles, selon lui, la science devait répondre pour expliquer la nature physique et chimique des êtres vivants. Par exemple, il indiquait que la matière vivante se soustrait à l'augmentation du désordre qui conduit à l'équilibre thermodynamique en se nourrissant de néguentropie. Il voulait ainsi expliquer la présence de « l'ordre » à l'intérieur des êtres vivants et leur tendance à s'opposer au chaos et à la désorganisation qui régit les systèmes physiques. La compréhension du fonctionnement du cerveau était aussi à l'époque l'un des grands problèmes de la science. Schrödinger avança quelques réflexions en rapport avec la manière dont il faut comprendre d'un point de vue mécaniste<fnref n="1" />, la subjectivité ou la perception d'une conscience unitaire. Francis Crick (Prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962), codécouvreur de la structure de la molécule d'ADN, a salué en ce livre «une description théorique précoce du fonctionnement du stockage de l'information génétique, qui avait été pour lui une source d'inspiration dans ses premières recherches ».

<footnote n="1">¹Le mécanisme est une philosophie de la nature selon laquelle l'Univers et tout phénomène qui s'y produit peuvent et doivent s'expliquer d'après les lois des mouvements matériels. Les explications mécanistes ramènent le fonctionnement du vivant à l'ensemble des interactions variées entre les molécules ou les ensembles de molécules qui en font partie.</footnote>
Une brève incursion en Philosophie de l'Esprit

La conscience humaine est très difficile à définir pour diverses raisons. Elle pose en particulier à la science un problème différent dans sa nature de l'explication de phénomènes physiques tels que la dynamique des planètes, les phénomènes atomiques et nucléaires ou bien la photosynthèse dans le monde végétal. Cette différence, on l'a caractérisée de différentes façons. La conscience est seulement accessible et intrinsèque au sujet conscient, alors qu'une expérience scientifique est accessible à tous les participants. Elle a un caractère ineffable, c'est-à-dire qu'on ne peut en rendre compte convenablement dans les termes du langage, contrairement aux phénomènes physiques qui peuvent être exprimés avec précision à partir d'unités de mesure et constantes fondamentales (masse, température, G, k<sub>b</sub>).

Depuis l'Antiquité, les philosophes réfléchissent à concilier l'esprit et son substrat biologique, le cerveau. Parmi toutes les approches philosophiques proposées pour tenter de résoudre le problème difficile de la conscience humaine, le dualisme et le monisme sont les deux principales écoles de pensée qui s'y sont essayées. Ces deux écoles réunies recueillent l'adhésion d'un grand nombre de philosophes. Ces derniers ont toutefois été amenés à nuancer ces deux positions théoriques générales afin de répondre aux critiques qui leur ont été formulées.

Pour les tenants du dualisme, deux grands courants philosophiques se sont développés. D'abord, celui du dualisme de substance pour lequel le monde physique existe bel et bien mais les aspects subjectifs de la conscience sont de nature distincte et constituent l'autre grande substance dont est fait le monde. Ce courant, dont les tenants les plus célèbres dans l'antiquité ont été Platon puis Aristote, fut formulé plus précisément par René Descartes au XVIIème siècle. Dans son *Discours de la méthode*, publié en 1637, René Descartes s'interrogeait sur ce dont il ne pouvait pas douter. Il arriva à la conclusion qu'il pouvait douter de tout, sauf de son expérience subjective. D'où la célèbre formule « *Je pense, donc je suis* ». Cela soulève immédiatement la question de l'interaction entre ce monde subjectif et le monde physique. Une question éminemment difficile à laquelle Descartes essaya de répondre sans succès – comme l'on sait.

Différentes variantes du dualisme ont alors été élaborées pour conserver l'intérêt des deux entités distinctes, tout en évitant certains de leurs écueils. Parmi celles-ci, on citera le dualisme des propriétés, où l'on admet que l'être humain n'est constitué que de matière, mais celle-ci possèderait deux types bien distincts de propriétés. Cette approche fut en premier présentée par Gottfried Wilhelm Leibniz au XVIIe siècle. Une version « moderne » a été présentée par le philosophe David Chalmers de l'Université de New-York, en 1995, dans un article intitulé « Facing Up to the Problem of Consciousness » paru dans le Journal of Consciousness Studies. Il proposait de distinguer les difficultés que pose l'étude de la conscience en deux types de problèmes distincts : les « problèmes faciles » et le « problème difficile » de la conscience. Les problèmes dit « faciles » concernent certaines manifestations de la conscience qu'il parait possible de décrire par les méthodes classiques d'observations et d'expérimentation scientifique. Ainsi en est-il par exemple de
la douleur dont on peut associer l'origine à une lésion par le corps et suivre le cheminement de ses signaux à travers l'architecture neuronale. Le même genre d'investigation est possible pour décortiquer la mécanique de tous les processus qui rendent possible la conscience (la vision, la mémoire, l'attention, les émotions, etc.). Selon David Chalmers, on peut trouver des explications fonctionnelles adéquates à ces processus.

Le problème difficile, pour sa part, découle des découvertes de la physique durant la première moitié du XXe siècle, découvertes qui ont rendu difficile de trouver à la conscience une place dans un monde matériel devenu plus intelligible. Ce monde fut compris dans sa globalité, par le biais des théories de la Physique, comme la relation entre ondes, forces, atomes et molécules ; il restait bien peu de place pour l'aspect subjectif de la conscience. C'est cet aspect qui constitue le cœur du problème difficile pour David Chalmers et d'autres de cette école. Pour eux, toutes les explications sur les causes et conséquences de nos états mentaux et leur identification dans un système nerveux donné (le problème facile) ne nous renseigneront pas sur la dimension subjective de la conscience.

Pour les dualistes de propriétés, mais aussi pour tous ceux qui accordent une réalité aux états mentaux conscients, le problème réputé « difficile » est donc celui qui se heurte à une double question : de quoi les expériences de conscience phénoménale sont-elles faites (ou comment les caractériser) ? pourquoi les individus sont-ils le sujet de telles expériences ?

Pour l'autre grande option philosophique qu'est le matérialisme, déjà défendue dans l'antiquité, dans la philosophie occidentale, par Parménide, Démocrite, Épicure ou Lucrèce..., la relation entre nos états mentaux et nos comportements ne pose pas de problème puisque les deux font partie du monde physique. Elle fut adoptée au XVIIème siècle par Baruch Spinoza ; plus proche de nous, on peut citer au XIXe siècle le physicien Ernst Mach, ainsi que Williams James et Bertrand Russel au XXe siècle... Une expérience subjective comme la douleur est bien réelle, mais elle correspond tout simplement aux états neuronaux qui la font naître. Il existe en philosophie de l'esprit, un courant moderne qu'on désigne par *matérialisme éliminativiste*, comportant à son tour de multiples variantes. L'idée, sous sa forme radicale<fnref n="2" />, est que les concepts utilisés par la psychologie, et notamment le concept de la conscience, n'ont pas de réalité. Les progrès des neurosciences élimineront peu à peu les théories anciennes au profit de nouvelles plus pertinentes. Des philosophes et chercheurs « matérialistes éliminativistes », tels que Paul et Patricia Churchland, Université de Californie à San Diego, pensent que toutes les questions sur la conscience pourront se ramener à ce que David Chalmers désigne sous la catégorie des problèmes «faciles» et devraient être normalement résolus. Il est trop aisé, selon eux, de conclure qu'un phénomène comme la conscience est inexplicable par le seul fait qu'une discipline telle que la psychologie n'est pas en mesure aujourd'hui de l'appréhender.

<footnote n="2">² comme celle prônée par Daniel Dennett. *La Conscience expliquée*, Odile Jacob, 1993.</footnote>
Mentionnons une troisième école qui est soutenue par certains philosophes dont David Chalmers qui promeuvent l’idée de l’universalité de la conscience, idée qui relève d’une théorie assez ancienne en philosophie appelée le Panpsychisme. Elle a été défendue au fil des siècles notamment par Thalès, Baruch Spinoza et William James, l’un de ses porteparoles contemporain étant le philosophe Galen Strawson des Universités de Reading (Angleterre) et du Texas à Austin. Elle considère que toute matière a une nature psychique.

Mentionnons également les travaux développés, depuis la seconde moitié du XXème siècle dans le cadre du courant de la philosophie analytique, autour du rapport entre conscience et représentation. Ces travaux ont donné lieu à diverses « théories représentationnelles de l'esprit ». Parmi ses promoteurs on trouve Thomas Nagel, Université de New-York, Franck Cameron Jackson, Université nationale australienne, David Rosenthal, Université de la ville de New York (CUNY), Uriah Kriegel, Institut Jean Nicod (ENS)... Ils sont en partie basés sur la notion d'état mental dit « intentionnel » développée dans « Psychologie d'un point de vue empirique (1874) » par Franz Brentano. Ce dernier philosophe affirme que l'intentionnalité constitue le critère pertinent pour une distinction générale des phénomènes mentaux et des phénomènes physiques. Dans ce courant, deux grandes orientations théoriques sont introduites, regroupées sous les termes de théories du premier ordre (de la conscience) et théories d'ordre supérieur. Schématiquement, les premières soutiennent « qu'être conscient équivaut à avoir une représentation de premier ordre, une représentation du monde comme étant tel ou tel ». Les secondes affirment que cette représentation de premier ordre ne constitue pas à elle seule un état mental conscient. Il faut que cette représentation soit elle-même représentée, sur un second niveau. La conscience mobiliserait ainsi la représentation d'une représentation. De telles réflexions philosophiques ne sont pas sans échos dans les théories empiriques de la conscience apportées par les neurosciences cognitives.

Pour en terminer sur ces thèmes, constatons qu'il existe présentement différentes catégorisations plutôt convergentes de nos différentes formes de conscience. Pour le philosophe Ned Block, Université de New York, les phénomènes conscients comporteraient au moins quatre aspects centraux se manifestant en état d'éveil. *La conscience d'accès*, où un état est conscient si, lorsque l'on est dans cet état, une représentation de son contenu est immédiatement disponible. Cette représentation peut alors servir de prémisses pour le raisonnement et peut jouer un rôle dans le contrôle rationnel de l'action et de la parole. Ce concept est à mettre en regard avec celui d'espace de travail neuronal utilisé pour certains modèles neuronaux. *La conscience phénoménale*, qui correspond aux aspects qualitatifs de notre vie mentale (désignés aussi par qualia). En d'autres termes, « l'effet que cela fait » de ressentir une douleur, de la joie, de percevoir une couleur, etc. *La conscience réflexive* qui est notre capacité d'inspecter délibérément le cours de nos pensées, de faire de l'introspection ou de pister notre comportement. *La conscience de soi*, c'est-à-dire la représentation de soi qui confère une certaine unité à notre vie mentale.
Mais depuis le siècle dernier, deux disciplines scientifiques se sont introduites dans le débat, qui s'en trouve considérablement affiné par leurs apports. Ces deux disciplines sont les neurosciences et les sciences cognitives, plus exactement, dans cette dernière, la recherche en Intelligence Artificielle.

## L'essor des neurosciences

De l'Antiquité au Moyen Age, médecins et savants se sont penchés sur le cerveau et ont tenté de comprendre son fonctionnement biologique. À partir du XIXe siècle, les découvertes s'accélèrent et la connaissance du cerveau prend un essor spectaculaire. En 1861, Paul Broca, anatomiste et anthropologue fait l'autopsie du cerveau d'un malade aphasique et explique la perte de la parole par une lésion dans le cortex frontal de l'hémisphère gauche. Durant la première moitié du XXe siècle naît la biologie des cellules nerveuses. Ramón y Cajal (prix Nobel 1906), père de la neurobiologie actuelle, établit les fondements de l'étude moderne du système nerveux. En 1924, Hans Berger réalise le premier électroencéphalogramme sur un être humain. En 1936, le Prix Nobel est attribué à Otto Loewi et Henri Dale pour leurs découvertes de la nature chimique de la neurotransmission. Michel Jouvet, neurophysiologiste, est à l'origine de la découverte du sommeil paradoxal. Antonio Damasio, directeur de l'Institut pour l'étude neurologique de l'émotion et de la créativité de l'Université de Californie du Sud, a mis en évidence le poids de nos émotions. Il souligne que le fonctionnement cognitif du cerveau en est largement tributaire. Jean-Pierre Changeux, neurobiologiste de l'Institut Pasteur, inscrit l'évolution de la structure fonctionnelle du cerveau dans une interaction importante avec l'environnement du sujet. Il émet ainsi l'hypothèse de la théorie de la sélection neuronale. Marc Jeannerod, neurobiologiste de l'Institut des sciences cognitives de Bron, cherche à comprendre le lien entre l'esprit et le cerveau en considérant l'imbrication entre la biologie et la philosophie.

Les nombreux progrès effectués en matière de traitement du signal, au cours du XXe siècle, ont permis par ailleurs de développer de nouveaux outils d'exploration et d'étude de l'activité cérébrale. Durant la deuxième moitié du XXe siècle sont ainsi apparues diverses techniques qui permettent aussi bien de connaître l'anatomie, la morphologie et l'activité cérébrale que de diagnostiquer les maladies neurodégénératives. Ces techniques se classent en deux groupes. Les premières mesurent indirectement l'activité du cerveau (imagerie métabolique) telles que la tomographie par émission de positons (TEP), la tomographie par émissions de photons (TSEP) et l'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf). La plus récente des technologies d'imagerie cérébrale est l'ISPIf, Imagerie Spectroscopique Proche Infrarouge fonctionnelle (en anglais fNIR), qui exploite le spectre des ondes lumineuses infrarouges (700-900 nm). Ces techniques (IRMf, TEP, ISPIf) permettent d'observer à la fois une augmentation de la consommation d'oxygène et une augmentation du débit sanguin cérébral là où les neurones sont stimulés. Elles permettent de visualiser les zones du cerveau qui s'activent lors de la réalisation d'une tâche et donnent donc une vision du cerveau dans sa totalité. Les secondes mesurent directement l'activité électromagnétique du cerveau telles que l'électroencéphalographie (EEG) et la magnétoencéphalographie(MEG). L'électroencéphalographie consiste à suivre la
progression des ondes électriques nées de la propagation des signaux nerveux *via* des électrodes posées sur le crâne, mais ne détecte que les ondes du cortex, la couche la plus externe du cerveau.

Les neurosciences abordent ainsi le décryptage du fonctionnement cérébral, du cerveau entier jusqu'à l'échelle moléculaire, chez le sujet normal et dans diverses maladies du système nerveux. L'étude des fonctions cognitives prend par ailleurs un nouvel essor grâce aux méthodes de la psychologie expérimentale couplées à la linguistique, à la philosophie, à l'intelligence artificielle... La jonction de ces « sciences cognitives » avec les neurosciences a donné naissance aux neurosciences cognitives qui étudient les bases neurales des fonctions mentales. La connaissance du monde mental de l'adulte et de l'enfant en a été bouleversée.

## Les neurosciences cognitives et les tentatives de modélisation de la conscience

Dans un bulletin de médecine/sciences de l'INSERM de 1995, il est écrit « La neurobiologie est-elle en passe de s'attaquer aux phénomènes qui conduisent à la pensée consciente ? » L'article faisait suite à la publication la même année, dans la revue Nature, d'un article de Francis Crick, Prix Nobel, et Christof Koch, alors professeur d'informatique et de neurosciences au California Institute of Technology, intitulé « Are we aware of neural activity in primary visual cortex? ». Ils proposaient pour répondre à cette question de s'orienter vers la recherche des corrélats neuronaux de la conscience, c'est-à-dire des changements neuronaux qui se produisent au moment où émerge la conscience. L'imagerie cérébrale allait permettre de « voir » ce qui se passe dans le cerveau. Et ils donnaient quelques pistes pour aller dans cette direction. Par exemple, se concentrer d'abord sur les corrélats neuronaux de la conscience visuelle des primates. Leur article a eu un tel retentissement que des psychologues, des neuroscientifiques, mais aussi des physiciens, des philosophes, des médecins ont recommencé à s'intéresser à l'étude scientifique de la conscience. D'autres neurologues, et notamment Jean-Pierre Changeux, de l'Institut Pasteur, à Paris, leur emboîtent le pas. Ils apportèrent ainsi de facto un éclairage nouveau sur l'antique débat entre les matérialistes et dualistes.

Les neuroscientifiques n'affirment pas forcément que la conscience est matière, mais qu'elle « émerge » de l'activité des cellules du système nerveux. Et que la science peut étudier ce phénomène d'émergence. L'idée heurta alors les psychologues comportementalistes, pour lesquels la seule manière scientifique et objective d'étudier l'esprit consiste à observer ce qui est scientifiquement rapportable : le comportement, qui est la réponse de l'esprit à un stimulus. Toutefois, le travail de Francis Crick et Christof Koch trouva un accueil favorable chez les tenants de l'intelligence artificielle.

Le développement des neurosciences cognitives à la fin du XXe siècle a ainsi rendu possible les premiers modèles empiriques de la conscience humaine. Dans la recherche de ces modèles, les neuroscientifiques adoptent une définition opératoire de la conscience, c'est-à-dire une définition qui se prête aux observations et aux expérimentations. Telle celle exposée par Lionel Naccache, neurologue à l'Institut du Cerveau et de la Moelle Épinière (ICM), où la conscience est vue comme « notre capacité à nous rapporter subjectivement
nos propres états mentaux ». La démarche est alors d'explorer ce qui se passe physiquement dans le cerveau humain lorsque le sujet est conscient.

Les neuroscientifiques se sont donc mis en quête d'une signature neuronale de la conscience : un corrélat nécessaire et suffisant pour qu'une stimulation devienne consciente. Où et quand se produit-il ? Comment progresse-t-il ? À quel moment de cette progression la conscience émerge-t-elle ? Pour ce faire, les chercheurs exploitent l'imagerie cérébrale. Celle-ci ne donne certes pas à voir la conscience elle-même, mais les changements neuronaux qui se produisent en même temps que la prise de conscience.

En se limitant ainsi à l'identification de ces corrélats neuronaux, les neuroscientifiques se restreignent à résoudre ce que certains philosophes, on l'a vu, nomment le « problème facile de la conscience ».

## Modèles principaux de la conscience

1. *Expérimentations en neurosciences ; Modèle de l'espace de travail neuronal global*

Autour des années 1960, Allen Newell, chercheur en informatique et psychologie cognitive à la compagnie RAND Corporation, John Clifford Shaw, programmeur de systèmes à RAND Corporation, et Herbert Simon, économiste et sociologue américain, prix Nobel d'économie 1978, créent des programmes, *Logic Theorist* puis *General Problem Solver* dans le but de résoudre des problèmes formalisés, par exemple celui de démontrer des théorèmes de logique (pour le premier) ou bien d'affronter des problèmes plus complexes (pour le second). Ces programmes sont considérés comme les premiers programmes d'intelligence artificielle. Ils furent les premiers à montrer l'utilité d'un espace de travail global - contenant l'objet à traiter - dans un système complexe constitué de circuits spécialisés - les opérateurs de traitement. La mise en commun de l'information traitée par chacun de ces circuits permettait de résoudre des problèmes qu'aucun circuit n'aurait pu résoudre seul. Dans les années 1980, le psychologue Bernard Baars, de l'Institut des neurosciences de La Jolla en Californie, fut le véritable promoteur de ce modèle. En disposant d'un espace de travail où l'information traitée par les circuits spécialisés est rendue ainsi accessible à l'ensemble de la population neuronale du cerveau.

Le principe de « l'espace de travail neuronal global » n'a cessé d'être repris et perfectionné depuis. En fait, la majorité des modèles neurobiologiques de la conscience intègrent certains aspects du concept d'espace de travail neuronal global. On peut citer ceux de Gerald Edelman, Antonio Damasio, Francisco Varela. Stanislas Dehaene, Jean-Pierre Changeux et Lionel Naccache, qui en ont fait leur hypothèse de base. Selon leur théorie, l'information sensorielle qui parvient au cerveau est traitée en permanence par des ensembles de neurones qui travaillent en parallèle, de manière inconsciente. Pour que leur information accède à la conscience, il faut que leur activité soit suffisante, mais aussi qu'ils bénéficient d'une amplification de la part des réseaux neuronaux où va émerger la conscience, à la manière d'une attention préconsciente. Une activité cohérente entre plusieurs populations de neurones distribués dans le cerveau s'installe alors. Les
connexions à longues distances qui s'établissent ainsi constituent l'espace de travail global. Cet espace met à disposition du cerveau cette information consciente qui peut dès lors être évaluée, mémorisée à long terme, donner lieu à des actions intentionnelles, etc. Cette mise à disposition généralisée d'un ensemble perceptif cohérent constituerait l'état conscient.

Ainsi, selon Stanislas Dehaene, lorsque notre cerveau est sollicité, les premières aires cérébrales à s'activer sont celles des cortex visuel et auditif. Parmi ces flots de représentations mentales inconscientes qui, à tout instant, traversent nos circuits cérébraux, l'une d'entre elles est choisie pour sa pertinence. Dès lors, des groupes de neurones s'activent de manière coordonnée, d'abord au sein des aires spécialisées, puis cette activation finit par envahir les lobes pariétaux et frontaux. Un vaste ensemble de neurones, répartis dans plusieurs régions cérébrales, « s'embrase » ainsi soudainement pour former un seul état neuronal global. C'est à ce moment-là que la conscience se manifeste.

Ce processus d'accès à la conscience se produit, répétons-le, en plusieurs étapes, en mobilisant un temps de latence important, d'environ un tiers de seconde après l'intervention du stimulus. Cette hypothèse de latence dans l'apparition de la conscience a fait l'objet de nombreux protocoles expérimentaux. L'expérience qui a eu le plus d'écho est celle qui a été conduite dans le laboratoire de Giulio Tononi, à l'Université du Wisconsin, à Madison.

La voie expérimentale principale mise en œuvre sur la plateforme NEUROSPIN – dirigée par Stanislas Dehaene – consiste à présenter un stimulus sensoriel (image ou son) juste au-dessous ou au-dessus du seuil de conscience du patient, de sorte que certaines informations sont subliminales alors que d'autres accèdent à la conscience. Ainsi toute une série d'expériences vont permettre de stimuler la conscience de différentes façons. On peut ainsi faire varier les conditions expérimentales pour détecter le passage d'une non-perception à une perception non consciente, puis consciente. L'électro et la magnétoencéphalographie (EEG et MEG) permettent de suivre l'activité neuronale en quasiment temps réel (milliseconde). On a découvert ainsi la grande profondeur du traitement inconscient de l'information. Pratiquement toutes les régions du cerveau peuvent travailler de façon non consciente. On a découvert aussi et surtout, les signatures d'accès à la conscience. La première signature est une énorme et subite amplification de l'activité neuronale dans de nombreuses régions du cortex, particulièrement dans les aires pariétales (postérieures) et préfrontales bilatérales du cerveau. Lorsqu'une image ou un mot montré est vu de manière consciente, tout s'active simultanément, un phénomène *a priori* assez surprenant car il s'agit de régions très dispersées à travers le cortex. En parallèle se manifeste une deuxième signature, l'EEG montre le déploiement d'une onde électrique lente et de grande ampleur, appelée P300, au sein de la région pariétofrontale. Toujours selon Stanislas Dehaene « L'onde P300, de l'ordre de quelques microvolts, démarre vers 270 milliseconde, atteint son pic entre 350 et 500 ms après l'arrivée du stimulus visuel, et perdure jusqu'à 600, 700 voire 900 ms. Autrement dit, notre conscience est très en retard sur le monde extérieur ! ». Deux autres signatures ont été individualisées : une synchronisation des signaux électriques que s'échangent les aires corticales les plus éloignées les unes des autres, signe que tous
les neurones impliqués se mettent à travailler en même temps ; et une explosion tardive et soudaine d'ondes de haute fréquence.

## 2. Un modèle conçu à partir d'une phénoménologie de la conscience : la théorie de l'information intégrée

En parallèle – à ces approches basées sur les fonctions de la conscience – une théorie a été développée à partir d'une analyse en quelque sorte des propriétés *ressenties* de nos états conscients. Elle a donc des objectifs plus ambitieux mais est plus spéculative ; c'est l'approche dite de l'information intégrée, proposée en 2004 par Giulio Tononi. Il avait auparavant travaillé avec Gerald Edelmann (prix Nobel 1972) à l'Institut de neurosciences de La Jolla en Californie. Cette théorie énonce cinq propriétés « phénoménologiques » qui caractérisent selon elle toute expérience : 1) une expérience consciente est quelque chose de réel, elle existe *indépendamment de tout observateur* ; 2) cette expérience est composée de parties liées entre elles ; 3) cette expérience se distingue de toute autre expérience possible, sa composition lui étant spécifique ; 4) elle est unifiée, constitue un tout irréductible : tous ses composants sont interdépendants, on ne peut les séparer sans la faire disparaitre ; 5) elle est limitée quant à son contenu et sa durée. Puis la théorie postule qu'à chacune de ces cinq propriétés phénoménologiques correspond une propriété « physique » de la structure et de la dynamique du système cérébral lorsqu'il « vit » cette expérience consciente. Autrement dit elle traduit les propriétés phénoménologiques en des propriétés physiques qui doivent être satisfaites pour que l'on puisse dire qu'un substrat physique (ici le cerveau) est support de conscience. Ces propriétés physiques s'expriment mathématiquement (dans le langage des probabilités) et leur réalisation plus ou moins poussée et riche de contenu donne lieu à une évaluation quantitative appelée Information conceptuelle intégrée. Le degré de conscience est d'autant plus grand que cette information est élevée. Ainsi, tout objet, vivant (ou inerte), peut être gratifié, dans un certain état - c'est-à-dire à un certain instant de son existence - d'une conscience qui peut être nulle, ou au contraire maximale. Mais seuls certains systèmes physiques ont le degré d'architecture nécessaire pour soutenir la conscience. Cette théorie est soutenue et co-développée par Christof Koch, président de l'Institut Allen pour les sciences du cerveau, à Seattle. Il y a d'autres modèles de la conscience que nous ne développerons pas ici, comme par exemple le modèle du Schéma de l'attention, promu par Michael Steven Graziano, Université de Princeton, modèle qui se rattache par certains aspects aux théories philosophiques d'ordre supérieur évoquées plus haut.

## Mécanismes neuronaux et marqueurs somatiques

Par ailleurs, dans ces processus de prise de conscience, les mécanismes neuronaux du cerveau ne sont peut-être pas les seuls à être mobilisés ; il semblerait que des marqueurs somatiques (liés au corps) de notre vie mentale contribueraient aussi à notre vie consciente. Catherine Tallon-Baudry et ses collègues du Laboratoire de Neurosciences Cognitives & Computationnelles de l'ENS, ont récemment découvert que la façon dont notre cerveau sent et analyse les battements du cœur pourrait jouer un rôle dans notre conscience de soi. L'équipe de recherche de Lionnel Naccache de l'ICM a également montré que lorsque nous
prenons conscience d'un stimulus, non seulement notre cerveau présente les signatures habituelles mais nos pupilles se dilatent, notre cœur accélère, etc.

## Tester ces modèles de la conscience humaine : une question d'actualité

Dans une publication récente (2019) parue dans Nature Human Behaviour, un collectif de neuroscientifiques, biologistes et psychologues insistait sur la nécessité de tester les différents modèles de façon rigoureuse. C'est l'ambition du programme « Accelerating Research on Consciousness », lancé par la fondation Templeton World Charity. Pour la première fois, un protocole va permettre de confronter les principales théories de la conscience. Le but étant de sélectionner les modèles les plus explicatifs et scientifiquement testables. La première phase du projet a été annoncée en octobre 2019, lors de la réunion de la Society for Neuroscience, à Chicago. Ces expériences seront dirigées par Lucia Melloni, neuroscientifique à l'Institut Max-Planck. Le programme débutera par la confrontation de la théorie de l'espace de travail global à celle de l'information intégrée. Rappelons que ces deux théories sont proposées respectivement par Stanislas Dehaene, titulaire de la chaire de psychologie cognitive expérimentale au Collège de France, et par Giulio Tononi, de l'Université du Wisconsin, et Christof Koch, président de l'Institut Allen pour les sciences du cerveau, à Seattle.

En ce qui concerne la mémoire humaine, Francis Eustache de l'Université de Caen et ses collaborateurs ont montré que ce n'est pas une fonction localisée. La mémoire qui fonctionne chez le sujet sain est le résultat d'une synchronisation harmonieuse de différents réseaux. D'aucuns font ainsi un parallèle entre certains phénomènes physiques et le fonctionnement du cerveau, à savoir aussi bien la conscience que la mémoire présentent finalement un aspect de non localité. On a mentionné au début de cette introduction un grand physicien, Erwin Schrödinger ; on peut citer plus près de nous un autre grand savant Alfred Kastler (prix Nobel de Physique 1966), il publia en 1976 un ouvrage ayant pour titre « Cette étrange matière ». Dans la dernière partie de son ouvrage, il livre des réflexions que ses connaissances lui inspirent : « La physique contemporaine me paraît confrontée à un autre problème critique, celui de la matière vivante. Il me semble que la physique pourrait jouer un rôle capital dans le développement futur de la biologie, si la recherche confirmait une idée qui se profile aujourd'hui, selon laquelle il pourrait exister un rapport entre la cohérence en physique et l'ordre biologique, caractérisés l'un et l'autre par une néguentropie remarquable ».

## Le renouveau de l'Intelligence Artificielle

Le rêve d'une machine intelligente remonte à l'Antiquité. Une des plus anciennes traces du thème « l'homme dans la machine » date de 3000 ans avant notre ère en Égypte. Durant l'année 2019 on a commémoré le 500ème anniversaire de la disparition de Léonard de Vinci à Amboise. Rappelons que l'histoire retient qu'en 1495, Léonard de Vinci invente le premier robot humanoïde : un chevalier activé mécaniquement. Mentionnons également les automates de Jacques Vaucanson et son fameux Canard digérateur exposé en 1744 au Palais Royal.
En ce début du XXIe siècle, en parallèle avec les développements des neurosciences cognitives, des progrès spectaculaires ont été accomplis dans les domaines de l'Intelligence Artificielle et de la robotique. En octobre 2016, l'Académie des Sciences a organisé une conférence débat ayant pour titre « Intelligence artificielle : le renouveau ». Et de poursuivre, dans ses motivations : « découvrir, apprendre, reconnaître, juger, décider : ces tâches perceptives et cognitives – que l'on associe à l'intelligence humaine – deviennent chaque jour plus accessibles à l'automatisation. Grâce aux progrès considérables de la microélectronique, à la puissance de calcul qu'elle permet et à l'accès à des quantités gigantesques de données, l'Intelligence Artificielle (IA) vit aujourd'hui un renouveau qui s'appuie sur presque toutes les sciences et touche de plus en plus à notre vie quotidienne. »

Selon Jean-Paul Haton, il est d'usage de distinguer deux types d'IA en fonction des capacités des tâches envisagées : l'IA faible et l'IA forte. L'IA faible est celle des systèmes actuels, atteignant des résultats de très haut niveau, souvent comparables ou supérieurs à ceux d'autres humains, mais dans des domaines restreints bien délimités (jeux, diagnostic, reconnaissance de la parole, identification d'images, etc.) pour lesquels une capacité d'apprentissage spécifique a été mise en place. Ces systèmes d'IA ne sont pas destinés à remplacer des humains, mais plutôt à coopérer avec eux pour optimiser leurs performances. L'IA forte tend vers celle de l'être humain, capable d'apprendre à mener des tâches complexes dans des domaines très différents, ou de comprendre et de raisonner sur des sujets variés en se fondant sur l'expérience acquise. L'IA forte est encore largement dans les laboratoires de recherche. Quant à savoir si l'IA risque de « dépasser » l'intelligence humaine (lors de ce qui est désigné comme une singularité) et dans cette éventualité, quels avantages et quels dangers se présenteraient à l'Humanité, il existe sur ce sujet tout un débat que cet ouvrage ne peut qu'effleurer.

## Intelligence et conscience Artificielles ?

Ainsi, à propos de la singularité technologique, John Von Neumann, le célèbre mathématicien et physicien pionnier de l'Informatique, a-t-il pu écrire, selon Jean-Gabriel Ganascia, Sorbonne Université, spécialiste d'intelligence artificielle, Président du Comité d'éthique du CNRS – « ce n'est pas parce qu'on peut créer des capacités exponentielles de la technologie, que la technologie peut dépasser l'homme ». De même, selon Luc Steels, Université libre de Bruxelles, spécialiste dans l'intelligence et la vie artificielles appliquées à la robotique et à l'étude du langage « Il semble possible de construire des programmes hautement complexes, équivalents en termes de performance à l'intelligence humaine pour un domaine particulier, mais ces programmes seront incapables d'intégrer l'évolution ou la nature contextuelle de l'intelligence ».

Certains scientifiques estiment – à l'inverse – à la suite du mathématicien Alan Turing que les machines pourraient être un jour suffisamment perfectionnées pour être dotées d'une conscience. Tel Richard Frackowiak, pionnier de l'imagerie cérébrale, neuroscientifique au Centre hospitalier universitaire de l'Université de Lausanne. Richard Frackowiak est codirecteur du « Human Brain Project », le projet européen de simulation du cerveau humain dont le but vise à terme à simuler le fonctionnement entier du cerveau. Il est un
fervent défenseur de l'imbrication étroite entre la biologie du cerveau et l'informatique. C'est de la matière que naît la conscience dit-il. Christof Koch avance de son côté que nombre de neurologues sont convaincus que la modélisation du fonctionnement des neurones sur les ordinateurs permettra de simuler la conscience. Mais pour lui, l'architecture actuelle dite de Von Neuman, avec sa structure de connectivité électronique, empêche l'émergence d'une « vraie » conscience artificielle, c.-à-d. qui ne se réduise pas à une simulation ; chaque transistor n'est relié en effet qu'à quelques autres tandis que, dans nos cerveaux, chaque neurone est typiquement connecté à dix mille voire vingt mille d'entre eux. Ainsi aussi puissant soit-il, un ordinateur n'atteindra donc jamais un haut degré de conscience. Pour reprendre l'exemple du « Human Brain Project », même une simulation complète et précise du cerveau humain incluant la centaine de milliards de neurones et leur matrice de millions de milliards de connexions (les synapses) ne pourra pas être consciente. Des architectures autres que celle de Von Neuman, telles que les puces neuromorphiques, peuvent effectuer des tâches en parallèle (recevoir, transporter l'information, la traiter ou la stocker). Elles travaillent de ce fait de façon semblable aux neurones cérébraux. Si de tels éléments venaient un jour à être hautement interconnectés, on se rapprocherait davantage de l'architecture du cerveau. Une telle machine serait-elle alors capable d'expériences conscientes substantielles ? Ce changement soulèverait des questions d'éthique majeures.

*Essais de modélisation d'une certaine forme de conscience pour les « systèmes intelligents »*

Un des objectifs des recherches en IA a toujours été de comprendre les processus cognitifs humains, en en fournissant des modèles. Il est donc normal que la question des modèles de la conscience, ou du moins de certaines de ses fonctions, soit posée dans cette discipline, et en particulier dans ses applications robotiques.

En robotique la question controversée de savoir si les machines peuvent être conscientes a fait l'objet récemment d'un examen attentif dans l'article « What is consciousness, and could machines have it? » paru dans la revue *Science* d'octobre 2017 dans lequel trois chercheurs, Stanislas Dehaene, Hakwan Lau-Département de psychologie et Institut de recherche sur le cerveau, Université de Californie à Los Angeles et Département de psychologie, Université de Hong Kong - et Sid Kouider du Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistique (École Normale Supérieure, École des Hautes Études en Sciences Sociales, CNRS) passent en revue le chemin qu'il reste à parcourir pour que les robots, les systèmes intelligents artificiels, puissent accéder à un certain niveau de conscience. Pour cela, ils se réfèrent à la conscience humaine. Les expériences menées à NEUROSPIN à l'aide d'images subliminales ont montré que le cerveau humain fonctionne principalement selon un mode non conscient, appelé C, dans l'article de *Science*. Les systèmes actuels d'IA à base de réseaux de neurones : reconnaissance des images, des sons, du langage... fonctionnent sur ce mode non conscient.

La conscience se développerait sur une couche supplémentaire. Pour accéder à cette couche consciente, le cerveau humain met en place deux sous-niveaux de traitement de
l'information aux fonctions bien distinctes et complémentaires. Dans le premier sous-niveau, C1, appelé « disponibilité totale », on peut passer d'une information consciente à une autre de manière fluide et flexible et lui donner du sens. Il correspond aux capacités du cerveau à sélectionner, parmi toutes les entrées perceptives présentes à un instant donné, celles qui sont le plus en rapport avec la poursuite d'une action en cours ou en projet ; à relier l'information sélectionnée avec d'autres présentes, avec les connaissances antérieurement acquises, les comportements requis, les rapports verbaux possibles ; à maintenir dans le temps cette attention prioritaire liée à l'action et nécessaire à son accomplissement, et à la modifier le cas échéant si cela semble nécessaire.

Le sous-niveau C2 permet d'acquérir « la conscience de soi ». Il correspond, notamment, aux capacités de disposer d'informations sur soi-même et ses processus d'inférence et donc de pouvoir les gérer ; autrement dit, aux capacités d'introspection, d'auto-évaluation, de métacognition : disposer de représentations de ses propres connaissances et aptitudes, et être à même d'en faire bon usage dans telle ou telle circonstance.

Le niveau C1 n'est pas accessible aux systèmes d'IA actuels. Ils ont la capacité - mais de manière inconsciente - de donner du sens à des informations, de prendre des décisions et aussi d'apprendre.

Par contre le sous-niveau C2 (conscience de soi) apparaît comme possible - sous certains aspects - à des robots. Sa modélisation au moyen d'algorithmes semble réalisable.

Des robots sont programmés, par exemple, pour surveiller leur propre progression d'apprentissage. D'après Stanislas Dehaene, une forme de méta-cognition serait envisageable pour nos appareils connectés.

Citons, à titre d'exemples pour illustrer ces propos, des tentatives qui sont actuellement faites pour doter les robots d'éléments de conscience dans des laboratoires d'Europe et des Etats-Unis. Pour en évaluer les résultats on peut envisager d'utiliser le test du miroir, comme on a pu le faire pour estimer la conscience de soi chez un animal ; l'entité placée face à un miroir individualisant une marque qui lui a été imprimée montre qu'elle est ainsi consciente de son propre corps.

Un autre concept est aussi utilisé. Il est issu de la philosophie de l'esprit – développé initialement par le psychologue et philosophe Georges Frederic Stout. Ce concept a vraiment émergé dans les années soixante-dix avec la parution du livre « Body and mind » du philosophe Keith Campbel, lequel introduit des individus « Zombies » qui se comportent de manière indiscernable par rapport à des personnes conscientes selon tous types de tests concevables par la science. Depuis, ce concept a été largement utilisé et développé par le philosophe David Chalmers – dont nous avons déjà parlé – pour montrer l'insuffisance des explications en termes de processus physiques lorsque celles-ci concernent les aspects subjectifs de la conscience. David Chalmers a proposé une expérience de pensée où le rôle principal est tenu par un « p-zombie » ou philosophe zombie.
En robotique le rôle de zombie peut être tenu par un robot. Les robots-zombies permettent de montrer que certains processus cognitifs décrits principalement par le sous-niveau C2 peuvent être reproduits sur un robot sans que cela soit suffisant pour le rendre conscient. C'est une contribution de la robotique à l'avancement des neurosciences et de la réflexion sur la nature de la conscience.

En France le projet ANR Roboergosum porté par Raja Chatila et son équipe de l'Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR), Sorbonne université, et le Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS/CNRS) de Toulouse « vise à comprendre les mécanismes sous-jacents à l'émergence de la conscience vue comme un processus au centre de l'interaction d'un agent et de son environnement. Le but étant de concevoir un système cognitif où seraient mis en œuvre et s'exprimerait ces mécanismes et ayant donc une possible conscience de lui-même ».

En 2015, Selmer Bringsjord, Rensselaer Polytechnic Institute à New York, a effectué avec trois petits robots humanoïdes de type Nao un test classique appelé le puzzle des sages en vue de résoudre des énigmes logiques nécessitant un élément de conscience de soi. Le but poursuivi est de montrer la viabilité d'exemples spécifiques et limités de la conscience. Très récemment en 2019, Robert Kwiatkowski et Hod Lipson de l'Université de Columbia ont publié dans la revue *Science Robotics* des résultats obtenus sur un robot capable de s'auto-modéliser sans aide extérieure. Ils sont parvenus à doter le robot d'une représentation de lui-même sans aide extérieure ni connaissance préalable en utilisant « l'apprentissage profond », technique d'apprentissage automatique efficace. Les scientifiques ont utilisé un bras robotique articulé à quatre degrés de liberté. Initialement, le robot se déplaçait de manière aléatoire et collectait environ un millier de trajectoires, comprenant chacune une centaine de points. Le robot a ensuite utilisé l'apprentissage profond pour créer un auto-modèle. Les premiers auto-modèles étaient assez imprécis et le robot ignorait ce qu'il était, et comment ses articulations étaient connectées. Mais après une trentaine d'heures d'entraînement, l'auto-modèle est devenu compatible avec le robot physique avec une précision de quelques centimètres. Pour tester si l'auto-modèle pouvait détecter des dommages sur lui-même, les chercheurs ont imprimé en 3D une pièce déformée pour simuler des dommages et le robot a pu détecter le changement et reconfigurer son auto-modèle. Les auteurs de cette étude sont conscients des implications éthiques. « *La conscience de soi mènera à des systèmes plus résilients et adaptatifs, mais elle induira également une certaine perte de contrôle par les humains* ». C'est une technologie puissante qui devrait être manipulée dans un cadre éthique strict.

Dans les décennies à venir, les progrès rapides des algorithmes d'apprentissage profond engendreront des machines d'une intelligence « comparable » à la nôtre. Elles seront capables de parler et seront dotées d'une certaine forme de raisonnement ; et auront ainsi leur place dans de nombreux domaines, comme l'économie, la politique et... les applications sécuritaires et militaires. La naissance d'une véritable intelligence artificielle affectera l'avenir de l'humanité et conditionnera l'existence même d'un tel avenir.
## Rappel du plan de l'ouvrage

Les textes rassemblés<fnref n="3" /> prennent la forme de chapitres, et distribués sur quatre parties : *première partie*, travaux en neurosciences et psychologie expérimentale ; *seconde partie*, sciences cognitives et Intelligence Artificielle ; *troisième partie*, réflexions sur l'Intelligence, la Conscience et l'impact de l'IA sur les activités humaines ; *quatrième partie*, synthèse des discussions de la Table Ronde tenue à l'issue du colloque. Un aperçu de ces quatre parties est donné dans leurs présentations respectives

Enfin dans un court épilogue nous ferons part aux lecteurs des réflexions et questions que la lecture de ces textes associés à la prise de connaissance de la littérature actuelle concernant la conscience nous a inspirés.

Pour le comité de lecture de l'AEIS<fnref n="4" />

<footnote n="3">³ La majorité des textes rassemblés émanent des conférenciers eux même ; dans d'autres cas, ils ont été élaborés à partir d'une transcription de la conférence concernée, puis soumis au conférencier pour correction, compléments et validation.</footnote>

<footnote n="4">⁴ Victor Mastrangelo (Président de l'AEIS) et Jean-Pierre Treuil (coordination comité de lecture)</footnote>
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