Une approche quantique du problème corps-esprit (1)

Dr. Pierre UZAN – Chercheur associé au laboratoire SPHERE Histoire et Philosophie des Sciences Université Paris-Diderot

1. Introduction.

     Les modèles de la conscience proposés dans le cadre de la neurobiologie actuelle s’inscrivent dans un cadre matérialiste, voire physicaliste, qui présuppose que tout phénomène pourrait être complètement expliqué à partir de la matière et de ses lois. Cependant, comme l’ont noté de nombreux philosophes et certains neurophysiologistes, cette approche est sujette à la difficile question de savoir comment des processus neuronaux décrits dans le langage de la neurobiologie, à la troisième personne,  pourraient donner lieu à une expérience subjective qui, elle, est vécue de façon privée, à la première personne. C’est ce que le philosophe Chalmers appelle le « problème difficile de la conscience ». (Nagel 1974) (Chalmers 1996) (Edelman 2000) (Bitbol 2008)

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    Ces modèles ne peuvent, en effet, que donner une description des processus cérébraux impliqués dans la réception et l’analyse de l’information par le cerveau lors de la réalisation de tâches cognitives ou de perceptions conscientes -projet qui est en partie réalisé grâce aux méthodes d’observation par imagerie médicale- et non de l’expérience subjective corrélative de ces processus neurophysiologiques. Ils ne peuvent, par conséquent, que réduire l’expérience subjective à ses corrélats neuronaux (Crick 1994) ou l’« identifier » mystérieusement à ces derniers (Changeux 1983) –si elle n’est pas purement et simplement niée (Churchland 1996) (Denett 2001).

    Alors que l’expérience subjective apparaît comme une anomalie (Kuhn 1962) qui ne peut être expliquée dans le cadre du paradigme matérialiste en vigueur -ce qui mène à l’insoluble problème « difficile » de la conscience-, l’approche quantique fondée sur le monisme neutre qui est proposée ici nous introduit à une nouvelle façon de penser sa relation avec les processus neuronaux. Selon cette approche, l’expérience subjective n’est pas « identifiée » ou « réduite » à des processus neurophysiologiques ; elle n’est pas non plus considérée comme une propriété « émergente » de l’activité du cerveau, aussi complexe soit-elle (Sperry 1983) (Searle 1997). Enfin, l’ « esprit » et le cerveau ne constituent pas, comme dans les approches dualistes, deux substances ou deux classes de processus indépendants et inhomogènes dont l’interaction resterait à expliquer -comme c’était déjà le cas chez Descartes et, plus récemment, chez Eccles (1994). Ici, le psychisme (et, en particulier, l’expérience subjective) et le physiologique sont conçus comme des manifestations ou des domaines d’expérience distincts mais cependant complémentaires et enchevêtrés, c’est à dire soumis à des contraintes mutuelles, d’un même niveau de réalité plus fondamental –celui de l’unité psychophysique de l’individu.

     Pour mener à bien ce projet de recherche, nous commencerons par explorer les concepts de complémentarité et d’intrication ainsi que leur relation au-delà du cadre strict de la physique quantique où ils ont été définis initialement  (section 2). Puis nous proposerons une utilisation de ces concepts pour modéliser les corrélations psychophysiques (section 3).  Cette modélisation sera précisée pour le phénomène de la conscience (section 4) et appliquée, plus généralement, au domaine psychosomatique (section 5).

2. Complémentarité et intrication au-delà de la physique quantique.

    Nous proposons d’utiliser la théorie quantique et ses concepts clés pour modéliser la relation psychophysique. Ces concepts sont ceux de complémentarité et d’intrication qui sont rigoureusement définis en physique quantique mais dont l’applicabilité est universelle puisqu’ils peuvent être exportés en dehors du monde physique et même au-delà du domaine matériel. L’utilisation des notions de complémentarité et d’intrication généralisées, qui sont en fait étroitement liés comme nous le montre le  théorème de Landeau (qui généralise celui de Bell relatif à la causalité classique), permet une modélisation féconde de la co-émergence des aspects mentaux et physiologiques de l’individu à partir de l’unité psychophysique qui le caractérise, ainsi que de leurs corrélations.

   Un premier objectif consiste ainsi à approfondir et à préciser en quel sens les notions de complémentarité et d’intrication, qui sont définies de façon rigoureuse en physique quantique, peuvent être utilisées, voire redéfinies, pour des phénomènes physiques qui ne sont pas régis par la physique quantique et même au-delà du seul domaine matériel.

    En physique quantique, les notions de complémentarité et d’intrication sont définies en se référant exclusivement au monde matériel (voire au seul domaine microscopique). La complémentarité est définie par la non-commutativité des observables définis pour un système physique, comme c’est le cas pour l’observable position et impulsion selon la même direction spatiale :

[X, Px] = i ħ I,

leur degré de non-commutativité étant mesuré par ħ, la constante de Planck divisée par 2 p. La notion d’intrication de l’état d’un système physique S, qui a été introduite par Schrödinger (1935), est définie par sa  non-factorisabilité :

|F >  =  c1  |f^I₁ > |f^II₁ > + c2  |f^I₂ > |f^II₂ >  + ….. ,

où les produits |f^I_i> |f^II_i> sont les états possibles de S –ce qui signifie que |F > ne peut être écrit comme un produit d’un état unique de S_I et d’un état unique de  S_II. Dans ce cas, des corrélations fortes peuvent exister entre les observables de  S_I et celles de S_II même si ces sous-systèmes sont séparés causalement puisque si S_I est observé dans l’état |f^I_i>,  S_II sera nécessairement observé dans l’état  “relatif” |f^II_i>. Ce phénomène a été confirmé par divers expériences depuis celle d’Alain Aspect portant sur la mesure de la polarisation de deux photons « jumeaux » (produits dans un état intriqué) et émis selon deux directions opposées,  toute possibilité d’interaction ou d’échange d’information entre les deux photons ou entre les parties de l’appareillage ayant été éliminée.  En outre, ce qui est essentiel, il a été montré, par la violation des inégalités de Bell (1964) (Clauser, Horne, Shimony and Holt 1969) qui doivent être vérifiées par toute population dont les individus possèdent intrinsèquement leurs propriétés (critère classique de causalité locale), que les polarisations des deux photons ne peuvent leur être attribuées avant leur mesure. Ces corrélations peuvent ainsi être qualifiées de « non-locales » ou « non-causales » (au sens de la causalité classique).

   Cependant, beaucoup de phénomènes relevant de domaines très divers semblent pouvoir s’expliquer en faisant appel à ces deux notions. Quelques exemples :

 a) en physique classique, il est possible de montrer la complémentarité entre les  descriptions Hamiltonienne et informationnelle de l’évolution d’un système physique (Atmanspacher et al.  2009) :

i [L, M] = K I

où L est l’opérateur de Liouville, qui régit la dynamique Hamiltonienne,  M un opérateur qui évalue la quantité d’information qui peut être acquise en mesurant un ensemble de grandeurs représentatives du système et K est l’entropie de Kolmogorov-Sinaï (un invariant positif pour des systèmes chaotiques)[1]. Cette relation de commutation implémente l’idée fondamentale selon laquelle la précision des prédictions décroît avec le temps.

 b) en théorie de la perception, pour les phénomènes de perception bistables. Pour le cube de Necker, Atmanspacher et ses collègues (2009) ont  montré la complémentarité du processus d’observation, qui a pour états propres les deux perceptions possibles du cube (face avant en bas à droite ou en haut à gauche), et de la dynamique Hamiltonienne qui régit l’oscillation entre ces deux états. Ce type de phénomènes donne lieu à un « effet Zénon quantique » qui est prédit par la théorie quantique et qui a été confirmé expérimentalement: le processus d’observation fige l’évolution Hamiltonienne. En termes plus généraux, comme le fait remarquer Römer (2006), on peut dire (et on constate) qu’il existe une relation de complémentarité  entre observables substantielles (décrivant l’état des systèmes) et « processuelles » (relatives à leur évolution).

 c) les phénomènes psychosomatiques, et, en particulier, le phénomène de la conscience : l’intrication et la complémentarité des domaines psychiques et physiologiques ont été depuis longtemps observées

– par les médecins de la Grèce antique puisque, par exemple, Hippocrate concevait la maladie comme une perte de l’harmonie globale du corps et de l’esprit qui pouvait être restaurée en prenant en considération son « tempérament » et son vécu personnel.

– par les philosophes du monisme neutre : Spinoza concevait l’esprit et la matière comme deux “attributs” de la substance unique, infinie et éternelle, comme deux aspects intelligibles de cette substance. Cette idée de distinction épistémique entre l’aspect mental et l’aspect physique de la substance unique a été reprise et ré-interprétée par Russell dans son “Analysis of Mind” (1921) lorsqu’il affirme, par exemple, que nous appréhendons l’unique substance avec des « constructions logiques différentes » : la physique est utilisée pour appréhender son aspect matériel tandis que la psychologie est notre mode d’approche de son aspect mental.  

   Plus récemment, la neurobiologie a confirmé l’étroite corrélation existant entre, d’une part, les états mentaux ou les actes cognitifs et, d’autre part, les états du cerveau ou les processus neurophysiologiques qui s’y déroulent. Par exemple, la perception visuelle d’un stimulus corrèle à l’activation de nombreuses aires du cortex réparties selon deux voies (ventrales et dorsales) prenant leur origine dans l’aire V1 (cortex visuel primaire) situé dans le lobe occipital et traversant, respectivement, le cortex pariétal postérieur et le cortex inférotemporal pour aboutir dans le cortex préfrontal (Koch 2006). En outre, les expériences de rivalité binoculaire ont montré que des aires dites de « haut niveau » (de la voie ventrale) sont plus spécifiquement activées lors de la perception visuelle consciente (Leopold and Logothetis 1996). En fait, comme le remarque le neurologue Damasio (1999), le corps dans son intégralité est impliqué dans l’émergence d’états conscients puisque ce sont les émotions, qui sont produites par les structures extra-corticales (et, en particulier, par le tronc cérébral) à partir de l’information reçue de l’ensemble du corps, qui sont insérées (au niveau du cortex) aux tâches cognitives et motrices et donnent ainsi lieu au « sentiment même de soi ».

   Plus généralement d’ailleurs, c’est la complémentarité et l’intrication des processus somatiques (relatifs à l’ensemble du corps) et psychiques (qu’ils soient conscient ou non) qui ont été explorées de façon méthodique depuis Freud.  Ce denier a introduit le concept de « conversion hystérique » pour désigner la somatisation d’une « excitation psychique » (Freud 1895) alors que Groddeck (1923), un médecin contemporain de Freud, affirmait que toute maladie organique était l’expression d’un désordre psychique. Alexander (1950), le co-fondateur de l’école de médecine psychosomatique de Chicago, a même soutenu que toutes les caractéristiques de l’être humain, qu’elles soient d’ordre physique ou psychique, sont liées ensemble dans un tout indivisible. L’idée que le psychisme joue un rôle essentiel dans l’éclosion de la maladie somatique et sa guérison a été explorée méthodiquement par l’école psychosomatique de Paris crée par Marty et ses collègues. Sans se limiter aux seuls processus de somatisation, et en accord avec la conception holistique de l’individu défendue par Alexander, le phénomène psychosomatique est étudié aujourd’hui par la psycho-immuno-neuro-endocrinologie dont les principaux résultats sont rapportés, par exemple, par T. Janssen (2006).

    Il s’agira donc, dans un premier temps, de décrire et de caractériser avec le plus de précision possible quelques unes des corrélations les plus typiques entre, d’une part, les processus mentaux et, d’autre part, les processus neurophysiologiques -ou, plus généralement, les processus corporels (c’est à dire physiologiques, endocriniens, immunitaires et neuronaux).