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Fabrice Guillaume - année 2008-2009

Mémoire humaineRappel sur les modèles de la mémoire humaine

Master de Psychologie (M1)

PSY Q09C – Apprentissage & MémoireLes cours ont lieu le lundi de 9h à 12h dans la Salle B177

Mémoire 4(Résultats récents, électrophysiologie &

potentiels évoqués)

Lundi 20

Mémoire 3(Rappel et reconnaissance, dissociation des

processus, effets de contextes)

Lundi 13

Mémoire 2(Mécanismes neurophysiologiques)

Lundi 6

Mémoire 1(Les modèles de la mémoire)

Lundi 29

Cours PSY Q09C(Mémoire) Séances

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Plan :1. Introduction générale

2. Approches structuralistes et fonctionnalistes de lamémoire

3. Exemples d’approches structuralistes

4. Mémoire implicite et explicite : état de conscience

5. Modèles symboliques et modèles sub-symboliquesde la mémoire

1. Introduction générale

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2. Approches théoriques de la mémoire

Structuralisme :

Le système cognitif est unensemble de sous-systèmes

indépendants ou modules(Fodor)

Modèles à boîtes

Importance donnée àl’analogie structure/fonction

Fonctionnalisme :

Le système cognitif estunitaire

Il y a un continuum desniveaux de traitements et

des systèmes

Importance donnée à lafonction cognitive

Amorçage et mémoire perceptive (ou primaire)

Quand la présentation d’un stimulus facilite le traitement d’un stimulussimilaire présenté juste après.

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Les processus cognitifs sont les différents modesà travers lesquels :

les systèmes naturels : le cerveau humain ouanimal, neurone, groupe d'individus (poissons,fourmis, neurones) ... ; et

les systèmes artificiels : réseau de neuronesartificielles, système expert, ... ;

traitent l'information en y répondant par une action.

Processus cognitifs

Dissociations temporelles des mémoires

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La mémoire sensorielle (MS)– Inférieur à 0,5 secondes– Visuelle ou iconique, Auditive ou échoïque, olfactive– Fait intervenir le cortex sensoriel

La Mémoire à court terme (MCT) et la mémoire detravail (MT)- Inférieur à 90 secondes- Stockage des informations utiles pour une durée limitée- Fait intervenir le cortex frontal inférieur gauche, le cortexpréfrontal, les aires corticales motrices.

La mémoire à long terme (MLT)- Supérieur à 90 secondes- Stockage des informations pour une plus ou moins longue durée

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MCT et MLT

Division de la mémoire en plusieurs composantes, une d’entreelles étant spécialisée dans la rétention brève de l’information.

Mémoire primaire (<James, 1890), de travail, à court terme.

Mémoire secondaire : un élément est absent de laconscience pendant un certain temps, doit être réactivé.

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3 postulats :

(1) mémoires primaire et secondaire impliquent des systèmes(structures) de mémoire distincts,

Code perceptifs (traits physiques : icône / écho).

(2) la capacité de la mémoire primaire est limitée,

(3) l’information en mémoire primaire décroît rapidement ⇒retenue seulement si activement répétée.

Représentation plus abstrait

HippocampeCortex frontal gauche

Rétention de l’informationnéocortex

M S M C T M L T

Phase d’encodage Phase de restitution

HippocampeCortex frontal droit

Neuro-imagerie de la mémoire

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La mémoire de travailou

la mémoire qui travail ?

Mémoire de travail selon Baddeley

La vue la + influente sur la mémoire de travail actuellement.

Baddeley (1976). The psychology of memory.

Baddeley (1986). Working memory.

Baddeley (1990). Human memory.

Baddeley (2000). The episodic buffer: A new component of workingmemory? Trends in Cognitive Sciences, 4, 417-423.

Une mémoire immédiate

Nombreuses opérations cognitives de base ont lieu

Attention Mémoire

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Un mécanisme de contrôle attentionnel ⊕ des systèmes auxiliaires esclaves

Mémoire de travail comme activation:

le modèle des processus “encastrés”

(embedded-processes model)

Mémoire de travail = sous-ensemble de l’information qui est dansun état d’activation élevée.

Cowan (1988, 1993) ; Shiffrin (1993)

Différences : pas de division en sous-systèmes (type calepinvisuospatial et boucle phonologique) ⊕ inclusion explicite d’unecomposante mémoire à long terme.

⇒ La mémoire de travail fait partie de MLT

“là” où le “travail” cognitif est accompli.

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4. Mémoire implicite et mémoire explicite :état de conscience des souvenirs

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Mémoire implicite et mémoire explicite

Mise en évidence de la mémoire implicite :La performance à une tâche est facilité en l’absencede souvenir conscient de l’influence d’un événement antérieur

Mise en évidence de la mémoire explicite :La performance à une tâche exige le souvenir conscientdes événements préalables (processus de récupérationintentionnel et délibéré)

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Mémoire implicite et mémoire explicite

Tests : • Rappel libre• Rappel indicé• Reconnaissance• Jugement de fréquence

• Décision lexicale, complètement de mot, dénomination• Amorçage, épreuves perceptives• Tâches d’identification

Explicite

Implicite

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Récupération àpartir d’uneactivitéd’inférence(e.g. échec)

Récupérationd’épisodes àpartir d’uneclef d’accès(e.g. dernièrerencontre)

Résolutiondeproblèmes(e.g.conduiteautomobile)

Acquisitiond’aptitudessensori-motrice(e.g.préhension)

Classification àpartir d’unindicesémantique ouconceptuel

Classificationà partir d’unindicesensoriel

Lobes frontaux,cortex cingulaire

Hippocampe,systèmelimbiquemédio-temporal,diencéphale

Lobesfrontaux,médio-latéral,dorso-latéral

Cervelet,noyaux de labase

Lobestemporal,pariétal, frontal

Néo-cortexPostérieur(airesperceptives)

StratégiqueAssociatifBasé surdes règles

Sensori-moteur

ConceptuelPerceptifProcéduraleItem spécifique

Mémoire expliciteMémoire implicite

Mémoire implicite et mémoire explicite: processus en jeu, structures cérébralesimpliquées (Adapté de Moscovitch, 1994).

Mémoireà long terme

Mémoire Implicite(non-déclarative)

Mémoire Explicite(déclarative)

Sémantique Episodique Apprentissagesassociatifs

Procédurale(schémas

sensorimoteurs)

Organisation et systèmes de mémoire(s)

Sémantisation Procéduralisation

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Le(s) modèle(s) de Tulving

Souvenir sémantique Souvenir épisodique

Faits générauxConcepts

Culture générale

Faits personnelsBiographie

Acquis tôt et utilisés souventUtilisation aléatoire

Index temporel et spatial propres

Commun à une culture

Indépendant du contexte d’acquisition

Spécifique à un individu

Contextuel

Résistant à l’âge et à lapathologie (sauf Alzheimer)

Oublis fréquentsSouvent atteint dans les

pathologies (amnésies, etc.)

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AUTONOETIQUE

NOETIQUE

ANOETIQUE

Tulving 1984

3 niveaux de

conscience

Mémoire procéduraleAbsence de conscience(marcher, vélo, etc.)

Mémoire sémantique(connaissances, langage, etc.)

Mémoire biographique(événements vécus, spatio-temporel)

Épisodique

SémantiqueProcéduraleHypothèse

d’un emboîtement

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Mémoire du passé lointain

Autobiographique Non-autobiographique

épisodique sémantique épisodique sémantique

Je me souviens très bien le jour de mon mariage

Je connais le nomdes rues de mes anciens

anciens logements

Je me souviens dansquelles circonstances

j’appris l’électiondu président

Je connais le nomdes 4 derniers

présidents

Modèle SPI (Sériel Parallèle Indépendant), Tulving 1995

Mémoire épisodique

Mémoire sémantique

Mémoire à court terme

Système de représentationsperceptives (PRS)

Mémoire procédurale

Systèmes de représentationsSystème d’action

Stockage parallèleEncodage sérielRécupération indépendante

Relations entre la mémoireprocédurale

et les autres systèmes ?

Conservation de souvenirsimplicite dans l’amnésie

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SymboliqueAutomatiqueFaibleMoins importantFaibleQuoi?ConnaissancePrécoce

ExistentielDélibéréForteImportantForteQuand? Où?SouvenirTardif

Processus :RegistreAccèsDépendance contextuelleAffectVulnérabilitéQuestion de récupérationExpérience récollectiveDéveloppement

CompréhensionFaits, idées, conceptsConceptuelleUnivers

SensationEvénements, épisodesTemporelleMoi

Information :OrigineUnitésOrganisationRéférence

Mémoire sémantiqueMémoire épisodiquePropriétés

Différences entre mémoire épisodique et mémoire sémantique(d’après Tiberghien, 1997, adapté de Tulving, 1983).

Mémoire sémantique et lexique mental ?

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Le modularisme de Fodor

Limites de la métaphore informatique et du modularisme :

1. L’information n’est pas stockée dans des modulesindépendants ;

2. Il n’y a pas de séquentialité ;3. Module de contrôle ?

La mémoire n’est pas un espace

Dès qu’il y a perception, il y a une mémoire

Perspectives sur le traitement

Théorie des niveaux de traitementCraik & Lockhart (1972). Levels of processing: A framework for memoryresearch. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior.

Mémoire comme une série d’analyses sur l’information

entrante, à des niveaux de + en + profonds. Continuum.

Idée : Traitement + profond ⇒ mémoire + durable.

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Traitement approprié pour le transfertUn traitement profond n’implique pas toujours une meilleureperformance de mémorisation car dépend de la tâche derécupération…

Tâche d’orientation induisant untraitement sémantique ou derimes : Jugement decompatibilité oui/non dans

-“La voiture a un moteur àexplosion”

-“Mémoire rime avec espoir”

Tâche de reconnaissance :

-Standard (“voiture”, “mémoire”)

-De rime avec mots cibles(“peinture”, “poire”)

5. Modèles symboliques et modèlessub-symboliques de la mémoire

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L'esprit est une machine de traitement symbolique del'information (métaphore de l'ordinateur), c'est-à-dire qu'il opèresur des représentations.

De nombreux chercheur admettent que ce type de traitementssymbolique peut être réalisé par des machines complètementdifférentes du point de vue physique et donc que la simulationet la modélisation informatique peuvent fournir de nouveauxmoyens d'étudier le fonctionnement de l'esprit.

Courant dominant les sciences cognitives jusqu’à la montée enpuissance du connexionnisme.

Modèles connexionnistes etmodèles cognitivistes

CognitivismeSymbolique

(mots, images)Sub-symbolique

(vecteurs, valeurs numériques)

Connexionnisme

Modèles symboliquesNeuromimétique

Capacité à rendre compte des faits

empiriques

Capacités cognitives assez faibles

Ex: Perceptron ; Mémoire auto-associative

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Niveaux de description & représentationGrand nombre de niveaux

(neurones, réseaux de neurones, systèmesfonctionnels, représentations symboliques, etc.)

Chevauchement des langages et niveauxde description

(symboliques, sub-symboliques, etc)

Mauvaise articulation des niveauxMauvaise compréhension

Le connexionnisme décrit un niveau subsymbolique des processus mentaux,tandis que le cognitivisme rend compte des activités mentales symbolique,logiques (F. Varela, 1989).

Modèles computo-mimétiques (symboliques)et

modèles connexionnistes (sub-symboliques)

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Mc Clelland & Rumelhard(modèle de perception des mots)

Phase 1 : Apprentissage(modifications des poids entreunités du réseau)

Phase 2 : Présentation de mots avecune certaine dégradation : leréseau rappel le mot (ex: Work)

Mots

Lettres

Traits

Input visuel

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Critique de la représentation symbolique

Aspect dynamique des représentations ?

Clôture :

Où une représentation finie ? Quelles frontières ?

Comment se met en place l’organisation des représentations ?

Comment interagissent-elles ?

• Le système nerveux est constitué d’un grand nombre deconnexions « non binaire » plutôt excitées ou plutôt inhibées

Le système nerveux n’est pas un ordinateur

•Système bouclé sur lui-même

• Très grande flexibilité et très grande plasticité

• Le système nerveux central ne peut distinguer l’origineinterne ou externe d’une excitation

• C’est l’observateur qui effectue cette distinction

• Émergence d’un état global du système à chaque instant :l’arrivée d’une nouvelle représentation suppose larestructuration de l’ensemble des représentations(perturbations).

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Approches connexionnisteset neuromimétiques

Pas de symbole explicit d’un concept

Ce qui est représenté provient de plusieurs unités : la représentation est distribué

Traitement parallèle et distribué

Particularités :Dégradation gracieuseGénéralisation spontanéeAttribution par défaut (analogie de proche en proche)

Point fort de ces modèles : leur réalisme biologique (règle de Hebb, etc.)

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Rejet de la métaphore spatiale :

• Traces stockées à des adresses spatialement définies• Mode de stockage distribué• Superposition des traces

Modèles cognitivistes (computo-symboliques) : opèrent surdes symboles complexes (mots, images, scènes, etc.)

Modèles connexionnistes : opèrent sur des symbolesélémentaires (sub-symboliques)

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θ (seuil)

Fonction f(x)

x1

x2

w1

w2

1. Poids au niveau des connexions synaptiques2. Fonction d’activation propre à chaque cellule :

- tout ou rien (1 si input > seuil et 0 sinon)- fonction logique ex : x1 x2 Output

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Réseau de neurone artificiel : formalisation

Le perceptron (Rosenblat, 1959) :

Connexion complète des cellules de la rétine auxcellules de décision

RétineUnités de décision

Le nombre de cellule nécessaire dépend du problème traité

Taille de la rétine proportionnelle à la taille des données

Exemple reconnaissance de chiffre :1

3

6

7

8

24 7 valeurs

d’entrée

Je veux reconnaître les chiffres : 1, 3 et 7

0010010

1011011

1010010

1 3 71234567

Données :

Décisions :

100

010

001

Associer 1 sortie à un vecteur d’entrée

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Que résout le perceptron ?

Un problème de classification : données pour lesquellesil faut répondre 0 ou 1

Taille de la couche d’entrée proportionnelle au type dedonnées

Perceptron multicouches :1. Cellules qui reçoivent des informations venant de

l’extérieur (ex: rétine) ;2. Cellules qui renvoient des informations à l’extérieur

(cellules de sorties) ;3. Cellules cachées (règles d’apprentissage).

Réseau de Hopfield(mémoire auto-associative)

Objectif : retrouver de l’information dans un réseau par le contenu

Caractéristiques :1. La représentation de l’information est distribuée2. Mémoire adressable par le contenu3. Forte tolérance à la dégradation

Principe :

Données en entrée Trouver un état stable(en réponse)

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Mémoire auto-associative : réseau de Hopfield

a bc d

gf

e

-1-1

-1

-1+1

+1

+1

+2 -2 +3

+3

• Les cellules sont à la fois des cellules d’entrée et des cellules de sorties

• Récupération d’une information dans un réseau par le contenu

État initiala b c d e f g- + - - + - -

Exemple du calcul d’activation de c :

A partir d’un certain temps, il n’y a plus d’évolution quelque soit la cellule sélectionnée : état stable (attracteur)

4 états stables pour ce réseau :a b c d e f g- - - - - - -+ - + - + + -- + - + - - +- + + + + - +

État 1 :État 2 :État 3 :État 4 :

Lorsqu’on présente un objet, on veutrécupérer l’état le plus proche : auto-associatif

Sélection de c - + + - + - -

c = (-1 × +1) + (-1 × -1) + (+1 × +2) + (+1 × -1) = +1a d e f

Règle de Hebb (1949)

Potentialisation à long terme (LPC)

Plausibilité neuromimétique

I = (X, Y)Événement

Activité sensorielle

Activité motrice

Cible Contexte

Stockage des relations par le biais des forces de liaisons entre les unités du réseau

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Réseaux à compétitionPrincipes de fonctionnement :1. Une couche de cellules qui reçoivent des signaux en

entrée ;2. Sélection d’une cellule gagnante parmi les cellules de

la couche ;

Conditions d’utilisation :1. Les cellules de la couche doivent réagir différemment

à des entrées différentes (mémoire)2. Il faut un mécanisme de concurrence entre les cellules

c2 c3c1 +--

- Connexions symétriques

La compétition s’arrêtelorsque le réseau atteintun point fixe (cellulegagnante) : état stable

Utilisation : la catégorisation