Notre cerveau se représente notre environnement grâce aux probabilités

Tout en traitant les ambiguïtés de notre environnement, le cerveau utilise des modèles d'inférence probabilistes très détaillés pour déterminer si nous sommes en sécurité ou en danger. C'est ce qui ressort de la dernière étude réalisée par Philipp Schustek, Alexandre Hyafil et Rubén Moreno-Bote, chercheurs au Centre pour le cerveau et la cognition de l'université Pompeu de Barcelone (Espagne).  

Publiée dans Nature Communications, l'étude permet de mieux comprendre comment les humains perçoivent leur environnement et prennent leurs décisions. Selon les chercheurs, une information recueillie dans notre environnement immédiat n'est pas suffisante pour déterminer si nous sommes dans un environnement sûr ou dangereux, c'est pourquoi notre cerveau utilise un modèle d'inférence probabiliste élaboré pour tirer une conclusion. 

Un raisonnement par déduction

Les chercheurs ont découvert que le cerveau humain possède une forme raffinée de représentation de l'incertitude à plusieurs niveaux hiérarchiques, qui prend également en compte le contexte de ce qu’il perçoit.

Selon Rubén Moreno-Bote, coordonnateur du groupe de recherche en neurosciences théoriques et cognitives à l’université Pompeu, “les notions de probabilité, bien qu'intuitives, sont très difficiles à quantifier et à utiliser de façon rigoureuse. Par exemple, mes étudiants en statistique échouent souvent à résoudre certains des problèmes que je pose en classe. Dans notre étude, nous constatons qu'un problème mathématique complexe impliquant l'utilisation des règles de probabilité les plus sophistiquées peut être résolu intuitivement s'il est présenté simplement et dans un contexte naturel.”

Les supporters de football à l’aéroport

Les chercheurs ont réuni un groupe de sujets, et leur ont demandé de se projeter dans un aéroport. Ils devaient prédire la probabilité que le prochain avion transportant des passagers contienne un plus ou moins grand nombre de personnes d'un certain type, en observant les passagers des avions précédents. 

Rubén Moreno-Bote explique sa démarche. “On a demandé aux participants de compter, par exemple, les supporters du Barça et ceux de Madrid arrivant à l'aéroport, puis de prédire la probabilité que plus de supporters arrivent dans le prochain vol. En général, cette structure de tâches crée des dépendances hiérarchiques entre les variables cachées à résoudre (en déduisant le contexte des observations précédentes) et en faisant passer le message (en déduisant l'état actuel en combinant les observations actuelles avec le contexte inféré).”

Les résultats ont montré que les sujets, à partir de leurs observations préliminaires, ont construit une représentation probabiliste de la situation, ce qui a aidé les chercheurs à comprendre comment ces participants développent des images mentales de leur environnement et comment ils attribuent et perçoivent l'incertitude du contexte.

Les chercheurs ont découvert que le cerveau humain était capable d'une représentation mathématique probabiliste de l’environnement, qui a sûrement affecté la perception de notre environnement et nos prises de décisions.