Quelle est l’architecture neuronale de l’intelligence ?

Le cerveau humain compte environ 100 milliards de neurones. C’est à peu près le nombre d’étoiles qu’abrite la Voie lactée. Contrairement à la plupart des étoiles qui aiment dériver seules dans la galaxie, nos neurones sont des champions de l’extraversion. Ils aiment établir des connexions, au nombre de 10^15. Grâce à la miraculeuse chorégraphie chimique et électrique que nos neurones en réseau mettent en œuvre au cours d’une journée ordinaire, nous sommes capables d’écrire des lettres d’amour, de calculer des pourboires et de guérir des maladies.

Quelle est l’architecture neuronale de l’intelligence ?

Qu’est-ce qui, dans le cerveau humain, nous permet de percevoir les informations du monde qui nous entoure, de les enregistrer dans nos banques de mémoire en tant que connaissances et de les utiliser de manière adaptative dans différents contextes ? Alors que les scientifiques et les philosophes ont fouillé les quatre coins du cerveau pour trouver des réponses (qu’il s’agisse du volume, de la structure ou des différentes régions du cerveau), l’attention s’est récemment portée sur la manière dont les neurones se connectent et se répartissent dans les réseaux.

Le psychologue Aron Barbey étudie la neurobiologie de l’intelligence. À l’aide de méthodes issues des neurosciences des réseaux, il explore les mécanismes de traitement de l’information du cerveau qui nous permettent de représenter les problèmes, de concevoir différentes approches pour les résoudre, d’évaluer les conséquences de nos choix, d’adapter nos stratégies et, enfin, de sélectionner les meilleures solutions. En effet, comme le note Barbey, au cœur de l’intelligence se trouve l’une des caractéristiques de l’esprit humain : notre capacité à résoudre des problèmes.

Voici une discussion avec Barbey sur certaines des découvertes que la recherche en neurosciences a permis de faire sur les mystères de l’intelligence humaine.

Comment le cerveau nous aide-t-il à trouver des solutions aux divers problèmes que nous rencontrons dans la vie ?

Intuitivement, nous pensons souvent à l’intelligence humaine en termes de compétences et d’aptitudes cognitives spécifiques. Le raisonnement logique ou la résolution de problèmes mathématiques viennent souvent à l’esprit. Dans l’étude scientifique de l’intelligence, nous nous référons à un concept spécifique développé au début des années 1900 par Charles Spearman, appelé intelligence générale. L’intelligence générale est essentiellement notre aptitude à résoudre des problèmes, c’est-à-dire notre capacité à trouver des solutions aux divers problèmes que nous rencontrons dans la vie. Plutôt que de se référer à un type spécifique de problème ou d’approche de la résolution de problèmes, l’intelligence générale reflète notre capacité à trouver des solutions adaptatives à tous les types de problèmes. C’est pourquoi l’intelligence générale est un domaine d’investigation scientifique si puissant et si important. Comprendre la nature et les mécanismes de l’intelligence générale nous préparerait à appliquer cette solution pour résoudre de nombreux autres problèmes difficiles de la vie – par la conception d’une IA plus intelligente, de meilleurs programmes éducatifs, de traitements plus efficaces pour les maladies neurologiques, les maladies psychiatriques, etc. Les enjeux sont importants et l’impact est considérable.

La plasticité cérébrale est-elle au cœur de l’intelligence générale ?

La capacité d’un comportement flexible et intelligent est rendue possible par la remarquable capacité du cerveau à se reconfigurer, à mettre continuellement à jour les connaissances antérieures sur la base de nouvelles informations et à générer activement des prédictions internes qui guident le comportement adaptatif et la prise de décision. La recherche contemporaine conçoit le cerveau comme un générateur d’inférences dynamique et actif qui anticipe les entrées sensorielles, formant des hypothèses sur ce monde qui peuvent être testées par rapport aux signaux sensoriels qui arrivent dans le cerveau. La plasticité est donc essentielle à l’émergence de l’intelligence humaine ; elle fournit un mécanisme puissant pour mettre à jour les croyances antérieures, générer des prédictions dynamiques sur le monde et s’adapter en réponse aux changements continus de l’environnement.

Parlez-nous des principales facettes de la résolution de problèmes, de l’intelligence cristallisée et de l’intelligence fluide.

L’intelligence cristallisée est la capacité à résoudre des problèmes qui dépendent de nos connaissances et expériences antérieures. Nous appliquons l’intelligence cristallisée lorsque nous rencontrons des problèmes familiers et lorsque nous faisons appel à des réseaux cérébraux qui reconnaissent automatiquement ces problèmes et sont configurés pour les résoudre.

En revanche, l’intelligence fluide fait référence au raisonnement adaptatif et aux compétences en matière de résolution de problèmes. Nous appliquons l’intelligence fluide pour résoudre des problèmes nouveaux que nous n’avons jamais rencontrés auparavant, c’est-à-dire lorsque nous ne pouvons pas nous appuyer directement sur nos connaissances et notre expérience antérieures. L’intelligence fluide exige donc que les réseaux cérébraux trouvent des solutions adaptatives grâce à un traitement souple et dynamique de l’information.

L’intelligence cristallisée et l’intelligence fluide, qui trouvent leur origine dans l’architecture en réseau du cerveau humain, contribuent toutes deux à l’intelligence générale.

Quelle est la théorie des neurosciences des réseaux sur l’intelligence ?

Nous avons élaboré une théorie de l’intelligence générale fondée sur les neurosciences des réseaux qui s’appuie sur ces idées. Selon cette théorie, l’intelligence générale reflète les différences individuelles dans l’efficacité et la flexibilité des réseaux cérébraux. Le cerveau humain est conçu pour être efficace, pour minimiser le coût du traitement de l’information tout en maximisant la capacité de croissance et d’adaptation. Des preuves de plus en plus nombreuses indiquent que l’intelligence générale est associée à l’efficacité globale, c’est-à-dire à la capacité d’intégrer des informations dans l’ensemble du cerveau.

La flexibilité est assurée par la plasticité du cerveau. La flexibilité du réseau est façonnée par l’organisation structurelle et fonctionnelle du cerveau, qui peut faciliter ou limiter la transition d’un réseau d’un état à un autre. Par exemple, le passage à un état facile à atteindre nécessite un chemin court et direct, tandis que le passage à un état difficile à atteindre nécessite un chemin long et sinueux.

La théorie des neurosciences des réseaux propose que l’intelligence cristallisée fasse appel à des représentations très accessibles de connaissances et d’expériences antérieures et s’appuie sur des états de réseau faciles à atteindre. En revanche, l’intelligence fluide reflète la capacité à résoudre des problèmes nouveaux et à faire preuve d’un comportement adaptatif et flexible. L’intelligence fluide fait donc appel à des réseaux qui peuvent passer à des états difficiles à atteindre et très flexibles. Ainsi, plutôt que d’attribuer l’intelligence à un ensemble fixe de régions ou de réseaux cérébraux, cette perspective se fonde sur la réorganisation dynamique des réseaux cérébraux et propose que l’intelligence soit ancrée dans la plasticité cérébrale.

Notre objectif est de faire progresser la recherche et la théorie sur la neurobiologie de l’intelligence humaine en intégrant les données des neurosciences des réseaux sur la topologie et la dynamique globales du cerveau humain.

L’intelligence réside-t-elle dans une région ou un réseau particulier du cerveau ?

Historiquement, les neuroscientifiques se sont attachés à comprendre le rôle fonctionnel de régions cérébrales spécifiques, proposant que l’intelligence générale provienne d’une région particulière, comme le cortex préfrontal dorsolatéral, ou, dans des travaux plus récents, qu’elle engage un réseau cérébral primaire, comme le réseau frontopariétal.

Mais nous nous rendons de plus en plus compte que l’intelligence générale ne peut être localisée dans une région ou un réseau cérébral spécifique. Au contraire, le cerveau semble permettre l’intelligence générale grâce à des interactions de réseaux à grande échelle et à des mécanismes systémiques de traitement efficace et flexible de l’information. Ainsi, en nous concentrant sur des régions ou des réseaux cérébraux spécifiques, nous avons peut-être manqué la forêt pour les arbres, en ne voyant pas la structure d’ordre supérieur et la topologie de réseau à grande échelle à partir desquelles l’intelligence générale émerge.

L’intelligence générale peut-elle être entraînée ?

Bien que ce domaine fasse l’objet de recherches et de débats actifs, il ne semble pas qu’il soit possible d’améliorer de manière significative l’intelligence générale. En revanche, il est certainement possible d’améliorer des capacités cognitives spécifiques par la pratique et d’affiner nos compétences en matière de résolution de problèmes par l’éducation. En principe, si nous pouvions enseigner aux gens non seulement comment résoudre des problèmes spécifiques dans des contextes particuliers, mais aussi comment appliquer de manière productive ces connaissances à de nouvelles situations, cela pourrait faciliter le transfert de la formation et peut-être engendrer des améliorations dans des facettes plus larges de l’intelligence. En comprenant comment des compétences spécifiques sont liées à des capacités plus larges et en étudiant le fonctionnement global du réseau cérébral, la recherche moderne promet de nouvelles avancées dans l’effort continu pour parvenir à une compréhension plus profonde de l’intelligence humaine et pour l’améliorer un jour.

Un grand merci à Aron Barbey pour son temps et ses idées. Aron Barbey est professeur de psychologie, de neurosciences et de bio-ingénierie à l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Il préside le thème principal de recherche sur les systèmes intelligents, dirige l’initiative sur l’intelligence, l’apprentissage et la plasticité et dirige le laboratoire de neurosciences décisionnelles à l’Institut Beckman pour les sciences et technologies avancées.