Vous vous figez sur place, essayez de reprendre votre souffle, et dans votre tête il n'y a qu'une seule pensée: "Comment ai-je fait?"
Nous avons tous vécu une situation similaire. Bien que le plus souvent, il s'agisse d'allumer par inadvertance un nouveau micro-ondes ultra-moderne, en appuyant au hasard sur les boutons. Que vous sauviez votre vie ou que vous souhaitiez simplement réchauffer des aliments, votre cerveau doit résoudre deux problèmes à la fois pour comprendre: l'action X entraîne le résultat Y.
Problème d'artiste: est-ce que je l'ai fait?
Problème d'action contre résultat: Laquelle des choses que j'ai faites a causé le résultat Y?
Les questions ne sont pas faciles. Nous faisons beaucoup de choses et tout cela mène à quelque chose. De plus, certains événements se produisent constamment autour de nous, et seule une petite partie d'entre eux dépend de nous. Par conséquent, le cerveau doit séparer le résultat Y du flux général des événements. Ensuite, il doit déterminer si nous avons quelque chose à voir avec ce qui s'est passé. Dans le même temps, les informations des sens ne viennent qu'après avoir effectué des actions qui auraient pu causer l'incident. La dopamine, premier violon des symphonies de nombreuses théories cognitives, est responsable de ces processus.
Nous avons une hypothèse qui décrit en détail le processus neuronal de corrélation d'une action avec son exécutant et son résultat. Cette hypothèse découle de deux idées fondamentales.
Premièrement, le cerveau a un modèle du fonctionnement du monde extérieur - basé sur lui, il essaie constamment de deviner ce qui va se passer ensuite. Si la prévision ne se réalise pas, la surprise survient et l'événement qui l'a provoquée se démarque du flux de phénomènes ordinaires et prévisibles.
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Deuxièmement, le cerveau enregistre tout ce que nous venons de faire, ce qui signifie que tout événement inattendu peut être corrélé à la chaîne des actions récentes stockées en mémoire. Dès qu'une connexion est trouvée, l'action peut être répétée - et vérifier si elle conduira à un résultat similaire. Une réponse positive indiquera une relation causale.
Dans aucun des cas, nous ne pouvons nous passer de notre vieil ami, la dopamine. À première vue, lorsqu'il s'agit de corréler les actions avec les résultats, ce neurotransmetteur est le pire de tous les aidants possibles. La dopamine est produite en quantités énormes dans plusieurs régions du cerveau en même temps. Cette méthode est totalement inefficace pour isoler une seule connexion entre un ensemble de neurones - disons, entre les responsables de l'action X et le résultat Y. Mais en fait, il s'agit d'un mécanisme extrêmement sophistiqué. La libération de dopamine peut être comparée à la diffusion d'un signal radio. Avec son aide, le message suivant est instantanément envoyé à différentes parties du cerveau: «Quelque chose de très inhabituel s'est produit juste à l'extérieur du cerveau. Combien d'entre vous en assumeront la responsabilité?"
Une personne lors de cette émission est surprise. Ce sentiment se produit lorsque le cerveau fait une erreur dans ses prédictions. Il existe de nombreuses preuves que les neurones dopaminergiques servent à signaler une erreur lorsque le cerveau calcule la probabilité de recevoir une récompense. Si votre cerveau suppose qu'aucune récompense ne brillera pour vous de si tôt, et que soudain un inconnu vous tend un beignet, les neurones dopaminergiques sont activés pendant un moment. Ils transmettent au reste du cerveau la surprise que quelque chose de bien inattendu s'est produit. Les neurones semblent crier: "Peu importe lequel d'entre vous nous a donné un beignet, mais il faut le répéter!"
Le cerveau peut se tromper sur plus que la simple probabilité d'une récompense. Nous savons également que les neurones dopaminergiques sont biaisés dans la prédiction des résultats indésirables. Des choses que vous voudrez peut-être apprendre à éviter, comme ne pas appuyer sur un bouton qui déclenche une décharge de serpent dans votre salle de bain. Une évaluation incorrecte du passé après un événement récent. Et aussi que vous ne chantez pas tout à fait comme vous le souhaiteriez. Vous ne saviez probablement pas que vous avez un critique musical assis dans votre mésencéphale?
Tous ces mécanismes par lesquels diverses erreurs déclenchent la libération à court terme de dopamine ont une explication simple: les neurones dopaminergiques sont responsables de la transmission de la surprise. Et, plus important encore, cette libération se produit toujours immédiatement après un événement inattendu Y et sert d'horodatage.
Ainsi, votre cerveau a remarqué que quelque chose de cool s'est passé dans le monde environnant et la dopamine en informe le reste de ses parties. Vous devez maintenant déterminer si l'une de vos actions a été la cause de ce tour. Dans ce cas, le cerveau, pour ainsi dire, colle l'action et le résultat, renforçant la connexion locale entre eux.
Pour ce faire, vous devez rechercher des informations sur l'action ou les actions qui se sont produites avant l'enregistrement des informations sur le résultat. En fin de compte, la communication ne peut aller que de cause à effet, et non l'inverse. Disons qu'une lumière s'allume dans la pièce - pourquoi? C'est peu probable car vous avez marqué l'apparition de la lumière avec une danse rituelle spéciale sur une jambe et en agitant un poulet mort en même temps. La raison est plutôt qu'à l'entrée vous avez basculé l'interrupteur (bien sûr, avec la main dans laquelle il n'y avait pas de poulet).
La tâche principale de la libération de dopamine à court terme est de trouver la bonne parmi les actions récentes. Lorsqu'une impulsion électrique commence à passer le long de l'axone, portant un message aux neurones receveurs, un long processus commence à l'intérieur du neurone, dans lequel les concentrations de plusieurs molécules, en particulier le calcium, changent. De plus, l'activité sur toute connexion entrante à ce neurone laisse également des traces de calcium, marquant cette entrée comme potentiellement importante.
La dopamine agit également à la jonction de deux neurones. Supposons qu'un neurone donne une commande pour effectuer une action qui entraîne un certain résultat, et qu'un autre neurone, se connectant au premier, rapporte: "J'ai été activé à ce moment." Maintenant, les informations sont encodées dans cette connexion: "Faites de même lorsque je suis à nouveau activé." Si le neurone responsable de l'action est déclenché en réponse à l'activation du deuxième neurone, des traces de calcium y resteront. Ils serviront de rappel que cette connexion particulière et ce neurone particulier étaient impliqués. En présence de calcium, la connexion entre ces neurones sera renforcée par la dopamine. Ainsi, la pensée «faire la même chose quand je suis à nouveau activé» n’est amplifiée que si les deux neurones sont activés au bon moment.
Plus surprenant encore est le fait que la causalité est intégrée dans les règles mêmes par lesquelles la force des connexions entre deux neurones séparés change. Apparemment, la connexion entre les neurones A et B rappelle dans quel ordre ils ont été tirés. Si le neurone A est activé juste devant le neurone B, alors cela pourrait logiquement conduire à l'activation de ce dernier. Ce composé est marqué avec du calcium, et cette liaison peut être renforcée à l'avenir.
Mais si le neurone A est activé immédiatement après le neurone B, il ne peut plus être la cause de l'activation B. Au contraire, une telle connexion devra être affaiblie, car dans ce cas l'activation du neurone A interférera avec le neurone B. Si le neurone A est activé longtemps avant ou longtemps après le neurone B, la force de la connexion ne changera pas. En effet, il semble que les règles de modification de la force de la connexion visent spécifiquement à entraîner le cerveau à établir des connexions causales.
C'est ainsi que le cerveau résout le problème de la corrélation de l'action avec le résultat. Il trouve l'action X qui a causé le résultat Y en diffusant un signal indiquant que quelque chose d'inhabituel s'est produit en dehors du cerveau et également en horodatant l'événement. Ce signal ne sera reçu qu'à l'endroit où le neurone responsable de l'action vient d'être activé. Ceci est déterminé par les traces moléculaires qui restent après l'activation. Maintenant, si cette connexion se déclenche à nouveau, les neurones d'action X sont plus susceptibles d'être activés. Cela signifie que la personne elle-même dans une situation similaire est plus susceptible d'exécuter exactement l'action X. C'est ainsi que nous déterminons si X invoque réellement Y et que nous ajustons notre compréhension du monde extérieur.
Il reste à résoudre le problème de la corrélation de l'action avec l'interprète, et maintenant c'est devenu plus facile de le faire. Comment le cerveau sait-il que vous n'avez rien à voir avec ce qui se passe? Le signal dopaminergique ne montre aucune trace d'activité dans les neurones. L'absence de traces signifie: «Je n'ai rien à voir avec ça».
Cependant, cela peut aussi arriver: les neurones responsables de l'action ont été activés juste avant le résultat, mais n'en étaient pas la cause. C'est pourquoi l'action doit être répétée. Si l'action X est répétée intentionnellement et ne provoque pas le résultat Y, alors il n'y a aucune preuve qu'il existe un lien entre les deux.
Les principes par lesquels le cerveau établit la causalité sont l'un des principaux domaines de travail des neurosciences modernes, mais en général, ce domaine reste mystérieux et peu étudié. Des éléments de la théorie de la perception des relations causales apparaissent de temps à autre dans la littérature, mais les auteurs eux-mêmes ne se concentrent pas sur cela. Cela signifie que dans ce domaine, par hypothèse, il est possible de faire de nombreuses découvertes, compte tenu du nombre de questions qu'il contient sans réponse. Examinons l'une de ces questions. Comment le cerveau utilise-t-il ces informations à l'avenir?
La perception de la causalité est basée sur l'idée que notre cerveau utilise un modèle prédictif du monde. Si tel est le cas, nous devrions également avoir un modèle inversé qui répond à la question "Comment changer le monde?" Nous pouvons dire «je veux le résultat Y» et utiliser le modèle inverse pour trouver «l'action X» requise qui mènera au résultat souhaité.
Cela signifie que nous devons constamment adapter deux modèles: prédictif (si vous faites cela, cela changera dans le monde) et inversé (pour que quelque chose dans le monde change, vous devez le faire). Il est fort probable que la dopamine soit responsable du réglage de chacun de ces circuits. Mais où se déroule l'adaptation elle-même? Ces modèles changent-ils ensemble ou séparément? Nous n'en avons aucune idée. Combien de modèles différents du monde extérieur le cerveau crée, comment ils interagissent les uns avec les autres et comment ils se complètent - ce sont toutes des questions sans réponse.
La capacité d'établir des relations de cause à effet par essais et erreurs a été observée chez différentes espèces. Non seulement chez les animaux, mais aussi chez les oiseaux. Cette capacité relie des événements individuels dans une séquence: si je fais une action X, elle sera suivie d'un résultat Y. Certaines espèces peuvent établir des liens de causalité par imitation. En observant leurs proches, les mésanges bleues de la famille des mésanges peuvent apprendre à dévisser les bouchons des bouteilles de lait (sérieusement, il vaut mieux ne pas enrager ces oiseaux).
Mais l'homme a un avantage: la langue. Grâce à lui, nous n'avons plus besoin de gaspiller de l'énergie sur des observations interminables de chaînes d'actions, limitées uniquement par notre propre expérience. Avec l'aide du langage, nous pouvons expliquer les relations causales et les transmettre de manière abstraite: dans des livres, des magazines, des documentaires. Ou prenez un guide YouTube de plusieurs heures sur la façon de passer en revue un V8. Nous pouvons enregistrer nos observations en laissant des espaces où il n'y a pas assez de liens dans la chaîne entre X et Y (cela s'appelle "science"). Nous pouvons partager des informations et trouver des relations causales à une plus grande échelle et dans des échantillons plus grands que ce qui est disponible pour un individu.
Le fait que les humains aient identifié les causes de phénomènes complexes tels que l'extinction d'espèces ou le réchauffement climatique est la preuve de notre capacité à comprendre le monde au-delà de l'expérience individuelle. Seul le cerveau humain est capable de comprendre non seulement ce qu'il s'est causé, mais aussi ce que nous avons tous causé.
Mark Humphries