Stanislas Dehaene Collège de France - Année 2022-2023 Chaire de Psychologie Cognitive Expérimentale Quel code neural pour les représentations mentales ? Exploiter la factorisation et les sous-espaces vectoriels pour coder l'information et communiquer entre aires cérébrales  Les mathématiciens savent qu'un espace vectoriel peut être décomposé en sous-espaces orthogonaux. Le cerveau exploite-t-il cette propriété ? La réponse semble positive : des populations distinctes de neurones, ou encore des vecteurs orthogonaux, mais portés par les mêmes neurones, codent souvent pour des propriétés dissociables des représentations mentales – par exemple la couleur, l'identité et la position des objets. De cette manière, le cerveau décompose ou « factorise » un problème en attribuant des représentations neuronales distinctes à chaque dimension indépendante du problème. Nous en verrons plusieurs exemples (cellules de grille dans le cortex entorhinal, codage des séquences dans le cortex préfrontal), et nous étudierons comment la notion de sous-espace offre une nouvelle solution au problème de la communication sélective entre aires cérébrales.

03 - Quel code neural pour les représentations mentales ? : Exploiter la factorisation et les sous-espaces vectoriels pour coder l'information et communiquer entre aires cérébrales

La mission de ce laboratoire est d'analyser les bases cérébrales des fonctions cognitives, chez l'homme normal et chez certains patients neurologiques, en développant et en exploitant les méthodes modernes de la neuro-imagerie conjointement à l'utilisation de paradigmes expérimentaux issus de la psychologie cognitive.   Stanislas Dehaene est ancien élève de l'École normale supérieure et docteur en psychologie cognitive. En septembre 2005, il a été nommé professeur au Collège de France, sur la chaire nouvellement créée de Psychologie cognitive expérimentale, après avoir occupé pendant près de dix ans la fonction de directeur de recherche à l'Inserm. Ses recherches visent à élucider les bases cérébrales des opérations les plus fondamentales du cerveau humain : lecture, calcul, raisonnement, prise de conscience. Ses travaux ont été récompensés par plusieurs prix et subventions, dont le prix Louis D. de la Fondation de France (avec D. Le Bihan), le prix Jean-Louis Signoret de la Fondation Ipsen et la centennial fellowship de la fondation américaine McDonnell.  Les nombres dans le cerveau  Stanislas Dehaene est l'expert reconnu des bases cérébrales des opérations mathématiques, domaine dont il a été le pionnier. Il a conçu de nouveaux tests psychologiques de calcul et de compréhension des nombres, et les a appliqués aux patients atteints de lésions cérébrales et souffrant de troubles du calcul. Son travail a conduit à la découverte que l'intuition des nombres fait appel à des circuits particuliers du cerveau, en particulier ceux du lobe pariétal. Stanislas Dehaene a utilisé les méthodes d'imagerie cérébrale afin d'analyser l'organisation anatomique de ces circuits, mais aussi leur décours temporel, démontrant notamment dans un article paru dans Science en 1999 que le calcul approximatif fait appel à des régions partiellement différentes de celles du calcul exact. En collaboration avec le neurologue Laurent Cohen, il a observé de nouvelles pathologies de ces régions, qui conduisent certains patients « acalculiques » à perdre toute intuition du nombre. Il a également montré des homologies frappantes entre les traitements des nombres chez l'homme et chez l'animal. Ainsi, les fondements de nos capacités arithmétiques trouvent leur origine dans l'évolution du cerveau.  Les travaux de Stanislas Dehaene montrent que des pathologies de la région pariétale, d'origine traumatique ou génétique, peuvent exister chez l'enfant. Elles entraînent une « dyscalculie » – un trouble précoce du développement comparable à la dyslexie, mais affectant l'intuition du nombre. Le diagnostic, la compréhension et la rééducation de la dyscalculie, par le biais de logiciels de jeux éducatifs, constituent des objectifs majeurs du laboratoire. Stanislas Dehaene a résumé ses recherches sur le cerveau et les mathématiques dans un livre à destination du grand public : La Bosse des maths (Éditions Odile Jacob ; Prix Jean Rostand en 1997), dont une édition révisée a été publiée en 2010.

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Stanislas Dehaene Collège de France - Année 2023-2024 Chaire de Psychologie Cognitive Expérimentale Quel code neural pour les représentations mentales ?  Séminaire - Mathias Pessiglione : Origines et conséquences de la fatigue cognitive  Mathias Pessiglione Directeur de recherches à l'INSERM, chef d'équipe à l'Institut du Cerveau, Paris

Séminaire - Mathias Pessiglione : Origines et conséquences de la fatigue cognitive

Stanislas Dehaene Collège de France Année 2023-2024 Chaire de Psychologie Cognitive Expérimentale  06 - La perception des objets mathématiques élémentaires : Modèles de la perception de la géométrie  Résumé  Ce dernier cours examine, avec un regard critique, la diversité des modèles qui ont été proposés pour la représentation mentale des formes géométriques. Comment modéliser les représentations mentales de la géométrie propres à l'espèce humaine ? Mes recherches et celles de mes collaborateurs m'ont conduit à proposer l'existence d'un « langage de la géométrie ». Selon cette hypothèse, seule l'espèce humaine dispose d'une capacité syntaxique ou compositionnelle qui lui permet d'organiser des séquences d'opérations, soit en les répétant, soit en les concaténant, soit encore en les enchâssant de façon récursive. Répétition, concaténation et enchâssement sont les trois seules opérations syntaxiques de ce langage interne qui s'apparente à un langage de programmation, et dont les combinaisons reproduisent l'ensemble des formes géométriques simples que dessinent les enfants et les adultes de toutes cultures. Plusieurs expériences montrent que la perception et la mémoire des formes sont déterminées par une mesure simple : la « longueur minimale de description » (minimal description length), c'est-à-dire la taille du programme le plus court qui permet de reproduire la forme.  Les avancées de l'intelligence artificielle laissent supposer que des réseaux de neurones profonds d'une taille suffisante peuvent acquérir des connaissances mathématiques impressionnantes. Offrent-ils une alternative à l'hypothèse d'un langage de la pensée ? Les travaux du laboratoire montrent qu'il n'en est rien : jusqu'à présent, ces réseaux peinent à acquérir des intuitions géométriques comparables à celles d'un jeune enfant. La symétrie, le parallélisme, la logique qui gouverne ces propriétés géométriques symboliques et discrètes, semblent souvent leur manquer.  Le cours s'attarde également sur un troisième modèle intéressant : l'hypothèse de l'extraction des axes médians d'une forme, pour lequel existent de nombreuses données concordantes. Il s'agit cependant d'un modèle complémentaire, et non alternatif, à l'hypothèse d'un langage de la géométrie : même si notre système visuel extrait l'axe médian, c'est une compétence qui semble partagée avec d'autres primates non humains, et qui ne suffit pas à expliquer l'effet de la régularité géométrique spécifique à l'espèce humaine.

06 - La perception des objets mathématiques élémentaires : Modèles de la perception de la géométrie

Stanislas Dehaene Collège de France - Année 2023-2024 Chaire de Psychologie Cognitive Expérimentale Quel code neural pour les représentations mentales ?  Séminaire - Elizabeth Pellicano : Shifting Priors: A Bayesian Theory of Perception and Learning in Autism  Elizabeth Pellicano University College London  Changement d'a priori : une théorie bayésienne de la perception et de l'apprentissage dans l'autisme  Résumé  More than 10 years ago, David Burr and I proposed the use of computational modelling to identify the mechanisms that underlie autistic sensation and perception. Specifically, we suggested that attenuated Bayesian priors could result in autistic people's unique perceptual experience: the tendency to perceive the world "as it really is" immediately rather than imbued by prior experience. In this talk, I review the academic response to this proposal over the ensuing decade and trace the way in which it has reshaped the scholarly community's understanding of autism.

Séminaire - Elizabeth Pellicano : Shifting Priors: A Bayesian Theory of Perception and Learning in Autism

Stanislas Dehaene Collège de France Année 2023-2024 Chaire de Psychologie Cognitive Expérimentale  05 - La perception des objets mathématiques élémentaires : Le rôle de l'éducation et de l'expérience visuelle dans l'intuition géométrique  Résumé  Comment l'expérience et l'éducation transforment-elles nos intuitions géométriques ? Le cours passe en revue plusieurs expériences menées chez des enfants et des adultes de populations relativement isolées et qui n'ont pas accès à une éducation formelle aux mathématiques. Leurs résultats démontrent la présence d'intuitions profondes pour tous les concepts essentiels de la géométrie, qu'elle soit euclidienne ou même non euclidienne (sur la sphère). Ainsi, les grandes catégories de la pensée géométrique (cercles, droites, parallèles, etc.) se développent relativement spontanément en l'absence d'instructions explicites. Sont-elles alors issues de la perception ? Le cours se poursuit par une analyse des expériences menées sur le sens mathématique chez les aveugles congénitaux. Celles-ci montrent que la vision n'est pas nécessaire pour le développement de représentations mathématiques universelles et de leurs réseaux neuronaux. Ainsi, l'intuition géométrique semble fondamentale : c'est probablement elle qui, dans notre espèce, sous-tend l'appréhension du monde sensible, plutôt que l'inverse.

05 - La perception des objets mathématiques élémentaires : Le rôle de l'éducation et de l'expérience visuelle dans l'intuition géométrique

Stanislas Dehaene Collège de France - Année 2023-2024 Chaire de Psychologie Cognitive Expérimentale Quel code neural pour les représentations mentales ?  Séminaire - Lisa Feigenson : How do Infants Learn? The Role of Surprise, Curiosity, and Active Experimentation  Lisa Feigenson Johns Hopkins University, New York  Comment les bébés apprennent-ils ? Le rôle de la surprise, de la curiosité et de l'expérimentation active  Résumé  The origins of our minds are an enduring puzzle-- what parts of what we know require learning, and what emerges in the absence of specific experience? Questions about how nature and nurture contribute to human knowledge have been productive in driving contemporary research in psychology, linguistics, and neuroscience. Yet, these questions also have been controversial, with some arguing that it is no longer useful to consider development in terms of nature and nurture. Here I revisit classic ideas in this theme, and provide new evidence. First I argue that people, including children and scientists, naturally and intuitively think about human abilities in terms of innateness versus learning. Moreover, we find that their thinking exhibits strong empiricist biases. Characterizing these biases, and their potential to distort scientific reasoning, is critical if we are to come to understand the actual origins of knowledge. Next, I present a case study for thinking about learning that puts new emphasis on the role of prior knowledge. In a series of experiments, we find that infants' acquisition of new information (i.e., nurture) is guided and enhanced by prior knowledge that is likely innate (i.e., nature). These experiments highlight that integrating across the contributions of nature and nurture, rather than ignoring this distinction, is central to understanding phenomena of interest. I suggest that researchers must continue to think about nature/nurture, with the recognition that in so doing we also must characterize, understand, and correct for our intuitive biases.

03 - Quel code neural pour les représentations mentales ? : Exploiter la factorisation et les sous-espaces vectoriels pour coder l'information et communiquer entre aires cérébrales

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