Publié le 28 novembre 2023 14:11:00. Si l’intelligence artificielle excelle dans des tâches spécifiques, le cerveau humain conserve une capacité d’adaptation et de flexibilité cognitive qui lui est propre, grâce à un mécanisme de réutilisation de compétences fondamentales.
- Une nouvelle étude de l’Université de Princeton révèle que le cerveau humain utilise des « blocs de construction cognitifs » réutilisables pour apprendre et s’adapter rapidement à de nouvelles situations.
- Cette capacité, appelée « compositionnalité », permet d’acquérir de nouvelles compétences en s’appuyant sur des connaissances existantes, contrairement aux systèmes d’IA actuels.
- La compréhension de ce mécanisme pourrait avoir des implications importantes pour le développement de l’IA et le traitement de certains troubles neurologiques et psychiatriques.
L’intelligence artificielle progresse à pas de géant, capable de rédiger des textes complexes ou d’assister les médecins dans le diagnostic de maladies avec une précision remarquable. Pourtant, lorsqu’il s’agit de s’adapter à l’inconnu, de faire preuve de souplesse intellectuelle, le cerveau humain conserve un avantage indéniable. Des neuroscientifiques de l’Université de Princeton ont récemment identifié l’une des clés de cette différence : une capacité à réutiliser des compétences fondamentales dans des contextes variés.
Selon Tim Buschman, Ph.D., auteur principal de l’étude et directeur associé du Princeton Neuroscience Institute, les modèles d’IA, bien que performants dans des tâches isolées, peinent à généraliser leurs apprentissages.
« Les modèles d’IA de pointe peuvent atteindre des performances humaines, voire surhumaines, sur des tâches individuelles. Mais ils ont du mal à apprendre et à effectuer de nombreuses tâches différentes. »
Tim Buschman, Ph.D., auteur principal de l’étude et directeur associé du Princeton Neuroscience Institute
Il explique que le cerveau humain, lui, est capable de combiner et de recombiner des éléments cognitifs de base pour résoudre de nouveaux problèmes.
« Nous avons découvert que le cerveau est flexible car il peut réutiliser des composants cognitifs dans de nombreuses tâches différentes. En assemblant ces “Legos cognitifs”, le cerveau est capable de créer de nouvelles tâches. »
Tim Buschman, Ph.D., auteur principal de l’étude et directeur associé du Princeton Neuroscience Institute
Ce processus de réutilisation des compétences, baptisé « compositionnalité », est illustré par la facilité avec laquelle nous apprenons de nouvelles activités. Savoir faire du vélo facilite l’apprentissage de la moto, ou encore, maîtriser la préparation du pain simplifie la réalisation d’un gâteau. Comme l’explique Sina Tafazoli, Ph.D., chercheuse postdoctorale au laboratoire Buschman de Princeton et co-auteure de l’étude :
« Si vous savez déjà comment faire du pain, vous pouvez utiliser cette capacité pour faire un gâteau sans réapprendre à faire du pain à partir de zéro. Vous réutilisez des compétences existantes – utiliser un four, mesurer des ingrédients, pétrir la pâte – et les combiner avec de nouvelles, comme fouetter la pâte et faire du glaçage, pour créer quelque chose de complètement différent. »
Sina Tafazoli, Ph.D., chercheuse postdoctorale au laboratoire Buschman de Princeton et co-auteure de l’étude
Pour comprendre comment le cerveau met en œuvre cette compositionnalité, les chercheurs ont étudié l’activité cérébrale de deux macaques rhésus pendant qu’ils effectuaient des tâches de catégorisation visuelle. Les singes devaient identifier si des formes colorées ressemblaient davantage à un lapin ou à la lettre « T » (catégorisation de la forme), ou si elles étaient plus rouges ou plus vertes (catégorisation de la couleur). L’expérience a été conçue de manière à ce que les tâches partagent des éléments communs, permettant aux chercheurs d’observer si le cerveau réutilisait les mêmes schémas neuronaux dans des contextes différents.
Les résultats ont révélé que le cortex préfrontal, une région du cerveau impliquée dans la prise de décision et la pensée de haut niveau, contenait des schémas d’activité récurrents. Ces schémas, que Buschman compare à des « Legos cognitifs », s’activaient chaque fois qu’un groupe de neurones travaillait ensemble pour atteindre un objectif commun, comme distinguer les couleurs. Le cortex préfrontal semble également capable de « désactiver » certains de ces blocs lorsqu’ils ne sont pas nécessaires, permettant ainsi au cerveau de se concentrer sur la tâche la plus pertinente.
Tafazoli souligne que cette capacité à activer et désactiver sélectivement les blocs cognitifs est essentielle pour éviter la surcharge d’informations et maintenir une concentration optimale :
« Le cerveau a une capacité limitée de contrôle cognitif. Vous devez compresser certaines de vos capacités afin de pouvoir vous concentrer sur celles qui sont actuellement importantes. Se concentrer sur la catégorisation des formes, par exemple, diminue momentanément la capacité à coder la couleur, car l’objectif est la discrimination des formes, pas la couleur. »
Sina Tafazoli, Ph.D., chercheuse postdoctorale au laboratoire Buschman de Princeton et co-auteure de l’étude
Cette découverte pourrait avoir des implications importantes pour le développement de l’intelligence artificielle. Les systèmes d’IA actuels souffrent d’un phénomène appelé « interférence catastrophique », où l’apprentissage d’une nouvelle compétence entraîne l’oubli des compétences antérieures. En intégrant la compositionnalité dans l’IA, il serait possible de créer des systèmes artificiels capables d’acquérir de nouvelles compétences sans effacer les anciennes. De plus, la compréhension de ce mécanisme pourrait éclairer le traitement de certains troubles neurologiques et psychiatriques, tels que la schizophrénie ou les troubles obsessionnels compulsifs, où la capacité à réutiliser les compétences existantes est compromise.
Le financement de l’étude a été fourni par les National Institutes of Health (NIH) (R01MH129492, 5T32MH065214).
La recherche a été publiée le 26 novembre dans la revue Nature.