L'intelligence a évolué au moins deux fois chez les animaux vertébrés

Les circuits neuronaux complexes sont probablement apparus indépendamment chez les oiseaux et les mammifères, ce qui suggère que les vertébrés ont développé leur intelligence à plusieurs reprises.

Les humains ont tendance à mettre leur propre intelligence sur un piédestal. Notre cerveau peut faire des mathématiques, utiliser la logique, explorer des abstractions et penser de manière critique. Mais nous ne pouvons pas revendiquer le monopole de la pensée. Parmi les nombreuses espèces non humaines connues pour leur intelligence, les oiseaux ont démontré à maintes reprises des capacités cognitives avancées. Les corbeaux planifient pour l'avenir, les corbeaux comptent et utilisent des outils , les cacatoès s'ouvrent et pillent des poubelles piégées et des mésanges gardent la trace de dizaines de milliers de graines disséminées dans un paysage. Il est remarquable que les oiseaux accomplissent de telles prouesses avec des cerveaux complètement différents des nôtres : ils sont plus petits et dépourvus des structures hautement organisées que les scientifiques associent à l'intelligence des mammifères.

" Un oiseau avec un cerveau de 10 grammes fait à peu près la même chose qu'un chimpanzé avec un cerveau de 400 grammes ", a déclaré Onur Güntürkün, qui étudie les structures cérébrales à l'Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne. " Comment est-ce possible ? "

Les chercheurs débattent depuis longtemps du lien entre l'intelligence des oiseaux et celle des mammifères. Une hypothèse est que l'intelligence des vertébrés – animaux dotés d'une colonne vertébrale, dont les mammifères et les oiseaux – ait évolué une fois. Dans ce cas, les deux groupes auraient hérité des voies neuronales complexes qui sous-tendent la cognition d'un ancêtre commun : une créature ressemblant à un lézard qui vivait il y a 320 millions d'années, lorsque les continents terrestres étaient comprimés en une seule masse continentale. L'autre hypothèse est que les types de circuits neuronaux qui sous-tendent l'intelligence des vertébrés aient évolué indépendamment chez les oiseaux et les mammifères.

Il est difficile de retracer le chemin emprunté par l'évolution, étant donné que toute trace du cerveau de l'ancêtre a disparu en un éclair géologique. Les biologistes ont donc adopté d'autres approches, comme la comparaison des structures cérébrales des animaux adultes et en développement d'aujourd'hui, pour comprendre comment cette complexité neurobiologique a pu émerger.

Une série d'études publiées dans Science en février 2025 fournit la meilleure preuve à ce jour que les oiseaux et les mammifères n'ont pas hérité d'un ancêtre commun les voies neuronales génératrices de l'intelligence, mais les ont développées indépendamment. Cela suggère que l'intelligence des vertébrés est apparue non pas une fois, mais plusieurs fois. Pourtant, leur complexité neuronale n'a pas évolué dans des directions radicalement différentes : les cerveaux des oiseaux et des mammifères présentent des circuits étonnamment similaires, selon les études.

" C'est une étape importante dans la quête de compréhension et d'intégration des différentes idées sur l'évolution " de l'intelligence des vertébrés, a déclaré Güntürkün, qui n'a pas participé à la nouvelle recherche.

Ces découvertes, qui émergent dans un monde fasciné par les formes d'intelligence artificielle, pourraient nous éclairer sur l'évolution des circuits complexes de notre cerveau. Plus important encore, elles pourraient nous aider à nous éloigner de l'idée que nous sommes les meilleures créatures du monde, a déclaré Niklas Kempynck, un étudiant diplômé de la KU Leuven qui a dirigé l'une des études. " Nous ne sommes pas la solution optimale pour l'intelligence. "

Les oiseaux y sont également arrivés par leurs propres moyens.

Trouble du picage

Pendant la première moitié du XXe siècle, les neuroanatomistes pensaient que les oiseaux n'étaient tout simplement pas si intelligents. Ces créatures sont dépourvues de tout élément ressemblant à un néocortex – la structure externe hautement ordonnée du cerveau des humains et des autres mammifères, où résident le langage, la communication et le raisonnement. Le néocortex est organisé en six couches de neurones, qui reçoivent les informations sensorielles d'autres parties du cerveau, les traitent et les transmettent aux régions qui déterminent notre comportement et nos réactions.

" Pendant longtemps, on a pensé que c'était le centre de la cognition, et que ce type d'anatomie était nécessaire pour développer des capacités cognitives avancées ", a déclaré Bastienne Zaremba , chercheur postdoctoral étudiant l'évolution du cerveau à l'Université de Heidelberg.

Au lieu de couches bien nettes, les oiseaux ont " des boules de neurones non spécifiées sans repères ni distinctions ", a déclaré Fernando García-Moreno, neurobiologiste au Centre basque de neurosciences Achucarro, en Espagne. Ces structures ont poussé les neuroanatomistes, il y a un siècle, à suggérer qu'une grande partie du comportement des oiseaux est réflexive et non motivée par l'apprentissage et la prise de décision. Cela " implique que ce qu'un mammifère peut apprendre facilement, un oiseau ne l'apprendra jamais ", a déclaré Güntürkün.

La pensée conventionnelle a commencé à évoluer dans les années 1960, lorsque Harvey Karten, un jeune neuroanatomiste du Massachusetts Institute of Technology, a cartographié et comparé les circuits cérébraux des mammifères et des pigeons, puis de hiboux, de poulets et d'autres oiseaux. Sa découverte a été une surprise : les régions cérébrales que l'on pensait impliquées uniquement dans les mouvements réflexes étaient constituées de circuits neuronaux – des réseaux de neurones interconnectés – qui ressemblaient à ceux du néocortex des mammifères. Cette région du cerveau des oiseaux, la crête ventriculaire dorsale (DVR), semblait comparable à un néocortex ; elle n'en avait simplement pas l'apparence.

En 1969, Karten a écrit un " article très influent qui a complètement changé le débat dans le domaine ", a déclaré Maria Tosches, qui étudie le développement du cerveau des vertébrés à l'Université Columbia. " Ses travaux étaient véritablement révolutionnaires. " Il a conclu que, les circuits aviaires et mammifères étant similaires, ils étaient hérités d'un ancêtre commun. Cette pensée a dominé le domaine pendant des décennies, a déclaré Güntürkün, ancien postdoctorant au laboratoire de Karten. Elle a " suscité un vif intérêt pour le cerveau des oiseaux ". 

Quelques décennies plus tard, Luis Puelles, anatomiste à l'Université de Murcie en Espagne, est arrivé à la conclusion inverse de celle de Karten. En comparant des embryons à différents stades de développement, il a découvert que le néocortex des mammifères et le DVR aviaire se développaient à partir de zones distinctes du pallium de l'embryon – une région cérébrale commune à tous les vertébrés. Il en a conclu que ces structures avaient dû évoluer indépendamment.

Karten et Puelles " apportaient des réponses radicalement différentes à cette grande question ", a déclaré Tosches. Le débat a duré des décennies. À cette époque, les biologistes ont également commencé à s'intéresser à l'intelligence des oiseaux, en commençant par leurs études sur Alex, un perroquet gris d'Afrique capable de compter et d'identifier des objets. Ils ont alors réalisé à quel point les oiseaux pouvaient être intelligents.

Cependant, selon García-Moreno, aucun des deux groupes ne semblait vouloir résoudre la divergence entre leurs deux théories sur l'évolution des palliums des vertébrés. "Non, ils ont continué à travailler sur leur propre méthode ", a-t-il déclaré. Un camp a continué à comparer les circuits du cerveau des vertébrés adultes ; l'autre s'est concentré sur le développement embryonnaire.

Dans les nouvelles études, a-t-il déclaré, " nous avons essayé de tout rassembler ".

Pareil mais pas pareil

Deux nouvelles études, menées par des équipes de chercheurs indépendantes, se sont appuyées sur le même outil puissant d'identification des types cellulaires : le séquençage d'ARN unicellulaire. Cette technique permet aux chercheurs de comparer les circuits neuronaux, comme l'a fait Karten, non seulement dans le cerveau adulte, mais tout au long du développement embryonnaire, en suivant Puelles. Ils ont ainsi pu identifier le point de départ de la croissance des cellules dans l'embryon et leur évolution finale chez l'animal adulte : un processus développemental révélateur de voies évolutives.

Pour leur étude, García-Moreno et son équipe souhaitaient observer le développement des circuits cérébraux. Grâce au séquençage de l'ARN et à d'autres techniques, ils ont suivi des cellules dans les palliums de poulets, de souris et de geckos à différents stades embryonnaires afin d'horodater la génération et le stade de maturation des différents types de neurones.

Ils ont découvert que les circuits matures se ressemblaient remarquablement chez tous les animaux, comme l'avaient noté Karten et d'autres, mais ils étaient construits différemment, comme l'avait découvert Puelles. Les circuits qui composaient le néocortex des mammifères et le DVR aviaire se sont développés à des moments différents, dans des ordres différents et dans des régions différentes du cerveau.

(Image : 2 schémas comparés explicatif ) 

Parallèlement, García-Moreno collaborait avec Zaremba et ses collègues de l'Université de Heidelberg. Grâce au séquençage de l'ARN, ils ont créé " l'atlas le plus complet du pallium* aviaire dont nous disposons ", a déclaré Tosches, auteur d' un article de perspective connexe publié dans Science. En comparant le pallium des oiseaux à ceux des lézards et des souris, ils ont également découvert que le néocortex et le DVR étaient dotés de circuits similaires — cependant, les neurones qui composaient ces circuits neuronaux étaient distincts.

" La manière dont nous avons obtenu des circuits similaires était plus flexible que je ne l'aurais imaginé ", a déclaré Zaremba. " On peut construire les mêmes circuits à partir de différents types de cellules. "

Zaremba et son équipe ont également découvert que, dans le pallium des oiseaux, des neurones qui débutent leur développement dans différentes régions peuvent se développer en neurones du même type à l'âge adulte. Cela contredit les théories précédentes, selon lesquelles des régions distinctes de l'embryon doivent générer différents types de neurones.

Chez les mammifères, le développement cérébral suit un cheminement intuitif : les cellules de l’amygdale embryonnaire, au début du développement, se retrouvent dans l’amygdale adulte. Les cellules du cortex embryonnaire se retrouvent dans le cortex adulte. Mais chez les oiseaux, " on observe une réorganisation extraordinaire du cerveau antérieur ", explique Güntürkün, " qui est totalement inattendue ".

Prises ensemble, ces études apportent la preuve la plus claire à ce jour que les oiseaux et les mammifères ont développé indépendamment des régions cérébrales responsables de la cognition complexe. Elles font également écho à des recherches antérieures du laboratoire de Tosches , qui ont montré que le néocortex des mammifères avait évolué indépendamment du DVR des reptiles.

Il semble néanmoins probable qu'il y ait eu une certaine hérédité à partir d'un ancêtre commun. Dans une troisième étude utilisant l'apprentissage profond, Kempynck et son coauteur Nikolai Hecker ont découvert que les souris, les poulets et les humains partagent certains segments d'ADN qui influencent le développement du néocortex ou du DVR, suggérant que des outils génétiques similaires sont à l'œuvre chez les deux types d'animaux. Comme l'avaient suggéré des études précédentes, les groupes de recherche ont découvert que les neurones inhibiteurs, ou ceux qui inhibent et modulent les signaux neuronaux, étaient conservés chez les oiseaux et les mammifères.

Les résultats n'ont cependant pas complètement résolu le débat entre Karten et Puelles. Quelles idées étaient les plus proches de la vérité ? Tosches a affirmé que Puelles avait raison, tandis que Güntürkün estimait que les résultats reflétaient mieux les idées de Karten, même s'ils plairaient en partie à Puelles. García-Moreno a partagé la question : " Tous deux avaient raison ; aucun n'avait tort ", a-t-il déclaré.

Comment développer l'intelligence

L'intelligence n'est pas accompagnée d'un mode d'emploi. Elle est difficile à définir, il n'existe pas de méthode idéale pour y parvenir et sa conception n'est pas optimale, a déclaré Tosches. Des innovations peuvent survenir tout au long de la biologie d'un animal, qu'il s'agisse de nouveaux gènes et de leur régulation, ou de nouveaux types de neurones, circuits et régions cérébrales. Mais des innovations similaires peuvent évoluer plusieurs fois indépendamment – ​​un phénomène appelé évolution convergente – et ce phénomène est observé tout au long de la vie.

" L’une des raisons pour lesquelles j’aime ces articles, c’est qu’ils mettent vraiment en évidence de nombreuses différences ", a déclaré Bradley Colquitt, neuroscientifique moléculaire à l'Université de Californie à Santa Cruz. " Cela permet de se demander : quelles sont les différentes solutions neuronales que ces organismes ont imaginées pour résoudre des problèmes similaires, comme vivre dans un monde complexe et s'adapter à un environnement terrestre en rapide évolution ? "

Les pieuvres et les calmars, indépendamment des mammifères et de leur propre intelligence corporelle, ont développé des yeux semblables à des caméras. Les oiseaux, les chauves-souris et les insectes ont tous pris leur envol par leurs propres moyens. Les peuples anciens d'Égypte et d'Amérique du Sud ont construit indépendamment des pyramides – la forme structurelle la plus efficace et qui résistera à l'épreuve du temps, a déclaré García-Moreno : " Si on construit une tour, elle s'effondrera. Si on construit un mur, ça ne marchera pas. "

De même, " il existe un degré de liberté limité permettant de générer un cerveau intelligent, du moins chez les vertébrés ", a déclaré Tosches. En revanche, si l'on s'éloigne du monde des vertébrés, on peut générer un cerveau intelligent de manières bien plus étranges, du moins de notre point de vue. " C'est le Far West ", a-t-elle déclaré. Les pieuvres, par exemple, " ont développé leur intelligence de manière totalement indépendante ". Leurs structures cognitives ne ressemblent en rien aux nôtres, si ce n'est qu'elles sont constituées du même type cellulaire : le neurone. Pourtant, on a pu observer des pieuvres accomplir des prouesses incroyables, comme s'échapper d'aquariums, résoudre des énigmes, dévisser des couvercles de bocaux et porter des coquillages comme boucliers.

Il serait passionnant de comprendre comment les pieuvres ont développé leur intelligence grâce à des structures neuronales très divergentes, a déclaré Colquitt. Ainsi, il pourrait être possible d'identifier les contraintes absolues pesant sur l'évolution de l'intelligence chez toutes les espèces animales, et pas seulement chez les vertébrés.

De telles découvertes pourraient à terme révéler des caractéristiques communes à diverses intelligences, a déclaré Zaremba. Quels sont les éléments constitutifs d'un cerveau capable de penser de manière critique, d'utiliser des outils ou de former des idées abstraites ? Cette compréhension pourrait contribuer à la recherche d'une intelligence extraterrestre et à l'amélioration de notre intelligence artificielle. Par exemple, notre façon actuelle d'envisager l'utilisation des connaissances issues de l'évolution pour améliorer l'IA est très anthropocentrique. " Je serais vraiment curieux de voir si nous pouvons construire une intelligence artificielle similaire à celle des oiseaux ", a déclaré Kempynck." Comment pense un oiseau ? Pouvons-nous l'imiter ? "





 

La conscience est-elle partie prenante de l'univers et de sa structure ?

Des physiciens et des philosophes se sont récemment rencontrés pour débattre d'une théorie de la conscience appelée panpsychisme.

Il y a plus de 400 ans, Galilée a montré que de nombreux phénomènes quotidiens, tels qu'une balle qui roule sur une pente ou un lustre qui se balance doucement au plafond d'une église, obéissent à des lois mathématiques précises. Pour cette intuition, il est souvent salué comme le fondateur de la science moderne. Mais Galilée a reconnu que tout ne se prêtait pas à une approche quantitative. Des choses telles que les couleurs, les goûts et les odeurs "ne sont rien de plus que de simples noms", a déclaré Galilée, car "elles ne résident que dans la conscience". Ces qualités ne sont pas réellement présentes dans le monde, affirmait-il, mais existent uniquement dans l'esprit des créatures qui les perçoivent. "Par conséquent, si l'on supprimait la créature vivante, écrivait-il, toutes ces qualités seraient effacées et anéanties.

Depuis l'époque de Galilée, les sciences physiques ont fait un bond en avant, expliquant le fonctionnement des plus petits quarks jusqu'aux plus grands amas de galaxies. Mais expliquer les choses qui résident "uniquement dans la conscience" - le rouge d'un coucher de soleil, par exemple, ou le goût amer d'un citron - s'est avéré beaucoup plus difficile. Les neuroscientifiques ont identifié un certain nombre de corrélats neuronaux de la conscience - des états cérébraux associés à des états mentaux spécifiques - mais n'ont pas expliqué comment la matière forme les esprits en premier lieu. Comme l'a dit le philosophe Colin McGinn dans un article publié en 1989, "d'une manière ou d'une autre, nous avons l'impression que l'eau du cerveau physique est transformée en vin de la conscience". Le philosophe David Chalmers a célèbrement surnommé ce dilemme le "problème difficile" de la conscience*.

Des chercheurs se sont récemment réunis pour débattre de ce problème au Marist College de Poughkeepsie, dans l'État de New York, à l'occasion d'un atelier de deux jours consacré à une idée connue sous le nom de panpsychisme. Ce concept propose que la conscience soit un aspect fondamental de la réalité, au même titre que la masse ou la charge électrique. L'idée remonte à l'Antiquité - Platon l'a prise au sérieux - et a eu d'éminents partisans au fil des ans, notamment le psychologue William James et le philosophe et mathématicien Bertrand Russell. Elle connaît depuis peu un regain d'intérêt, notamment à la suite de la publication en 2019 du livre du philosophe Philip Goff, Galileo's Error, qui plaide vigoureusement en sa faveur.

M. Goff, de l'université de Durham en Angleterre, a organisé l'événement récent avec le philosophe mariste Andrei Buckareff, et il a été financé par une subvention de la Fondation John Templeton. Dans une petite salle de conférence dotée de fenêtres allant du sol au plafond et donnant sur l'Hudson, environ deux douzaines d'universitaires ont examiné la possibilité que la conscience se trouve peut-être en bas de l'échelle.

L'attrait du panpsychisme réside en partie dans le fait qu'il semble apporter une solution à la question posée par M. Chalmers : nous n'avons plus à nous préoccuper de la manière dont la matière inanimée forme des esprits, car l'esprit était là depuis le début, résidant dans le tissu de l'univers. Chalmers lui-même a adopté une forme de panpsychisme et a même suggéré que les particules individuelles pourraient être conscientes d'une manière ou d'une autre. Il a déclaré lors d'une conférence TED qu'un photon "pourrait avoir un élément de sentiment brut et subjectif, un précurseur primitif de la conscience". Le neuroscientifique Christof Koch est également d'accord avec cette idée. Dans son livre Consciousness paru en 2012, il note que si l'on accepte la conscience comme un phénomène réel qui ne dépend d'aucune matière particulière - qu'elle est "indépendante du substrat", comme le disent les philosophes - alors "il est facile de conclure que le cosmos tout entier est imprégné de sensibilité".

Pourtant, le panpsychisme va à l'encontre du point de vue majoritaire dans les sciences physiques et en philosophie, qui considère la conscience comme un phénomène émergent, quelque chose qui apparaît dans certains systèmes complexes, tels que le cerveau humain. Selon ce point de vue, les neurones individuels ne sont pas conscients, mais grâce aux propriétés collectives de quelque 86 milliards de neurones et à leurs interactions - qui, il est vrai, ne sont encore que mal comprises - les cerveaux (ainsi que les corps, peut-être) sont conscients. Les enquêtes suggèrent qu'un peu plus de la moitié des philosophes universitaires soutiennent ce point de vue, connu sous le nom de "physicalisme" ou "émergentisme", tandis qu'environ un tiers rejette le physicalisme et penche pour une alternative, dont le panpsychisme est l'une des nombreuses possibilités.

Lors de l'atelier, M. Goff a expliqué que la physique avait manqué quelque chose d'essentiel en ce qui concerne notre vie mentale intérieure. En formulant leurs théories, "la plupart des physiciens pensent à des expériences", a-t-il déclaré. "Je pense qu'ils devraient se demander si ma théorie est compatible avec la conscience, car nous savons qu'elle est réelle.

De nombreux philosophes présents à la réunion ont semblé partager l'inquiétude de M. Goff quant à l'échec du physicalisme lorsqu'il s'agit de la conscience. "Si vous connaissez les moindres détails des processus de mon cerveau, vous ne saurez toujours pas ce que c'est que d'être moi", déclare Hedda Hassel Mørch, philosophe à l'université des sciences appliquées de Norvège intérieure. "Il existe un fossé explicatif évident entre le physique et le mental. Prenons l'exemple de la difficulté d'essayer de décrire la couleur à quelqu'un qui n'a vu le monde qu'en noir et blanc. Yanssel Garcia, philosophe à l'université du Nebraska Omaha, estime que les faits physiques seuls sont inadéquats pour une telle tâche. "Il n'y a rien de physique que l'on puisse fournir [à une personne qui ne voit qu'en nuances de gris] pour qu'elle comprenne ce qu'est l'expérience de la couleur ; il faudrait qu'elle en fasse elle-même l'expérience", explique-t-il. "La science physique est, en principe, incapable de nous raconter toute l'histoire. Parmi les différentes alternatives proposées, il estime que "le panpsychisme est notre meilleure chance".

Mais le panpsychisme attire également de nombreuses critiques. Certains soulignent qu'il n'explique pas comment de petits morceaux de conscience s'assemblent pour former des entités conscientes plus substantielles. Ses détracteurs affirment que cette énigme, connue sous le nom de "problème de la combinaison", équivaut à une version du problème difficile propre au panpsychisme. Le problème de la combinaison "est le défi majeur de la position panpsychiste", admet M. Goff. "Et c'est là que se concentre la majeure partie de notre énergie.

D'autres remettent en question le pouvoir explicatif du panpsychisme. Dans son livre Being You (2021), le neuroscientifique Anil Seth écrit que les principaux problèmes du panpsychisme sont qu'"il n'explique rien et qu'il ne conduit pas à des hypothèses vérifiables. C'est une échappatoire facile au mystère apparent posé par le problème difficile".

Si la plupart des personnes invitées à l'atelier étaient des philosophes, les physiciens Sean Carroll et Lee Smolin, ainsi que le psychologue cognitif Donald Hoffman, ont également pris la parole. Carroll, un physicaliste pur et dur, a joué le rôle de chef de file officieux de l'opposition pendant le déroulement de l'atelier. (Lors d'un débat public très suivi entre Goff et Carroll, la divergence de leurs visions du monde est rapidement devenue évidente. Goff a déclaré que le physicalisme ne menait "précisément nulle part" et a suggéré que l'idée même d'essayer d'expliquer la conscience en termes physiques était incohérente. M. Carroll a affirmé que le physicalisme se porte plutôt bien et que, bien que la conscience soit l'un des nombreux phénomènes qui ne peuvent être déduits des phénomènes microscopiques, elle constitue néanmoins une caractéristique réelle et émergente du monde macroscopique. Il a présenté la physique des gaz comme un exemple parallèle. Au niveau micro, on parle d'atomes, de molécules et de forces ; au niveau macro, on parle de pression, de volume et de température. Il s'agit de deux types d'explications, en fonction du "niveau" étudié, mais elles ne présentent pas de grand mystère et ne constituent pas un échec pour la physique. En peu de temps, Goff et Carroll se sont enfoncés dans les méandres de l'argument dit de la connaissance (également connu sous le nom de "Marie dans la chambre noire et blanche"), ainsi que de l'argument des "zombies". Tous deux se résument à la même question clé : Y a-t-il quelque chose à propos de la conscience qui ne peut être expliqué par les seuls faits physiques ? Une grande partie du ping-pong rhétorique entre Goff et Carroll a consisté pour Goff à répondre oui à cette question et pour Carroll à y répondre non.

Une autre objection soulevée par certains participants est que le panpsychisme n'aborde pas ce que les philosophes appellent le problème des "autres esprits". (Vous avez un accès direct à votre propre esprit, mais comment pouvez-vous déduire quoi que ce soit de l'esprit d'une autre personne ?) "Même si le panpsychisme est vrai, il y aura toujours un grand nombre de choses - notamment des choses liées à l'expérience des autres - que nous ne connaîtrons toujours pas", déclare Rebecca Chan, philosophe à l'université d'État de San José. Elle craint que l'invocation d'une couche sous-jacente d'esprit ne revienne à invoquer Dieu. Je me demande parfois si la position panpsychiste n'est pas similaire aux arguments du "dieu des lacunes"", dit-elle, en référence à l'idée que Dieu est nécessaire pour combler les lacunes de la connaissance scientifique.

D'autres idées ont été évoquées. L'idée du cosmopsychisme a été évoquée - en gros, l'idée que l'univers lui-même est conscient. Paul Draper, philosophe à l'université de Purdue qui a participé via Zoom, a parlé d'une idée subtilement différente connue sous le nom de "théorie de l'éther psychologique", à savoir que les cerveaux ne produisent pas la conscience mais l'utilisent plutôt. Selon cette théorie, la conscience existait déjà avant que les cerveaux n'existent, comme un ether omniprésent. Si cette idée est correcte, écrit-il, "alors (selon toute vraisemblance) Dieu existe".

M. Hoffman, chercheur en sciences cognitives à l'université de Californie à Irvine, qui s'est également adressé à l'atelier via Zoom, préconise de rejeter l'idée de l'espace-temps et de rechercher quelque chose de plus profond. (Il a cité l'idée de plus en plus populaire en physique ces derniers temps selon laquelle l'espace et le temps ne sont peut-être pas fondamentaux, mais constituent plutôt des phénomènes émergents). L'entité plus profonde liée à la conscience, suggère Hoffman, pourrait consister en "sujets et expériences" qui, selon lui, "sont des entités au-delà de l'espace-temps, et non dans l'espace-temps". Il a développé cette idée dans un article de 2023 intitulé "Fusions of Consciousness" (Fusions de conscience).

M. Smolin, physicien à l'Institut Perimeter pour la physique théorique en Ontario, qui a également participé via Zoom, a également travaillé sur des théories qui semblent offrir un rôle plus central aux agents conscients. Dans un article publié en 2020, il a suggéré que l'univers "est composé d'un ensemble de vues partielles de lui-même" et que "les perceptions conscientes sont des aspects de certaines vues" - une perspective qui, selon lui, peut être considérée comme "une forme restreinte de panpsychisme".

Carroll, qui s'est exprimé après la session à laquelle participaient Hoffman et Smolin, a noté que ses propres opinions divergeaient de celles des intervenants dès les premières minutes (au cours du déjeuner, il a fait remarquer que participer à l'atelier donnait parfois l'impression d'être sur un subreddit pour les fans d'une série télévisée qui ne vous intéresse tout simplement pas). Il a admis que les débats interminables sur la nature de la "réalité" le laissaient parfois frustré. Les gens me demandent : "Qu'est-ce que la réalité physique ? C'est la réalité physique ! Il n'y a rien qu'elle 'soit'. Que voulez-vous que je dise, qu'elle est faite de macaronis ou d'autre chose ?" (Même Carroll admet cependant que la réalité est plus complexe qu'il n'y paraît. Il est un fervent partisan de l'interprétation "multi-mondes" de la mécanique quantique, selon laquelle notre univers n'est qu'une facette d'un vaste multivers quantique).

Si tout cela semble n'avoir aucune valeur pratique, M. Goff a évoqué la possibilité que la façon dont nous concevons les esprits puisse avoir des implications éthiques. Prenons la question de savoir si les poissons ressentent la douleur. La science traditionnelle ne peut étudier que le comportement extérieur d'un poisson, et non son état mental. Pour M. Goff, se concentrer sur le comportement du poisson n'est pas seulement une erreur, c'est aussi une "horreur", car cela laisse de côté ce qui est en fait le plus important : ce que le poisson ressent réellement. "Nous allons cesser de nous demander si les poissons sont conscients et nous contenter de regarder leur comportement ? Qui se soucie du comportement ? Je veux savoir s'il a une vie intérieure, c'est tout ce qui compte ! Pour les physicalistes comme Carroll, cependant, les sentiments et le comportement sont intimement liés, ce qui signifie que nous pouvons éviter de faire souffrir un animal en ne le plaçant pas dans une situation où il semble souffrir en raison de son comportement. "S'il n'y avait pas de lien entre eux [comportement et sentiments], nous serions en effet dans le pétrin", déclare Carroll, "mais ce n'est pas notre monde".

Seth, le neuroscientifique, n'était pas présent à l'atelier, mais je lui ai demandé quelle était sa position dans le débat sur le physicalisme et ses différentes alternatives. Selon lui, le physicalisme offre toujours plus de "prise empirique" que ses concurrents, et il déplore ce qu'il considère comme une crispation excessive sur ses prétendus échecs, y compris la difficulté supposée due à un problème complexe. Critiquer le physicalisme au motif qu'il a "échoué" est une erreur volontaire de représentation", déclare-t-il. "Il se porte très bien, comme l'attestent les progrès de la science de la conscience. Dans un article récemment publié dans le Journal of Consciousness Studies, Seth ajoute : "Affirmer que la conscience est fondamentale et omniprésente n'éclaire en rien la raison pour laquelle l'expérience du bleu est telle qu'elle est, et pas autrement. Cela n'explique pas non plus les fonctions possibles de la conscience, ni pourquoi la conscience est perdue dans des états tels que le sommeil sans rêve, l'anesthésie générale et le coma".

Même ceux qui penchent pour le panpsychisme semblent parfois hésiter à plonger dans le grand bain. Comme le dit Garcia, malgré l'attrait d'un univers imprégné de conscience, "j'aimerais qu'on vienne m'en dissuader".

 

Renormalisation : quand la physique des particules met l'infini sous le tapis

La renormalisation est une astuce qui permet de s'affranchir des infinis gênants dans les calculs. Elle a sauvé la physique des particules, mais quel est son bien-fondé mathématique ?

(Image : Il n'est pas nécessaire d'analyser des molécules d'eau individuelles pour comprendre le comportement des gouttelettes, ou ces gouttelettes pour étudier une vague. Ce passage d'une échelle à une autre est l'essence même de la renormalisation ) 

À la fin des années 1920, plusieurs médecins, comme Werner Heisenberg, Paul Dirac, Pascual Jordan, Wolfgang Pauli… font disparaître les particules ! À la place, ils préfèrent y voir des ondulations dans un champ, une sorte d'océan dans lequel, en chaque point, la valeur d'une grandeur physique est donnée. Ainsi, une vague dans ce champ est un électron, une autre un photon, et leurs interactions semblent expliquer tous les événements électromagnétiques.

Devenu un des piliers conceptuels de la description physique de l'Univers et l'explication incontournable de nombreux phénomènes, cette théorie quantique des champs n'a qu'un seul problème : elle est adossée à une technique que l'on a longtemps supposée provisoire et regardé avec suspicion, la renormalisation. "Hélas", elle est conservée indispensable pour composer avec les infinis rédhibitoires qui apparaissent dans les calculs. D'où un sentiment inconfortable, même chez ceux qui ont l'élaborée, d'utiliser un outil qui s'apparente à un château de cartes bâties sur un artifice mathématique tordu.

"C'est un procédé douteux", a écrit plus tard Richard Feynman. " Devoir utiliser à de tels tours de passe-passe nous a empêché de prouver que la théorie de l'électrodynamique quantique est mathématiquement cohérente. "

Une justification de la renormalisation a pourtant été trouvée, des décennies plus tard, et en provenance d'une branche de la physique apparemment sans rapport. Le regard des médecins sur cette « hérésie » a alors changé la façon de la considérer. En effet, des chercheurs étudiant le magnétisme ont découvert que le processus ne concernait pas du tout les infinis, mais s'apparentait plutôt à une séparation de l'Univers en royaumes de tailles indépendantes, et cette nouvelle vision guide aujourd'hui de nombreux domaines. . . du physique. Quoi qu'il en soit, la renormalisation est, de l'avis de David Tong, théoricien à l'université de Cambridge, " sans doute l'avancée la plus importante de ces cinquante dernières années en physique théorique ".

L'histoire de deux charges

Selon certains critères, les théories des champs sont les plus abouties de toute la science. L'une d'elles, la théorie de l'électrodynamique quantique (QED), qui constitue l'un des piliers du modèle standard de la physique des particules, a permis des prédictions théoriques qui s'accordent aux résultats expérimentaux avec une précision de 1 partie sur 1 milliard.

Mais dans les années 1930 et 1940, l'avenir de la théorie était loin d'être assuré. L'approximation du comportement complexe des champs conduisait souvent à des réponses absurdes mettant en jeu l'infini, au point que des théoriciens ont envisagé que les théories des champs soient une impasse.

Richard Feynman et d'autres, notamment Freeman Dyson, ont donc cherché de nouvelles voies. Certaines pourraient-être remis les particules sur le devant de la scène, mais, à la place, elles ont abouti à un tour de magie. Ils ont découvert que les équations de la QED conduisaient à des prédictions acceptables, à condition d'être corrigées par cette procédure impénétrable qu'est la renormalisation. En première approximation, la recette est la suivante : lorsqu'un calcul de QED conduit à une série divergente, on abrège celle-ci en intégrant la partie qui tend à s'envoler vers l'infini dans un coefficient (un nombre fixe) placé devant la somme. Puis on remplace ce coefficient par une mesure finie issue d'expérimentations, et l'on peut ensuite laisser la série désormais apprivoisée repartir vers l'infini.

"Ce ne sont tout simplement pas des mathématiques raisonnables". Paul Dirac

Certains ont vu dans ce procédé un jeu de dupes, à commencer par Paul Dirac, pionnier de la théorie des champs, qui déplorait : " Ce ne sont tout simplement pas des mathématiques raisonnables. "

Le cœur du problème – et un germe de sa solution éventuelle – se trouve dans la façon dont les médecins ont traité la charge de l'électron. Dans le mécanisme décrit, la charge électrique naît du fameux coefficient qui « avale l'infini » pendant la tambouille mathématique. Pour les théoriciens qui s'interrogent sur la signification physique de la renormalisation, la QED laisse supposer que l'électron a deux charges : une charge théorique, qui est infinie, et la charge mesurée, qui ne l'est pas. Peut-être que le cœur de l'électron contient une charge infinie, mais elle serait masquée dans la pratique par les effets du champ quantique (que l'on peut se représenter ici comme un nuage virtuel de particules positives) : en fin de compte , les expérimentateurs ne mesurent qu'une charge nette modeste.

Deux physiciens, Murray Gell-Mann et Francis Low, ont pris à bras-le-corps cette idée en 1954. Ils ont relié les deux charges de l'électron à une charge « effective » qui varie selon la distance. Plus on se rapproche (et plus on pénètre le " manteau positif " de l'électron), plus la charge est importante. Leurs travaux ont été les premiers à lier la renormalisation à l'idée d'échelle. Ils laissaient entendre que les médecins quantiques avaient trouvé la bonne réponse à la mauvaise question. Plutôt que de se préoccuper des infinis, ils auraient dû s'attacher à relier le minuscule à l'énorme.

La renormalisation est " la version mathématique d'un microscope ", explique Astrid Eichhorn, physicienne à l'université du Danemark du Sud, qui utilise la renormalisation pour rechercher des théories de la gravité quantique. " Et, inversement, on peut commencer par le système microscopique et faire un zoom arrière. C'est l'association du microscope et du télescope. "

Les aimants du pont neuf

Un deuxième indice, après la piste de l'échelle, est venu du monde de la matière condensée, où les physiciens se demandaient comment l'approximation rudimentaire d'un aimant – le modèle d'Ising – parvenir à saisir les moindres détails de certaines transformations. Ce modèle n'est guère plus qu'une grille dans laquelle chaque case est dotée d'une flèche, représentant le moment magnétique d'un atome, qui pointe soit vers le haut soit vers le bas. Et pourtant, il prédit le comportement des aimants réels avec une précision remarquable.

À basse température, la plupart des moments magnétiques des atomes s'alignent (toutes les flèches de la grille pointent dans la même direction) et le matériau est donc magnétique. À l'inverse, à haute température, le désordre domine, et l'aimantation disparaît. Entre ces deux extrêmes, se niche un point de transition critique caractérisé par la coexistence d'îlots d'atomes alignés de toutes tailles. Le point essentiel est que la façon dont certaines quantités varient autour de ce " point critique " semble identique dans le modèle d'Ising, dans les aimants réels de différents matériaux et même dans des systèmes qui n'ont aucun rapport, tels que la transition. . à haute pression, où l'eau liquide devient indiscernable de la vapeur d'eau.

La mise au jour de ce phénomène ubiquitaire, que les théoriciens ont donc appelé « universalité », était aussi bizarre qu'une improbable découverte révélant que les éléphants et les aigrettes se déplaçaient exactement à la même vitesse maximale.

La renormalisation capture la tendance de la nature à se distribuer en mondes essentiellement indépendants.

Les médecins n'ont pas l'habitude de s'occuper d'objets de tailles différentes en même temps. Mais le comportement universel autour des points critiques les a obligés à tenir compte de toutes les échelles de longueur à la fois. Leo Kadanoff, spécialiste de la matière condensée, a trouvé comment y parvenir en 1966 en mettant au point une technique dite " par blocs de spins ". Elle consiste à diviser une grille d'Ising trop complexe pour être abordée de front en blocs plus petits et à déterminer pour chacun d'eux l'orientation moyenne, en l'occurrence celle de la majorité des flèches qu'ils contiennent. Tout le bloc prend alors cette valeur (haut ou bas), et l'on répète le processus. Ce faisant, les détails du réseau sont lissés, comme si un zoom arrière révélait le comportement global du système.

Enfin, Kenneth Wilson, un ancien étudiant de Murray Gell-Mann qui avait un pied dans le monde de la physique des particules et un autre dans celui de la matière condensée, à l'unité des idées de son mentor et de Francis Low à celles de Léo Kadanoff. Son " groupe de renormalisation ", qu'il a décrit pour la première fois en 1971, a justifié les calculs tortueux de la QED et a fourni une échelle permettant de gravir les échelons des systèmes universels. Ce travail a valorisé à Kenneth Wilson le prix Nobel de physique en 1982… et a changé la physique pour toujours.

Selon Paul Fendley, théoricien de la matière condensée à l'université d'Oxford, la meilleure façon de s'imaginer le groupe de renormalisation de Wilson est de le voir comme une " théorie des théories " reposant sur le microscopique au macroscopique. Considérons la grille magnétique. Au niveau microscopique, il est facile d'écrire une équation dépendante de l'orientation des flèches dans deux cas voisins. Mais extrapoler cette formule simple à des milliards de particules est impossible, parce que vous raisonnez à la mauvaise échelle.

Le groupe de renormalisation de Kenneth Wilson décrit la transformation d'une théorie des éléments constitutifs en une théorie des structures. Vous entreprenez par une théorie adaptée à de petites pièces, par exemple les atomes d'une bille de billard, puis vous actionnez la "moulinette mathématique" de Kenneth Wilson afin d'obtenir une théorie, cette fois pertinente pour des groupes de ces pièces, par exemple les molécules de la bille. En réitérant l'opération, vous serez finalement en mesure de calculer quelque chose d'intéressant, comme la trajectoire d'une bille entière.

C'est la magie du groupe de renormalisation : il met en évidence les quantités à grande échelle qu'il est utile de mesurer et les détails microscopiques alambiqués qui peuvent être ignorés. Un surfeur s'intéresse à la hauteur des vagues, et non à la bousculade des molécules d'eau. De même, en physique subatomique, la renormalisation indique aux physiciens quand ils peuvent s'occuper d'un proton plutôt que de l'enchevêtrement des quarks qui le constituent.

Le groupe de renormalisation de Kenneth Wilson a également suggéré que les malheurs de Richard Feynman et de ses contemporains ont fait qu'ils essayaient de comprendre l'électron d'un point de vue infiniment proche. De fait, « nous ne nous attendons pas à ce que [les théories] soient valables jusqu'à des échelles [de distance] arbitrairement petites », concède James Fraser, philosophe de la physique à l'université de Durham, au Royaume-Uni. . . Les médecins comprennent aujourd'hui que couper mathématiquement les sommes et disperser l'infini est la bonne façon de faire un calcul lorsque votre théorie a une taille de grille minimale intégrée. C'est comme si, explique James Fraser, " la coupure absorbait notre ignorance de ce qui se passe aux niveaux inférieurs " pour lesquels on ne dispose d'aucune information, d'aucune grille.

En d'autres termes, la QED et le modèle standard ne peuvent tout simplement rien dire de la charge nue de l'électron à une distance de zéro nanomètre. Il s'agit de ce que les médecins appellent des théories « efficaces », qui fonctionnent mieux sur des distances bien définies. L'un des principaux objectifs de la physique des hautes énergies est de découvrir ce qui se passe exactement quand on réduit ces distances.

Du grand au petit

Aujourd'hui, le "procédé douteux" de Feynman est devenu aussi omniprésent en physique que le calcul, et ses rouages ​​​​révèlent les raisons de certains des plus grands succès de la discipline et de ses défis actuels. Au cours de la renormalisation, les couches submicroscopiques complexes à prendre en compte ont tendance à disparaître : elles existent bel et bien, mais elles n'ont pas d'incidence sur le tableau d'ensemble. « La simplicité est une vertu », résume Paul Fendley.

Les fondements de la renormalisation illustrent la tendance de la nature à se répartir en mondes essentiellement indépendants. Lorsque les ingénieurs conçoivent un gratte-ciel, ils ignorent superbement les molécules individuelles de l'acier. Les chimistes font de même avec les quarks et les gluons quand ils analysent les liaisons moléculaires. La séparation des phénomènes en fonction de leur échelle, quantifiée par le groupe de renormalisation, a permis aux scientifiques de passer du grand au petit au fil des siècles, plutôt que de s'attaquer simultanément à toutes les échelles.

Cependant, l'hostilité de la renormalisation à l'égard des détails microscopiques va à la rencontre des efforts des médecins modernes, dans leur quête de comprendre le toujours plus petit. La séparation des échelles suggère qu'ils devront creuser en profondeur pour vaincre le penchant de la nature à dissimuler ses points les plus fins à des géants curieux comme nous.

« La renormalisation nous aide à simplifier le problème », explique Nathan Seiberg, médecin théoricien à l'Institut d'études avancées, à Princeton, aux États-Unis. Mais " elle cache aussi ce qui se passe à plus courte distance. On ne peut pas avoir le beurre et l'argent du beurre… " 



 

" L’IA ne se heurte pas à un mur. Mais les LLMs si " : Gary Marcus à propos de la dernière recherche d’Apple

Les capacités de raisonnement des modèles actuels peuvent s’effondrer complètement au-delà d’un certain niveau de difficulté. Ces modèles semblent " abandonner " l’effort de raisonnement quand la tâche devient trop dure — même s’ils disposent des ressources nécessaires.

- Un article publié ce week-end par Apple parle d'une quantification des capacités de raisonnement des LLMs qui semblent s’effondrer au-delà d’un certain niveau de complexité des tâches. Plusieurs observateurs parlent d’un coup dur, un mur de complexité auquel se heurte la génération actuelle des grands modèles de langage (LLMs). Qu’en pensez-vous ?

(GM) - Il ne s’agit pas d’un simple coup dur, mais d’une mise au tapis, d’autant que cet article n’est pas un coup isolé. Il fait suite à une autre recherche publiée l’année dernière par plusieurs des mêmes auteurs qui montrait déjà qu’il est impossible de construire des agents fiables sans raisonnement formel et abstrait suffisamment développé.

- Pourriez-vous résumer brièvement l’argument de l’article ?

(GM) - Apple a testé les capacités de " raisonnement " des intelligences artificielles actuelles, telles que ChatGPT, Claude ou DeepSeek. Si tous ces modèles semblent intelligents au premier abord, ils échouent totalement dès que la complexité augmente. La force globale de l’argumentation est indéniable — même s’il y a une faiblesse intéressante dans le nouvel argumentaire, la conclusion est sans appel. 

Aucun des modèles fondés sur des LLMs ne fait preuve d’un raisonnement véritable. Il ne s’agit que de systèmes extrêmement coûteux de reconnaissance de motifs qui s’effondrent dès qu’on les confronte à des situations en dehors de leur zone d’entraînement.

- S’agit-il d’une impasse structurelle des LLMs pour certaines applications ?

(GM) - En effet, toutes les recherches sérieuses montrent désormais que les grands modèles de langage ne raisonnent pas de la même manière que les humains. Ils peuvent " réfléchir davantage " — mais seulement jusqu’à un certain point. 

Au-delà d’un certain seuil, ils abandonnent rapidement, même s’ils disposent encore de ressources de calcul en quantité plus que suffisante.

Même lorsqu’on leur fournit l’algorithme exact à suivre — les règles pour résoudre une tâche complexe —, ces modèles ont tendance à très mal l’exécuter. Cela met en lumière une distinction essentielle : exécuter ne signifie pas comprendre. 

Le problème ne réside pas dans un manque de créativité, mais dans une défaillance logique fondamentale. Les modèles ont tendance à " trop réfléchir " à des problèmes simples et à tester de mauvaises réponses même après avoir trouvé la bonne. Et face à des problèmes plus difficiles, ils réfléchissent moins. Il en résulte un gaspillage de ressources de calcul d’un côté et un abandon prématuré de l’autre.

- Comment cette nouvelle étude — qui prolonge l’analyse critique du paradigme actuel que nous publions déjà en 2023 dans nos pages — s’inscrit-elle, selon vous, dans le débat sur la capacité des LLMs à généraliser à des situations radicalement nouvelles ?

(GM) -  D’une part, cette recherche fait écho et amplifie l’argument sur la distribution d’entraînement que je développe depuis 1998 : les réseaux neuronaux, sous diverses formes, peuvent généraliser à l’intérieur de la distribution de données sur laquelle ils ont été entraînés, mais leurs généralisations ont tendance à s’effondrer en dehors de cette distribution. 

C’était le cœur d’un article que j’avais publié en 1998, dans lequel je critiquais les perceptrons multicouches (multilayer perceptrons) — les ancêtres des modèles de langage actuels — en montrant leurs échecs hors distribution sur des tâches simples de calcul et de prédiction de phrases.

Ce fut également l’axe central de mon premier livre, The Algebraic Mind (2001), qui élargissait cette critique, ainsi que de mon premier article dans Science (1999), où j’ai démontré, à travers une expérience, que des nourrissons de sept mois pouvaient extrapoler d’une manière que les réseaux neuronaux de l’époque étaient incapables de répliquer. C’était aussi la motivation principale de Deep Learning : Critical Appraisal (2018), puis de Deep Learning is Hitting a Wall (2022). J’ai identifié cette limite l’an dernier encore comme la faiblesse la plus importante — et la plus importante à comprendre — des LLMs. 

Cela fait donc un certain temps que je travaille sur ce sujet…

- L’article s’appuie également sur le travail de Subbarao Kambhampati, chercheur en informatique de l’Arizona State University.

(GM) - Oui, et je veux le souligner. Cette recherche ne fait pas simplement écho aux arguments que Rao développe depuis plusieurs années, mais les renforce.

Il s’agit des critiques sur les modèles dits de " raisonnement " et les fameuses "  chaînes de pensée " (CoT) qu’ils produisent qui semblent bien moins solides qu’on ne le prétend.

Pour ceux qui ne sont pas familiers du concept, une " chaîne de pensée " est, grossièrement, ce que le système prétend avoir " raisonné " pour arriver à une réponse, dans les cas où il effectue plusieurs étapes de réflexion. Les " modèles de raisonnement " désignent quant à eux la nouvelle génération de tentatives pour contourner les limites structurelles des LLMs, en les forçant à " raisonner " dans le temps, via une technique appelée inference-time compute (calcul au moment de l’inférence). 

Rao n’a jamais été convaincu par cet argument. 

Il a écrit une série d’articles brillants montrant, entre autres, que les chaînes de pensée générées par les LLMs ne correspondent pas toujours à ce que ces modèles font réellement. Récemment, par exemple, il a observé que nous avons tendance à sur-anthropomorphiser les traces de raisonnement des LLMs, en parlant de " pensée " là où ce terme ne paraît pas adéquat.

Un autre de ses articles récents montre que même lorsque les chaînes de raisonnement semblent correctes, les réponses finales, elles, ne le sont pas forcément.

Rao a d’ailleurs sans doute été le premier à démontrer que l’un de ces " modèles de raisonnement " — en l’occurrence o1 — souffrait du genre de problème que le rapport d’Apple documente aujourd’hui. Je conseille à tout le monde de lire son travail.

- Le papier d’Apple reprend la critique de Rao et la vôtre en se concentrant notamment sur un problème classique assez simple : la tour de Hanoï. De quoi s’agit-il ?

(GM) -  Il s’agit d’un jeu classique composé de trois tiges et de plusieurs disques de tailles différentes. L’objectif est de déplacer tous les disques de la tige de gauche vers celle de droite, en respectant une règle essentielle : il est interdit de placer un disque plus grand sur un disque plus petit.

Si vous ne connaissez pas encore ce jeu, il faut un tout petit moment pour comprendre son fonctionnement.

Avec un peu de pratique, un enfant de sept ans intelligent et patient peut y arriver — et pour un ordinateur, c’est un exercice qui ne présente aucune difficulté. N’importe quel étudiant en première année d’informatique devrait être capable de réaliser un programme qui pourrait systématiquement résoudre le jeu.

Or les modèles les plus récents comme Claude peinent déjà à résoudre le problème avec 7 disques — atteignant moins de 80 % de précision — et sont pratiquement incapables de réussir avec 8 disques.

Apple a constaté que même le très apprécié o3-min (high) ne faisait pas mieux et a observé des résultats similaires sur plusieurs autres tâches.

Il est véritablement embarrassant que les LLMs ne parviennent toujours pas à résoudre de façon fiable un problème aussi trivial que la tour de Hanoï. Et ce, alors qu’il existe de nombreuses bibliothèques de code source disponibles gratuitement sur le web !

- Qu’est-ce que cela dit de l’intelligence des LLMs ?

(GM) -  Si l’on ne peut pas utiliser un système d’IA à plusieurs milliards de dollars pour résoudre un problème que Herbert Simon — l’un des véritables " pères fondateurs " de l’IA — a résolu dès 1957 et que des étudiants de première année en intelligence artificielle résolvent sans problème alors la probabilité que des modèles comme Claude ou o3 atteignent un jour l’intelligence artificielle générale (AGI) paraît — au mieux — très éloignée.

L’un des coauteurs de la recherche, Iman Mirzadeh, a attiré mon attention sur la section 4.4 de l’article

Les chercheurs avaient fourni l’algorithme de solution au modèle qui n’avait plus qu’à suivre les étapes pour résoudre le problème. Or même dans ce contexte, ses performances ne s’étaient pas améliorées. Il a commenté ce paradoxe ainsi : " Notre argument n’est donc pas : ‘Les humains n’ont pas de limites, mais les modèles de raisonnement linguistique (LRMs) en ont, donc ils ne sont pas intelligents’. Mais plutôt : ‘ce que l’on observe de leur raisonnement ne ressemble ni à un processus logique, ni à une forme d’intelligence’ ".

- Vous dites avoir remarqué un point critique dans l’article, lequel ?

(GM) - Il s’agit d’une faiblesse qui a été bien exposée par un compte anonyme sur X — ce qui, en général, n’est pas une source réputée pour ses bons arguments… 

Elle est la suivante : les humains ordinaires présentent eux aussi un certain nombre de limites, qui ressemblent à celles mises en évidence par l’équipe d’Apple pour les LLMs. Beaucoup de personnes — pas toutes — se trompent en essayant de résoudre des versions de la tour de Hanoï avec 8 disques.

Mais justement, nous avons une réponse à cette faille. Nous avons inventé les ordinateurs — et avant les calculatrices — précisément pour résoudre de manière fiable des problèmes complexes, fastidieux ou de plus ou moins grande ampleur, comme la Tour de Hanoi.

L’objectif de l’AGI ne devrait pas être de répliquer parfaitement l’humain, mais — comme je l’ai souvent moi-même dit — de combiner le meilleur des deux mondes : l’adaptabilité humaine avec la force brute et la fiabilité computationnelle.

- Vous pensez qu’avec les LLMs, on risque de combiner le pire des deux mondes ?

(GM) - La vision que j’ai toujours eue de l’AGI est celle d’un système qui allie les forces humaines et celles de la machine, tout en dépassant les faiblesses humaines. Une AGI incapable de faire une addition correcte ne m’intéresse pas. Et je ne voudrais certainement pas confier l’infrastructure mondiale ou l’avenir de l’humanité à un tel système.

Nous ne voulons pas d’une AGI qui oublie de retenir une unité dans une addition élémentaire sous prétexte que les humains font parfois la même erreur — bonne chance dans ce cas pour obtenir un véritable " alignement " ou " sécurité " sans fiabilité !

Au passage, les modèles comme o3 commettent bien plus souvent des erreurs dues à l’hallucination et peinent lourdement à dessiner des schémas fiables. Ils partagent certaines faiblesses humaines, mais ils sont simplement moins bons sur plusieurs aspects. Et si les humains échouent, c’est souvent par manque de mémoire ; les LLMs, eux, disposent de gigaoctets de mémoire, ils n’ont donc aucune excuse.

- L’enthousiasme autour des LLMs vous semble-t-il détourner l’IA de son véritable potentiel scientifique — celui, notamment, d’une alliance entre raisonnement causal et puissance de calcul ?

(GM) - Ce qui est évident c’est que nous n’allons pas " extraire le cône de lumière " de la Terre ou " résoudre la physique " quoi que puissent signifier ces déclarations prétentieuses de Sam Altman avec des systèmes incapables de jouer à la Tour de Hanoï avec 8 disques.

Quand on me demande pourquoi — contrairement à ce qu’on dit — j’aime l’IA, et pourquoi je pense que l’IA — mais pas l’IA générative — pourrait, à terme, bénéficier profondément à l’humanité, je cite toujours le potentiel de progrès scientifiques et technologiques que nous pourrions accomplir si l’on parvenait à combiner les capacités de raisonnement causal de nos meilleurs scientifiques avec la puissance de calcul brut des ordinateurs numériques modernes.

- Quelles seront les conséquences de cette progressive prise de conscience des limites de l’actuelle génération de modèles ?

(GM) - Ce que montre le papier d’Apple, de manière fondamentale — quelle que soit la façon dont on définit l’AGI —, c’est que les LLMs ne sont pas un substitut aux bons algorithmes conventionnels bien spécifiés.

Les LLMs ne savent pas jouer aux échecs aussi bien que les algorithmes classiques, ne peuvent pas replier des protéines aussi efficacement que certains hybrides neurosymboliques spécialisés, ne gèrent pas les bases de données aussi bien que les moteurs conçus pour cela… Dans le meilleur des cas — qui n’est pas toujours atteint —, ils peuvent écrire du code Python, en s’appuyant sur des blocs de code symboliques externes pour compenser leurs propres faiblesses — mais même cela n’est pas fiable.

La principale conséquence pour les entreprises et la société que je vois est la suivante : on ne peut pas simplement " brancher " o3 ou Claude sur un problème complexe et s’attendre à ce que cela fonctionne de manière robuste.

- Ne cherche-t-on pas à se rassurer ?  L’usage des LLMs n’a jamais été aussi grand. Plus de personnes utilisent désormais ChatGPT que Wikipedia…

(GM) - Comme le montre le dernier article d’Apple, les LLMs peuvent très bien réussir sur un jeu de tests simple — comme la Tour de Hanoï à 4 disques —, et vous donner l’illusion d’avoir appris une solution généralisable, alors que ce n’est pas du tout le cas.

Au moins pour la prochaine décennie, les LLMs — avec ou sans " raisonnement " au moment de l’inférence — continueront d’être utiles, notamment pour le code, le brainstorming et la rédaction de textes. Et comme, me le disait récemment Rao : " Le fait que les LLMs/LRMs n’apprennent pas de manière fiable un seul algorithme sous-jacent n’est pas un obstacle absolu à leur utilisation. Je vois les LRMs comme des systèmes qui apprennent à approximer le déroulement d’un algorithme en allongeant progressivement le raisonnement à l’inférence. " Dans certains contextes, cela suffit. Dans d’autres, non.

Mais toute personne qui pense que les LLMs représentent un chemin direct vers une AGI capable de transformer radicalement la société pour le bien commun se berce d’illusions.

- Cela ne signifie pas que les réseaux neuronaux sont morts, ni que le deep learning est arrivé à sa fin.

(GM) -Les LLMs ne sont qu’une forme possible de deep learning, et peut-être que d’autres — en particulier ceux qui collaborent mieux avec des représentations symboliques — s’en sortiront mieux à l’avenir. Le temps le dira.

Mais cette approche actuelle a des limites qui deviennent chaque jour plus évidentes.

L’IA ne se heurte pas à un mur. 

Mais les LLMs, probablement si — ou du moins ils atteignent un point de rendements décroissants. 

Nous avons besoin de nouvelles approches, et de diversifier les voies qui sont explorées activement.

 

Le Top 10 des livres que vous n'avez jamais réussi à finir

Quel est le livre que vous n'avez jamais réussi à terminer ? Nous vous avons posé la question sur les réseaux sociaux, et vous avez été plus de trois mille à nous répondre. Voici le top 10 des livres qui vous sont tombés des mains.

On a rarement vu autant de pavés sur les tables des libraires ! Il n'existe pas forcément de lien entre la difficulté à lire un livre, et son épaisseur. Pour autant, cette rentrée littéraire riche en gros volumes nous a inspiré un sondage, que nous avons lancé sur nos réseaux sociaux le 27 septembre : nous avons voulu savoir quels romans vous n'aviez jamais réussi à terminer. Voici donc le top 10 des livres qui vous sont tombés des mains. Ceux qui détiennent la palme de l'ennui, de la complexité, ou du malaise... ! De l'Ulysse de James Joyce, au Voyage au bout de la nuit, de Céline.

1. "Ulysse", de James Joyce

La palme du livre le plus difficile à terminer revient sans conteste à l'Ulysse, de Joyce. Si ça peut ôter des scrupules à certains, notez que lors de sa parution, en 1922, Virginia Woolf elle-même l'avait jugé "prétentieux" et "vulgaire" !

Je n'y arrive pas. J'ai testé deux traductions différentes. J'ai même essayé en anglais. J'ai tout essayé. Impossible. Pour moi ce texte ne fait aucun sens. Je n'ai jamais dépassé la page 50. Marie-Claude

À la centième page ça lasse. Et il y en a bien plus ! Pourtant j'ai essayé trois fois. La dernière fois j'étais en Turquie : le livre y est resté. Échangé contre un polar dans une auberge. Moins bien écrit, mais lisible ! Delphine

Trop longuement perché pour moi, décourageant quand on pense que ces mille pages ne représentent qu'une journée narrée ! @Antilabe

Très touffu, assez opaque, nécessite, je pense, pour être bien compris, de solides connaissances en art littéraire, ou en tout cas d'avoir un parcours littéraire très développé, pour mettre à nu l'architecture du roman. Alexis

Ils disent tous que c'est immense mais quand tu prends le livre sur les étagères, à partir de la page 10 c'est du papier Canson. @xabicasto

Si vous cherchez à dompter l'Ulysse de James Joyce, vous pouvez commencer par réécouter ces Nouveaux chemins de la connaissance d'octobre 2014. Pour parler du roman, Adèle Van Reeth recevait Jacques Aubert, universitaire et éditeur des œuvres de Joyce (et de Virginia Woolf) dans la Bibliothèque de la Pléiade.

2. "Les Bienveillantes", de Jonathan Littell

Médaille d'argent pour Les Bienveillantes, prix Goncourt 2006, qui, à en croire vos témoignages, a donné la nausée à un certain nombre d'entre vous ! Notamment à cause d'une identification au narrateur (un ancien SS), vécue difficilement...

Une plume sublissime. Mais je finis par m'identifier au "je".... et je vomis. Impossible de prendre du recul tant l'écriture est puissante. Géraldine

J'ai étalé ma lecture sur neuf mois... malgré tout, impossible d'arriver au bout. Trop long, trop lourd, trop sordide, trop d'abréviations qui renvoient le lecteur tous les quatre paragraphes au glossaire de fin d'ouvrage (tout est en allemand) !! Je n'ai pas réussi, ni voulu me familiariser avec ce tout. Jeanne

Ce livre m'a plongée dans une angoisse monstre. Jusqu'à me poursuivre la nuit, sous forme de cauchemars... je l'ai arrêté à contre-cœur car je le trouvais aussi fascinant que perturbant. Anaïs

Le décalage, certes voulu, entre l’horreur des faits évoqués et la froideur du récit m’était insupportable. Par ailleurs, le profil du narrateur me semblait peu crédible et sans intérêt : sur neuf-cents pages, c’est long. Stéphane

Je n'ai pas trouvé la grille de lecture, pas compris le sens. Absence d'émotions, même négatives. Un catalogue d'horreurs aseptisées. Si quelqu’un peut m'aider à comprendre ce qui lui a valu le Prix Goncourt, je suis preneur. Geoffrey

En décembre 2006, année de publication des Bienveillantes, l'émission Répliques se posait la question de savoir si le succès de ce roman historique sur le génocide des Juifs pendant la Seconde Guerre mondiale, était ou non choquant. Au micro, la journaliste Nathalie Crom, qui qualifiait ce roman de "stupéfiant", mais aussi l'un des détracteurs de l'ouvrage, le philosophe Michel Terestchenko, qui le considérait comme "un mélange de lieux communs, de platitudes et de clichés" :

3. "À la Recherche du temps perdu", de Marcel Proust

Le bronze revient sans surprise à Marcel Proust, mondialement connu pour ses phrases interminables, et à son oeuvre cathédrale, À la recherche du temps perdu. Rappelons qu'en 1913, Gallimard avait dans un premier temps refusé de publier Du côté de chez Swann.

C'est illisible. Des paragraphes qui font cinq pages, des phrases qui n'en finissent jamais... Un éditeur moderne ne l'aurait jamais publié ! Pierre

Longtemps je me suis couchée de bonne heure... pour lire, mais celui-là m'a complètement endormie. @Tlih_Eilerua

Quand j'avais 15-16 ans, il a même traversé la fenêtre et a atterri dans la rue. Je trouvais ce livre insupportable. Olivier

C'est tellement riche et beau qu'après avoir lu une page, il faut la savourer et la méditer avant de passer à la suivante. Et après une dizaine de pages, je ressens comme un trop plein, une sorte d'écœurement. Rémi

Ah, "La Recherche"... Arrêtée au Temps retrouvé ! @TataMarceline

Les lecteurs du XXe siècles ont-ils eu du mal, eux aussi, à entrer dans La Recherche du temps perdu ? Pour le savoir, réécoutez ce Lieux de mémoire diffusé sur notre antenne en 1997. Antoine Compagnon et Jean-Yves Tadié y racontaient leur première lecture de La Recherche, et expliquaient comment donner envie de lire cette oeuvre... voilà qui tombe plutôt bien !

4. "Le Seigneur des anneaux", de J. R. R. Tolkien

La trilogie de Tolkien, parue entre 1954 et 1955, a recueilli également de très nombreux suffrages ! Beaucoup d'entre vous n'ont notamment pas su dépasser le très long préambule consacré aux mœurs des Hobbits et à leur vie dans La Comté.

Après avoir eu l'impression de passer une vie à errer dans la forêt, j'ai lâché l'affaire. @manel_bertrand

Le style, les longueurs, l'ennui... ! J'ai essayé de zapper les passages du début, comme on me l'avait conseillé. Mais rien à faire, je ne suis jamais arrivé à entrer dedans. Pourtant j'ai lu "Le Hobbit" facilement, ainsi que d'autres œuvres de fantasy. Sandrine

Au milieu du troisième tome, j'avais perdu tout intérêt de savoir si le bien allait triompher du mal. @emilycsergent

Tolkien, on aime, ou pas. Mais il faut reconnaître que l'écrivain était prodigieusement inventif, capable de créer un univers entier, doté de sa géographie particulière, et de ses langues singulières. En 1985, France Culture s'intéressait à ses inspirations, depuis le poème anglo-saxon de Béowulf, jusqu'aux légendes celtiques, en passant par les anciens livres gallois :

5. "Belle du Seigneur", d'Albert Cohen

Vous n'y êtes pas allés avec le dos de la cuillère pour dire votre incapacité à venir à bout du roman-fleuve de l'écrivain suisse francophone, publié en 1968 ! Joseph Kessel l'avait pourtant qualifié de "chef-d'œuvre absolu"...

J'avais l'impression de voir l'auteur se donner des tapes dans le dos et s'auto-contempler en train d'écrire. J'ai rarement lu quelque chose d'aussi satisfait et suffisant. Pas un personnage pour rattraper l'autre, on a envie de leur mettre des baffes à la Bud Spencer, à tour de rôle. Aucun humour en fait, pas de place pour l'autodérision, Cohen se prenant bien trop au sérieux. Samia

J'avais très envie d'aimer ce livre. Mais la scène où son sentiment pour le jeune homme bascule était tellement rapide et illogique, que ça m'a tout fichu en l'air. Je trouvais tout le monde tarte, j'ai arrêté au bout de deux-cents pages et je n'ai pas regretté. Solène

Impossible, malgré trois essais et à des années d’intervalle. Rien à faire. Ecriture trop poussive, métaphorique à l’excès, détails à foison... Impossible pour moi, grande lectrice et professeur de littérature, d’apprécier ce roman pourtant salué de tous. Françoise

En 2006, dans Carnet nomade, des artistes, des chercheurs et des zélateurs d'Albert Cohen venaient raconter leur lecture personnelle de Belle du seigneur. Nombre d'entre eux trouvaient à ce livre "humour, ferveur, et intelligence". Sauront-ils vous convaincre ?

6. "L'Homme sans qualités", de Robert Musil

Paru en 1932, le roman inachevé de l'écrivain autrichien Robert Musil a également fait consensus. Mille huit cents pages... on ne vous trouve pas très endurants !

Les premiers chapitres m'ont ravi : ce style et cet univers m'ont très vite pris. Pourquoi alors, au fur et à mesure, cette sensation d'enlisement, de stériles redites, d'absurdité, de vanité ? Et malgré tout l'impression saisissante de passer à côté de quelque chose d'énorme, pour lequel je ne serais pas outillé... Patrick

Des passages lents et interminables, et quelques éclats de génie qui m'ont fait m'accrocher jusqu'à la moitié (du premier tome), c'est déjà une performance. Méli

J'ai essayé maintes et maintes fois, il me tombe des mains et finit toujours sous mon lit ! Martine

Les premières pages sont prodigieuses, puis la magie disparaît. Musil ne l'a pas fini non plus ! @BrouLou

Et vous, êtes-vous parvenu(e) au bout de la grande oeuvre de Musil, qui met en scène des personnages ambivalents et en quête d'équilibre dans un monde en pleine mutation ? Peut-être que l'écoute de ce Une vie, une oeuvre, diffusé en 1989, vous décidera à en tenter ou en retenter la lecture !

7. "Le Rouge et le Noir", de Stendhal

Pour l'écrivain britannique William Somerset Maugham, il fait partie des dix plus grands romans jamais écrits. Pourtant, le grand classique de Stendhal, publié en 1830, vous tombe des mains ! Peut-être est-il trop étudié en classe ?

J'ai craqué au bout de quelques chapitres. Une à deux pages pour décrire une tapisserie de salon ou d'antichambre... juste imbuvable ! Nathalie

J'avais en permanence envie de secouer les protagonistes, insupportables de mollesse, à contempler leurs sentiments et émotions sous toutes les coutures (je reste polie). Je les hais. J'ai fini par jeter l'éponge, ce qui ne m'arrive jamais. Marie

Obligée de le lire à l'école deux années de suite, car la même prof de français. Je crois bien ne pas être allée jusqu'au bout, et ça m'a dégoûtée de la littérature classique ! Christine

Le professeur de littérature française Yves Ansel saura-t-il réconcilier les lecteurs avec Stendhal ? Il était venu en 2014, parler de ce fameux roman dans Les Nouveaux chemins de la connaissance :

8. "Madame Bovary", de Gustave Flaubert

Il ne pouvait pas ne pas faire partie de ce top 10 ! Il faut dire que Flaubert a tendu le bâton pour se faire battre : en écrivant ce roman publié en 1856, son but assumé était bel et bien de "faire un livre sur rien".

Alors que j'aime beaucoup Flaubert - j'ai adoré "Salammbô" ! -, je n'ai jamais réussi à finir "Madame Bovary". Je suppose que Flaubert est tellement doué pour décrire l'ennui d'Emma que cet ennui m'a gagné aussi. C'est un personnage qui m'ennuie, et m'agace... Certainement pour des raisons personnelles ! Caroline

Tous les personnages sont médiocres, lâches, stupides, on ne peut pas s'identifier à eux. Il faudrait que je m'y essaye à nouveau ! @AudeJavel1

Je n ai jamais pu aller plus loin que le mariage. Ça m'ennuyait trop. Un livre qui ne tient que par son style, ça ne m'intéresse pas. Il faut qu'il se passe des choses. Je suis peut être trop parisienne ? Caroline

En août 2017, nous consacrions un article à la manière dont Flaubert avait révolutionné l'écriture romanesque avec Madame Bovary. Car dès sa publication, en 1856, le roman choqua d'abord par son style, avant même d'être mis en procès pour son caractère "licencieux" l'année suivante. De quoi peut-être rassurer le lectorat récalcitrant !

9. "Cent ans de solitude", de Gabriel Garcia Marquez

Trop de personnages, et une traduction jugée "laborieuse" pour certains. La grande oeuvre de Gabriel Garcia Marquez (Nobel de littérature en 1982), parue en 1967, a dérouté un bon nombre d'entre vous ! Après tout, peut-être que l'on peut se contenter de la première phrase du roman, connue comme l'un des incipits les plus célèbres de la littérature : "Bien des années plus tard, face au peloton d'exécution, le colonel Aureliano Buendía devait se rappeler ce lointain après-midi au cours duquel son père l'emmena faire connaissance avec la glace."

Une oeuvre géniale dans laquelle je me suis plongé à corps perdu. Et puis, je ne sais plus quand, j'ai arrêté de le lire pendant une deux semaines. Et quand j'ai voulu m'y remettre, je ne savais plus qui était qui dans cette histoire (fichus Buendia avec leurs prénoms mélangés !), et j'ai abandonné. Lucas

J'ai eu l'impression de rentrer dans un monde distorsion avec des malheurs sans fin, je n'en pouvais plus. Anne-Sophie

Je ne sais pas pourquoi les éditeurs n'insèrent pas un arbre généalogique ! C'est bien ça qui manque pour le terminer... Dee Dee

En 1970, sur France Culture, l'émission Les Voix étrangères s'intéressait à Cent ans de solitude : "Il arrive parfois qu'un livre refuse sa condition de livre. La condition d'un volume que chacun ouvre ou pose à son gré, pour faire irruption dans la vie quotidienne du lecteur, s'installer d'un air résolu dans les rêves, mais aussi dans la conversation familiale du soir", commentait la critique littéraire Ugne Karvelis.

10. "Voyage au bout de la nuit", de Louis-Ferdinand Céline

"Voyage au bout de l'ennui", le jeu de mots est facile, mais vous êtes nombreux à l'avoir osé ! En avril 1932, Céline promettait pourtant à Gaston Gallimard que son roman était "du pain pour un siècle entier de littérature" !

J'avais et j'ai toujours l'impression que le vieux Céline sortait comme un diable de sa boîte à chaque ponctuation, ricanant, insultant et grinçant. Cette vision récurrente m'effraie encore, rien que d'y penser. C'est le seul livre que j'ai jeté au travers d'une pièce, de peur et de rage. Le seul roman qui me renvoie à un perpétuel effondrement. Hélène

Bien que je trouve l'écriture de Céline fascinante et d'une intelligence rare, le dernier tiers me laisse toujours moralement le cœur au bord des lèvres. J'avance toujours un peu plus mais ne le termine jamais. Stéfanie

J'ai essayé deux fois : style apprécié, mais c'est le contexte, je n'arrive jamais à garder mon attention quand l'objet parle des guerres du XXe siècle. Je ne saurais même pas dire si c'est par ennui ou par dégoût de cette période. Oda

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Apprendre à vieillir (avec les romanciers)

Et si l'allongement de la durée de nos vies transformait la littérature ? C'est l'hypothèse d'Alexandre Lacroix, qui montre, à la lumière des œuvres de Richard Ford, Ian McEwan et Philip Roth,  qu'un champ de description inédit s'ouvre depuis quelques années : l'expérience de la vieillesse et la proximité de la mort.

La parution ces jours-ci du  Paradis des fous , le dernier roman de l'écrivain américain Richard Ford (né en 1944), est l'occasion de faire le point sur une sorte de continent noir, et nouveau, en train d'émerger dans le panorama de la littérature contemporaine. En effet, l'art du roman est depuis toujours lié à l'expérience – qu'un auteur à de sa propre psychologie, des relations avec les autres ou encore des circonstances sociopolitiques dans lesquelles il évolue. Or un phénomène s'est déroulé au cours du XXe siècle, qui tend à produire ses effets littéraires depuis une quinzaine d'années seulement – ​​je veux parler de l'allongement de l'espérance de vie. Nous avons aujourd'hui un certain nombre de romanciers de premier plan qui sont entrés dans le troisième âge, tout en restant parfaitement maîtres de leur art et de leurs moyens d'évocation, de leur capacité à construire des narrations ambitieuses. Ils sont donc en mesure de nous décrire, de l'intérieur, le vieillissement et la préparation à la mort. Qu'est-ce que ces grands auteurs ont à nous révéler sur ce qui se passe en nous, lorsqu'on passe au-delà de la ligne d'ombre qui sépare la maturité du terme de l'existence ?

Ne plus surjouer la forme

À un moment donné, une sorte de voile d'illusion tombe – celui de l'éternelle jeunesse, de l'invulnérabilité que notre société a tant l'habitude de mettre en scène. On ne peut plus feindre d'avoir un corps en pleine forme, il devient nécessaire de composer avec des douleurs et des maladies chroniques. De manière cruelle,  Le Paradis des fous  (à vrai dire l'un des romans les plus glauques qu'il m'ait été donné de lire, mais on hésite à formuler cette critique, Richard Ford est susceptible, le bonhomme ayant envoyé à une romancière qui l'avait démoli un livre criblé de balles), s'ouvre sur une réunion d'anciens combattants. Le narrateur, personnage qui est le double de l'auteur et qui revient dans ses romans depuis  Un week-end dans le Michigan , paru en 1986, Frank Bascombe, retrouve ses camarades de la promotion 1963 de l'Académie militaire de Gulf Pines. Tous sont désormais des "  connards racornis  ", au fil des années Frank les a vus devenir "  taiseux, renfermés, lourdsauds, un poil agressifs et souvent déglingués  ". Mais il ya ce soir-là, en particulier, Pug Minokur, qui était la vedette de l'équipe de basket de ces apprentis  marines. Frank s'empresse d'aller lui serrer la main. Pug Minokur a un regard vitreux et émerveillé. Il est doux, docile. Il marmonne entre ses dents pourries : "  Il faut que tu comprennes. Je suis vraiment heureux  ", puis il part dans des divagations sur sa mère et sur une petite pendule qui ne marche plus. Hélas ! Carlin est gaga.

Quelques pages plus loin, Frank, 74 ans, fait son bilan de santé dans un paragraphe acerbe : "  J'avais été victime d'un mini-AVC, mais rien d'inquiétant en fin de compte (j'ai pris des statines) . Le trou microscopique détecté dans mon cœur au centre médical de Haddam n'a pas été jugé assez grave pour qu'on me donne des anticoagulants (tant mieux pour l'érection  […]  J'avais parfois des palpitations, les pieds

). qui me brûlaient. Mes ongles poussaient comme ceux d'un cadavre.  Telles étaient les inexorables réalités de ma vie, qui réduisaient les fantasmes " bulletin de santé impeccable " et " je fais jeune pour mon âge " à une vaste couillonnade. à un univers mental plombé, c'est une toute autre tonalité qu'on trouve dans les pages finales du  Leçons magistrales  (2022) de Ian McEwan (né en 1948), assurément l'un des meilleurs livres de la littérature anglaise depuis longtemps.  Leçons  est ce que les Britanniques appellent un "  Whole Life Novel  ", dans une tradition qui remonte à Thackeray ou à Thomas Hardy, c'est-à-dire un roman qui raconte la vie entière de son personnage principal. En costume Roland Baines de ses 11 ans jusqu'au-delà de 70 ans. On assiste à ses amours, ses séparations, ses échecs et ses joies. Ian McEwan a expliqué dans ses interviews que jamais aucun de ses héros n'a été aussi proche de lui, de sa propre trajectoire, même si  Leçons  ne se présente pas comme des mémoires. À la toute fin du livre (ceux qui comptent le lire peuvent sauter ce paragraphe), Roland Baines retrouve son épouse qui l'a purement et simplement abandonnée plusieurs décennies auparavant. Alissa souffre d'un cancer et a été amputée d'une jambe. Ils discutent un peu, se mettent à boire énormément, et puis ils décident de parler de leur santé. "  Toi d'abord  ", lui demande-t-elle. Il n'omet rien : "  Glaucome à angle ouvert, cataractes, lésions causées par le soleil, hypertension, douleurs thoraciques dues à une côte cassée, risques de diabète de type 2 compte tenu de son tour de taille, arthrose dans les deux genoux, hyperplasie de la prostate – bénigne, maligne, aucune idée.  " Il n'a rien de grave, n'est pas spécialement hypocondriaque, mais il se rapporte désormais à son corps comme à une vieille voiture cabossée.

Nathan Zuckerman est à l'Américain Philip Roth (1933-2018) ce que représente Frank Bascombe pour Richard Ford, une sorte de jumeau littéraire, qui lui a permis de parler de lui-même sans se situer sur le terrain de l'autofiction ni de l'autobiographie, par le truchement de la fiction. Le cycle des romans de Nathan Zuckerman a débuté avec  L'Écrivain des ombres  en 1979, avant de s'achever avec  Exit le fantôme , publié en 2007. Dans ce dernier épisode de ses aventures, pudique, d'une grande maîtrise, Nathan Zuckerman un 71 ans. L'incipit du roman est mordant, dynamique, mais aussi direct, sans fausse promesse : "  Je n'étais pas retourné à New York depuis onze ans. À part un bref séjour à Boston afin d'y subir l'ablation de la prostate pour cause de cancer, j'étais, au cours de ces onze années, à peine sorti de mon coin perdu dans les hauteurs des Berkshires… "  Plus loin, Nathan Zuckerman évoque son incontinence, ses efforts pour se garder "  propre et exempt de toute odeur  ", les différents types de "  caleçons spéciaux  " correspondant à il a recours, et ses "  petits accidents  "…

Je me rends compte que les lignes qui précèdent sont peut-être un peu éprouvantes à lire, cependant ces romanciers font leur métier : au lieu de nous présenter une version édulcorée de la réalité, d'ajouter au jeunisme et à la pensée positive ambiante, ils affrontent le négatif, ils nomment les choses. Si Richard Ford semble au fond du trou à en juger par sa prose, ce n'est pas du tout le cas de Ian McEwan ni de Philip Roth, dont les personnages continuent à porter un amour certain à la vie.

" Pensez à l'an 4000 "

Parce que, si on en vient au positif de ces histoires, ces héros aux corps affaiblis ont un immense avantage : ils ont tombé le masque, ils n'essaient plus de paraître meilleurs qu'ils ne sont , ils n'ont aucune promesse d'avenir radieux à offrir à ceux qu'ils aiment, raison pour laquelle ils sont prêts à vivre des relations humaines authentiques, délestées du souci d'arrondir les angles. Dans  Le Paradis des fous  (le titre en anglais est  Be mine , " Sois mien ", mais cela pourrait annoncer une histoire d'amour), Frank Bascombe fait un dernier voyage avec son fils de 47 ans, condamné à mourir rapidement parce qu' il est frappé par une maladie de Charcot particulièrement agressive. Bizarrement, ils veulent se rendre au mont Rushmore, où les visages des présidents américains sont sculptés dans le roc. Ils dorment dans des motels, circulent à travers des villes enneigées, il ya des congères, il fait -20 °C dehors. À un moment donné, qui donne le ton, Paul Bascombe, le fils du narrateur donc, lâche à son père : "  T'es bizarre, comme connard. " C'est une déclaration d'amour, mais sans concession. Cela résume toute la tendresse qui passe entre ces deux hommes, tandis que Frank méprise plus ou moins son fils, qu'il considère comme un raté. Paul perd ses cheveux, est trop gros, n'a jamais rien fait de sa vie et justifie ses échecs par le traumatisme du divorce de ses parents. Mais Frank refuse de se laisser culpabiliser, et le mot de "  connard  " glisse sur lui. , sur ses vieux jours, aux deux femmes qui l'ont le plus fait souffrir, Alissa, au cœur de leur journée de rétrouvailles, mais aussi une professeure qui l'a abusée sexuellement et laissée avec des déséquilibres affectifs irréparables Quant à Nathan Zuckerman. , il réunit quelques amis le jour de son anniversaire, pour ses 70 ans. Et il leur annonce : "  Mon discours sera bref. Pensez à l'un 4000 . " Les autres se regardent, s'attendent à une bonne blague. Alors il précise le trait : "  Non, non. Pensez sérieusement à l’année 4000. Imaginez-la. Dans toutes ses dimensions, dans tous ses aspects. Prenez votre temps.  […]  Eh bien, voilà l'effet que ça fait d'avoir soixante-dix ans . "

La permanence du désir

Le seul problème qui vient hanter ces personnages, c'est qu'ils ont encore des désirs intacts, des désirs d'hommes jeunes, mais qu'ils ne peuvent plus les assouvir. Ils sont sensibles aux silhouettes, au charme des femmes qu'elles croisent dans la rue. Pathétique à souhait, Frank Bascombe s'amourache d'une certaine Betty Duong Tran, une Vietnamienne qui travaille dans un salon de massage – lieu où il se rend pour la première fois de sa vie. . Elle incarne, dit-il, le fantasme de "  la lycéenne qu'on aurait dû aimer et que, pour mille raisons, on n'a pas aimée, mais qu'on rêve pourtant de pouvoir aimer encore à présent  " Nathan Zuckerman est . sensible à la "  présence sensuelle très forte " qui émane de Jamie, une jeune femme qu'il fréquente à New York – mais il trouve un vade-mecum, une astuce, il va vivre son flirt avec elle sur le plan de l'écriture, de la fiction, il va l 'imaginer. Écrivain, Zuckerman a un sérieux avantage sur Bascombe, dans ce crépuscule de la chair : il a un moyen de sublimation, la littérature Quant à Roland, il joue de malchance : à 62 ans, il décide d'épouser une vieille. amie qui a aussi été longtemps sa maîtresse, et ils se marient effectivement, mais on diagnostique aussitôt à cette dernière un cancer, et ils organisent les mois suivants en trois phases un : ils voyagent pour revoir certains lieux qui ont compté pour elle. Phase deux : elle met de l'ordre dans ses affaires et ses archives. Phase trois : elle se concentre sur sa maladie, et après cette période d'amour très intense, tant sur. le plan physique que de l'affection, Roland se retrouve veuf. Bascombe a bien essayé de renouer avec la mère de Paul, qui fut tout compte fait la femme de sa vie, mais elle était déjà très atteinte par la maladie de Parkinson, et leurs ébats se reprennent à des tentatives tragi-comiques, décrites avec une forme de délicatesse étonnante étant donnée la brutalité psychique de ce narrateur : "  Nous sommes allés jusqu'à tenter l'amour tardif dans un Best Western de Davenport, sur un canapé Davenport, avec la sensation d'être des savants en gants de laboratoire en train de déplacer des éprouvettes radioactives à l'intérieur des caissons de verre hermétiquement scellés . " Plus tard, les deux sont capables d'en rire, avec autodérision.

Se réconcilier avec l'aléatoire

Ce qui est certain, c'est que ces personnages ont encore un pied dans la vie, mais de façon fantasmatique – parce que dans la En réalité, ils doivent entreprendre une forme de réconciliation avec la mort des autres, mais aussi la leur Frank s'émeut pour son fils, mais pense très peu à sa propre finitude, ou plutôt il une manière singulière de l'évoquer. – il place désormais son existence sous le signe de l'aléatoire. Le pire va lui tomber dessus, et d'ici là, il ne change rien à son organisation de vie "  Personnellement, un sentiment modéré d'aléatoire ne m'a. jamais gêné et j'ai cherché, autant que faire se peut, à nourrir l'aléatoire. En vivant comme je le fais avec mon fils, dont l'existence est désormais hermétiquement conditionnée à la vie (et à la mort) selon la maladie de Charcot mais qui est souvent dans l'incapacité de savoir comment agir dans l'avenir immédiat, je suis souvent dans l'incapacité de savoir tout bonnement comment être, sentiment que je considère comme l'essence même de l'aléatoire, pas nécessairement négatif à dose raisonnable . "

Nathan Zuckerman s'en tire parce qu'il a le sens de l'humour, de l'autodérision. Mais celui qui se livre à la méditation la plus étonnante sur la mort, c'est sans aucun doute Roland Baines. Au soir de sa vie, alors qu'il attend chaque jour l'heure de l'apéritif et de son premier verre d'alcool avec impatience, et qu'il est souvent plongé dans un état de catatonie, il imagine (en discutant avec sa petite fille Stefanie) qu'il existe un livre, dont chaque page est une année, et qui couvre tout le XXIe siècle. Son regret à lui, c'est qu'il n'en découvrira que le quart. En fait, il n'éprouve pas un sentiment de révolte égoïste ou autocentré contre la mort, il consent à son anéantissement personnel. Mais il aimerait connaître la suite de l'Histoire de l'humanité et de ses proches, et se désole de la manquer. C'est sa curiosité qui va demeurer inassouvie. "  La mort, selon Roland, avait le défaut majeur d'être en dehors de l'Histoire. Ayant suivi cette dernière jusque-là il avait besoin de savoir comment les choses allaient tourner.  […]  Un déclenchement catastrophique de la planète serait- il éviter ? La vague mondiale de nationalisme raciste ferait-elle place à quelque chose de  plus généreux, de plus constructif ?  ?  […  Aux yeux de Roland, le simple fait d'être encore entier le dernier jour du vingt et unième siècle, à la fin du livre, serait un triomphe  " Roland trouve de la consolation, parce que sa petite-fille lui promet. qu'elle lui lira, elle, la fin du livre, sans bien se rendre compte de ce qu'elle dit là.

Au final, ces trois ténors de la littérature contemporaine – Philip Roth, Ian McEwan et Richard Ford – ne donnent pas une image réconfortante du vieillissement. Il n'y a pas d'épiphanie, pas d'apparition de la lumière, pas d'accès au souverain bien, pas de progression vers le nirvana. Mais plutôt une forme de pénombre qui s'installe. Dans ce pénombre, paradoxalement, ce qu'on est, ce que sont les autres, les contours du monde apparaissant plus clairement que durant la vie active, qui fut obnubilée par ses luttes, par les places qu'on occupait et les objectifs à atteindre. . Et après tout, cette clairvoyance des confins correspond à une certaine conception – non apaisée – de la sagesse.

La "tectonique" des chromosomes révèle les secrets de l'évolution des premiers animaux

De grands blocs de gènes conservés au cours de centaines de millions d'années d'évolution permettent de comprendre comment les premiers chromosomes animaux sont apparus.

De nouvelles recherches ont montré que des blocs de gènes liés peuvent conserver leur intégrité et être suivis au cours de l'évolution. Cette découverte est à la base de ce que l'on appelle la tectonique des génomes (photo).

Les chromosomes, ces faisceaux d'ADN qui se mettent en scène dans le ballet mitotique de la division cellulaire, jouent un rôle de premier plan dans la vie complexe. Mais la question de savoir comment les chromosomes sont apparus et ont évolué a longtemps été d'une difficulté décourageante. C'est dû en partie au manque d'informations génomiques au niveau des chromosomes et en partie au fait que l'on soupçonne que des siècles de changements évolutifs ont fait disparaître tout indice sur cette histoire ancienne.

Dans un article paru dans Science Advances, une équipe internationale de chercheurs dirigée par Daniel Rokhsar, professeur de sciences biologiques à l'université de Californie à Berkeley, a suivi les changements survenus dans les chromosomes il y a 800 millions d'années.  Ils ont identifié 29 grands blocs de gènes qui sont restés identifiables lors de leur passage dans trois des plus anciennes subdivisions de la vie animale multicellulaire. En utilisant ces blocs comme marqueurs, les scientifiques ont pu déterminer comment les chromosomes se sont fusionnés et recombinés au fur et à mesure que ces premiers groupes d'animaux devenaient distincts.

Les chercheurs appellent cette approche "tectonique du génome". De la même manière que les géologues utilisent leur compréhension de la tectonique des plaques pour comprendre l'apparition et le mouvement des continents, ces biologistes reconstituent comment diverses duplications, fusions et translocations génomiques ont créé les chromosomes que nous voyons aujourd'hui.

Ces travaux annoncent une nouvelle ère de la génomique comparative : Auparavant, les chercheurs étudiaient des collections de gènes de différentes lignées et décrivaient les changements une paire de bases à la fois. Aujourd'hui, grâce à la multiplication des assemblages de chromosomes, les chercheurs peuvent retracer l'évolution de chromosomes entiers jusqu'à leur origine. Ils peuvent ensuite utiliser ces informations pour faire des prédictions statistiques et tester rigoureusement des hypothèses sur la façon dont les groupes d'organismes sont liés.

Il y a deux ans, à l'aide de méthodes novatrices similaires, M. Rokhsar et ses collègues ont résolu un mystère de longue date concernant la chronologie des duplications du génome qui ont accompagné l'apparition des vertébrés à mâchoires. Mais l'importance de cette approche n'est pas purement rétrospective. En faisant ces découvertes, les chercheurs apprennent les règles algébriques simples qui régissent ce qui se passe lorsque les chromosomes échangent des parties d'eux-mêmes. Ces informations peuvent orienter les futures études génomiques et aider les biologistes à prédire ce qu'ils trouveront dans les génomes des espèces qui n'ont pas encore été séquencées.

"Nous commençons à avoir une vision plus large de l'évolution des chromosomes dans l'arbre de la vie", a déclaré Paulyn Cartwright, professeur d'écologie et de biologie évolutive à l'université du Kansas. Selon elle, les scientifiques peuvent désormais tirer des conclusions sur le contenu des chromosomes des tout premiers animaux. Ils peuvent également examiner comment les différents contenus des chromosomes ont changé ou sont restés les mêmes - et pourquoi - à mesure que les animaux se sont diversifiés. "Nous ne pouvions vraiment pas faire cela avant de disposer de ces génomes de haute qualité". 

Ce que partagent les anciens génomes

Dans l'étude publiée aujourd'hui, Rokhsar et une grande équipe internationale de collaborateurs ont produit le premier assemblage de haute qualité, au niveau des chromosomes, du génome de l'hydre, qu'ils décrivent comme un modèle de "vénérable cnidaire". En le comparant à d'autres génomes animaux disponibles, ils ont découvert des groupes de gènes liés hautement conservés. Bien que l'ordre des gènes au sein d'un bloc soit souvent modifié, les blocs eux-mêmes sont restés stables sur de longues périodes d'évolution.

Lorsque les scientifiques ont commencé à séquencer les génomes animaux il y a une vingtaine d'années, beaucoup d'entre eux n'étaient pas convaincus que des groupes de gènes liés entre eux sur les chromosomes pouvaient rester stables et reconnaissables au cours des éons, et encore moins qu'il serait possible de suivre le passage de ces blocs de gènes à travers pratiquement toutes les lignées animales.

Les animaux ont divergé de leurs parents unicellulaires il y a 600 ou 700 millions d'années, et "être capable de reconnaître les morceaux de chromosomes qui sont encore conservés après cette période de temps est étonnant", a déclaré Jordi Paps, un biologiste de l'évolution à l'Université de Bristol au Royaume-Uni.

"Avant de disposer de ces données sur les chromosomes entiers, nous examinions de petits fragments de chromosomes et nous observions de nombreux réarrangements", a déclaré M. Cartwright. "Nous supposions donc qu'il n'y avait pas de conservation, car les gènes eux-mêmes dans une région du chromosome changent de position assez fréquemment."

Pourtant, bien que l'ordre des gènes soit fréquemment remanié le long des chromosomes, Rokhsar a eu l'intuition, grâce à ses études antérieures sur les génomes animaux, qu'il y avait une relative stabilité dans les gènes apparaissant ensemble. "Si vous comparez une anémone de mer ou une éponge à un être humain, le fait que les gènes se trouvent sur le même morceau d'ADN semble être conservé", explique Rokhsar. "Et le modèle suggérait que des chromosomes entiers étaient également conservés". Mais cette notion n'a pu être testée que récemment, lorsque suffisamment d'informations génomiques à l'échelle du chromosome sur divers groupes d'animaux sont devenues disponibles.

Inertie génomique

Mais pourquoi des blocs de gènes restent-ils liés entre eux ? Selon Harris Lewin, professeur d'évolution et d'écologie à l'université de Californie à Davis, qui étudie l'évolution des génomes de mammifères, une des explications de ce phénomène, appelé synténie, est liée à la fonction des gènes. Il peut être plus efficace pour les gènes qui fonctionnent ensemble d'être physiquement situés ensemble ; ainsi, lorsqu'une cellule a besoin de transcrire des gènes, elle n'a pas à coordonner la transcription à partir de plusieurs endroits sur différents chromosomes. 

Ceci explique probablement la conservation de certains ensembles de gènes dont l'agencement est crucial : les gènes Hox qui établissent les plans corporels des animaux, par exemple, doivent être placés dans un ordre spécifique pour établir correctement le schéma corporel. Mais ces gènes étroitement liés se trouvent dans un morceau d'ADN relativement court. M. Rokhsar dit qu'il ne connaît aucune corrélation fonctionnelle s'étendant sur un chromosome entier qui pourrait expliquer leurs résultats.

(Ici une image décrit les différents types de fusion de chromosomes et l'effet de chacun sur l'ordre des gènes qu'ils contiennent.)

C'est pourquoi Rokhsar est sceptique quant à une explication fonctionnelle. Elle est séduisante ("Ce serait le résultat le plus cool, d'une certaine manière", dit-il) mais peut-être aussi inutile car, à moins qu'un réarrangement chromosomique ne présente un avantage fonctionnel important, il est intrinsèquement difficile pour ce réarrangement de se propager. Et les réarrangements ne sont généralement pas avantageux : Au cours de la méiose et de la formation des gamètes, tous les chromosomes doivent s'apparier avec un partenaire correspondant. Sans partenaire, un chromosome de taille inhabituelle ne pourra pas faire partie d'un gamète viable, et il a donc peu de chances de se retrouver dans la génération suivante. De petites mutations qui remanient l'ordre des gènes à l'intérieur des chromosomes peuvent encore se produire ("Il y a probablement une petite marge d'erreur en termes de réarrangements mineurs, de sorte qu'ils peuvent encore se reconnaître", a déclaré Cartwright). Mais les chromosomes brisés ou fusionnés ont tendance à être des impasses.

Peut-être que dans des groupes comme les mammifères, qui ont des populations de petite taille, un réarrangement pourrait se propager de façon aléatoire par ce qu'on appelle la dérive génétique, suggère Rokhsar. Mais dans les grandes populations qui se mélangent librement, comme celles des invertébrés marins qui pondent des centaines ou des milliers d'œufs, "il est vraiment difficile pour l'un des nouveaux réarrangements de s'imposer", a-t-il déclaré. "Ce n'est pas qu'ils ne sont pas tentés. C'est juste qu'ils ne parviennent jamais à s'imposer dans l'évolution."

Par conséquent, les gènes ont tendance à rester bloqués sur un seul chromosome. "Les processus par lesquels ils se déplacent sont tout simplement lents, sur une échelle de 500 millions d'années", déclare Rokhsar. "Même s'il s'est écoulé énormément de temps, ce n'est toujours pas assez long pour qu'ils puissent se développer".

( une image avec affichage de données montre comment des blocs de gènes ont eu tendance à rester ensemble même lorsqu'ils se déplaçaient vers différents chromosomes dans l'évolution de cinq premières espèces animales.)

L'équipe de Rokhsar a toutefois constaté que lorsque ces rares fusions de chromosomes se produisaient, elles laissaient une signature claire : Après une fusion, les gènes des deux blocs s'entremêlent et sont réorganisés car des "mutations d'inversion" s'y sont accumulées au fil du temps. En conséquence, les gènes des deux blocs se sont mélangés comme du lait versé dans une tasse de thé, pour ne plus jamais être séparés. "Il y a un mouvement entropique vers le mélange qui ne peut être annulé", affirme Rokhsar.

Et parce que les processus de fusion, de mélange et de duplication de blocs génétiques sont si rares, irréversibles et spécifiques, ils sont traçables : Il est très improbable qu'un chromosome se fracture deux fois au même endroit, puis fusionne et se mélange avec un autre bloc génétique de la même manière.

Les signatures de ces événements dans les chromosomes représentent donc un nouvel ensemble de caractéristiques dérivées que les biologistes peuvent utiliser pour tester des hypothèses sur la façon dont les espèces sont liées. Si deux lignées partagent un mélange de deux blocs de gènes, le mélange s'est très probablement produit chez leur ancêtre commun. Si des lignées ont deux ensembles de mêmes blocs de gènes, une duplication du génome a probablement eu lieu chez leur ancêtre commun. Cela fait des syntéries un "outil très, très puissant", a déclaré Oleg Simakov, génomiste à l'université de Vienne et premier auteur des articles. 

Empreintes digitales d'événements évolutifs

"L'un des aspects que je préfère dans notre étude est que nous faisons des prédictions sur ce à quoi il faut s'attendre au sein des génomes qui n'ont pas encore été séquencés", a écrit Rokhsar dans un courriel adressé à Quanta. Par exemple, son équipe a découvert que divers invertébrés classés comme spiraliens partagent tous quatre schémas spécifiques de fusion avec mélange, ce qui implique que les événements de fusion se sont produits chez leur ancêtre commun. "Il s'ensuit que tous les spiraliens devraient présenter ces schémas de fusion avec mélange de modèles", écrit Rokhsar. "Si l'on trouve ne serait-ce qu'un seul spiralien dépourvu de ces motifs, alors l'hypothèse peut être rejetée !".

Et d'ajouter : "On n'a pas souvent l'occasion de faire ce genre de grandes déclarations sur l'histoire de l'évolution."

Dans leur nouvel article Science Advances, Simakov, Rokhsar et leurs collègues ont utilisé l'approche tectonique pour en savoir plus sur l'émergence de certains des premiers groupes d'animaux il y a environ 800 millions d'années. En examinant le large éventail de vie animale représenté par les éponges, les cnidaires (tels que les hydres, les méduses et les coraux) et les bilatériens (animaux à symétrie bilatérale), les chercheurs ont trouvé 27 blocs de gènes hautement conservés parmi leurs chromosomes.

Ensuite, en utilisant les règles de fusion chromosomique et génétique qu'ils avaient identifiées, les chercheurs ont reconstitué les événements de mélange au niveau des chromosomes qui ont accompagné l'évolution de ces trois lignées à partir d'un ancêtre commun. Ils ont montré que les chromosomes des éponges, des cnidaires et des bilatériens représentent tous des manières distinctes de combiner des éléments du génome ancestral.

(Pour expliquer les 2 paragraphes précédents une image avec 3 schémas montre la fusion des chromosomes au début de l'évolution pou arriver au 27 blocs de gènes)

Une découverte stimulante qui a été faite est que certains des blocs de gènes liés semblent également présents dans les génomes de certaines créatures unicellulaires comme les choanoflagellés, les plus proches parents des animaux multicellulaires. Chez les animaux multicellulaires, l'un de ces blocs contient un ensemble diversifié de gènes homéobox qui guident le développement de la structure générale de leur corps. Cela suggère que l'un des tout premiers événements de l'émergence des animaux multicellulaires a été l'expansion et la diversification de ces gènes importants. "Ces anciennes unités de liaison fournissent un cadre pour comprendre l'évolution des gènes et des génomes chez les animaux", notent les scientifiques dans leur article.

Leur approche permet de distinguer de subtiles et importantes différences au niveau des événements chromosomiques. Par exemple, dans leur article de 2020, les chercheurs ont déduit que le génome des vertébrés avait subi une duplication au cours de la période cambrienne, avant que l'évolution ne sépare les poissons sans mâchoire des poissons avec mâchoire. Ils ont ensuite trouvé des preuves que deux poissons à mâchoires se sont hybridés plus tard et ont subi une deuxième duplication de leur génome ; cet hybride est devenu l'ancêtre de tous les poissons osseux.

John Postlethwait, génomicien à l'université de l'Oregon, souligne l'importance de la méthode d'analyse de l'équipe. "Ils ont adopté une approche statistique, et ne se sont pas contentés de dire : "Eh bien, il me semble que telle et telle chose s'est produite", a-t-il déclaré. "C'est une partie vraiment importante de leur méthodologie, non seulement parce qu'ils avaient accès à des génomes de meilleure qualité, mais aussi parce qu'ils ont adopté cette approche quantitative et qu'ils ont réellement testé ces hypothèses."

Ces études ne marquent que le début de ce que la tectonique des génomes et  ce que les syntagmes génétiques peuvent nous apprendre. Dans des prépublications récentes partagées sur biorxiv.org, l'équipe de Rokhsar a reconstitué l'évolution des chromosomes de grenouilles, et une équipe européenne s'est penchée sur l'évolution des chromosomes des poissons téléostéens. Une étude parue dans Current Biology a révélé une "inversion massive du génome" à l'origine de la coexistence de formes divergentes chez la caille commune, ce qui laisse entrevoir certaines des conséquences fonctionnelles du réarrangement des chromosomes.

L'hypothèse selon laquelle le mélange de ces groupes de liaisons génétiques pourrait être lié à la diversification des lignées et à l'innovation évolutive au cours des 500 derniers millions d'années est alléchante. Les réarrangements chromosomiques peuvent conduire à des incompatibilités d'accouplement qui pourraient provoquer la scission en deux d'une lignée. Il est également possible qu'un gène atterrissant dans un nouveau voisinage ait conduit à des innovations dans la régulation des gènes. "Peut-être que ce fut l'une des forces motrices de la diversification des animaux", a déclaré Simakov.

"C'est la grande question", a déclaré Lewin. "Il s'agit de véritables bouleversements tectoniques dans le génome, et il est peu probable qu'ils soient sans conséquence".

Des " murmurations " de courbe elliptique découvertes grâce à l'IA prennent leur envol

Les mathématiciens s’efforcent d’expliquer pleinement les comportements inhabituels découverts grâce à l’intelligence artificielle.

(photo - sous le bon angle les courbes elliptiques peuvent se rassembler comme les grands essaims d'oiseaux.)

Les courbes elliptiques font partie des objets les plus séduisants des mathématiques modernes. Elle ne semblent pas compliqués, mais  forment une voie express entre les mathématiques que beaucoup de gens apprennent au lycée et les mathématiques de recherche dans leur forme la plus abstruse. Elles étaient au cœur de la célèbre preuve du dernier théorème de Fermat réalisée par Andrew Wiles dans les années 1990. Ce sont des outils clés de la cryptographie moderne. Et en 2000, le Clay Mathematics Institute a désigné une conjecture sur les statistiques des courbes elliptiques comme l'un des sept " problèmes du prix du millénaire ", chacun d'entre eux étant récompensé d'un million de dollars pour sa solution. Cette hypothèse, formulée pour la première fois par Bryan Birch et Peter Swinnerton-Dyer dans les années 1960, n'a toujours pas été prouvée.

Comprendre les courbes elliptiques est une entreprise aux enjeux élevés qui est au cœur des mathématiques. Ainsi, en 2022, lorsqu’une collaboration transatlantique a utilisé des techniques statistiques et l’intelligence artificielle pour découvrir des modèles complètement inattendus dans les courbes elliptiques, cela a été une contribution bienvenue, bien qu’inattendue. "Ce n'était qu'une question de temps avant que l'apprentissage automatique arrive à notre porte avec quelque chose d'intéressant", a déclaré Peter Sarnak , mathématicien à l'Institute for Advanced Study et à l'Université de Princeton. Au départ, personne ne pouvait expliquer pourquoi les modèles nouvellement découverts existaient. Depuis lors, dans une série d’articles récents, les mathématiciens ont commencé à élucider les raisons derrière ces modèles, surnommés " murmures " en raison de leur ressemblance avec les formes fluides des étourneaux en troupeaux, et ont commencé à prouver qu’ils ne doivent pas se produire uniquement dans des cas particuliers. exemples examinés en 2022, mais dans les courbes elliptiques plus généralement.

L'importance d'être elliptique

Pour comprendre ces modèles, il faut jeter les bases de ce que sont les courbes elliptiques et de la façon dont les mathématiciens les catégorisent.

Une courbe elliptique relie le carré d'une variable, communément écrite comme y , à la troisième puissance d'une autre, communément écrite comme x : y 2  =  x 3  + Ax + B , pour une paire de nombres A et B , tant que A et B remplissent quelques conditions simples. Cette équation définit une courbe qui peut être représentée graphiquement sur le plan, comme indiqué ci-dessous. (Photo : malgré la similitude des noms, une ellipse n'est pas une courbe elliptique.)

Introduction

Bien qu’elles semblent simples, les courbes elliptiques s’avèrent être des outils incroyablement puissants pour les théoriciens des nombres – les mathématiciens qui recherchent des modèles dans les nombres entiers. Au lieu de laisser les variables x et y s'étendre sur tous les nombres, les mathématiciens aiment les limiter à différents systèmes numériques, ce qu'ils appellent définir une courbe " sur " un système numérique donné. Les courbes elliptiques limitées aux nombres rationnels – nombres qui peuvent être écrits sous forme de fractions – sont particulièrement utiles. "Les courbes elliptiques sur les nombres réels ou complexes sont assez ennuyeuses", a déclaré Sarnak. "Seuls les nombres rationnels sont profonds."

Voici une façon qui est vraie. Si vous tracez une ligne droite entre deux points rationnels sur une courbe elliptique, l’endroit où cette ligne coupe à nouveau la courbe sera également rationnel. Vous pouvez utiliser ce fait pour définir " addition " dans une courbe elliptique, comme indiqué ci-dessous. 

(Photo -  Tracez une ligne entre P et Q . Cette ligne coupera la courbe en un troisième point, R . (Les mathématiciens ont une astuce spéciale pour gérer le cas où la ligne ne coupe pas la courbe en ajoutant un " point à l'infini ".) La réflexion de R sur l' axe des x est votre somme P + Q . Avec cette opération d'addition, toutes les solutions de la courbe forment un objet mathématique appelé groupe.)

Les mathématiciens l'utilisent pour définir le " rang " d'une courbe. Le rang d'une courbe est lié au nombre de solutions rationnelles dont elle dispose. Les courbes de rang 0 ont un nombre fini de solutions. Les courbes de rang supérieur ont un nombre infini de solutions dont la relation les unes avec les autres à l'aide de l'opération d'addition est décrite par le rang.

Les classements (rankings) ne sont pas bien compris ; les mathématiciens n'ont pas toujours le moyen de les calculer et ne savent pas quelle taille ils peuvent atteindre. (Le plus grand rang exact connu pour une courbe spécifique est 20.) Des courbes d'apparence similaire peuvent avoir des rangs complètement différents.

Les courbes elliptiques ont aussi beaucoup à voir avec les nombres premiers, qui ne sont divisibles que par 1 et par eux-mêmes. En particulier, les mathématiciens examinent les courbes sur des corps finis – des systèmes d’arithmétique cyclique définis pour chaque nombre premier. Un corps fini est comme une horloge dont le nombre d'heures est égal au nombre premier : si vous continuez à compter vers le haut, les nombres recommencent. Dans le corps fini de 7, par exemple, 5 plus 2 est égal à zéro et 5 plus 3 est égal à 1.

(Photo : Les motifs formés par des milliers de courbes elliptiques présentent une similitude frappante avec les murmures des étourneaux.)

Une courbe elliptique est associée à une séquence de nombres, appelée a p , qui se rapporte au nombre de solutions qu'il existe à la courbe dans le corps fini défini par le nombre premier p . Un p plus petit signifie plus de solutions ; un p plus grand signifie moins de solutions. Bien que le rang soit difficile à calculer, la séquence a p est beaucoup plus simple.

Sur la base de nombreux calculs effectués sur l'un des tout premiers ordinateurs, Birch et Swinnerton-Dyer ont conjecturé une relation entre le rang d'une courbe elliptique et la séquence a p . Quiconque peut prouver qu’il avait raison gagnera un million de dollars et l’immortalité mathématique.

Un modèle surprise émerge

Après le début de la pandémie, Yang-Hui He , chercheur au London Institute for Mathematical Sciences, a décidé de relever de nouveaux défis. Il avait étudié la physique à l'université et avait obtenu son doctorat en physique mathématique du Massachusetts Institute of Technology. Mais il s'intéressait de plus en plus à la théorie des nombres et, étant donné les capacités croissantes de l'intelligence artificielle, il pensait essayer d'utiliser l'IA comme un outil permettant de trouver des modèles inattendus dans les nombres. (Il avait déjà utilisé l'apprentissage automatique pour classifier les variétés de Calabi-Yau , des structures mathématiques largement utilisées en théorie des cordes.

(Photo ) Lorsque Kyu-Hwan Lee (à gauche) et Thomas Oliver (au centre) ont commencé à travailler avec Yang-Hui He (à droite) pour utiliser l'intelligence artificielle afin de trouver des modèles mathématiques, ils s'attendaient à ce que ce soit une plaisanterie plutôt qu'un effort qui mènerait à de nouveaux découvertes. De gauche à droite : Grace Lee ; Sophie Olivier ; gracieuseté de Yang-Hui He.

En août 2020, alors que la pandémie s'aggravait, l'Université de Nottingham l'a accueilli pour une conférence en ligne . Il était pessimiste quant à ses progrès et quant à la possibilité même d’utiliser l’apprentissage automatique pour découvrir de nouvelles mathématiques. "Son récit était que la théorie des nombres était difficile parce qu'on ne pouvait pas apprendre automatiquement des choses en théorie des nombres", a déclaré Thomas Oliver , un mathématicien de l'Université de Westminster, présent dans le public. Comme il se souvient : " Je n'ai rien trouvé parce que je n'étais pas un expert. Je n’utilisais même pas les bons éléments pour examiner cela."

Oliver et Kyu-Hwan Lee , mathématicien à l'Université du Connecticut, ont commencé à travailler avec He. "Nous avons décidé de faire cela simplement pour apprendre ce qu'était l'apprentissage automatique, plutôt que pour étudier sérieusement les mathématiques", a déclaré Oliver. "Mais nous avons rapidement découvert qu'il était possible d'apprendre beaucoup de choses par machine."

Oliver et Lee lui ont suggéré d'appliquer ses techniques pour examiner les fonctions L , des séries infinies étroitement liées aux courbes elliptiques à travers la séquence a p . Ils pourraient utiliser une base de données en ligne de courbes elliptiques et de leurs fonctions L associées , appelée LMFDB , pour former leurs classificateurs d'apprentissage automatique. À l’époque, la base de données contenait un peu plus de 3 millions de courbes elliptiques sur les rationnels. En octobre 2020, ils avaient publié un article utilisant les informations glanées à partir des fonctions L pour prédire une propriété particulière des courbes elliptiques. En novembre, ils ont partagé un autre article utilisant l’apprentissage automatique pour classer d’autres objets en théorie des nombres. En décembre, ils étaient capables de prédire les rangs des courbes elliptiques avec une grande précision.

Mais ils ne savaient pas vraiment pourquoi leurs algorithmes d’apprentissage automatique fonctionnaient si bien. Lee a demandé à son étudiant de premier cycle Alexey Pozdnyakov de voir s'il pouvait comprendre ce qui se passait. En l’occurrence, la LMFDB trie les courbes elliptiques en fonction d’une quantité appelée conducteur, qui résume les informations sur les nombres premiers pour lesquels une courbe ne se comporte pas correctement. Pozdnyakov a donc essayé d’examiner simultanément un grand nombre de courbes comportant des conducteurs similaires – disons toutes les courbes comportant entre 7 500 et 10 000 conducteurs.

Cela représente environ 10 000 courbes au total. Environ la moitié d'entre eux avaient le rang 0 et l'autre moitié le rang 1. (Les rangs supérieurs sont extrêmement rares.) Il a ensuite fait la moyenne des valeurs de a p pour toutes les courbes de rang 0, a fait la moyenne séparément de a p pour toutes les courbes de rang 1 et a tracé la résultats. Les deux ensembles de points formaient deux vagues distinctes et facilement discernables. C’est pourquoi les classificateurs d’apprentissage automatique ont été capables de déterminer correctement le rang de courbes particulières.

" Au début, j'étais simplement heureux d'avoir terminé ma mission", a déclaré Pozdnyakov. "Mais Kyu-Hwan a immédiatement reconnu que ce schéma était surprenant, et c'est à ce moment-là qu'il est devenu vraiment excitant."

Lee et Oliver étaient captivés. "Alexey nous a montré la photo et j'ai dit qu'elle ressemblait à ce que font les oiseaux", a déclaré Oliver. "Et puis Kyu-Hwan l'a recherché et a dit que cela s'appelait une murmuration, puis Yang a dit que nous devrions appeler le journal ' Murmurations de courbes elliptiques '."

Ils ont mis en ligne leur article en avril 2022 et l’ont transmis à une poignée d’autres mathématiciens, s’attendant nerveusement à se faire dire que leur soi-disant " découverte " était bien connue. Oliver a déclaré que la relation était si visible qu'elle aurait dû être remarquée depuis longtemps.

Presque immédiatement, la prépublication a suscité l'intérêt, en particulier de la part d' Andrew Sutherland , chercheur scientifique au MIT et l'un des rédacteurs en chef de la LMFDB. Sutherland s'est rendu compte que 3 millions de courbes elliptiques n'étaient pas suffisantes pour atteindre ses objectifs. Il voulait examiner des gammes de conducteurs beaucoup plus larges pour voir à quel point les murmures étaient robustes. Il a extrait des données d’un autre immense référentiel d’environ 150 millions de courbes elliptiques. Toujours insatisfait, il a ensuite extrait les données d'un autre référentiel contenant 300 millions de courbes.

"Mais même cela ne suffisait pas, j'ai donc calculé un nouvel ensemble de données de plus d'un milliard de courbes elliptiques, et c'est ce que j'ai utilisé pour calculer les images à très haute résolution", a déclaré Sutherland. Les murmures indiquaient s'il effectuait en moyenne plus de 15 000 courbes elliptiques à la fois ou un million à la fois. La forme est restée la même alors qu’il observait les courbes sur des nombres premiers de plus en plus grands, un phénomène appelé invariance d’échelle. Sutherland s'est également rendu compte que les murmures ne sont pas propres aux courbes elliptiques, mais apparaissent également dans des fonctions L plus générales . Il a écrit une lettre résumant ses découvertes et l'a envoyée à Sarnak et Michael Rubinstein de l'Université de Waterloo.

"S'il existe une explication connue, j'espère que vous la connaîtrez", a écrit Sutherland.

Ils ne l'ont pas fait.

Expliquer le modèle

Lee, He et Oliver ont organisé un atelier sur les murmurations en août 2023 à l'Institut de recherche informatique et expérimentale en mathématiques (ICERM) de l'Université Brown. Sarnak et Rubinstein sont venus, tout comme l'étudiante de Sarnak, Nina Zubrilina .

LA THÉORIE DU NOMBRE

Zubrilina a présenté ses recherches sur les modèles de murmuration dans des formes modulaires , des fonctions complexes spéciales qui, comme les courbes elliptiques, sont associées à des fonctions L. Dans les formes modulaires dotées de grands conducteurs, les murmurations convergent vers une courbe nettement définie, plutôt que de former un motif perceptible mais dispersé. Dans un article publié le 11 octobre 2023, Zubrilina a prouvé que ce type de murmuration suit une formule explicite qu'elle a découverte.

" La grande réussite de Nina est qu'elle lui a donné une formule pour cela ; Je l’appelle la formule de densité de murmuration Zubrilina ", a déclaré Sarnak. "En utilisant des mathématiques très sophistiquées, elle a prouvé une formule exacte qui correspond parfaitement aux données."

Sa formule est compliquée, mais Sarnak la salue comme un nouveau type de fonction important, comparable aux fonctions d'Airy qui définissent des solutions aux équations différentielles utilisées dans divers contextes en physique, allant de l'optique à la mécanique quantique.

Bien que la formule de Zubrilina ait été la première, d'autres ont suivi. "Chaque semaine maintenant, un nouvel article sort", a déclaré Sarnak, "utilisant principalement les outils de Zubrilina, expliquant d'autres aspects des murmurations."

(Photo - Nina Zubrilina, qui est sur le point de terminer son doctorat à Princeton, a prouvé une formule qui explique les schémas de murmuration.)

Jonathan Bober , Andrew Booker et Min Lee de l'Université de Bristol, ainsi que David Lowry-Duda de l'ICERM, ont prouvé l'existence d'un type différent de murmuration sous des formes modulaires dans un autre article d'octobre . Et Kyu-Hwan Lee, Oliver et Pozdnyakov ont prouvé l'existence de murmures dans des objets appelés caractères de Dirichlet qui sont étroitement liés aux fonctions L.

Sutherland a été impressionné par la dose considérable de chance qui a conduit à la découverte des murmurations. Si les données de la courbe elliptique n'avaient pas été classées par conducteur, les murmures auraient disparu. "Ils ont eu la chance de récupérer les données de la LMFDB, qui étaient pré-triées selon le chef d'orchestre", a-t-il déclaré. " C'est ce qui relie une courbe elliptique à la forme modulaire correspondante, mais ce n'est pas du tout évident. … Deux courbes dont les équations semblent très similaires peuvent avoir des conducteurs très différents. Par exemple, Sutherland a noté que y 2 = x 3 – 11 x + 6 a un conducteur 17, mais en retournant le signe moins en signe plus, y 2 = x 3  + 11 x + 6 a un conducteur 100 736."

Même alors, les murmures n'ont été découverts qu'en raison de l'inexpérience de Pozdniakov. "Je ne pense pas que nous l'aurions trouvé sans lui", a déclaré Oliver, "parce que les experts normalisent traditionnellement a p pour avoir une valeur absolue de 1. Mais il ne les a pas normalisés… donc les oscillations étaient très importantes et visibles."

Les modèles statistiques que les algorithmes d’IA utilisent pour trier les courbes elliptiques par rang existent dans un espace de paramètres comportant des centaines de dimensions – trop nombreuses pour que les gens puissent les trier dans leur esprit, et encore moins les visualiser, a noté Oliver. Mais même si l’apprentissage automatique a découvert les oscillations cachées, " ce n’est que plus tard que nous avons compris qu’il s’agissait de murmures ".



 

CAPACITÉS COGNITIVES DU DAUPHIN

Au-delà de leur physiologie cérébrale, les dauphins font preuve de capacités extrêmement rares dans le domaine animal. Comme les humains, les dauphins peuvent imiter, aussi bien sur le mode gestuel que sur le mode vocal, ce qui est soi est déjà exceptionnel. Si certains oiseaux peuvent imiter la voix, ils n’imitent pas les attitudes. Les singes, de leur côté, imitent les gestes et non les mots. Le dauphin est capable des deux. Les dauphins chassent les poissons et se nourrissent d’invertébrés, mais ils usent pour ce faire de techniques complexes et variables, acquises durant l’enfance grâce à l’éducation. L’usage des outils ne leur est pas inconnu : un exemple frappant de cette capacité est la façon dont deux dauphins captifs s’y sont pris pour extraire une murène cachée dans le creux d’un rocher à l’intérieur de leur bassin. L’un d’eux a d’abord attrapé un petit poisson scorpion très épineux, qui passait dans le secteur, et l’ayant saisi dans son rostre, s’en est servi comme d’un outil pour extraire la murène de sa cachette. S’exprimant à propos de leur intelligence, le Dr Louis M.Herman, Directeur du Kewalo Basin Marine Mammal Laboratory de l’Université d’Hawaii, note que les dauphins gardent en mémoire des événements totalement arbitraires, sans le moindre rapport avec leur environnement naturel et sans aucune incidence biologique quant à leur existence.

Recherches sur le langage des dauphins

Beaucoup d’humains trouvent intrigante l’idée de communiquer avec d’autres espèces. A cet égard, le dauphin constitue un sujet attractif, particulièrement dans le domaine du langage animal, du fait de ses capacités cognitives et de son haut degré de socialisation. Dès le début des années soixante, c’est le neurologue John Lilly qui, le premier, s’est intéressé aux vocalisations des cétacés. Les recherches de Lilly se poursuivirent durant toute une décennie, tout en devenant de moins en moins conventionnelles. Le savant alla même jusqu’à tester les effets du L.S.D. sur les émissions sonores des dauphins et dut finalement interrompre ses recherches en 1969, lorsque cinq de ses dauphins se suicidèrent en moins de deux semaines. Malheureusement, nombre de découvertes ou de déclarations de John Lilly sont franchement peu crédibles et ont jeté le discrédit sur l’ensemble des recherches dans le domaine du langage animal. De ce fait, ces recherches sont aujourd’hui rigoureusement contrôlées et très méticuleuses, de sorte que les assertions des scientifiques impliquées dans ce secteur restent désormais extrêmement réservées.

Louis Herman est sans doute l’un des plus importants chercheurs à mener des études sur la communication et les capacités cognitives des dauphins. Son instrument de travail privilégié est la création de langues artificielles, c’est-à-dire de langages simples crées pour l’expérience, permettant d’entamer des échanges avec les dauphins. Louis Herman a surtout concentré ses travaux sur le phénomène de la "compréhension" du langage bien plus que sur la "production" de langage, arguant que la compréhension est le premier signe d’une compétence linguistique chez les jeunes enfants et qu’elle peut être testée de façon rigoureuse. En outre, la structure grammaticale qui fonde les langages enseignés s’inspire le plus souvent de celle de l’anglais. Certains chercheurs ont noté qu’il aurait été mieux venu de s’inspirer davantage de langues à tons ou à flexions, comme le chinois, dont la logique aurait parue plus familière aux cétacés. Dans les travaux d’Herman, on a appris à deux dauphins, respectivement nommés Akeakamai (Ake) et Phoenix, deux langues artificielles. Phoenix a reçu l’enseignement d’un langage acoustique produit par un générateur de sons électroniques. Akeakamai, en revanche, a du apprendre un langage gestuel (version simplifiée du langage des sourds-muets), c’est-à-dire visuel. Les signaux de ces langues artificiels représentent des objets, des modificateurs d’objet (proche, loin, gros, petit, etc.) ou encore des actions. Ni les gestes ni les sons ne sont sensés représenter de façon analogique les objets ou les termes relationnels auxquels ils se réfèrent. Ces langages utilisent également une syntaxe, c’est-à-dire des règles de grammaire simples, ce qui signifie que l’ordre des mots influe sur le sens de la phrase. Phoenix a appris une grammaire classique, enchaînant les termes de gauche à droite (sujet-verbe-complément) alors que la grammaire enseignée à Ake allait dans l’autre sens et exigeait de sa part qu’elle voit l’ensemble du message avant d’en comprendre le sens correctement. Par exemple, dans le langage gestuel de Ake, la séquence des signaux PIPE-SURFBOARD-FETCH ("tuyau – planche à surf – apporter") indiquait l’ordre d’amener la planche de surf jusqu’au tuyau, alors que SURFBOARD-PIPE-FETCH ("planche-tuyau- rapporter") signifiait qu’il fallait, au contraire, amener le tuyau jusqu’ à la planche de surf. Phoenix et Ake ont ainsi appris environ 50 mots, lesquels, permutés l’un avec l’autre au sein de séquences courtes, leur permirent bientôt de se servir couramment de plus de mille phrases, chacune produisant une réponse neuve et non apprise.

Compte tenu de l’influence possible de la position dans l’espace des expérimentateurs sur l’expérimentation, les lieux d’apprentissage et les entraîneurs se voyaient changés de session en session. Dans le même temps, des observateurs "aveugles", qui ne connaissaient pas les ordres et ne voyaient pas les entraîneurs, notaient simplement le comportement des dauphins, afin de vérifier ensuite qu’il correspondait bien aux commandes annoncées. Les entraîneurs allaient jusqu’à porter des cagoules noires, afin de ne révéler aucune expression ou intention faciale et se tenaient immobiles, à l’exception des mains. Les dauphins se montrèrent capables de reconnaître les signaux du langage gestuels aussi bien lorsqu’il étaient filmés puis rediffusés sur un écran vidéo que lorsque ces mêmes signes étaient exécutés à l’air libre par l’entraîneur. Même le fait de ne montrer que des mains pâles sur un fond noir ou des taches de lumière blanche reproduisant la dynamique des mains, a largement suffi aux dauphins pour comprendre le message ! Il semble donc que les dauphins répondent davantage aux symboles abstraits du langage qu’à tout autre élément de la communication.

Par ailleurs, si les dauphins exécutent aisément les ordres qu’on leur donne par cette voie gestuelle, ils peuvent également répondre de façon correcte à la question de savoir si un objet précis est présent ou absent, en pressant le levier approprié (le clair pour PRESENT, le sombre pour ABSENT). Ceci démontre évidement leur faculté de "déplacement mental", qui consiste à manipuler l’image d’objets qui ne se trouvent pas dans les environs. Des expériences additionnelles ont conduit à préciser comment le dauphin conçoit l’étiquetage des objets, comment il les qualifie de son point de vue mental. "Nous avons constaté" nous apprend Louis Herman, "qu’au regard du dauphin, le signe CERCEAU n’est pas seulement le cerceau précis utilisé dans le cadre de cette expérience précise, c’est plutôt TOUT OBJET DE GRANDE TAILLE PERCE D’UN GRAND TROU AU MILIEU. Un seul concept général associe donc pour le dauphin les cerceaux ronds, carrés, grands et petits, flottants ou immergés, que l’on utilise généralement lors de la plupart des expériences". Parmi les choses que le Dr Herman estime n’avoir pu enseigner aux dauphins, il y a le concept du "non" en tant que modificateur logique. L’ordre de "sauter au-dessus d’une non-balle" indique en principe que le dauphin doit sauter au-dessus de n’importe quoi, sauf d’une balle ! Mais cela n’est pas compris, pas plus, affirme toujours Herman, que le concept de "grand" ou de "petit".

Communication naturelle chez les dauphins

On sait que les dauphins émettent de nombreux sifflements, de nature très diverse. La fonction de la plupart d’entre eux demeure toujours inconnue mais on peut affirmer aujourd’hui que la moitié d’entre eux au moins constitue des "signatures sifflées". Un tel signal se module dans une fourchette de 5 à 20 kilohertz et dure moins d’une seconde. Il se distingue des autres sifflements - et de la signature de tous les autres dauphins – par ses contours particuliers et ses variations de fréquences émises sur un temps donné, ainsi que le montrent les sonogrammes. Les jeunes développent leur propre signature sifflée entre l’âge de deux mois et d’un an. Ces sifflements resteront inchangés douze ans au moins et le plus souvent pour la durée entière de la vie de l’animal. Par ailleurs, au-delà de leur seule fonction nominative, certains des sifflements du dauphin apparaissent comme de fidèles reproductions de ceux de leurs compagnons et servent manifestement à interpeller les autres par leur nom. Lorsqu’ils sont encore très jeunes, les enfants mâles élaborent leur propre signature sifflée, qui ressemble fort à celle de leur mère. En revanche, les jeunes femelles doivent modifier les leurs, précisément pour se distinguer de leur mère.

Ces différences reflètent sans doute celles qui existent dans les modes de vie des femelles et des mâles. Puisque les filles élèvent leur propre enfant au sein du groupe maternel, un sifflement distinct est donc indispensable pour pouvoir distinguer la maman de la grand mère. La signature sifflée masculine, presque identique à celle de la mère, permet tout au contraire d’éviter l’inceste et la consanguinité. Le psychologue James Ralston et l’informaticien Humphrey Williams ont découvert que la signature sifflée pouvait véhiculer bien plus que la simple identité du dauphin qui l’émet. En comparant les sonogrammes des signatures sifflées durant les activités normales et lors de situations stressantes, ils découvrirent que la signature sifflée, tout en conservant sa configuration générale, pouvait changer en termes de tonalité et de durée et transmettre ainsi des informations sur l’état émotionnel de l’animal. Les modifications causé par cet état émotionnel sur les intonations de la signature varient en outre selon les individus. Les dauphins semblent donc utiliser les sifflement pour maintenir le contact lorsqu’ils se retrouvent entre eux ou lorsqu’ils rencontrent d’autres groupes, mais aussi, sans doute, pour coordonner leur activités collectives. Par exemple, des sifflements sont fréquemment entendus lorsque le groupe entier change de direction ou d’activité.

De son côté, Peter Tyack (Woods Hole Oceanographic Institute) a travaillé aux côtés de David Staelin, professeur d’ingénierie électronique au M.I.T., afin de développer un logiciel d’ordinateur capable de détecter les "matrices sonores" et les signaux répétitifs parmi le concert de couinements, piaulements et autres miaulements émis par les dauphins. Une recherche similaire est menée par l’Université de Singapore (Dolphin Study Group). Avec de tels outils, les chercheurs espèrent en apprendre davantage sur la fonction précise des sifflements.

Dauphins sociaux

Les observations menées sur des individus sauvages aussi bien qu’en captivité révèlent un très haut degré d’ordre social dans la société dauphin. Les femelles consacrent un an à leur grossesse et puis les trois années suivantes à élever leur enfant. Les jeunes s’éloignent en effet progressivement de leur mère dès leur troisième année, restant près d’elle jusqu’à six ou dix ans ! – et rejoignent alors un groupe mixte d’adolescents, au sein duquel ils demeurent plusieurs saisons. Parvenus à l’âge pleinement adulte, vers 15 ans en moyenne, les mâles ne reviennent plus que rarement au sein du "pod" natal. Cependant, à l’intérieur de ces groupes d’adolescents, des liens étroits se nouent entre garçons du même âge, qui peuvent persister la vie entière. Lorsque ces mâles vieillissent, ils ont tendance à s’associer à une bande de femelles afin d’y vivre une paisible retraite. Bien que les dauphins pratiquent bien volontiers la promiscuité sexuelle, les familles matriarcales constituent de fortes unités de base de la société dauphin. Lorsqu’une femelle donne naissance à son premier enfant, elle rejoint généralement le clan de sa propre mère et élève son delphineau en compagnie d’autres bébés, nés à la même saison. La naissance d’un nouveau-né donne d’ailleurs souvent lieu à des visites d’autres membres du groupe, mâles ou femelles, qui s’étaient séparés de leur mère depuis plusieurs années. Les chercheurs ont également observé des comportements de "baby-sitting", de vieilles femelles, des soeurs ou bien encore d’autres membres du groupe, voire même un ancien mâle prenant alors en charge la surveillance des petits. On a ainsi pu observer plusieurs dauphins en train de mettre en place une véritable "cour de récréation", les femelles se plaçant en U et les enfants jouant au milieu ! (D’après un texte du Dr Poorna Pal)

Moi, dauphin.

Mais qu’en est-il finalement de ce moi central au coeur de ce monde circulaire sans relief, sans couleurs constitué de pixels sonores ? C’est là que les difficultés deviennent insurmontables tant qu’un "contact" n’aura pas été vraiment établi par le dialogue car le "soi" lui-même, le "centre de la personne" est sans doute construit de façon profondément différente chez l’homme et chez le dauphin. H.Jerison parle carrément d’une "conscience collective". Les mouvements de groupe parfaitement coordonnés et quasi-simultanés, à l’image des bancs de poissons ou des troupeaux de gnous, que l’on observe régulièrement chez eux, suppose à l’évidence une pensée "homogène" au groupe, brusquement transformé en une "personne plurielle". On peut imaginer ce sentiment lors d’un concert de rock ou d’une manifestation, lorsqu’une foule entière se tend vers un même but mais ces attitudes-là sont grossières, globales, peu nuancées. Toute autre est la mise à l’unisson de deux, trois, cinq (les "gangs" de juvéniles mâles associés pour la vie) ou même de plusieurs centaines de dauphins ensemble (de formidables "lignes de front" pour la pêche, qui s’étendent sur des kilomètres) et là, bien sûr, nous avons un comportement qui traduit un contenu mental totalement inconnu de nous. On sait que lorsqu’un dauphin voit, tout le monde l’entend. En d’autres termes chaque fois qu’un membre du groupe focalise son faisceau de clicks sur une cible quelconque, l’écho lui revient mais également à tous ceux qui l’entourent. Imaginons que de la même manière, vous regardiez un beau paysage. La personne qui vous tournerait le dos et se tiendrait à l’arrière derrière vous pourrait le percevoir alors aussi bien que vous le faites. Cette vision commune, qui peut faire croire à de la télépathie, n’est pas sans conséquence sur le contenu mental de chaque dauphin du groupe, capable de fusionner son esprit à ceux des autres quand la nécessité s’en fait sentir. Ceci explique sans doute la formidable capacité d’empathie des dauphins mais aussi leur fidélité "jusqu’à la mort" quand il s’agit de suivre un compagnon qui s’échoue. Chez eux, on ne se sépare pas plus d’un ami en détresse qu’on ne se coupe le bras quand il est coincé dans une portière de métro ! En d’autres circonstances, bien sûr, le dauphin voyage seul et il "rassemble" alors sa conscience en un soi individualisé, qui porte un nom, fait des choix et s’intègre dans une lignée. Il en serait de même pour l’homme si les mots pouvaient faire surgir directement les images qu’ils désignent dans notre cerveau, sans passer par le filtre d’une symbolisation intermédiaire. Si quelqu’un me raconte sa journée, je dois d’abord déchiffrer ses mots, les traduire en image et ensuite me les "représenter". Notre système visuel étant indépendant de notre système auditif, un processus de transformation préalable est nécessaire à la prise de conscience du message. Au contraire, chez le dauphin, le système auditif est à la fois un moyen de communication et un moyen de cognition "constructiviste" (analyse sensorielle de l’environnement). La symbolisation n’est donc pas nécessaire aux transferts d’images, ce qui n’empêche nullement qu’elle puisse exister au niveau des concepts abstraits. Quant à cette conscience fusion-fission, cet "ego fluctuant à géométrie variable", ils préparent tout naturellement le dauphin à s’ouvrir à d’autres consciences que la sienne. D’où sans doute, son besoin de nous sonder, de nous comprendre et de nous "faire" comprendre. Un dauphin aime partager son cerveau avec d’autres, tandis que l’homme vit le plus souvent enfermé dans son crâne. Ces êtres-là ont décidément beaucoup à nous apprendre...

Forces tourbillonnantes et pressions d’écrasement mesurées dans le proton

Des expériences très attendues qui utilisent la lumière pour imiter la gravité révèlent pour la première fois la répartition des énergies, des forces et des pressions à l’intérieur d’une particule subatomique.

(Image : Les forces poussent dans un sens près du centre du proton et dans l’autre sens près de sa surface.)

Les physiciens ont commencé à explorer le proton comme s’il s’agissait d’une planète subatomique. Les cartes en coupe affichent de nouveaux détails de l'intérieur de la particule. Le noyau du proton présente des pressions plus intenses que dans toute autre forme connue de matière. À mi-chemin de la surface, des tourbillons de force s’affrontent les uns contre les autres. Et la " planète " dans son ensemble est plus petite que ne le suggéraient les expériences précédentes.

Les recherches expérimentales marquent la prochaine étape dans la quête visant à comprendre la particule qui ancre chaque atome et constitue la majeure partie de notre monde.

"Nous y voyons vraiment l'ouverture d'une direction complètement nouvelle qui changera notre façon de considérer la structure fondamentale de la matière", a déclaré Latifa Elouadrhiri , physicienne au Thomas Jefferson National Accelerator Facility à Newport News, en Virginie, qui participe à l'effort.

Les expériences jettent littéralement un nouvel éclairage sur le proton. Au fil des décennies, les chercheurs ont méticuleusement cartographié l’influence électromagnétique de la particule chargée positivement. Mais dans la nouvelle recherche, les physiciens du Jefferson Lab cartographient plutôt l'influence gravitationnelle du proton, à savoir la répartition des énergies, des pressions et des contraintes de cisaillement, qui courbent le tissu espace-temps dans et autour de la particule. Pour ce faire, les chercheurs exploitent une manière particulière par laquelle des paires de photons, des particules de lumière, peuvent imiter un graviton, la particule supposée qui transmet la force de gravité. En envoyant un ping au proton avec des photons, ils déduisent indirectement comment la gravité interagirait avec lui, réalisant ainsi un rêve vieux de plusieurs décennies consistant à interroger le proton de cette manière alternative.

"C'est un tour de force", a déclaré Cédric Lorcé , physicien à l'Ecole Polytechnique en France, qui n'a pas participé aux travaux. "Expérimentalement, c'est extrêmement compliqué." 

Des photons aux gravitons

Les physiciens ont appris énormément sur le proton au cours des 70 dernières années en le frappant à plusieurs reprises avec des électrons. Ils savent que sa charge électrique s’étend sur environ 0,8 femtomètre, ou quadrillionièmes de mètre, à partir de son centre. Ils savent que les électrons entrants ont tendance à être projetés sur l’un des trois quarks – des particules élémentaires avec des fractions de charge – qui bourdonnent à l’intérieur. Ils ont également observé la conséquence profondément étrange de la théorie quantique où, lors de collisions plus violentes, les électrons semblent rencontrer une mer mousseuse composée de bien plus de quarks ainsi que de gluons, porteurs de la force dite forte, qui colle les quarks ensemble.

Toutes ces informations proviennent d’une seule configuration : vous lancez un électron sur un proton, et les particules échangent un seul photon – le porteur de la force électromagnétique – et se repoussent. Cette interaction électromagnétique indique aux physiciens comment les quarks, en tant qu'objets chargés, ont tendance à s'organiser. Mais le proton a bien plus à offrir que sa charge électrique.

(Photo : Latifa Elouadrhiri, scientifique principale du laboratoire Jefferson, a dirigé la collecte de données à partir desquelles elle et ses collaborateurs calculent désormais les propriétés mécaniques du proton.) 

" Comment la matière et l'énergie sont-elles distribuées ? " a demandé Peter Schweitzer , physicien théoricien à l'Université du Connecticut. "Nous ne savons pas."

Schweitzer a passé la majeure partie de sa carrière à réfléchir au côté gravitationnel du proton. Plus précisément, il s'intéresse à une matrice de propriétés du proton appelée tenseur énergie-impulsion. " Le tenseur énergie-impulsion sait tout ce qu'il y a à savoir sur la particule ", a-t-il déclaré.

Dans la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, qui présente l'attraction gravitationnelle comme des objets suivant des courbes dans l'espace-temps, le tenseur énergie-impulsion indique à l'espace-temps comment se plier. Elle décrit, par exemple, la disposition de l'énergie (ou, de manière équivalente, de la masse) – la source de ce qui est la part du lion de la torsion de l'espace-temps. Elle permet également d'obtenir des informations sur la répartition de la dynamique, ainsi que sur les zones de compression ou d'expansion, ce qui peut également donner une légère courbure à l'espace-temps.

Si nous pouvions connaître la forme de l'espace-temps entourant un proton, élaborée indépendamment par des physiciens russes et   américains dans les années 1960, nous pourrions en déduire toutes les propriétés indexées dans son tenseur énergie-impulsion. Celles-ci incluent la masse et le spin du proton, qui sont déjà connus, ainsi que l'agencement des pressions et des forces du proton, une propriété collective que les physiciens nomment " Druck term ", d'après le mot " pression"  en allemand. Ce terme est " aussi important que la masse et la rotation, et personne ne sait ce que c'est ", a déclaré Schweitzer – même si cela commence à changer.

Dans les années 60, il semblait que la mesure du tenseur énergie-momentum et le calcul du terme de Druck nécessiteraient une version gravitationnelle de l'expérience de diffusion habituelle : On envoie une particule massive sur un proton et on laisse les deux s'échanger un graviton - la particule hypothétique qui constitue les ondes gravitationnelles - plutôt qu'un photon. Mais en raison de l'extrême subtilité de la gravité, les physiciens s'attendent à ce que la diffusion de gravitons se produise 39 fois plus rarement que la diffusion de photons. Les expériences ne peuvent pas détecter un effet aussi faible.

"Je me souviens avoir lu quelque chose à ce sujet quand j'étais étudiant", a déclaré Volker Burkert , membre de l'équipe du Jefferson Lab. Ce qu’il faut retenir, c’est que " nous ne pourrons probablement jamais rien apprendre sur les propriétés mécaniques des particules ".Gravitation sans gravité

Les expériences gravitationnelles sont encore inimaginables aujourd’hui. Mais les recherches menées en fin des années 1990 et au début des années 2000 par les physiciens Xiangdong Ji et, travaillant séparément, feu Maxim Polyakov, ont révélé une solution de contournement.

Le schéma général est le suivant. Lorsque vous tirez légèrement un électron sur un proton, il délivre généralement un photon à l'un des quarks et le détourne. Mais lors d’un événement sur un milliard, quelque chose de spécial se produit. L’électron entrant envoie un photon. Un quark l'absorbe puis émet un autre photon un battement de cœur plus tard. La principale différence est que cet événement rare implique deux photons au lieu d’un : des photons entrants et sortants. Les calculs de Ji et Polyakov ont montré que si les expérimentateurs pouvaient collecter les électrons, protons et photons résultants, ils pourraient déduire des énergies et des impulsions de ces particules ce qui s'est passé avec les deux photons. Et cette expérience à deux photons serait essentiellement aussi informative que l’impossible expérience de diffusion de gravitons.

Comment deux photons pourraient-ils connaître la gravité ? La réponse fait appel à des mathématiques très complexes. Mais les physiciens proposent deux façons de comprendre pourquoi cette astuce fonctionne.

Les photons sont des ondulations dans le champ électromagnétique, qui peuvent être décrites par une seule flèche, ou vecteur, à chaque emplacement de l'espace indiquant la valeur et la direction du champ. Les gravitons seraient des ondulations dans la géométrie de l’espace-temps, un domaine plus complexe représenté par une combinaison de deux vecteurs en chaque point. Capturer un graviton donnerait aux physiciens deux vecteurs d’informations. En dehors de cela, deux photons peuvent remplacer un graviton, puisqu’ils transportent également collectivement deux vecteurs d’information.

Une interprétation mathématiques alternative est celle-ci. Pendant le moment qui s'écoule entre le moment où un quark absorbe le premier photon et celui où il émet le second, le quark suit un chemin à travers l'espace. En sondant ce chemin, nous pouvons en apprendre davantage sur des propriétés telles que les pressions et les forces qui entourent le chemin.

"Nous ne faisons pas d'expérience gravitationnelle", a déclaré Lorcé. Mais " nous devrions obtenir un accès indirect à la manière dont un proton devrait interagir avec un graviton ". 

Sonder la planète ProtonEn 2000, les physiciens du Jefferson Lab ont réussi à obtenir quelques résultats de diffusion à deux photons. Cette démonstration de faisabilité les a incités à construire une nouvelle expérience et, en 2007, ils ont fait entrer des électrons dans des protons suffisamment de fois pour obtenir environ 500 000 collisions imitant les gravitons. L'analyse des données expérimentales a pris une décennie de plus.

À partir de leur index des propriétés de flexion de l’espace-temps, l’équipe a extrait le terme insaisissable de Druck, publiant son estimation des pressions internes du proton dans Nature en 2018.

Ils ont découvert qu’au cœur du proton, la force puissante génère des pressions d’une intensité inimaginable : 100 milliards de milliards de milliards de pascals, soit environ 10 fois la pression au cœur d’une étoile à neutrons. Plus loin du centre, la pression chute et finit par se retourner vers l'intérieur, comme c'est nécessaire pour que le proton ne se brise pas. "Voilà qui résulte de l'expérience", a déclaré Burkert. "Oui, un proton est réellement stable." (Cette découverte n’a cependant aucune incidence sur la désintégration des protons , ce qui implique un type d’instabilité différent prédit par certaines théories spéculatives.)

Le groupe Jefferson Lab a continué à analyser le terme Druck. Ils ont publié une estimation des forces de cisaillement (forces internes poussant parallèlement à la surface du proton) dans le cadre d'une étude publiée en décembre. Les physiciens ont montré que près de son noyau, le proton subit une force de torsion qui est neutralisée par une torsion dans l’autre sens plus près de la surface. Ces mesures soulignent également la stabilité de la particule. Les rebondissements étaient attendus sur la base des travaux théoriques de Schweitzer et Polyakov. "Néanmoins, le voir émerger de l'expérience pour la première fois est vraiment stupéfiant", a déclaré Elouadrhiri.

Ils utilisent désormais ces outils pour calculer la taille du proton d'une nouvelle manière. Dans les expériences de diffusion traditionnelles, les physiciens avaient observé que la charge électrique de la particule s'étendait à environ 0,8 femtomètre de son centre (c'est-à-dire que les quarks qui la composent bourdonnent dans cette région). Mais ce " rayon de charge " présente quelques bizarreries. Dans le cas du neutron, par exemple — l'équivalent neutre du proton, dans lequel deux quarks chargés négativement ont tendance à rester profondément à l'intérieur de la particule tandis qu'un quark chargé positivement passe plus de temps près de la surface — le rayon de charge apparaît comme un nombre négatif.  "Cela ne veut pas dire que la taille est négative ; ce n'est tout simplement pas une mesure fiable ", a déclaré Schweitzer.

La nouvelle approche mesure la région de l’espace-temps considérablement courbée par le proton. Dans une prépublication qui n'a pas encore été évaluée par des pairs, l'équipe du Jefferson Lab a calculé que ce rayon pourrait être environ 25 % plus petit que le rayon de charge, soit seulement 0,6 femtomètre.

Les limites de la planète Proton

D'un point de vue conceptuel, ce type d'analyse adoucit la danse floue des quarks pour en faire un objet solide, semblable à une planète, avec des pressions et des forces agissant sur chaque point de volume. Cette planète gelée ne reflète pas entièrement le proton bouillonnant dans toute sa gloire quantique, mais c'est un modèle utile. "C'est une interprétation", a déclaré M. Schweitzer.

Et les physiciens soulignent que ces cartes initiales sont approximatives, pour plusieurs raisons.

Premièrement, mesurer avec précision le tenseur énergie-impulsion nécessiterait des énergies de collision beaucoup plus élevées que celles que Jefferson Lab peut produire. L’équipe a travaillé dur pour extrapoler soigneusement les tendances à partir des énergies relativement faibles auxquelles elles peuvent accéder, mais les physiciens ne sont toujours pas sûrs de la précision de ces extrapolations.

(Photo : Lorsqu'il était étudiant, Volker Burkert a lu qu'il était impossible de mesurer directement les propriétés gravitationnelles du proton. Aujourd'hui, il participe à une collaboration au laboratoire Jefferson qui est en train de découvrir indirectement ces mêmes propriétés.)

De plus, le proton est plus que ses quarks ; il contient également des gluons, qui se déplacent sous leurs propres pressions et forces. L'astuce à deux photons ne peut pas détecter les effets des gluons. Une autre équipe du Jefferson Lab a utilisé une astuce analogue ( impliquant une interaction double-gluon ) pour publier l'année dernière une carte gravitationnelle préliminaire de ces effets des gluons dans Nature, mais elle était également basée sur des données limitées et à faible énergie.

"C'est une première étape", a déclaré Yoshitaka Hatta, physicien au Brookhaven National Laboratory qui a eu l'idée de commencer à étudier le proton gravitationnel après les travaux du groupe Jefferson Lab en 2018.

Des cartes gravitationnelles plus précises des quarks du proton et de ses gluons pourraient être disponibles dans les années 2030, lorsque le collisionneur électron-ion, une expérience actuellement en construction à Brookhaven, entrera en activité.

Pendant ce temps, les physiciens poursuivent leurs expériences numériques. Phiala Shanahan, physicienne nucléaire et des particules au Massachusetts Institute of Technology, dirige une équipe qui calcule le comportement des quarks et des gluons à partir des équations de la force forte. En 2019, elle et ses collaborateurs ont estimé les pressions et les forces de cisaillement, et en octobre, en ont estimé le rayon, entre autres propriétés. Jusqu'à présent, leurs résultats numériques ont été largement alignés sur les résultats physiques du Jefferson Lab. "Je suis certainement très excitée par la cohérence entre les résultats expérimentaux récents et nos données", a déclaré Mme Shanahan.

Même les aperçus flous du proton obtenus jusqu'à présent ont légèrement remodelé la compréhension des chercheurs sur la particule.

Certaines conséquences sont pratiques. Au CERN, l'organisation européenne qui gère le Grand collisionneur de hadrons, le plus grand broyeur de protons au monde, les physiciens pensaient auparavant que dans certaines collisions rares, les quarks pouvaient se trouver n'importe où dans les protons en collision. Mais les cartes inspirées par la gravitation suggèrent que les quarks ont tendance à rester près du centre dans de tels cas.

"Les modèles utilisés au CERN ont déjà été mis à jour", a déclaré François-Xavier Girod, physicien du Jefferson Lab qui a travaillé sur les expériences.

Les nouvelles cartes pourraient également offrir des pistes pour résoudre l’un des mystères les plus profonds du proton : pourquoi les quarks se lient en protons. Il existe un argument intuitif selon lequel, comme la force puissante entre chaque paire de quarks s'intensifie à mesure qu'ils s'éloignent, comme un élastique, les quarks ne peuvent jamais échapper à leurs camarades.

Mais les protons sont fabriqués à partir des membres les plus légers de la famille des quarks. Et les quarks légers peuvent également être considérés comme de longues ondes s'étendant au-delà de la surface du proton. Cette image suggère que la liaison du proton pourrait se produire non pas via la traction interne de bandes élastiques, mais par une interaction externe entre ces quarks ondulés et étirés. La cartographie de pression montre l’attraction de la force forte s’étendant jusqu’à 1,4 femtomètres et au-delà, renforçant ainsi l’argument en faveur de ces théories alternatives.

"Ce n'est pas une réponse définitive", a déclaré Girod, "mais cela indique que ces simples images avec des bandes élastiques ne sont pas pertinentes pour les quarks légers."