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Résumé :
Les mécanismes perceptifs sont généralement envisagés au sein de la littérature en sciences cognitives comme des processus destinés à fabriquer des représentations les plus objectives possible pour des systèmes cognitifs supérieurs tels que la mémoire. Certaines données expérimentales, et notamment le phénomène de perception catégorielle (PC), sont pourtant difficilement intégrables au sein de ces conceptions séquentielles et hiérarchiques des processus perceptifs et mnésiques. Les résultats de simulations en réseaux de neurones formels, utilisant la régie de rétro-propagation du gradient de l'erreur, montrent que les processus perceptifs et mnésiques sont plutôt à envisager comme la résultante de mécanismes de co-structuration des systèmes de traitement en fonction des contraintes d'apprentissage qui leur sont respectivement imposées. Les résultats montrent en effet qu'une contrainte de catégorisation à l'apprentissage permet de modifier la psychophysique de la perception de stimuli complexes.
Les résultats d'Harnad (2003) apportent une preuve expérimentale de ces phénomènes de co-structuration, en proposant une réinterprétation du phénomène de PC au sein de modélisations hautement distribuées de la mémoire. Le phénomène de PC montre qu'une différence égale entre deux signaux physiques est perçue par les sujets comme plus petite quand ces deux signaux appartiennent à la même catégorie, et plus grande quand ils font partie de deux catégories différentes. L'explication apportée par Harnad pour circonscrire ce phénomène réside dans la structuration des couches cachées des réseaux de neurones formels, au sein desquelles la réalité des distances physiques entre les stimuli de l'environnement va être déformé, en rendant plus similaires des stimuli qu'ils le sont déjà, et plus dissimilaires des stimuli qui ne se ressemblent pas, via la modification des poids de connexions du réseau. L'effet de supériorité du prototype va alors être considéré comme la résultante de cette structuration. En effet, étant donné que le prototype reflète la tendance centrale d'une catégorie, la meilleure performance des réseaux pour le prototype découlerait de cette compression intra-catégorielle.
Cette étude a en revanche contrasté l'effet de supériorité du prototype a celui du phénomène de PC en montrant qu'ils sont le fruit de deux phénomènes différents. Afin de pouvoir mettre en évidence ceci, il a d'abord été construit des stimuli répartis le long d'un continuum de dérivations entre trois objets de même famille mais totalement différents. Le prototype du centre du continuum sépare ce dernier en deux catégories et reflète la structure sous-jacente de l'ensemble de ce continuum, alors que les prototypes de chaque extrémité affichent une proximité uniquement avec les dérivations de leurs catégories respectives. Ces stimuli sont volontairement en opposition avec notre hypothèse, en favorisant largement l'apparition de l'effet de supériorité du prototype.
Les simulations de réseaux de neurones formels utilisent deux types de réseaux. Des réseaux uniquement auto-associateurs, et des réseaux mixtes (auto-hétéro-associateurs) afin de contraster l'effet d'une contrainte de catégorisation sur la puissance de l'effet de supériorité du prototype. Tout d'abord, les réseaux purement auto-associateurs affichent systématiquement une meilleure performance pour le prototype central que pour n'importe quel autre item (dérivations et prototypes des extrémités) et ceci quelles que soient les contraintes d'apprentissage imposées aux réseaux. Ceci permet de mettre en évidence une capacité de généralisation de ces types de réseaux. Les conceptions massivement distribuées de la mémoire semblent donc être de bons outils pour la modélisation de ce phénomène. Pour observer l'effet de la contrainte hétéro-associative sur l'effet de supériorité du prototype, il est nécessaire de comparer ce qui a été obtenu précédemment au sein des réseaux auto-associateurs, avec la sortie auto-associative des réseaux mixtes. Les résultats de simulations montrent systématiquement un effet perturbateur de la contrainte hétéro-associative sur l'effet de supériorité du prototype. Si l'effet de supériorité du prototype était la résultante de la structuration des réseaux suite aux contraintes d'apprentissage qui leur sont imposées, cet effet de perturbation ne devrait pas être observé. La comparaison des résultats entre les réseaux mixtes et les réseaux auto-associateurs permet donc de mettre en évidence que l'effet de supériorité du prototype et le phénomène de PC sont issus de processus différents. Cet effet de perturbation se stabilise avec l'augmentation des contraintes d'apprentissage et augmente au fur et à mesure que la contrainte hétéro-associative de catégorisation augmente.
L'ajout de cinq réinjections entre chaque cycle d'apprentissage permet d'observer la présence d'attracteurs au niveau de l'activation des sorties auto-associatives des deux types de réseaux (auto-associateurs et mixtes). Au sein des réseaux auto-associateurs, l'effet de supériorité du prototype est augmenté par les réinjections. Les attracteurs sont représentés par les trois prototypes, sur lesquels un plateau d'activation est observé. Cela signifie que le réseau a modifié sa perception de la réalité physique des stimuli, car pour toutes les activations d'entrées proches de celles des prototypes, le réseau fournit la même activation de sortie. Au sein des réseaux mixtes, l'effet de la contrainte d'apprentissage semble augmenter avec les réinjections. Pour observer un effet de perception catégorielle, la performance au niveau du prototype central doit diminuer et deux attracteurs répartis de part et d'autres de la frontière catégorielle doivent être présents, coupant ainsi le continuum en deux au niveau du prototype central. Bien que ce résultat optimal ait été observé, son ampleur reste faible, c'est pourquoi de futurs travaux devront s'attacher à systématiser cet effet. L'observation des résultats mentionnés ici permet d'appuyer les phénomènes de co-structuration, qui doivent alors être envisagés comme la mise en oeuvre de boucles de traitement perceptif, ce qui serait en accord avec les données neurophysiologiques qui montre l'importance des voies descendantes au sein des structures perceptives. Enfin, en vue d'une future expérimentation sur les sujets humains pour montrer la perturbation de l'effet de supériorité du prototype induit par l'ajout d'une contrainte de catégorisation, un protocole expérimental a été mis en place, utilisant les mêmes stimuli que ceux utilisés lors des simulations.
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