Daniel Wolpert: The real reason for brains

Daniel Wolpert : La vraie raison d'être des cerveaux

Traducteur: Amélie Gourdon Relecteur: Joel Bomane

I'm a neuroscientist.

Je suis un neuroscientifique.

And in neuroscience,

Et en neurosciences,

we have to deal with many difficult questions about the brain.

nous devons répondre à nombre de questions difficiles à propos du cerveau.

But I want to start with the easiest question

Mais je veux commencer avec la question la plus facile

and the question you really should have all asked yourselves at some point in your life,

et la question que vous auriez vraiment dû tous vous être posés à un moment de votre vie,

because it's a fundamental question

parce que c'est une question fondamentale

if we want to understand brain function.

si nous voulons comprendre la fonction du cerveau.

And that is, why do we and other animals

Et il s'agit de pourquoi nous, et d'autres animaux,

have brains?

avons des cerveaux ?

Not all species on our planet have brains,

Toutes les espèces sur la planète n'ont pas un cerveau,

so if we want to know what the brain is for,

donc si nous voulons savoir à quoi sert le cerveau,

let's think about why we evolved one.

réfléchissons à pourquoi nous avons évolué pour en avoir un.

Now you may reason that we have one

Vous pouvez raisonner que nous en avons un

to perceive the world or to think,

pour percevoir le monde ou pour penser,

and that's completely wrong.

et ceci est totalement faux.

If you think about this question for any length of time,

Si vous pensez à cette question pendant un certain temps,

it's blindingly obvious why we have a brain.

ça saute aux yeux pourquoi nous avons un cerveau.

We have a brain for one reason and one reason only,

Nous avons un cerveau pour une raison et une seule,

and that's to produce adaptable and complex movements.

et c'est dans le but de produire des mouvements adaptables et complexes.

There is no other reason to have a brain.

Il n'y a pas d'autre raison pour avoir un cerveau.

Think about it.

Pensez-y.

Movement is the only way you have

Le mouvement est la seule façon que nous avons

of affecting the world around you.

d'avoir un effet sur le monde qui nous entoure.

Now that's not quite true. There's one other way, and that's through sweating.

Maintenant, ce n'est pas tout à fait exact. Il y a un autre moyen, et c'est par la sueur.

But apart from that,

Mais à part ceci,

everything else goes through contractions of muscles.

tout le reste passe par la contraction de muscles.

So think about communication --

Pensez à la communication,

speech, gestures, writing, sign language --

le discours, les gestes, écrire, le langage des signes,

they're all mediated through contractions of your muscles.

ils sont tous faits par l'intermédiaire de contractions musculaires.

So it's really important to remember

Donc il est vraiment important de se rappeler

that sensory, memory and cognitive processes are all important,

que les processus sensoriels, mnésiques et cognitifs sont tous importants,

but they're only important

mais ils sont importants seulement

to either drive or suppress future movements.

pour soit provoquer, soit supprimer de futurs mouvements.

There can be no evolutionary advantage

Il ne peut pas y avoir d'avantage évolutionnaire

to laying down memories of childhood

à abandonner des souvenirs d'enfance

or perceiving the color of a rose

ou à percevoir la couleur d'une rose

if it doesn't affect the way you're going to move later in life.

si cela n'affecte pas la façon dont nous allons nous mouvoir plus tard dans la vie.

Now for those who don't believe this argument,

Maintenant pour ceux qui ne croient pas en cette position,

we have trees and grass on our planet without the brain,

sur notre planète nous avons les arbres et l'herbe qui n'ont pas de cerveau,

but the clinching evidence is this animal here --

mais la preuve décisive est cet animal ici,

the humble sea squirt.

l'humble tunicier.

Rudimentary animal, has a nervous system,

Un animal rudimentaire, il a un système nerveux,

swims around in the ocean in its juvenile life.

nage dans l'océan dans sa jeunesse.

And at some point of its life,

Et à un moment de sa vie,

it implants on a rock.

il s'implante sur un rocher.

And the first thing it does in implanting on that rock, which it never leaves,

Et la première chose qu'il fait en s'implantant sur ce rocher, qu'il ne quitte jamais,

is to digest its own brain and nervous system

est de digérer son propre cerveau et système nerveux

for food.

pour nourriture.

So once you don't need to move,

Donc une fois que vous n'avez plus besoin de bouger,

you don't need the luxury of that brain.

vous n'avez pas besoin du luxe qu'est ce cerveau.

And this animal is often taken

Et cet animal est souvent pris

as an analogy to what happens at universities

comme analogie de ce qui se passe dans les universités

when professors get tenure,

quand les professeurs sont titularisés,

but that's a different subject.

mais c'est un autre sujet.

(Applause)

(Applaudissements)

So I am a movement chauvinist.

Donc je suis un patriote du mouvement.

I believe movement is the most important function of the brain --

Je crois que le mouvement est la fonction la plus importante du cerveau ;

don't let anyone tell you that it's not true.

ne laissez personne vous dire que cela n'est pas vrai.

Now if movement is so important,

Maintenant si le mouvement est si important,

how well are we doing

comment nous en sortons-nous

understanding how the brain controls movement?

à comprendre comment le cerveau contrôle le mouvement ?

And the answer is we're doing extremely poorly; it's a very hard problem.

Et la réponse est très très mal ; c'est un problème très difficile.

But we can look at how well we're doing

Mais nous pouvons déterminer comment nous nous en sortons

by thinking about how well we're doing building machines

en pensant à notre aptitude à construire des machines

which can do what humans can do.

qui peuvent faire ce que les humains font.

Think about the game of chess.

Pensez au jeu des échecs.

How well are we doing determining what piece to move where?

Comment parvenons-nous à déterminer quelle pièce bouger et où ?

If you pit Garry Kasparov here, when he's not in jail,

Si vous opposez Gary Kasparov ici, quand il n'est pas en prison,

against IBM's Deep Blue,

à la machine Deep Blue d'IBM,

well the answer is IBM's Deep Blue will occasionally win.

eh bien, la réponse est que Deep Blue gagnera à l'occasion.

And I think if IBM's Deep Blue played anyone in this room, it would win every time.

Et je pense que si Deep Blue jouait contre n'importe qui dans cette pièce, il gagnerait à tous les coups.

That problem is solved.

Ce problème est résolu.

What about the problem

Qu'en est-il du problème

of picking up a chess piece,

d'attraper une pièce d'échecs,

dexterously manipulating it and putting it back down on the board?

de la manipuler avec dextérité et de la reposer sur le plateau ?

If you put a five year-old child's dexterity against the best robots of today,

Si vous opposez la dextérité d'un enfant de 5 ans contre les meilleurs robots actuels,

the answer is simple:

la réponse est simple :

the child wins easily.

l'enfant gagne facilement.

There's no competition at all.

Il n'y a pas du tout de compétition.

Now why is that top problem so easy

Maintenant pourquoi ce problème en haut est si facile

and the bottom problem so hard?

et le problème en bas si difficile ?

One reason is a very smart five year-old

Une raison est qu'un très intelligent enfant de 5 ans

could tell you the algorithm for that top problem --

pourrait vous dire l'algorithme pour ce problème en haut :

look at all possible moves to the end of the game

regarder tous les mouvements possibles jusqu'à la fin du jeu

and choose the one that makes you win.

et choisir celui qui permet de gagner.

So it's a very simple algorithm.

Donc c'est un algorithme très simple.

Now of course there are other moves,

Bien sûr il y a d'autres mouvements,

but with vast computers we approximate

mais avec de puissants ordinateurs nous effleurons

and come close to the optimal solution.

et sommes proches de la solution optimale.

When it comes to being dexterous,

Quand on en vient à être adroit,

it's not even clear what the algorithm is you have to solve to be dexterous.

ce n'est même pas clair quel algorithme vous devez résoudre pour être adroit.

And we'll see you have to both perceive and act on the world,

Et nous allons voir que vous devez à la fois percevoir et agir sur le monde,

which has a lot of problems.

ce qui pose un tas de problèmes.

But let me show you cutting-edge robotics.

Mais laissez-moi vous montrer de la robotique de pointe.

Now a lot of robotics is very impressive,

Une grande part de la robotique est très impressionnante,

but manipulation robotics is really just in the dark ages.

mais la manipulation d'objet en est vraiment juste au Moyen-Âge.

So this is the end of a Ph.D. project

C'est le produit d'un projet de thèse

from one of the best robotics institutes.

d'un des meilleurs instituts de robotique.

And the student has trained this robot

Et l'étudiant a entraîné son robot

to pour this water into a glass.

à verser de l'eau dans un verre.

It's a hard problem because the water sloshes about, but it can do it.

C'est un problème difficile parce que l'eau se répand autour, mais il peut le faire.

But it doesn't do it with anything like the agility of a human.

Mais il ne fait aucunement avec l'agilité d'un humain.

Now if you want this robot to do a different task,

Maintenant si vous voulez que ce robot fasse une autre tâche,

that's another three-year Ph.D. program.

c'est une autre de thèse de trois ans.

There is no generalization at all

Il n'y a pas du tout de généralisation

from one task to another in robotics.

d'une tâche à l'autre en robotique.

Now we can compare this

Maintenant on peut comparer cela

to cutting-edge human performance.

à la performance humaine de pointe.

So what I'm going to show you is Emily Fox

Ce que je vais vous montrer est Emily Fox

winning the world record for cup stacking.

battant le record du monde d'empilement de tasses.

Now the Americans in the audience will know all about cup stacking.

Les Américains dans le public sauront ce qu'est l'empilement de tasses.

It's a high school sport

C'est un sport de lycée

where you have 12 cups you have to stack and unstack

où vous avez 12 tasses à empiler et dés-empiler

against the clock in a prescribed order.

dans un certain ordre et contre la montre.

And this is her getting the world record in real time.

Et ici c'est elle remportant son record mondial, en temps réel.

(Laughter)

(Rires)

(Applause)

(Applaudissements)

And she's pretty happy.

Et elle est plutôt contente.

We have no idea what is going on inside her brain when she does that,

Nous n'avons aucune idée de ce qui se passe dans son cerveau quand elle fait ça,

and that's what we'd like to know.

et c'est ce que nous aimerions savoir.

So in my group, what we try to do

Donc dans mon groupe, ce que nous essayons de faire

is reverse engineer how humans control movement.

est de recréer à l'envers comment les humains contrôlent leurs mouvements.

And it sounds like an easy problem.

Et cela semble un problème aisé.

You send a command down, it causes muscles to contract.

Vous envoyez une commande vers le bas, cela amènes les muscles à se contracter.

Your arm or body moves,

Votre bras ou votre corps bouge,

and you get sensory feedback from vision, from skin, from muscles and so on.

et vous recevez un feedback sensoriel par la vision, la peau, les muscles, etc.

The trouble is

Le problème est que

these signals are not the beautiful signals you want them to be.

ces signaux ne sont pas les beaux signaux que vous voudriez qu'ils soient.

So one thing that makes controlling movement difficult

Donc une chose qui rend le contrôle des mouvements difficiles

is, for example, sensory feedback is extremely noisy.

est par exemple que le feedback sensoriel est extrêmement bruyant.

Now by noise, I do not mean sound.

Par bruit, je n'entends pas son.

We use it in the engineering and neuroscience sense

Nous l'utilisons dans son acception en ingénierie et neurosciences,

meaning a random noise corrupting a signal.

au sens d'un son aléatoire qui corrompt un signal.

So the old days before digital radio when you were tuning in your radio

Dans le temps avant la radio digitale, quand vous allumiez votre radio

and you heard "crrcckkk" on the station you wanted to hear,

et entendiez "crrcckkk" au lieu de la station que vous vouliez écouter,

that was the noise.

c'était le bruit.

But more generally, this noise is something that corrupts the signal.

Mais plus généralement, le bruit est quelque chose qui corrompt le signal.

So for example, if you put your hand under a table

Donc par exemple, si vous mettez votre main sous la table

and try to localize it with your other hand,

et essayez le la localiser avec votre autre main,

you can be off by several centimeters

vous pouvez vous tromper de plusieurs centimètres

due to the noise in sensory feedback.

à cause du bruit dans le feedback sensoriel.

Similarly, when you put motor output on movement output,

De même, quand vous superposez un résultat moteur et un résultat de mouvement,

it's extremely noisy.

c'est extrêmement bruyant.

Forget about trying to hit the bull's eye in darts,

Oubliez d'essayer d'atteindre le cœur de la cible aux fléchettes,

just aim for the same spot over and over again.

visez juste le même endroit encore et encore.

You have a huge spread due to movement variability.

Vous avez une énorme écart à cause de la variabilité du mouvement.

And more than that, the outside world, or task,

Et plus encore, le monde extérieur, ou la tâche,

is both ambiguous and variable.

sont tous deux ambigus et variables.

The teapot could be full, it could be empty.

La théière pourrait être pleine, elle pourrait être vide.

It changes over time.

Cela change avec le temps.

So we work in a whole sensory movement task soup of noise.

Donc nous travaillons dans une tâche sensorimotrice qui est une pleine soupe de bruit.

Now this noise is so great

Maintenant le bruit est si grand

that society places a huge premium

que la société place une énorme importance

on those of us who can reduce the consequences of noise.

sur ceux d'entre nous qui peuvent réduire les conséquences du bruit.

So if you're lucky enough to be able to knock a small white ball

Donc si vous êtes assez chanceux pour pouvoir envoyer une petite balle blanche

into a hole several hundred yards away using a long metal stick,

à plusieurs centaines de mètres, avec un long bâton en métal,

our society will be willing to reward you

notre société sera prête à vous récompenser

with hundreds of millions of dollars.

avec des millions de dollars.

Now what I want to convince you of

Maintenant ce dont je veux vous convaincre

is the brain also goes through a lot of effort

est que le cerveau fait aussi beaucoup d'efforts

to reduce the negative consequences

pour réduire les conséquences négatives

of this sort of noise and variability.

de ce type de bruit et de variabilité.

And to do that, I'm going to tell you about a framework

Et pour faire cela, je vais vous parler d'un cadre théorique

which is very popular in statistics and machine learning of the last 50 years

très populaire en statistiques et en apprentissage automatique depuis 50 ans,

called Bayesian decision theory.

qu'on appelle la théorie bayésienne de la décision.

And it's more recently a unifying way

Récemment c'est devenu un moyen unificateur

to think about how the brain deals with uncertainty.

de penser à la façon dont le cerveau gère l'incertitude.

And the fundamental idea is you want to make inferences and then take actions.

Et l'idée fondamentale est que vous voulez faire des inférences et agir.

So let's think about the inference.

Donc pensons aux inférences.

You want to generate beliefs about the world.

Vous voulez générer des croyances sur le monde.

So what are beliefs?

Que sont les croyances ?

Beliefs could be: where are my arms in space?

Les croyances pourraient concerner la place de mes bras dans l'espace.

Am I looking at a cat or a fox?

Si je regarde un chat ou un renard.

But we're going to represent beliefs with probabilities.

Mais nous allons représenter les croyances par des probabilités.

So we're going to represent a belief

Donc on va représenter une croyance

with a number between zero and one --

avec un nombre compris entre 0 et 1 —

zero meaning I don't believe it at all, one means I'm absolutely certain.

0 signifiant que je ne crois pas du tout, 1 signifiant que je suis absolument certain.

And numbers in between give you the gray levels of uncertainty.

Et les nombres entre deux vous donnent les niveaux gris d'incertitude.

And the key idea to Bayesian inference

Et l'idée-clé de l'inférence bayésienne

is you have two sources of information

est que vous avez deux sources d'information

from which to make your inference.

à partir de laquelle faire votre inférence.

You have data,

Vous avez les données,

and data in neuroscience is sensory input.

et en neuroscience les données sont les informations sensorielles.

So I have sensory input, which I can take in to make beliefs.

Donc vous avez les informations sensorielles, que je peux intégrer pour élaborer des croyances.

But there's another source of information, and that's effectively prior knowledge.

Mais il y a une autre source d'information, et il s'agit en réalité du savoir préalable.

You accumulate knowledge throughout your life in memories.

Vous amassez du savoir au cours de votre existence, sous forme de souvenirs.

And the point about Bayesian decision theory

Et le concept de la théorie bayésienne de la décision

is it gives you the mathematics

est qu'elle vous fournit les mathématiques

of the optimal way to combine

supportant le moyen optimal de combiner

your prior knowledge with your sensory evidence

votre savoir préalable avec vos preuves sensorielles

to generate new beliefs.

pour générer de nouvelles croyances.

And I've put the formula up there.

J'ai mis la formule ici.

I'm not going to explain what that formula is, but it's very beautiful.

Je ne vais pas vous expliquer ce qu'est la formule, mais elle est très belle.

And it has real beauty and real explanatory power.

Elle a une réelle beauté et un réel pouvoir d'explication.

And what it really says, and what you want to estimate,

Et ce qu'elle dit vraiment, ce que vous voulez estimer,

is the probability of different beliefs

c'est la probabilité des différentes croyances

given your sensory input.

étant donné les informations sensorielles que vous avez.

So let me give you an intuitive example.

Laissez-moi vous donner un exemple intuitif.

Imagine you're learning to play tennis

imaginez que vous jouez au tennis

and you want to decide where the ball is going to bounce

et vous voulez décider où la balle va rebondir

as it comes over the net towards you.

alors qu'elle passe le filet dans votre direction.

There are two sources of information

Il y a deux sources d'information

Bayes' rule tells you.

d'après la loi de Bayes.

There's sensory evidence -- you can use visual information auditory information,

Il y a les preuves sensorielles : vous pouvez utiliser les informations visuelles et auditives,

and that might tell you it's going to land in that red spot.

et elles pourraient vous indiquer qu'elle va atterir sur ce point rouge.

But you know that your senses are not perfect,

Mais vous savez que vos sens ne sont pas parfaits,

and therefore there's some variability of where it's going to land

et qu'en conséquence là où la balle va atterrir est variable,

shown by that cloud of red,

comme indiqué par ce nuage de rouge,

representing numbers between 0.5 and maybe 0.1.

qui représente les nombres entre 0.5 et peut-être 1.

That information is available in the current shot,

Cette information est fournie par le coup actuel,

but there's another source of information

mais il y a une autre source d'information

not available on the current shot,

qui n'est pas fournie par le coup actuel,

but only available by repeated experience in the game of tennis,

mais seulement par une expérience répétée du jeu de tennis,

and that's that the ball doesn't bounce

et c'est que durant le match la balle ne rebondit pas

with equal probability over the court during the match.

avec la même probabilité à travers le court.

If you're playing against a very good opponent,

Si vous jouez contre de très bons adversaires,

they may distribute it in that green area,

il se peut qu'ils envoient dans cette zone verte,

which is the prior distribution,

qui est la distribution préalable,

making it hard for you to return.

rendant difficile pour vous de renvoyer.

Now both these sources of information carry important information.

Maintenant ces deux sources d'information fournissent d'importantes données.

And what Bayes' rule says

Et ce que la loi de Bayes dit

is that I should multiply the numbers on the red by the numbers on the green

est que je devrais multiplier les nombres de la zone rouge par les nombres de la zone verte

to get the numbers of the yellow, which have the ellipses,

pour obtenir les nombres de la zone jaune, qui a les ellipses,

and that's my belief.

et qui représentent ma croyance.

So it's the optimal way of combining information.

Donc c'est le moyen optimal de combiner les informations.

Now I wouldn't tell you all this if it wasn't that a few years ago,

Maintenant je ne vous dirais pas tout ça si ce n'était qu'il y a quelques années,

we showed this is exactly what people do

nous avons montré que c'est exactement ce que les gens font

when they learn new movement skills.

quand ils acquièrent de nouvelles habiletés motrices.

And what it means

Et ce que cela signifie

is we really are Bayesian inference machines.

est que nous sommes réellement des machines à inférences bayésiennes.

As we go around, we learn about statistics of the world and lay that down,

En circulant, nous apprenons à propos des statistiques du monde et en retenons les règles,

but we also learn

mais nous apprenons aussi

about how noisy our own sensory apparatus is,

à quel point notre propre système sensoriel est bruyant,

and then combine those

et combinons alors les deux

in a real Bayesian way.

dans un mode réellement bayésien.

Now a key part to the Bayesian is this part of the formula.

Maintenant une partie-clé du concept bayésien est cette partie de la formule.

And what this part really says

Ce que cette partie dit vraiment

is I have to predict the probability

est que je dois prédire la probabilité

of different sensory feedbacks

de différents feedbacks sensoriels

given my beliefs.

étant donné mes croyances.

So that really means I have to make predictions of the future.

Donc cela signifie vraiment que je dois faire des prédictions à propos du futur.

And I want to convince you the brain does make predictions

E je veux vous convaincre que le cerveau fait ces prédictions

of the sensory feedback it's going to get.

à propos du feedback sensoriel qu'il va recevoir.

And moreover, it profoundly changes your perceptions

De plus, il change profondément vos perceptions

by what you do.

par ce que vous faites.

And to do that, I'll tell you

Et pour faire cela, je vais vous dire

about how the brain deals with sensory input.

comment le cerveau gère l'information sensorielle.

So you send a command out,

Donc vous envoyez une commande,

you get sensory feedback back,

vous recevez du feedback en retour,

and that transformation is governed

et cette transformation est gouvernée

by the physics of your body and your sensory apparatus.

par la physique de votre corps et votre système sensoriel.

But you can imagine looking inside the brain.

Mais vous pouvez imaginer regarder à l'intérieur du cerveau.

And here's inside the brain.

Voici l'intérieur du cerveau.

You might have a little predictor, a neural simulator,

Vous pourriez avoir un petit prédicteur, un simulateur neuronal,

of the physics of your body and your senses.

de la physique de votre corps et de vos sens.

So as you send a movement command down,

Donc en envoyant une commande de mouvement vers le bas,

you tap a copy of that off

vous en tapez une copie

and run it into your neural simulator

et la rentrez dans votre simulateur neuronal

to anticipate the sensory consequences of your actions.

pour anticiper les conséquences sensorielles de vos actions.

So as I shake this ketchup bottle,

Donc alors que je secoue cette bouteille de ketchup,

I get some true sensory feedback as the function of time in the bottom row.

je reçois de réels feedbacks sensoriels en fonction du temps dans la ligne du bas.

And if I've got a good predictor, it predicts the same thing.

Et si j'ai un bon simulateur, il prédit la même chose.

Well why would I bother doing that?

Bien, pourquoi je m'embêterai à faire ça ?

I'm going to get the same feedback anyway.

Je vais recevoir le même feedback de toutes les façons.

Well there's good reasons.

Eh bien, il y a de bonnes raisons.

Imagine, as I shake the ketchup bottle,

Imaginez, alors que je secoue la bouteille de ketchup,

someone very kindly comes up to me and taps it on the back for me.

quelqu'un vient très gentiment à moi et tape le dessous de la bouteille pour moi.

Now I get an extra source of sensory information

Maintenant j'ai une source supplémentaire d'information

due to that external act.

à cause de cette action externe ;

So I get two sources.

Donc j'ai deux sources.

I get you tapping on it, and I get me shaking it,

J'ai vous, qui tapez la bouteille, et moi, qui la secoue,

but from my senses' point of view,

mais du point de vue de mes sens,

that is combined together into one source of information.

c'est combiné en une seule source d'information.

Now there's good reason to believe

Maintenant il y a de bonnes raisons de croire

that you would want to be able to distinguish external events from internal events.

que vous voudriez pouvoir distinguer les évènements externes des évènements internes.

Because external events are actually much more behaviorally relevant

Parce que les évènements externes sont en réalité bien plus pertinents du point de vue comportemental

than feeling everything that's going on inside my body.

que de sentir tout ce qui se passe à l'extérieur de mon corps.

So one way to reconstruct that

Donc une façon de reconstruire cela

is to compare the prediction --

est de comparer la prédiction —

which is only based on your movement commands --

seulement basée sur les commandes motrices —

with the reality.

avec la réalité.

Any discrepancy should hopefully be external.

Toute divergence devrait être externe, espérons.

So as I go around the world,

Donc alors que je circule dans le monde,

I'm making predictions of what I should get, subtracting them off.

je fais des prédictions de ce que devrais obtenir, et je les soustrais.

Everything left over is external to me.

Tout ce qui reste est externe pour moi.

What evidence is there for this?

Quelle preuve j'ai de ça ?

Well there's one very clear example

Eh bien, il y a un exemple très clair

where a sensation generated by myself feels very different

où une sensation générée par moi-même semble très différente

then if generated by another person.

d'une générée par une autre personne.

And so we decided the most obvious place to start

Donc nous avons décidé que le plus évident point de départ

was with tickling.

était le chatouillement.

It's been known for a long time, you can't tickle yourself

Il est connu depuis longtemps que vous ne pouvez pas vous chatouiller

as well as other people can.

aussi bien que les autres le peuvent.

But it hasn't really been shown, it's because you have a neural simulator,

Mais ça n'a pas vraiment été montré, c'est parce que vous avez un simulateur neuronal

simulating your own body

qui simule votre propre corps

and subtracting off that sense.

et soustrait cette sensation.

So we can bring the experiments of the 21st century

Donc nous pouvons apporter les expériences du 21ème siècle

by applying robotic technologies to this problem.

en appliquant la technologie robotique à ce problème.

And in effect, what we have is some sort of stick in one hand attached to a robot,

Et en effet, nous avons une sorte de bâton dans une main attachée à un robot,

and they're going to move that back and forward.

et ils vont bouger ça d'avant en arrière.

And then we're going to track that with a computer

Ensuite nous allons relever cela avec un ordinateur

and use it to control another robot,

et l'utiliser pour contrôler un autre robot,

which is going to tickle their palm with another stick.

qui va chatouiller leur paume avec un autre bâton.

And then we're going to ask them to rate a bunch of things

Ensuite on va leur demander d'évaluer un tas de chose,

including ticklishness.

inclus le chatouillement.

I'll show you just one part of our study.

Je vais vous montrer juste une partie de notre étude.

And here I've taken away the robots,

Ici j'ai enlevé les robots,

but basically people move with their right arm sinusoidally back and forward.

mais en gros les gens bougent leur bras droit dans un mouvement sinusoïdal d'avant en arrière.

And we replay that to the other hand with a time delay.

Nous refaisons ça sur l'autre main avec un délai temporel.

Either no time delay,

Soit pas de délai,

in which case light would just tickle your palm,

auquel cas la lumière chatouillerait votre paume,

or with a time delay of two-tenths of three-tenths of a second.

soit avec un délai de deux ou trois dixièmes de seconde.

So the important point here

ce qui est important ici

is the right hand always does the same things -- sinusoidal movement.

est que la main droite fait toujours la même chose, un mouvement sinusoïdal.

The left hand always is the same and puts sinusoidal tickle.

La main gauche fait toujours pareille et donne des chatouillements sinusoïdaux.

All we're playing with is a tempo causality.

La seule chose que nous manipulons est la causalité rythmique.

And as we go from naught to 0.1 second,

Et en passant de 0 à 0.1 seconde,

it becomes more ticklish.

ça chatouille plus.

As you go from 0.1 to 0.2,

En passant de 0.1 à 0.2 secondes,

it becomes more ticklish at the end.

ça chatouille plus à la fin.

And by 0.2 of a second,

Et une fois à 0.2 seconde,

it's equivalently ticklish

ça chatouille autant

to the robot that just tickled you without you doing anything.

le robot qui vient de vous chatouiller, sans que vous n'ayez rien fait.

So whatever is responsible for this cancellation

Donc quoi que ce soit responsable de cette annulation

is extremely tightly coupled with tempo causality.

est extrêmement lié à la causalité rythmique.

And based on this illustration, we really convinced ourselves in the field

Et à partir de cette illustration, nous nous sommes réellement convaincus dans le champ

that the brain's making precise predictions

que le cerveau fait des prédictions précises

and subtracting them off from the sensations.

et les soustrait des sensations.

Now I have to admit, these are the worst studies my lab has ever run.

Maintenant je dois admettre, ce sont les pires études que mon laboratoire n’ait jamais faites.

Because the tickle sensation on the palm comes and goes,

Parce que la sensation de chatouillement dur la paume vient et repart,

you need large numbers of subjects

vous avez besoin d'un grand nombre de sujets

with these stars making them significant.

avec ces étoiles qui les indiquent comme significatifs.

So we were looking for a much more objective way

Donc on cherchait un moyen bien plus objectif

to assess this phenomena.

d'évaluer ce phénomène.

And in the intervening years I had two daughters.

Et pendant ces années-là, j'ai eu deux filles.

And one thing you notice about children in backseats of cars on long journeys,

Et pendant de longs voyages, vous observez que les enfants dans les sièges-auto

they get into fights --

se battent ;

which started with one of them doing something to the other, the other retaliating.

ça commence avec l'un d'eux qui fait quelque chose à l'autre, et l'autre se venge.

It quickly escalates.

Ça escalade rapidement.

And children tend to get into fights which escalate in terms of force.

Et les enfants tendent à commencer des batailles qui montent en termes de force.

Now when I screamed at my children to stop,

Quand je criais à mes enfants d'arrêter,

sometimes they would both say to me

parfois toutes deux me disaient

the other person hit them harder.

que l'autre les avait frappées plus fort.

Now I happen to know my children don't lie,

Il s'avère que je sais que mes enfants ne mentent pas,

so I thought, as a neuroscientist,

donc j'ai pensé, comme neuroscientifique,

it was important how I could explain

qu'il était important de pouvoir expliquer

how they were telling inconsistent truths.

comment elles pouvaient dire des vérités inconsistantes.

And we hypothesize based on the tickling study

Nous avons suggéré, en nous basant sur l'étude du chatouillement,

that when one child hits another,

que quand un enfant en frappe un autre,

they generate the movement command.

ils génèrent une commande de mouvement.

They predict the sensory consequences and subtract it off.

Ils prédisent les conséquences sensorielles et les soustraient.

So they actually think they've hit the person less hard than they have --

Donc ils pensent qu'ils ont en fait frappé l'autre moins fort qu'en réalité,

rather like the tickling.

assez similaire au cas du chatouillement.

Whereas the passive recipient

Alors que le récipient passif,

doesn't make the prediction, feels the full blow.

ne faisant pas de prédiction, ressent la pleine force.

So if they retaliate with the same force,

Donc s'ils répondent avec la même force,

the first person will think it's been escalated.

le première personne pensera qu'ils ont escaladé.

So we decided to test this in the lab.

Nous avons donc décidé de tester ça en laboratoire.

(Laughter)

(Rires)

Now we don't work with children, we don't work with hitting,

Maintenant on ne travaille pas les enfants, on ne travaille pas avec les coups,

but the concept is identical.

mais le concept est identique.

We bring in two adults. We tell them they're going to play a game.

On fait venir deux adultes. On leur dit qu'ils vont jouer à un jeu.

And so here's player one and player two sitting opposite to each other.

Donc voici le joueur 1 et le joueur 2 assis l'une en face de l'autre.

And the game is very simple.

Le jeu est très simple.

We started with a motor

On a commencé avec un moteur

with a little lever, a little force transfuser.

avec un petit levier, un petit diffuseur de force.

And we use this motor to apply force down to player one's fingers

Et on utilise le moteur pour appliquer la force sur le doigt du joueur 1

for three seconds and then it stops.

pendant 3 secondes, avant d'arrêter.

And that player's been told, remember the experience of that force

Et on dit au joueur de se rappeler de l'expérience de cette force

and use your other finger

et d'utiliser son autre doigt

to apply the same force

pour appliquer la même force

down to the other subject's finger through a force transfuser -- and they do that.

sur le doigt de l'autre joueur, avec un diffuseur de force — et ils le font.

And player two's been told, remember the experience of that force.

Et on dit au joueur 2 de se rappeler l'expérience de cette force,

Use your other hand to apply the force back down.

et d'utiliser son autre main pour appliquer cette force.

And so they take it in turns

Donc ils prennent des tours

to apply the force they've just experienced back and forward.

pour appliquer la force qu'ils viennent d'expérimenter.

But critically,

Mais de façon importante,

they're briefed about the rules of the game in separate rooms.

on leur explique les règles du jeu dans des pièces séparées.

So they don't know the rules the other person's playing by.

Donc ils ne savent pas quelles sont les règles que l'autre joueur applique.

And what we've measured

Ce que nous avons mesuré

is the force as a function of terms.

est la force comme une fonction de termes.

And if we look at what we start with,

Si on regarde ce avec quoi nous commençons —

a quarter of a Newton there, a number of turns,

un quart de Newton ici, un nombre de tours —

perfect would be that red line.

cette ligne rouge serait parfaite.

And what we see in all pairs of subjects is this --

Mais ce qu'on observe dans toutes les paires de sujets est ceci :

a 70 percent escalation in force

une escalade de la force de 70%

on each go.

à chaque tour.

So it really suggests, when you're doing this --

Cela suggère vraiment, quand vous faites cela —

based on this study and others we've done --

basé sur cette étude et d'autres que nous avons faites —

that the brain is canceling the sensory consequences

que le cerveau annule les conséquences sensorielles

and underestimating the force it's producing.

et sous-estime la force qu'il produit.

So it re-shows the brain makes predictions

Donc ça montre encore que le cerveau fait des prédictions

and fundamentally changes the precepts.

et change fondamentalement les préceptes.

So we've made inferences, we've done predictions,

Donc nous avons fait des inférences, nous avons fait des prédictions,

now we have to generate actions.

maintenant nous devons générer des actions.

And what Bayes' rule says is, given my beliefs,

Et la loi de Bayes dit que, en fonction de mes croyances,

the action should in some sense be optimal.

l'action devrait dans un sens être optimale.

But we've got a problem.

Mais nous avons un problème.

Tasks are symbolic -- I want to drink, I want to dance --

Les tâches sont symboliques — je veux boire, je veux danser —

but the movement system has to contract 600 muscles

mais le système moteur doit contracter 600 muscles

in a particular sequence.

dans une séquence particulière.

And there's a big gap

Et il y a un grand écart

between the task and the movement system.

entre la tâche et le système moteur.

So it could be bridged in infinitely many different ways.

Donc il pourrait être comblé de façons infiniment différentes.

So think about just a point to point movement.

Pensez juste à un mouvement d'un point à un autre.

I could choose these two paths

Je pourrais choisir ces deux chemins

out of an infinite number of paths.

parmi une quantité infinie de chemins.

Having chosen a particular path,

Après avoir choisi un chemin particulier,

I can hold my hand on that path

je peux tenir ma main sur ce chemin

as infinitely many different joint configurations.

dans une infinité de configurations articulaires.

And I can hold my arm in a particular joint configuration

Et je peux tenir mon bras dans un configuration articulaire spécifique,

either very stiff or very relaxed.

soit très raide, soit très détendu.

So I have a huge amount of choice to make.

Donc j'ai une énorme quantité de choix à faire.

Now it turns out, we are extremely stereotypical.

Maintenant il s'avère que nous sommes très stéréotypiques.

We all move the same way pretty much.

Nous bougeons tous pour ainsi dire de la même façon.

And so it turns out we're so stereotypical,

Et il s'avère que nous sommes si stéréotypiques

our brains have got dedicated neural circuitry

que nos cerveaux ont un circuit neuronal dédié

to decode this stereotyping.

au décodage de ces stéréotypes.

So if I take some dots

Donc si je prends des points

and set them in motion with biological motion,

et je les fais bouger avec un mouvement biologique,

your brain's circuitry would understand instantly what's going on.

votre circuit cérébral comprendra immédiatement ce qui se passe.

Now this is a bunch of dots moving.

Voici un tas de points qui bougent.

You will know what this person is doing,

Vous saurez ce que cette personne fait,

whether happy, sad, old, young -- a huge amount of information.

si elle est heureuse, triste, vieille, jeune — une énorme quantité d'information.

If these dots were cars going on a racing circuit,

Si ces points étaient des voitures sur un circuit automobile,

you would have absolutely no idea what's going on.

vous n'auriez absolument aucune idée de ce qui se passe.

So why is it

Donc pourquoi est-ce que

that we move the particular ways we do?

nous bougeons de la façon particulière qu'est la nôtre ?

Well let's think about what really happens.

Eh bien, pensons à ce qui se passe vraiment.

Maybe we don't all quite move the same way.

Peut-être que nous ne bougeons pas vraiment tous de la même façon.

Maybe there's variation in the population.

Peut-être qu'il y a de la variation dans la population.

And maybe those who move better than others

Et peut-être que ceux qui bougent mieux que les autres

have got more chance of getting their children into the next generation.

ont plus de chances d'amener leurs enfants jusqu'à la prochaine génération.

So in evolutionary scales, movements get better.

Donc à l'échelle de l'évolution, les mouvements s'améliorent.

And perhaps in life, movements get better through learning.

Et peut-être que dans la vie, les mouvements s'améliorent par l'apprentissage.

So what is it about a movement which is good or bad?

Donc qu'est-ce qui fait qu'un mouvement est bon ou mauvais ?

Imagine I want to intercept this ball.

Imaginez que je veux intercepter cette balle.

Here are two possible paths to that ball.

Voici deux chemins possibles pour cette balle.

Well if I choose the left-hand path,

Si je choisis le chemin de gauche,

I can work out the forces required

je peux calculer les forces requises

in one of my muscles as a function of time.

dans un de mes muscles en fonction du temps.

But there's noise added to this.

Mais il y a le bruit ajouté à cela.

So what I actually get, based on this lovely, smooth, desired force,

Donc ce que j'ai vraiment, basé sur cette adorable, douce force voulue,

is a very noisy version.

est une version très bruyante.

So if I pick the same command through many times,

Donc si je choisis la même commande de nombreuses fois,

I will get a different noisy version each time, because noise changes each time.

j'obtiendrai une version bruyante différente à chaque fois, parce que le bruit change à chaque fois.

So what I can show you here

Ce que je peux vous montrer ici

is how the variability of the movement will evolve

est comment la variabilité du mouvement évolue

if I choose that way.

si je choisis ce chemin.

If I choose a different way of moving -- on the right for example --

Si je choisis une façon différente de bouger, sur la droite par exemple,

then I'll have a different command, different noise,

alors j'aurai une commande différente, un bruit différent,

playing through a noisy system, very complicated.

jouant via un système bruyant, très compliqué.

All we can be sure of is the variability will be different.

Tout ce dont nous pouvons être sûrs est que la variabilité sera différente.

If I move in this particular way,

Si je bouge de cette façon particulière,

I end up with a smaller variability across many movements.

je finis avec une variabilité réduite à travers de nombreux mouvements.

So if I have to choose between those two,

Donc si je dois choisir entre les deux,

I would choose the right one because it's less variable.

je prendrais celui de droite parce qu'il est moins variable.

And the fundamental idea

L'idée fondamentale

is you want to plan your movements

est que vous voulez planifier vos mouvements

so as to minimize the negative consequence of the noise.

pour minimiser les conséquences négatives du bruit.

And one intuition to get

Et une intuition à avoir

is actually the amount of noise or variability I show here

est qu'en réalité la quantité de bruit ou de variabilité que je montre ici

gets bigger as the force gets bigger.

devient plus grande quand la force devient plus grande.

So you want to avoid big forces as one principle.

Donc vous voulez éviter les grandes forces en tant que principe.

So we've shown that using this,

Nous avons donc montré qu'en utilisant cela,

we can explain a huge amount of data --

on peut expliquer une énorme quantité de données,

that exactly people are going about their lives planning movements

que les gens vivent exactement leurs vies en planifiant des mouvements

so as to minimize negative consequences of noise.

pour minimiser les conséquences négatives du bruit.

So I hope I've convinced you the brain is there

J'espère que je vous ai convaincus que le cerveau est là

and evolved to control movement.

et a évolué pour contrôler le mouvement.

And it's an intellectual challenge to understand how we do that.

C'est un défi intellectuel de comprendre comment nous faisons cela.

But it's also relevant

Mais c'est également pertinent

for disease and rehabilitation.

pour les maladies et la rééducation.

There are many diseases which effect movement.

Il y a de nombreuses maladies qui touchent le mouvement.

And hopefully if we understand how we control movement,

Et j'espère que si nous comprenons comment nous contrôlons le mouvement,

we can apply that to robotic technology.

nous pourrons appliquer cela à la technologie robotique.

And finally, I want to remind you,

Finalement, je voulais vous rappeler que

when you see animals do what look like very simple tasks,

quand vous voyez des animaux faire ce qui semble de très simples tâches,

the actual complexity of what is going on inside their brain

la complexité réelle de ce qui se passe dans leurs cerveaux

is really quite dramatic.

est en fait assez spectaculaire.

Thank you very much.

Merci beaucoup.

(Applause)

(Applaudissements)

Chris Anderson: Quick question for you, Dan.

Chris Anderson : "Rapide question pour vous, Dan.

So you're a movement -- (DW: Chauvinist.) -- chauvinist.

Donc vous êtes un" - DW : "patriote" - patriote du mouvement.

Does that mean that you think that the other things we think our brains are about --

Cela veut-il dire que vous pensez que les autres choses que nous pensons être des fonctions de nos cerveaux,

the dreaming, the yearning, the falling in love and all these things --

rêver, les aspirations, tomber amoureux et toutes ces choses,

are a kind of side show, an accident?

sont une sorte de spectacle annexe, un accident ?"

DW: No, no, actually I think they're all important

DW : "Non, non, en fait je pense qu'elles sont toutes très importantes

to drive the right movement behavior to get reproduction in the end.

pour orienter le bon comportement moteur pour se reproduire au final.

So I think people who study sensation or memory

Donc je pense que les gens étudient les sensations ou la mémoire

without realizing why you're laying down memories of childhood.

sans réaliser pourquoi nous abandonnons des souvenirs d'enfance.

The fact that we forget most of our childhood, for example,

Le fait que nous oublions la plupart de notre enfance, par exemple,

is probably fine, because it doesn't effect our movements later in life.

n'est probablement pas un problème, parce que cela n'affecte pas nos mouvements plus tard dans la vie.

You only need to store things which are really going to effect movement.

Vous avez seulement besoin de stocker des choses qui vont vraiment affecter le mouvement."

CA: So you think that people thinking about the brain, and consciousness generally,

CA : "Donc vous pensez que les gens qui réfléchissent au cerveau, et à la conscience en général,

could get real insight

pourrait bénéficier d'un réel apport

by saying, where does movement play in this game?

en se demandant ce que le mouvement a à voir dans ce jeu ?"

DW: So people have found out for example

DW : "On a découvert par exemple

that studying vision in the absence of realizing why you have vision

qu'étudier la vision sans réaliser pourquoi nous avons la vision

is a mistake.

est une erreur.

You have to study vision with the realization

Nous devons étudier la vision en considérant

of how the movement system is going to use vision.

comment le système moteur va utiliser la vision.

And it uses it very differently once you think about it that way.

Et il l'utilise très différemment une fois que vous y pensez comme cela."

CA: Well that was quite fascinating. Thank you very much indeed.

CA :"C'était vraiment fascinant. Merci beaucoup en effet."

(Applause)

(Applaudissements)