Fiche de révision : Fondements de la psychologie cognitive

📋 Plan du Cours

1. Origines des sciences cognitives
2. Ordinateurs et modèles de l’esprit
3. Définir et évaluer l’intelligence artificielle
4. Approche computationnelle et modularité
5. Connexionnisme et apprentissage neuronal
6. Applications et limites de l’intelligence artificielle
7. Structure et développement du cerveau
8. Principes de l’imagerie cérébrale
9. Électroencéphalographie et activité électrique
10. Imagerie métabolique et hémodynamique
11. Conclusion pluridisciplinaire

📖 1. Origines des sciences cognitives

★ À maîtriser

• La cybernétique se développe après la Seconde Guerre mondiale dans un contexte où les technologies et les recherches militaires prennent une grande importance.

• En 1936, Alan Turing conçoit une machine théorique de calcul universel programmable, à l’origine des concepts de programme et de programmation.

Compléments

• La bataille de l’Atlantique et le décryptage du code Enigma, qui change fréquemment, motivent la création de machines capables d’effectuer des calculs plus vite qu’un humain.

• Colossus sert à déchiffrer les codes allemands pendant la Seconde Guerre mondiale.

• En 1946, l’EDVAC est associé à la recherche balistique et occupe 45 m² pour un poids de 8 tonnes.

• L’ENIAC est le premier ordinateur totalement programmable et pèse 30 tonnes.

📖 2. Ordinateurs et modèles de l’esprit

★ À maîtriser

📌 L’architecture de von Neumann distingue une mémoire vive temporaire, comparable à la mémoire de travail, d’une mémoire à long terme, comparable au stockage sur disque dur.

Compléments

• La mémoire de travail humaine permet de retenir environ 7 éléments, à deux éléments près ; ce « ± 2 » ne désigne pas un écart-type.

• Lorsqu’un fichier est supprimé, son contenu peut rester présent sur le disque tandis que la table des matières qui permet d’y accéder est effacée.

• Dans l’analogie cerveau-ordinateur, l’unité de traitement effectue les calculs et l’unité de contrôle coordonne les traitements ; le cours rapproche cette dernière du lobe frontal.

• La loi de Moore prévoit le doublement de la puissance de calcul des processeurs tous les un an et demi.

💡 Astuce mémo

Mémoire vive temporaire, mémoire à long terme durable

📖 3. Définir et évaluer l’intelligence artificielle

🔑 Notions clés & Définitions

• Intelligence artificielle : Un ensemble d’algorithmes conférant à une machine des capacités d’analyse et de décision pour s’adapter à des situations et effectuer des prédictions à partir de données acquises.

★ À maîtriser

• L’intelligence artificielle peut analyser des textes et des images ou des scènes en temps réel, modéliser des connaissances pour aider à la décision et produire des connaissances par apprentissage automatique.

Compléments

• En 1958, Marvin Minsky définit l’intelligence artificielle comme la science consistant à faire accomplir aux machines, avec une certaine intelligence, des tâches réalisées par les humains.

📖 4. Approche computationnelle et modularité

🔑 Notions clés & Définitions

• Modularité de l’esprit : Un système cognitif composé de modules autonomes, rapides, inconscients et spécialisés dans des fonctions cognitives particulières.

★ À maîtriser

• L’approche computationnelle assimile la pensée à un calcul et comprendre le comportement humain à comprendre un ordinateur programmé.

Compléments

• Le langage de la pensée (1975) décrit la pensée comme la manipulation de symboles et de représentations mentales.

• Dans la conception présentée de la modularité, les modules sont imperméables aux informations centrales telles que les croyances, associés à une architecture neurale et contrôlés par un superviseur central.

📖 5. Connexionnisme et apprentissage neuronal

🔑 Notions clés & Définitions

• Connexionnisme : Une modélisation de la cognition à l’aide de réseaux de neurones artificiels interconnectés afin de simuler certains comportements ou aptitudes cognitives humaines.

★ À maîtriser

📌 Selon la loi de renforcement synaptique de Donald Hebb (1949), deux neurones actifs en même temps créent ou renforcent leur connexion, ce qui facilite leur activation mutuelle ultérieure.

Compléments

• Un neurone formel additionne les valeurs reçues et déclenche une sortie lorsque le seuil d’activation est atteint.

• Le perceptron est présenté comme le premier réseau de neurones artificiels, inspiré du système visuel ; après apprentissage, il peut reconnaître des formes, mais ses performances restent limitées.

• Un réseau de neurones développé en 1981 pour la lecture apprend à prononcer les mots, mais échoue parfois sur les mots irréguliers.

💡 Astuce mémo

Deux neurones actifs ensemble → connexion renforcée

📖 6. Applications et limites de l’intelligence artificielle

📝 Points essentiels

• Le General Problem Solver de Newell et Simon (1957-1972) sert à tester la planification de l’action à travers des problèmes comme le jeu d’échecs et la tour de Hanoï.

• Deep Blue bat un champion d’échecs environ 40 ans après que Simon a prédit que l’intelligence artificielle battrait les humains dans ce jeu en dix ans.

• En 2017, AlphaGo Zero apprend par autojeu sur 4,9 millions de parties pendant trois jours et bat AlphaGo Lee, la version qui avait vaincu le champion de go Lee Sedol.

• Une IA de prédiction policière du LAPD, entraînée sur des dossiers, est présentée comme prédisant des cambriolages et d’autres affaires.

• Le chatbot Tay de Microsoft est débranché après moins de 24 heures parce que ses interactions deviennent racistes et vulgaires sous l’effet de ce que les utilisateurs lui ont appris.

• Les interfaces cerveau-machine peuvent recueillir l’activité cérébrale de personnes paralysées, mais le dispositif évoqué nécessite l’implantation d’électrodes.

• Les grands modèles de langage apprennent automatiquement à comprendre et à générer du texte.

📖 7. Structure et développement du cerveau

★ À maîtriser

📌 La substance grise est associée au traitement de l’information, tandis que la substance blanche assure le transfert de l’information entre les régions cérébrales.

• La substance grise diminue avec l’âge, tandis que la substance blanche augmente jusqu’à environ 30 ans avec la myélinisation, puis diminue à partir d’environ 50 ans.

Compléments

• Le cortex est organisé en colonnes et l’imagerie cérébrale évoquée présente une résolution d’environ 1 mm³.

• La maturation cérébrale comprend une élimination des connexions peu utilisées qui progresse du lobe occipital vers l’avant, le lobe frontal étant le dernier concerné.

• La maturation cérébrale peut se poursuivre jusqu’à environ 30 ans.

📖 8. Principes de l’imagerie cérébrale

★ À maîtriser

📌 L’imagerie anatomique montre la structure du cerveau, tandis que l’imagerie fonctionnelle observe les modifications cérébrales associées à une tâche.

Compléments

• L’IRM anatomique permet d’observer la forme et les plis du cerveau sans autopsie.

• Une étude d’imagerie cérébrale peut comparer statistiquement les images de 50 à 100 sujets ou celles de deux groupes, par exemple un groupe atteint d’une pathologie et un groupe témoin.

• L’IRM fonctionnelle compare les variations du débit sanguin cérébral associées aux tâches cognitives, mais les images brutes varient seulement de quelques pourcents et ne sont pas directement informatives.

• La méthode soustractive en imagerie fonctionnelle compare deux tâches similaires afin d’isoler l’activité liée à leur différence cognitive.

💡 Astuce mémo

Anatomique : structure ; fonctionnelle : activité liée à une tâche

📖 9. Électroencéphalographie et activité électrique

★ À maîtriser

• L’électroencéphalographie mesure l’activité électrique cérébrale au moyen d’électrodes placées sur le crâne, sans ouvrir la boîte crânienne.

Compléments

• Lorsque le cortex traite des informations à l’état éveillé, l’EEG met en évidence un rythme bêta ; les yeux fermés et en l’absence d’informations à traiter, il met en évidence un rythme alpha.

• L’EEG offre une bonne précision temporelle, mais l’identification d’une réponse à un stimulus requiert de séparer le signal pertinent du bruit de fond et souvent de répéter les présentations.

💡 Astuce mémo

Yeux ouverts : bêta ; yeux fermés sans tâche : alpha

📖 10. Imagerie métabolique et hémodynamique

★ À maîtriser

• L’IRM fonctionnelle, développée en 1992, mesure notamment les variations du débit sanguin grâce aux propriétés de l’hémoglobine contenant du fer.

• L’EEG, la TEP et l’IRMf sont complémentaires parce que les techniques d’imagerie fonctionnelle mesurent des activités cérébrales différentes, notamment électrique, biochimique et hémodynamique.

Compléments

• La tomographie par émission de positons (TEP), développée à partir de 1974, utilise un traceur radioactif injecté ou inhalé pour localiser et quantifier la radioactivité dans le cerveau.

• La TEP peut mettre en évidence le recrutement d’un système biochimique particulier et observer des neurones spécifiques.

• L’IRM est inventée en 1973 par Mansfield et Lauterbur.

• En IRMf, le signal hémodynamique atteint son pic environ 6 secondes après la tâche et revient vers son niveau normal vers 12 secondes.

📌 L’IRMf localise l’activité cérébrale avec précision spatiale, mais son signal est trop lent pour bien suivre les événements dans le temps.

📖 11. Conclusion pluridisciplinaire

★ À maîtriser

• La psychologie cognitive, par son approche pluridisciplinaire, a contribué à faire progresser la compréhension du fonctionnement du système cognitif.

Compléments

• Les neurosciences et l’intelligence artificielle sont présentées comme des moteurs actuels de recherche, tandis que les barrières disciplinaires s’atténuent.