Ceux-ci proviennent pour une part non négligeable d’un vaste domaine de recherche, regroupé souvent sous le vocable de sciences cognitives. Mais que sont les sciences cognitives ? Que recouvre ce terme ? Quelles en sont les caractéristiques clés et les démarches sous-jacentes ?
(photographie : Olli Wiegner)
Les sciences cognitives ont commencé à émerger après la première moitié du XXe siècle. Généralement, nous datons leur naissance en 1956. C’est durant cette année que s’est organisée une première conférence consacrée à l’intelligence artificielle et à son application à la psychologie cognitive. Cette conférence a servi de coup d’envoi à de nombreuses collaborations.
Depuis, les sciences cognitives n’ont cessé de se développer et de s’enrichir, devenant une influence et un moteur de plus en plus incontournable dans le domaine de l’éducation.
Le concept de cognition
Le concept de cognition recouvre deux dimensions complémentaires et imbriquées :
- D’un côté, il s’agit de la dimension fonctionnelle de l’esprit qui regroupe tout ce qui est de l’ordre du :
- Processus de perception et de compréhension par la pensée, en fonction de l’expérience antérieure, de l’intelligence, de l’attention et des informations sensorielles.
- Processus d’acquisition de connaissances à travers un traitement plus profond qui demande d’apprendre, de mémoriser, de réfléchir, de raisonner, de ressentir, d’évaluer, de réagir, de communiquer, etc.
- De l’autre côté, la cognition englobe le résultat de ces processus, que ce soit la connaissance, la perception, les émotions, les sensations, les idées ou les intuitions.
Le champ d'exploration des sciences cognitives
Les sciences cognitives rassemblent l’ensemble des domaines scientifiques consacrés à l’étude de la cognition. Les sciences cognitives recoupent les enjeux liés à la cognition artificielle et à la cognition naturelle.
Les sciences cognitives utilisent conjointement des données issues des six sous-disciplines qui la composent :
- Les neurosciences
- La linguistique computationnelle
- L’anthropologie cognitive
- La psychologie cognitive
- La philosophie de la cognition
- L’intelligence artificielle
Les sciences cognitives se sont retrouvées dotées progressivement d’avancées technologiques qui ont conduit, au fil des dernières décennies, à l’émergence d’une société de l’information. Ces avancées ont permis des analyses plus fines et précises du cerveau en action.
Par effet de retour, ces technologies ont permis aux sciences cognitives d’explorer de plus en plus précisément les bases neurologiques de la pensée humaine. À travers cela, les sciences cognitives comprennent une dimension fondamentale et une dimension applicative.
En raison de la multiplicité et le large spectre des disciplines qui les composent, les sciences cognitives offrent potentiellement des approches transdisciplinaires ouvertes et non réductrices.
Si les sciences cognitives sont à l’origine surtout basées sur l’étude d’activités mentales comme la mémoire, la conscience, le langage ou les perceptions, elles ont peu à peu élargi leur champ d’études. Elles s’intéressent également aux émotions, aux sensations, aux représentations sociales, aux sentiments, aux interactions entre les personnes, etc.
L'importance de la pensée dans le cadre des sciences cognitives
Les sciences cognitives étudient
- Le fonctionnement général de la pensée humaine, animale ou artificielle, et plus généralement de tout système complexe de traitement de l’information capable d’acquérir, de conserver, d’utiliser et de transmettre des connaissances.
- La manière dont la pensée humaine gère les connaissances, les sélectionne, les mémorise ou les réutilise.
- La conscience, ainsi que les fonctions intellectuelles supérieures : raisonnement, réflexion, jugement, attention, mémoire, etc.
- Le fait qu’une très large part du fonctionnement de l’esprit humain échappe à la conscience. Par exemple, lorsque nous reconnaissons un visage dans une foule, le processus de reconnaissance qui est ainsi à l’œuvre échappe à notre conscience. Nous fonctionnons ainsi régulièrement en pilotage automatique sans que nous en ayons conscience, ce qui est le garant de notre efficacité. La gestion consciente du contenu de notre mémoire à long terme nous échappe également. La seule façon de vérifier si nous connaissons quelque chose est de récupérer cette connaissance.
L'établissement d'une distinction claire entre sciences cognitives et béhaviorisme
Le béhaviorisme est un courant en psychologie qui ne s’intéresse qu’aux comportements. Dans la perspective béhavioriste, les processus mentaux soit échappent à l’investigation scientifique, soit n’existent tout simplement pas. L’esprit n’est pour le béhaviorisme qu’une boîte noire.
Trois éléments clés marquent l’émergence des sciences cognitives face au béhaviorisme
- Noam Chomsky est un linguiste, philosophe, cognitiviste, historien, militant politique et critique social américain. Il est une figure majeure de la philosophie analytique et l’un des fondateurs du domaine des sciences cognitives. En 1959, il adresse à Burrhus F. Skinner (1904-1990, un psychologue et penseur américain, influent dans le béhaviorisme) une critique radicale de sa théorie de l’apprentissage du langage. Noam Chomsky défend contre le béhaviorisme la thèse que les êtres humains possèdent de manière innée des règles linguistiques universelles définies par notre ADN. C’est cette grammaire qui permet aux jeunes enfants d’apprendre sans difficulté n’importe quelle langue maternelle. Skinner défendait l’idée opposée que les êtres humains sont capables de parler parce qu’ils sont conditionnés et récompensés.
- À la même époque, Jean Piaget (1896-1980 à Genève, un biologiste, psychologue, logicien et épistémologue suisse connu pour ses travaux en psychologie du développement et en épistémologie) s’intéresse au développement de l’intelligence chez l’enfant. Même si ses théories ont été depuis critiquées et revues, elles portent une critique profonde du béhaviorisme et ouvrent le champ de la psychologie cognitive. De nombreuses expérimentations en psychologie cognitive sur la pensée des enfants et des nourrissons ont permis de réfuter certaines thèses centrales de Piaget. Les enfants possèdent dès les premiers mois de leur vie des compétences cognitives étendues, bien plus larges et complexes que ce qu’annonçait l’ancienne théorie de Piaget.
- Ces années marquent également l’émergence de la psychologie sociale. Celle-ci s’intéresse aux représentations mentales, par exemple, aux stéréotypes sexuels ou raciaux qui sous-tendent les comportements sexistes ou racistes, ou à la motivation. La psychologie sociale s’oppose au béhaviorisme dans le sens où ce sont des représentations mentales qui expliquent ces comportements et non seulement des stimuli environnementaux.
L’émergence des sciences cognitives traduit un changement de paradigme en psychologie. La recherche scientifique ne peut plus désormais se limiter à la seule observation des comportements. Elle doit prendre en compte ces variables cachées que sont la pensée, l’intelligence, les représentations mentales, la mémoire, les stratégies intellectuelles, etc.
Ainsi, en tant qu’enseignant, si nous voulons comprendre les difficultés d’un élève par rapport à une matière quelconque, observer et renforcer son comportement ne suffit pas. L’inciter à travailler plus et lui donner plus d’occasions de pratiquer est rarement la solution miracle.
Il est également nécessaire de prendre en compte la nature de ses erreurs, d’investiguer ses représentations mentales, ses connaissances antérieures, les stratégies cognitives qu’il met en place et d’agir à ce niveau.
Une inspiration philosophique classique pour les sciences cognitives
Les sciences cognitives se situent sur le terrain de la philosophie classique qui a pour centres d’intérêt principaux l’esprit ou la connaissance.
Trois grands philosophes sont d’ailleurs fréquemment cités comme des précurseurs des sciences cognitives :
- René Descartes (1596-1650) a défendu la thèse que l’homme possède des idées innées. Dans sa continuité, le philosophe Jerry Fodor (1935 - 2027) a soutenu qu’il existait un langage inné de la pensée.
- Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) a tenté de concevoir, en se basant sur la logique et la mathématique, un langage formel universel de la pensée. Le processus de la pensée peut être identifié à un calcul logique.
- Emmanuel Kant (1724-1804) soutenait que l’esprit humain n’est ni vide ni passif. L’esprit possède une organisation interne très complexe à partir de laquelle il met en forme les expériences empiriques. Par exemple, les notions de temps, d’espace et de causalité appartiennent à la structure de notre esprit.
L'ancrage des sciences cognitives parmi les sciences empiriques
Dans la tradition philosophique occidentale que l’on retrouve chez Descartes, Leibniz et Kant, il y a un dualisme corps/esprit. Les sciences cognitives se distinguent de leurs sources philosophiques dans leur conception de l’esprit.
Selon les sciences cognitives, l’esprit n’est pas considéré dans une dimension spiritualiste (comme l’âme chez les chrétiens) ou comme une entité immatérielle, qui s’opposerait au corps et que nous pourrions considérer indépendamment.
L’esprit dans la perspective des sciences cognitives se définit comme un phénomène naturel ayant un ancrage physique dans le cerveau.
L’esprit humain serait une réalité naturelle, mais que nous pouvons étudier à plusieurs niveaux : biologique, neurologique, symbolique, etc. L’esprit est issu de l’évolution biologique de notre lignée humaine qui s’étend sur plus de huit millions d’années.
Sa fonction principale serait de décoder et d’interpréter le monde environnant pour mieux permettre à l’être humain de s’y adapter.
Les sciences cognitives n’appartiennent pas au domaine de la philosophie, mais à celui des sciences empiriques :
- Elles utilisent des méthodes statistiques (essais contrôlés randomisés) pour tenter d’observer ces variables en évitant les problèmes rencontrés par l’introspection au début du XXe siècle.
- Elles utilisent des méthodes propres aux sciences sociales et humaines, et aux sciences naturelles. Elles se veulent des sciences d’observation et d’expérimentation.
- Elles s’opposent aussi aux procédés traditionnels utilisés par les philosophes pour étudier l’esprit : l’introspection, la réflexion sur soi, l’intuition, le sentiment, la contemplation, la foi, etc.
Deux grandes conceptions du fonctionnement de l’esprit se sont imposées en sciences cognitives à travers des courants de recherche et alimentent l’éducation fondée sur des données probantes :
- Le cognitivisme, à travers la psychologie cognitive
- Le connexionnisme, à travers les neurosciences
Le cognitivisme
Cette conception est directement à l’origine des sciences cognitives et a dominé jusqu’aux années 80.
L’esprit, dans le cognitivisme, est considéré comme un système de traitement symbolique de l’information, un peu comme un ordinateur.
Le cognitivisme établit une séparation entre le matériel biologique constituant le système nerveux (le hardware de l’ordinateur) et les opérations mentales qui sont exécutées (le software).
Au niveau de l’information, le passage d’un état mental à un autre serait descriptible sous forme d’algorithmes. Les états mentaux représentent un contenu qui renvoie à une réalité externe dont ils dépendent causalement et qui en constitue le sens.
La notion de cognition y est centrale :
- Elle est définie en lien avec l’intelligence artificielle comme une manipulation de symboles ou de représentations symboliques effectuée selon un ensemble de règles.
- Elle peut être réalisée par n’importe quel dispositif capable d’opérer ces manipulations. La simulation et la modélisation informatique pouvaient donc fournir de nouveaux moyens d’étudier le fonctionnement de l’esprit.
- Par une fonction au sein du système
- Par l’ensemble des relations causales qu’ils entretiennent avec les autres états mentaux, ainsi qu’avec les stimuli et les comportements, en interaction avec l’environnement.
Le connexionnisme
L’esprit est vu dans le connexionnisme comme produit du cerveau. C’est l’idée que le fonctionnement de réseaux neuronaux pourrait rendre compte des comportements intelligents.
Le connexionnisme fait partie des sciences cognitives depuis l’origine. Après une éclipse au cours des années 1970, cette approche a émergé dans les années 80 et depuis les années 2000. Les neurosciences appuient cette direction grâce aux progrès de l’imagerie cérébrale.
Partageant avec le cognitivisme l’idée de représentation, il rejette en revanche l’hypothèse d’un fonctionnement cognitif symbolique. La cognition est le produit d’un calcul parallèle opéré par des neurones et la signification découle de l’état du réseau formé par ces neurones à un moment donné.
Le connexionnisme modélise les phénomènes mentaux ou comportementaux comme des processus émergents de réseaux d’unités simples interconnectées.
La mémoire existerait sous forme de traces qui ne seraient pas forcément localisées sur le plan cérébral, mais réparties et se définiraient par un grand ensemble de facteurs sémantiques, émotionnels, moteurs, etc.
Les modèles en neurosciences cherchent à faire le lien entre le fonctionnement du cerveau et celui de l’esprit, en proposant des mécanismes plausibles du point de vue neurophysiologique qui pourraient expliquer certains aspects de la cognition humaine.
Les réseaux connexionnistes répondent à deux caractéristiques :
- Chaque état mental peut être représenté comme un vecteur à n dimensions représentant les valeurs d’activation des unités neuronales connectées.
- Le réseau peut apprendre en modifiant le poids des connexions entre ses unités.
Connexionnisme vs cognitivisme
Connexionnisme et cognitivisme présentent des différences, mais sont compatibles.
- L’avantage des descriptions cognitivistes est le fait qu’elles proposent des modèles relativement globaux et faciles à interpréter. Ils peuvent donc contribuer à la compréhension des processus mentaux à l’œuvre dans un contexte éducatif. Par exemple, le modèle de la mémoire est utile dans une réflexion au sujet de la planification de l’enseignement et la mise en place de pratiques comme c’est le cas dans l’enseignement explicite.
- Les modèles connexionnistes sont plus abstraits et plus fondamentaux et moins faciles à saisir et à appliquer dans le monde pédagogique. Toutes les notions liées à la plasticité par exemple sont plus difficiles à intégrer dans le cadre de la conception de pratiques d’enseignement efficaces. Les schémas cognitifs sont par contre plus parlants (en tant qu’organisateurs graphiques), mais n’informent que peu sur la façon de les enseigner efficacement.
Les deux approches gagnent à être intégrées afin de fournir une compréhension plus globale de l’apprentissage.
Mise à jour le 23/03/2022
Bibliographie
Maurice Tardif, Mario Richard, Steve Bissonnette & Arianne Robichaud, Les sciences cognitives et l’éducation, in Clermont Gauthier & Maurice Tardif, La Pédagogie (4e Édition), Chenelière Éducation, 2017, PP 221-227
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Connexionnisme. (2018, janvier 15). Wikipédia, l’encyclopédie libre. Page consultée le 14 h 2, janvier 15, 2018 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Connexionnisme&oldid=144507591.
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