Rhuthmos

Rythmes cérébraux et codage neural de la mémoire

Michaël Zugaro — 2025-03-10T06:00:00Z

M. Zugaro, « Rythmes cérébraux et codage neural de la mémoire », Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB), Annuaire du Collège de France 2018-2019, n° 119, 2022, pp. 742-743.

Introduction : Les « cellules de lieu » de l'hippocampe codent la position de l'animal dans l'environnement. Lorsqu'un rat se déplace, en raison de leur organisation temporelle singulière, les cellules de lieu s'activent très rapidement l'une après l'autre pour représenter la trajectoire en cours à une vitesse accélérée, ce qui favorise le renforcement de leurs connexions et pourrait sous-tendre la formation d'une première trace mnésique dans l'hippocampe. Ensuite, au cours du sommeil à ondes lentes, ces mêmes séquences se reproduisent spontanément pendant les ondulations, des oscillations hippocampiques de haute fréquence (200 Hz). Ces réactivations permettent un dialogue avec le cortex qui conduit à la consolidation de la mémoire, c'est-à-dire sa stabilisation à long terme – nous avons été les premiers à le démontrer lors de nos travaux précédents (Eschenko et al., 2008 ; Girardeau et al., 2009 ; Ramadan et al., 2009 ; Girardeau et al., 2014 ; Maingret et al., 2016).

Des structures sous-corticales jouent également un rôle fondamental dans ce processus, comme le striatum ou les noyaux neuromodulateurs. Nos travaux ont mis en évidence des couplages pendant le sommeil entre l'activité spontanée des neurones noradrénergiques, les ondulations hippocampiques, et les réactivations d'ensembles neuraux au niveau cortical (Mölle et al., 2006 ; Peyrache et al., 2009 ; Eschenko et al., 2012). [...]

Rhythm as Form of Physiological Process (Part 1)

Pascal Michon — 2018-08-29T11:30:00Z

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Let us start by looking into the rapid development of the new natural sciences of the living in the 1850s and 1860s. These disciplines, which had their roots in medicine and natural history, were indeed to become, from the 1870s, the basis for the development of psychology and, in a more indirect way, economy and sociology. As a matter of fact, in the first decades of the second half of the 19^th century, rhythm was of increasing concern in these new sciences, both as operating concept and subject of investigation. Since these sciences promoted empiricist and experimental methods and rejected any idealist or metaphysical presupposition, it might have been expected that they would bring radically new insights into rhythmology by breaking with the abstract poetic metrics and the Idealist philosophy which had dominated the previous period (see vol. 2, chap 6). But this is not exactly what happened. Instead, although physiology brought about some noticeable rhythmological results, broadly speaking, it rather reinforced the Platonic metric paradigm (see vol. 1, chap. 1, 2 and 3) . This first chapter will try to trace the main reasons for this paradoxical outcome.

From Medical to Physiological Rhythm (Vierordt – 1855-1871)

To enter our subject, we may well start with Karl von Vierordt (1819-1884) who, along with Brücke and Helmholtz whose contributions I will address below, was born around 1820. As all of his colleagues involved in the development of the new experimental physiology, Vierordt was educated as a medical doctor. He thus began his research career by studying breath in the 1840. Eventually, his interest shifted to blood circulation: in 1854, he created a device he called a “Sphygmograph,” which was rapidly used in different countries to record on paper the variation of blood pressure—Marey improved it in France a few years later—and became instrumental in the semantic shift of the rhythm concept from alternation and ratio to beat and wave in medicine and physiology (see vol. 2, chap. 2). Thanks to his new device, he was able to run new experiments and publish in 1855 a full treatise on arterial pulse: Die Lehre vom Arterienpuls in gesunden und kranken Zuständen – The Theory of the Arterial Pulse in Healthy and Sick States. In 1861, he wrote a very successful textbook entitled Grundriss der Physiologie des Menschen – Outline of Man's Physiology which was republished five times (last ed. 1877).

In the first chapter of The Theory of the Arterial Pulse (1855), Vierordt recapitulated the main previous medical contributions on the subject. He recalled the work of “Josef Struth” in the 16^th century (1540 – see vol. 2, p. 18 sq. – he mentioned the 1555 ed.). Since he was directly quoting Struthius, rhythm was here clearly and very traditionally synonymous with succession of expansion and contraction of the artery of proportionate durations (see vol. 2, p. 18-25).

If we now address one of the next problems of pulse semiotics, we must admit at once that the important relation between the durations of the expansion and contraction of the artery cannot be perceived [...] by touch. This is what our Struth admits when he says: “Rhythmi non noscentur, nisi integra tempora distentionis et contractionis noscantur. – Quod vero ignota sint integra tempora motus utriusque; inde constat, quoniam et motus distensionis et contractionis integer, nobis cognitus esse non potest.” (The Theory of the Arterial Pulse, 1855, p. 2, my trans.)

Vierordt alluded next to François-Nicolas Marquet's Nouvelle méthode pour connaître le pouls (1744 – see vol. 2, p. 38 sq. – he mentioned the 1769 ed.) which he acknowledged as a legitimate attempt at “expressing the pulse in notes of music” while calling it a “naive doctrine.” Rhythm seemed then to refer to the new musical meaning based on the regular succession of beats and bars which developed during the 18^th century.

Later medicine was not entirely poor [on that matter], though it has failed to set up clear symbols for the rhythm of the pulse [Rhythmik des Pulses] allegedly observed through the sense of touch, in order to sharpen the description of the pulse. That's why a physician in Nancy, Marquet [...] tried to express the pulse in notes of music. [...] Numerous engraved music examples served as an explanation of this naive doctrine. (The Theory of the Arterial Pulse, 1855, p. 18, my trans.)

But a few pages below, Vierordt used again the term “Rhythmik,” seemingly referring, this time, to the succession of beats and waves as it was recorded with the Sphygmograph he had just invented in 1854. As a matter of fact, Vierordt provided a large number of figures representing records of pulse waves (similar to those taken in Marey's, Kries' and Ewart's books provided in vol. 2, chap. 2).

It sometimes happens that the artery evades the platelet; here, the best way is to compress the artery slightly below the observation point of the pulse; the rhythm of the latter [die Rhythmik des letzteren] is not disturbed by this. (The Theory of the Arterial Pulse, 1855, p. 33-34, my trans.)

Noticeably, these three acceptations of the term rhythm were almost exceptions in his book, either because they belonged to the past or contrarily, for the last one, to a much too modern conception. Most of the time, Vierordt used rhythm as regular alternation or as mere succession of alternate movements, regular or not. He considered, for instance, the binary movement of respiration as much rhythmic as the heart motion.

The reason why the systole and diastole of the ventricles last approximately the same time in humans, however, is still an unsolved problem of the theory of heart movements [...]. The answer to this last question, on which my attempt stumbled, remains unsettled, and I can, at the most, draw attention to analogous processes of rhythmic movements in muscles during animal action. In frequent respiration, the duration of inspiration and expiration is approximately the same; the muscles of inspiration rest about the same time as they are in action; the same applies to the exhalers. When acting, the muscles show similar rhythmic alternation between work and rest. (The Theory of the Arterial Pulse, 1855, p. 70, my trans., same use p. 123)

The rhythm of respiration is thus here an arbitrary one; in order to make the effects of respiration more pronounced, it is also possible to purposely take a deep breath. I have followed this method in my experiments on this question. One uses a suitable lever device for recording the respiratory movements on the kymograph. (The Theory of the Arterial Pulse, 1855, p. 190, my trans.)

If we turn now to his very famous Grundriss der Physiologie des Menschen – Outline of Man's Physiology (published in 1861 but I will use the fourth revised and expanded edition published in 1871), it is worth noticing, to begin with, that Vierordt never used the term rhythm for the periodic development of the embryo. I could not find a single occurrence in the whole section dedicated to embryology (p. 604-658). This is one more piece of evidence showing that there was no “rhythm episteme” in the 19^th century (for this dubitable thesis see Wellmann, 2010) and, moreover, that rhythm was not a concept used by the new developmental physiology of the time, at least until the 1900s (for a discussion of this contention, see vol. 2, chap. 5).

In his Physiology, Vierordt used instead the term rhythm mainly in three ways. The first referred to a strictly regular succession of phenomena, as the beating of a clock—actually, in this particular instance, of the regular meeting of two slightly desynchronized clocks. This use appeared—but only once—in the section dedicated to hearing.

A sound that hits both organs of hearing, albeit unequally, is simply heard. But the fusion of the sensations of both organs has its limits; one gets, for example, different impressions as one hears two clocks of slightly different beating speed with one or both ears (E. H. W e b e r). In the first case, one distinguishes the periods where the beats of both clocks meet, and considers them as a repetitive rhythm. If, on the other hand, a clock is held in front of each ear, one is able to decide which one beats faster but not to [recognize] any of the rhythms [aber jener Rhythmus fehlt]. (Outline of Man's Physiology, 1871, p. 334, my trans.)

The second use equated rhythm with a series of cycles or a periodic recurring. This use was naturally prevalent in the section dedicated to “Periodische Körperzustände – Periodic Body States” (p. 591-604). It also appeared in the section concerning the contractions of childbirth (p. 571) or to describe the flow of blood in arteries (p. 141).

A closer examination of the course of the normal functions may lead to observe the constancy of certain cycles, including multi-day cycles. The very phenomena of the three-day, four-day, and above all of the very rare, seven-day pathological rhythm, and the strange multipla of the latter, to which menstrual cycles belong, all point to this. [But] this subject, as well as the previous attempts to demonstrate multi-day rhythms in normal life in various functions, cannot be discussed here. (Outline of Man's Physiology, 1871, p. 600, my trans.)

Most of the time, though, Vierordt used rhythm, in a rather traditional way in medicine, as synonymous with alternation of two contrary movements of various durations, whether by some body muscles under nervous stimulus (p. 74, 83, 95), the heart (p. 123, 124, 125, 127, 129, 145, 209), the arteries (p. 138), the respiration (p. 145, 202, 497, 579), the brains skins (p. 491), or the contractions of childbirth (p. 521). A full section of the chapter on “Blood Circulation” (chap. VII) was dedicated to the “Rhythmic of the Systole and the Diastole” (§ 128, p. 119) and another one in the chapter on “Respiration and Perspiration” (chap. X) to the “Rhythmic of Respiratory Movements” (§ 212, p. 202-203). One particularly illustrative example will suffice here.

When respiratory gas exchange is maintained to a sufficient degree by periodic injection of air into the trachea, a curarized animal, whose nervi vagi have been cut out, shows an alternate rise and fall [ein abwechselndes Steigen und Sinken] in the arterial blood pressure, as a result of a periodic increase and decrease in the activity of the vascular muscles [in Folge einer periodischen Zu- und Abnahme der Thätigkeit der Gefässmuskeln]. The stimulus to this rhythmic movement probably originates from alternating states of the medulla oblongata, as respiratory center. (Outline of Man's Physiology, 1871, p. 209, my trans.)

To put it in a nutshell, Vierordt's physiological studies in the 1850s and 1870s tended to enlarge the application of the various notions of rhythm derived from medicine but they did not change its Platonic metric frame.

From Medical to Physiological Rhythm (Wundt – 1864)

The second important figure we have to deal with is that of Wilhelm Wundt (1832-1920). Wundt was a bit younger than Vierordt. In 1855, he majored at the University of Heidelberg in medicine, but doctoring was not Wundt's vocation and he turned instead to physiology, which he studied for a semester under Johannes Müller—the “father of experimental physiology”—at Berlin. In 1856, at the age of 24, Wundt took his doctorate in medicine at Heidelberg, but habilitated as a Dozent in physiology. Two years later, he became an assistant to Hermann von Helmholtz, position in which he remained until 1865, with responsibility for teaching the laboratory course in physiology. His first research resulted in the Lehrbuch der Physiologie des Menschen – Textbook of Human Physiology published in 1864-1865 (Kim, 2016).

In this Textbook, Wundt often used the term rhythm, as it was customary in his time in medicine and physiology, to refer to the alternation of the diastole and systole the successive durations of which were in a certain ratio (p. 295, 297, 318, 321, 332, 335).

Donders imitated the rhythm of the heart sounds perceived by the stethoscope by movements of the hand and let these movements register on a rotating cylinder. (Textbook of Human Physiology, 1864-1865, p. 295, my trans.)

As Vierordt, he used it also, on the same semantic basis, to refer to the alternation of respiratory movements.

1. Rhythm of respiratory movements. The movements of the breath consist of rhythmic changes in the space of the chest cavity, which are caused by the successive contraction and relaxation of certain muscles. (Textbook of Human Physiology, 1864-1865, p. 355, also p. 392, 393, 394, my trans.)

As its cardiac counterpart, the rhythm of respiration explicitly implied a ratio between inspiration and expiration which yet could voluntarily vary.

The rhythm of the breath is a very regular one. The inspiration is shorter than the expiration, according to Vierordt, in the ratio of 10:14–24. Inspiration transforms directly into expiration. But on the other hand, before any new inspiration, there is a pause that is 1/5 – 1/3 of the total duration of one respiration. (Textbook of Human Physiology, 1864-1865, p. 356, also p. 374, my trans.)

For that very reason, as Vierordt, the young Wundt still clearly distinguished rhythm from beat or pulsation.

With a very significant increase in pressure, however, the number of cardiac pulsations [Herzpulse] may decrease again, while at the same time the regular rhythm [regelmässige Rhythmus] of the latter is usually disturbed (Heidenhain). (Textbook of Human Physiology, 1864-1865, p. 318, my trans.)

Unsurprisingly, the “pulse” was increasingly described as “pulse wave – Pulswelle” or “pulse curve – Pulscurve” and represented through figures taken from the latest studies run with Vierordt's and Marey's sphygmograph (as in fig. 56, p. 311, reproduced here above). It was also measured by it frequency, i.e. the number of recurring beats by time unit. For example, in the chapter dedicated to “The Blood and the Blood Movement,” Wundt often spoke of “pulse frequency – Pulsfrequenz” (p. 322, 324, 325, 327, 328, 330, 331, 360) and logically of “pulse acceleration – Pulsbeschleunigung” oder “Pulsvermehrung” (p. 324, 326, 327, 328, 329).

Yet, noticeably, Wundt did not use the term rhythm in these instances. As most of his physiologist colleagues in the 1850s and 1860s, he was still faithful to the ordinary meaning of the term in medicine.

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Rhythm as Form of Physiological Process (Part 2)

Pascal Michon — 2018-08-29T11:00:00Z

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Physiology of Musical Rhythm (Helmholtz – 1863)

The first physiologist, who took rhythm as subject of investigation per se instead of mere operating concept, was the German physicist, physiologist, and psychologist Hermann von Helmholtz (1821-1894). In 1863, Helmholtz published Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik – On the Sensations of Tone as Physiological Basis for the Theory of Music, which was foundational for the theory of sound perception, especially in music. It was republished five times (last Germ. ed. 1896) and translated into English, from the 1870 German edition, as soon as 1875 (last Engl. ed. 1912).

Before analyzing this contribution, it is yet worth noticing that, as could be expected given the most common opinion among musicians as well as theoreticians in his time, rhythm was not of a great concern to Helmholtz, who mainly concentrated on melody and harmony. Only a very few pages were directly dedicated to rhythm, which was not even mentioned in the first definition of music provided in the preface to the third German edition (1870).

The essential basis of Music is Melody. Harmony has become to Western Europeans during the last three centuries an essential, and, to our present taste, indispensable means of strengthening melodic relations, but finely developed music existed for thousands of years and still exists in ultra-European nations, without any harmony at all. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. xiv-xv, trans. Alexander J. Ellis)

Secondly, in the first part of the book in which Helmholtz presented the result of his experimental investigations in the acoustics and physiology of hearing—i.e. the physical and biological parts of the process—he never used the term rhythm. As it began to be customary in his time in medicine and physiology (see vol. 2, chap. 2), he used instead “vibrations,” “undulations,” or “waves.” Rhythm appeared—still in a very limited way—only in the last part where Helmholtz discussed the psychological and aesthetic aspects of music.

Helmholtz first recalled the origin of measured music in the West from the end of the 11^th century. Measured music developed, he recalled, from the need to “adapt to one another by slight changes in rhythm or pitch” two different melodies.

The first undoubted form of part-music intentionally [composed] for several voices, was the so-called discantus, which emerged at the end of the eleventh century in France and Flanders. The oldest specimens of this kind of music which have been preserved are as follows. Two entirely different melodies—and to all appearance the more different the better—were adapted to one another by slight changes in rhythm or pitch [durch kleine Veränderungen des Rhythmus oder der Tonhöhen], until they formed a tolerably consonant whole. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 373-374, trans. Alexander J. Ellis)

What Helmholtz meant here by rhythm is not totally clear. Since each one of an ever growing number of singers was singing a different part around the cantus firmus, i.e. the pre-existing melody forming the basis of polyphonic composition, “time [Takt] had to be strictly observed.” Yet “there was no integration of measure in the Gregorian Cantus firmus.” Rhythm was thus probably synonymous with uneven measure.

To keep the various parts together, time had to be strictly observed [war strenges Einhalten des Taktes nöthig], and hence the influence of discant developed a system of musical [rhythmic] [das System der musikalischen Rhythmik], which again contributed to infuse greater power and importance into melodic progression. [But] there was no division of measure [keine Takteinheilung] in the Gregorian Cantus firmus. The rhythm of dance music [die Rhythmik der Tanzmusik] was probably extremely simple. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 374, trans. Alexander J. Ellis – my mod.)

Yet, although Helmholtz knew of the existence of unmeasured music in the West, as in other cultures, he thought that “psychological reason,” i.e. what he saw as the “natural progress of the human spirit,” led “to rhythmic subdivision periodically repeated” exactly as “alterations of pitch in melodies take place by intervals, and not by continuous transitions.” Rhythm was to duration as melody to pitch and therefore based on the same kind of periodic distribution according to proportions.

The first fact observable in the music of all nations, so far as is yet known, is that alterations of pitch in melodies take place by intervals, and not by continuous transitions. The psychological reason of this fact would seem to be the same as that which led to rhythmic subdivision periodically repeated [welcher zur Abtheilung rhythmisch sich wiederholender Taktabschnitte genöthigt hat]. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 386, trans. Alexander J. Ellis, Helmholtz's italics)

Alluding to Pythagoras, Plato and the long series of their followers, Helmholtz equated rhythm and pitch scale, both being ways to “measure [the] progression,” either in time or pitch, of the sound flow.

The musical scale is, as it were, the divided rod by which we measure progression in pitch, as rhythm measures progression in time. Hence, the analogy between the scale of tones and rhythm naturally occurred to musical theoreticians of ancient as well as modern times. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 389, trans. Alexander J. Ellis)

Helmholtz turned then to the psychological effect of music on the mind. Using a comparison that was to become pervasive in the whole German culture at the end of the 19^th and the beginning of the 20^th centuries, he compared it to the effect of running waters or better yet, sea waves. Contrary to a quiet sea or the smooth undulations of a body of water, only rolling waves would please, he said, the human mind because they produce “a peculiar feeling of pleasant repose or weariness, and the impression of a mighty orderly life, finely linked together.”

Not merely music but even other kinds of motions may produce similar effects. Water in motion, as in cascades or sea waves [im Wogen des Meeres], has an effect in some respects similar to music. How long and how often can we sit and look at the waves rolling in to the shore [den anlaufenden Wogen zusehen]! Their rhythmic motion [Ihre rhythmische Bewegung], perpetually varied in detail, produces a peculiar feeling of pleasant repose or weariness, and the impression of a mighty orderly life, finely linked together. When the sea is quiet and smooth we can enjoy its colouring for a while, but it gives no such lasting pleasure as the rolling waves [als wenn sie wogt]. Small undulations, on the other hand, on small surfaces of water, follow one another too rapidly, and disturb rather than please. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 386, trans. Alexander J. Ellis)

Yet, since the pleasure was maximum when the music was “easily, clearly, and certainly” perceived, it necessitated “the steps of this motion, their rapidity and amount [be] exactly measurable by immediate perception.”

As we have seen, the melody has to express the motion in such a manner that the hearer easily, clearly, and certainly appreciates the character of that motion by immediate perception. This is only possible when the steps of this motion [die Schritte dieser Bewegung]—their rapidity and amount—are exactly measurable by immediate perception. Melodic motion is change of pitch in time. To measure it perfectly, the length of the time elapsed and the distance between the pitches must be measurable. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 387, trans. Alexander J. Ellis)

In turn, measurability implied “regularity” and “determinate” distribution. Musical rhythm was thus based on “the recurrence of similar events” analogous to “the revolution of the earth or moon, or the swing of a pendulum.”

This is possible for the immediate audition only on condition that the alterations both in time and pitch proceed by regular and determinate degrees [in regelmässigen und fest bestimmten Stufen]. This is immediately clear for time, for scientific just like other measurement of time depend on the rhythmical recurrence of similar events [auf der rhythmischen Wiederkehr gleicher Ereignisse], the revolution of the earth or moon, or the swing of a pendulum [auf dem Umlauf der Erde, des Mondes, den Schwingungen des Pendels]. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 387-388, trans. Alexander J. Ellis)

The primacy of the musical model and, in music, of melody at the expense of rhythm, explains why, concerning poetry, Helmholtz finally assumed the most traditional metric conception and, just as his contemporary Brücke, bluntly reduced poetic rhythm to “the regular alternation of accentuated and un-accentuated sounds” that would provide “artistic order” to the naturally rugged linguistic expression, while, as for Schopenhauer and many others, musical rhythm would, as expected, reach “the inmost nature” of the soul.

Thus also the regular alternation of accentuated and unaccented sounds [durch den regelmässigen Wechsel accentuirter und nicht accentuirter Laute] in music and poetry gives the measure of time for the composition. But whereas in poetry the construction of the verse serves only to reduce the external accidents of linguistic expression to artistic order; in music, rhythm, as the measure of time, belongs to the inmost nature of expression. Hence also a much more delicate and elaborate development of rhythm was required in music than in verse. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 388, trans. Alexander J. Ellis)

Since poetry was, Helmholtz claimed, only about producing “images” which could stimulate “imagination and memory,” sound and rhythm were actually of secondary importance in it.

Poetry aims most distinctly at merely exciting the formation of images, by addressing itself especially to imagination and memory, and it is only by subordinate auxiliaries of a more musical description, such as rhythm, and imitations of sounds, that it appeals to the immediate sensation of hearing. (On the Sensations of Tone, 1863-1870, p. 3, trans. Alexander J. Ellis)

Helmholtz's contribution to rhythmology was thus paradoxical. On the one hand, he held an openly materialist position, severely criticizing any vitalist contention and any metaphysical presupposition; he also accurately disapproved of the wide separation between “the horizons of physics, philosophy, and art” (p. 1). But on the other hand, he not only ignored the Ancient Materialists' as well as Aristotle's poetic contributions concerning the concept of rhuthmos (see vol. 1, chap. 1 and 3), which were ill-known in his days, but also, which is more disturbing, those of Diderot, even some of the German Romantics and, most disconcerting, the most insightful artists of his own time (see vol. 2, chap. 8 and 9), who could have been of great help to him. Instead, he conceived of rhythm—as a matter of fact as most of his fellow materialist scientists—on a sheer Platonic basis (see vol. 1, chap. 1 and 2).

While rhythm appeared as a mere result of the human sensory process—rhythmic measurability was required by the physics and physiology of human nature—it was still metrically defined as “order of movement.” Moreover, it was equated, beyond small-scale changes, with a periodic recurrence of beats or stresses—a claim which induced Helmholtz to reinstate the traditional cosmic trend of rhythmology (see vol. 2, chap. 1). Through perception, the human mind could feel her link to the well-ordered Universe, which had periodic rhythm of its own. Although they were initially meant to be part of a materialist worldview, this exclusive attention to regular patterns and this cosmic trend of thought were soon to be appropriated and changed into a war machine against materialism by neo-Romantics as Ludwig Klages.

Physiology of Time Sense (Vierordt – 1868)

In the late 1860s, shifting from physiology to psychology, Karl von Vierordt conducted the first experimental research on time perception, the results of which he published in 1868 in Der Zeitsinn: nach Versuchen – On Time Sense: an Experimental Study.

As far as we are concerned, this book is of dual interest. On the one hand, it was the first time that psychology was not considered from the philosophical angle but from the scientific one. Vierordt made it clear, in his introduction, that if psychology was to become a scientific discipline, it was to be based on physics and physiology. He started by explaining the necessary relations between “the psychological viewpoint,” “the physiological viewpoint,” and “the physical viewpoint” (p. 3-11).

On the other hand, this essay has long been considered as one of the first to address the problem of rhythm from a psychological viewpoint. Already some years ago, Paul Fraisse claimed that Vierordt “start[ed] to record rhythmical movements [des mouvements rythmés] and to measure their regularity” (Fraisse, 1974, p. 7). And more recently, Jon E. Roeckelein praised him again for having “conduct[ed] the first experimental research on rhythm, determining the period of greatest regularity in the tapping of rhythms” (Roeckelein, 2008, p. 31).

Despite these two attracting assessments, Vierordt's contribution to rhythmology was actually very limited. The experiments he described involved indeed new measurement techniques. Vierordt used one or two metronomes as time giver, and a kymograph (or wave-writer – see vol. 2, p. 55-56), which helped to accurately measure the actions of a human guinea pig (himself) whom was asked to reproduce, after a certain space of time or immediately, by slight movements of the finger, various series of beats, from two to eight, following continuously or interrupted by pauses, repeated sometimes up to ten times, and perceived either by hear or by touch. By repeating these various experiments sometimes up to more than thousand times, the aim was to exactly assess the difference between objective time and perceived time. Vierordt provided a copious series of numerical result tables. Here below, three passages where Vierordt described his experiments.

The assistant indicated a time of arbitrary duration by striking the plate twice, and I had the task—without seeing the movements of the lever apparatus—to reproduce, from the two notes i.e. by focusing on the time interval between them, the time thus heard as accurately as possible by a corresponding movement of the lever apparatus. There was to be no interval between the main laps of time indicated by the assistant and the one to be imitated by me; thus the second chink of the glass plate indicated the beginning of the reference time, so that I merely had to press the plate [once again] by means of a very small finger movement. The results are summarized, in their average values, in the following table consisting of 1104 individual experiments. (On Time Sense, 1868, p. 35, my trans.)

If one seeks to reproduce the periodic beats one has heard [gehörte periodischen Schläge] immediately after the last beat [Schlag] on the kymograph, one is convinced to have given equal size to the intervals, although the measurement of the individual intervals does not deliver a perfect equality. In our experiments, however, when measuring the times reproduced on the kymograph, the 7 intervals of each individual experiment were not measured for themselves, but only the total duration of the 7 intervals. (On Time Sense, 1868, p. 45, my trans.)

Accordingly, I set myself the task of recording three successive small strokes of the hand [Taktbewegungen der Hand] by means of the writing lever apparatus on the kymograph so that the two measures [die zwei Takte] should have exactly the same duration. (On Time Sense, 1868, p. 50-51, my trans.)

One of Vierordt's conclusions, among many others, was that human perception of time was varying according to the duration of the intervals between two beats, i.e. to the tempo: short durations tended to be overestimated, while long durations tended conversely to be underestimated. Another one was that, in the case of one or several series of beats, perceived time was varying according to its total duration, frequency, and number of repetition, sometimes appearing shorter, sometimes longer than it objectively was.

Yet most noticeably—unless I am mistaken—the term rhythm was never used in the book. Vierordt never mentioned it and most probably was not interested in it. This does not mean, though, that Vierordt's contribution on time sense is of no concern to rhythmology. But, since there is so much confusion on this subject, we better be cautious and precise. As we saw in a previous section, in his physiological writings Vierordt very rarely used rhythm as synonymous with regular series of beats. Most of the time, he quite traditionally assimilated rhythm with alternation of contrary movements which were not necessarily of the same duration. Since he was now dealing with the perception of time measured by metronomes, he restricted his concern to strictly periodic measures and beats, in German Takt. This probably explains why he refrained from using the term rhythm in this particular book, whereas he used it many times in Outline of Man's Physiology, published a few years later.

From this we may conclude that, contrarily to Fraisse's and Roeckelein's contentions, Vierordt did not exactly “start to record rhythmical movements and to measure their regularity.” He did not either “conduct the first experimental research on rhythm, determining the period of greatest regularity in the tapping of rhythms.” First of all, he was not concerned with “rhythmical movements” or “tapping of rhythms” but with the perception of duration measured by a succession of metronomic beats. Secondly, I do not think that we should carelessly project later categories on our subject and equate, as it has been made only a few decades later, rhythm with regular beat. What we may say however is that, although Vierordt did not formally introduce rhythm into psychology, something which actually had already be done by Helmholtz in 1863, he certainly participated, although quite indirectly, in the shift that was changing rhythm as variable succession of alternative movements into complex succession of beats (see vol. 2, chap. 2).

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Rhythm as Form of Physiological Process (Part 3)

Pascal Michon — 2018-08-29T10:30:00Z

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Physiology of Poetic Rhythm (Brücke – 1871)

As Hermann von Helmholtz, Carl Ludwig, and Emil Du Bois-Reymond, the German-Austrian physiologist Ernst Wilhelm von Brücke (1819-1892) was a resolute advocate of the School of Organic Physics which wanted to practice physiology exclusively on the basis of the exact natural sciences and in decided contrast to the so-called “Romantic Physiology” or to older vitalist currents. Contrarily to his colleagues, though, Brücke paid some heed to poetry. In 1871, he published a short booklet comprising 81 pages entitled Die physiologischen Grundlagen der neuhochdeutschen Verskunst – The Physiological Bases of the New High German Prosody. After Helmholtz's essay on music, this was the second time that rhythm was taken as a subject of investigation, but this time from poetry.

Remarkably, Brücke was very critical about the metric theory of the first half of the 19^th century which, due to a forced translation of metric patterns from tongues as Greek and Latin based on syllable quantity to German based on word stresses, tended to impose an unnatural pronunciation either by displacing word accents or distorting syllable durations.

I do not think the reader will contradict me if I proceed from the principle that a verse is all the more correct, the less one must depart from the prosaic pronunciation while scanning it [scandiren]. If one wants to prove a prosodic error, one only needs to scan [scandiren] it sharply and show the distortion which the pronunciation of one or the other word or group of words suffers as a result. This distortion can essentially be of two kinds: first, it can affect the accent, and second, the quantity. It is therefore possible to distinguish two fundamental laws: the law of accent congruence, which states that the accentuation required by the verse should not diverge from the common one; and the law of duration congruence, which states that we should not be compelled by the verse structure to time the pronunciation of the individual syllables in such a way that disturbing deviations from the natural use, recognized as correct, arise. We must devote a special investigation to each of these two laws. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 1, my trans.)

Brücke wanted to expose a more “natural” way to deliver German poetry by retrieving the physiological bases of the German language. It was clearly a naturalist enterprise which was attuned with those of his colleagues in the school of Organic Physics, especially Helmholtz's.

But he encountered the same paradox as them. On the one hand, Brücke made remarkable findings. He underlined the fact that the metric patterns based on ictuses could sometimes conflict with the natural stresses of the German language and artificially transform an unstressed syllable in a stressed one. This could even result in “inadmissible and ridiculous” way of scanning a line of verse (p. 21).

It is clear from the above that one will first choose stressed syllables to place ictuses, but also that arses which are not hit by an ictus may support a second-order stress. The fact that it too is formed of a stressed syllable does not cause any distortion of the accent, but rather that the ictus falls on a weaker syllable. If we scan [Scandiren wir]:

we read according to the usual scheme for the iambic trimeter, but we read badly. In order to make the verse lecture bearable, we are compelled to change its rhythm [den Rhythmus desselben] and read.

Here is a new rhythm [ein neuer Rhythmus] given by three equidistant ictuses, with the difference that the ictus does not fall on the first but on the second arsis of each dipody. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 5-6, my trans.)

He, therefore, found necessary to adapt the metric accents to the most common pronunciation of word stresses.

The change of rhythm [Der Wechsel des Rhythmus] in one and the same system of versification is not only permissible, but often even required. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 6, my trans.)

He laudatorily quoted Minckwitz's Lehrbuch der deutschen Verskunst – Textbook of German Versification (1863, p. 22 and p. 87) for making it clear that German poetry could not, for sheer linguistic reasons, indiscriminately use Ancient Greek patterns—yet, eventually criticizing him for being in other passages inconsistent with his previous statements (p. 11).

The main accents of the verse, namely its ictuses [Hebungen], must not be placed on any other syllables than on those which have the main accent in High German pronunciation. The observation of this law produces rhythms [Rhythmen] which must appear most pertinent and appropriate even to the one who does not know anything about verse and versification, or for the first time hears a series of feet. [...] An artificial rhythm [ein künstlicher Rhythmus], built solely on musical sound as in Greek, is not possible in our language because the logical accentuation of words [die logische Betonung der Wörter] cannot be changed but has to remain the same as in prose. (Minckwitz quoted in The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 11-12, my trans.)

But, on the other hand, he defined, according to a metric, Platonic and a rather narrow definition—respectively to already existing alternatives (see, vol. 2, part. 2 and 4)—verse rhythm as a succession of “accents” and “ictuses.”

It is well-known that the individual syllabic complexes, on which the verse is built, the so-called verse feet, are composed of a raising of the voice (arsis), that is, an intensified exhalation pressure, and a lowering of the voice (thesis), i.e. a diminished expiratory pressure. But just as there are accent of the first order and accent of the second order, not every arsis is equal to the others; in many cases one has to distinguish first order arses and second order ones. The former are the ones who are said to be hit by the ictus. Thus, in regular and complete iambic trimeter, the ictus falls on the first arsis of each dipody [group of two feet], and we therefore scan [wir scandiren deshalb]:

(The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 5, my trans.)

The paradoxical association of a correct perception of German poetry with a Platonic perspective explains why Brücke's concentrated on the measurement of the metric durations between arses and ictuses in verse.

Since we are dealing with the metric as theory of time measurement [als der Lehre von der Zeitmessung], let us simply ask ourselves: what is the basis of our measurement [unseres Messens] in each individual case, the [time-]length [die Länge], which, on the one hand, we may not surpass, but, on the other hand, must be fully realized? If we recite [Man recitire] a verse and simultaneously beat time [schlage den Tact dazu], it will be easy to perceive that the latter always corresponds with the uplift. Time beating is here, as in music, nothing but a tool for time measurement. The regular, or at least to a certain extent, regulated distances from arsis to arsis are therefore the basis of our whole time measurement, and this is confirmed by the experience of reciting verse [das Sprechen von Versen] while playing music or dancing. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 22, my trans.)

For the sake of scientific objectivity and precision, Brücke used a kymograph dubbed with a metronome to measure the time distances between arses and ictuses.

For these measurements, I made use of a kymograph-drum, rotating at a steady speed, on which I marked each arsis, including those struck by an ictus, while reciting [recitirte] iambic verses, hexameters, Alcaic and Sapphic stanzas. At the same time, the signals of a metronome were electrically transmitted to the same drum in order to inform the observer of any changes in the course of the instrument. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 23, see also p. 31, my trans.)

Predictably, he found that the distances between the various stresses were approximately equal to each other.

The subsequent comparison of the time distances between the individual marks showed that in iambic and trochaic meter the arses hit by an ictus and those not hit were equally distributed, and further that in the hexameter, in the Alcaic and Sapphic verses all arses were at the same distance. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 23, my trans.)

Another investigation concerned the measurement of syllable durations and the study of their varying associations by linking the kymograph to the lips.

Finally, in order to completely eliminate the influence of the various vowels and consonants, [and] so to write the rhythm of the verse itself, one can utter syllables composed of the same letter, e.g. ba, bam, pap, and then have the lip write on the kymograph. You then get pictures like the followings:

Fig. 1 shows an Alcaic line of verse formed from the syllable pap. The movement was made by the lower lip, so that the curve at a was a valley, at p always a peak. [...] In Figure 2, the syllable sequence bimbám bambámbam bámbabam bámbabam has been written in the Alcaic rhythm; the arsis peaks are also at the lowest ends of the descending parts of the second, fourth, sixth, and ninth dents. [...] In Fig. 3, I have shown an Alcaic line of verse formed entirely of the syllable ba to show how the curve forms, when the syllables develop throughout not from consonants but vowels. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 32-33, my trans.)

Brücke also proved by using the kymograph that the traditional saying: “the stress makes [the syllable] long [Der Accent macht lang],” was utterly wrong and that an unaccented syllable could last twice as long as the previous one which was accentuated, as for example in abfahrtsboot (p. 58). Since the modern German metric rhythm was based on accents and not on durations, it was thus possible to alter the utterance speed of some syllables to accommodate it. Brücke retrieved, in this instance, a conclusion that had already been reached by Aristotle and Augustine, although in a different metric systems and for very different reasons: rhythm is more important than meter (see vol. 1, p. 97 sq. and p. 334).

On the arsis, i.e. when the expiratory pressure reaches its maximum, its climax, from which it sinks again, there may be any syllable which can be stressed by the expiratory pressure without distorting the pronunciation of those which are next to it. It is quite indifferent whether the syllable is long or short in itself, i.e. whether it requires much or little time for pronunciation in the ordinary language. In verse you can always spend [on each one] as much time as the rhythm demands. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 83, my trans.)

Brücke recognized that many forms of German poetry escaped his description (p. 49-50). But he nevertheless concluded that new High German poetry was based on the regular recurrence of stronger and weaker accents, metric ictuses and natural linguistic stresses, at least for its main prosodic forms. Physiology's contribution finally only amounted to propose to substitute the old metric with a new one more adequate to the German language.

The German verse consists of a succession of syllables, in the utterance of which the increase and decrease in the exhalation pressure is regulated in a certain periodic way according to time. The beat of the verse [Den Takt des Verses] is carried out by muscles capable of altering the volume of the thoracic cavity; the separation of the syllables is produced by the organs of speech in the narrower sense, including the larynx. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 83, my trans.)

Except indirectly when dealing with the pronunciation, the psychological side was not developed by Brücke but, like Helmholtz, he unsurprisingly found that the pleasure induced by what he called “poetic rhythm” was similar to that induced by “watching the play of the waves or the dance.” It was triggered by “the periodic return of certain movements,” which in poetry meant “the symmetrical movements in raising and lowering the voice.”

As the eye, watching the play of the waves or the dance, is pleased by the periodic return of certain movements, the ear is pleased by the symmetrical movements in raising and lowering the voice. (The Physiological Bases of the New High German Prosody, 1871, p. 6, my trans.)

In the 1850s and 1860s, the interest of physiologists in rhythm as operating concept as well as subject of investigation increased noticeably. But most of them had been trained as medical doctors and, consequently, they remained within the frame of the traditional medical model, although they tended to extend its use. Vierordt and Wundt, for instance, attributed a rhythmic nature to a larger battery of physiological phenomena (heartbeat, contractions of arteries or brain skins, movements of respiration and perspiration, contractions of childbirth) but they did not change its basic meaning as series of alternate movements.

When some of them took rhythm as subject of investigation in its own right, they heavily borrowed from the theories of music and poetic metric. Even if they wanted to physiologically investigate musical and poetic rhythms, i.e. according to a materialist and empiricist perspective, instead of borrowing from the contemporary artists themselves, they rather naively took the definition provided by the academic theoreticians of those disciplines for granted. The result was the spreading of the Platonic metric paradigm by the most devoted empiricists and materialists of the time.

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Musical rhythms in the brain

Max Planck Gesellschaft — 2015-11-10T07:00:00Z

Ce texte a déjà paru le 26 octobre 2015 sur le site de la Max-Planck Gesellschaft. Nous remercions Jean-Paul Vignal de nous l'avoir signalé.

Researchers at Max Planck Institute for Empirical Aesthetics in Frankfurt and of New York University have identified how brain rhythms are used to process music, a finding that also contributes to a better understanding of the auditory system. Furthermore, the study suggests that musical training can enhance the functional role of brain rhythms.

The paper, which appears in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences, points to a newfound role the brain's cortical oscillations play in the detection of musical sequences. The term “cortical oscillations” refers to the rhythmic electrical activity generated spontaneously and in response to stimuli by neural tissue in the central nervous system. The importance of brain oscillations in sensory-cognitive processes has become increasingly evident.

We've isolated the rhythms in the brain that match rhythms in music,” explains Keith Doelling, lead author. “Specifically, our findings show that the presence of these rhythms enhances our perception of music and of pitch changes.

Not surprisingly, the study found that musicians have more potent oscillatory mechanisms than non-musicians do. “What this shows is we can be trained, in effect, to make more efficient use of our auditory-detection systems,” observes study co-author David Poeppel, director of the Max Planck Institute for Empirical Aesthetics. “Musicians, through their experience, are simply better at this type of processing.”

Previous research has shown that brain rhythms very precisely synchronize with speech, enabling us to parse continuous streams of speech — in other words, how we can isolate syllables, words, and phrases from speech, which is not, when we hear it, marked by spaces or punctuation.

However, it has not been clear what role such cortical brain rhythms, or oscillations, play in processing other types of complex sounds, such as music.

To address these questions, the researchers conducted three experiments using magnetoencephalography (MEG), which allows the tiny magnetic fields generated by brain activity to be measured. The study's subjects were asked to detect short pitch distortions in 13-second clips of classical piano music (by Bach, Beethoven, Brahms) that varied in tempo — from half a note to eight notes per second. The study's authors divided the subjects into musicians (those with at least six years of musical training and who were currently practicing music) and non-musicians (those with two or fewer years of musical training and who were no longer involved in it).

For music that is faster than one note per second, both musicians and non-musicians showed cortical oscillations that synchronized with the note rate of the clips. The researchers therefore conclude that these oscillations were effectively employed by everyone to process the sounds they heard, although musicians' brains synchronized more to the musical rhythms. Only musicians, however, showed oscillations that synchronized with unusually slow clips. This difference, the researchers say, may suggest that non-musicians are less able to process the music as a continuous melody rather than as individual notes. Moreover, musicians are able to detect pitch distortions much more accurately — as evidenced by corresponding cortical oscillations.

Thus, brain rhythms appear to play a role in parsing and grouping sound streams into ‘chunks' that are then analyzed as speech or music, the scientists add.

La musique et les plantes

Éric Bony — 2015-07-28T19:47:57Z

Sommaire

Ce texte a déjà paru dans Nouvelles clés, n° 14, été 1997. Il a été écrit à partir des deux articles d'Eric Bony parus dans Science Frontières et des déclarations de Joël Sternheimer au Festival Science Frontières 1997.

En juin 1992, Joël Sternheimer, professeur à l'Université européenne de la recherche, a déposé le brevet du « Procédé de régulation épigénétique de la synthèse protéique », une théorie révolutionnaire qui permettrait d'expliquer, entre autres, l'influence de la musique sur des organismes vivants.

Le physicien Joël Sternheimer estime que la science moderne violente la nature quand, pour tenter de la comprendre, elle la casse en morceaux. Abordant le monde d'une façon à la fois plus synthétique et plus esthétique, le savant, qui est aussi un artiste, a découvert des lois révolutionnaires au cœur de la matière et de la vie. Des lois de résonance harmonique, qui prouvent – scientifiquement – que la musique peut influencer l'épanouissement des êtres vivants. Jean-Marie Pelt, qui le connaît bien, témoigne en sa faveur : enfin une explication satisfaisante de la relation entre la musique et les plantes.

Certaines musiques peuvent-elles avoir une action sur des organismes vivants à une échelle moléculaire ?... Question de biologie à laquelle répond un physicien qui place les questions d'éthique au-dessus de tout, et dont les travaux ont débouché sur une formidable découverte : une mélodie spécifique peut stimuler ou inhiber la synthèse d'une protéine au sein d'un organisme ! Jean-Marie Pelt, président de l'Institut européen d'écologie, ne dit-il pas que « par ces recherches originales à la charnière de la biologie moléculaire et de la physique quantique, Joël Sternheimer, nous donne peut-être la clef ou l'une des clefs, des effets de la musique sur les plantes » ?

Et il ajoute : « On reste plein d'admiration face à la beauté de la démonstration et de la précision des résultats obtenus. » En cette fin de siècle, les scientifiques apparaissent de plus en plus comme des apprentis sorciers en mal d'inspiration. La manipulation du génome est-elle vraiment la solution de tous les maux ?

En médecine, alors que des dizaines de millions de francs lui ont été consacrés, la thérapie génique balbutie et son efficacité tant attendue a des relents d'arlésienne. En agriculture, les plantes transgénique ont fait leur apparition sur le marché mondial et offrent la possibilité, en jouant avec le génome, d'accroître certaines caractéristiques ou d'en créer d'autres, comme une résistance à certaines pesticides. Quel expert à l'heure actuelle est capable de prédire les conséquences de l'introduction de ces plantes dans nos écosystèmes ? Qui sait si les aliments qui en sont issus ne risquent pas d'avoir à long terme, de fâcheuses répercussions sur notre santé ? La démarche scientifique ne devrait-elle pas être sous-tendue par une réflexion éthique ? Pour un chercheur indépendant comme Joël Sternheimer, cela va de soi puisque, toute sa vie, ses travaux ont été dictés par un souci de respect de son objet d'étude, qu'il s'agisse de particules ou de cellules. Son parcours l'a conduit vers des découvertes extraordinaires qui pourraient bien révolutionner notre vision du monde dans des domaines aussi variés que la médecine, l'agriculture, l'environnement.

Genèse d'une découverte

Il y a une trentaine d'années, Joël Sternheimer, physicien de formation, élève du prix Nobel de physique de 1929 Louis de Broglie, poursuivait ses recherches sur la physique des particules aux États-Unis, où l'avait envoyé son professeur. « Alors que j'étais là-bas, se souvient-il, les Américains ont décidé d'aller massacrer les Vietnamiens et, en même temps, de lancer des programmes de recherche que je qualifierais d'“impérialistes”. Il s'agissait de faire un pas de plus dans la hiérarchisation de la matière et des particules élémentaires, modèles avec lesquels je n'étais pas d'accord. »

Car, pour lui, la science actuelle a tendance à ne pas respecter ce qu'elle étudie et à ne pas examiner le monde dans sa globalité. Pour étudier la matière, on la casse, on sépare ses éléments. Pour le vivant, même chose : on dissèque, on isole des cellules, des molécules, on les observe séparément, hors de leur contexte. Par cette approche, on détruit les liens à peine perceptibles, les connexions invisibles qui régiraient la matière au cœur du vivant.

Pour Joël Sternheimer, point n'est besoin de démolir l'objet de l'étude ; il existe des biais beaucoup plus subtils qui permettent de percevoir ce qu'il y a à l'intérieur des choses ! Cette démarche va évidemment complètement à l'encontre des recherches actuelles dans les domaines de la génétique ou de la physique.

Mais revenons à la fin des années soixante. « Devant le dilemme de me soumettre ou de me démettre, reprend Joël Sternheimer, j'ai demandé l'avis de mes professeurs. Il y avait notamment Oppenheimer. J'étais frappé par le remords qui se lisait sur son visage. » Un autre de ses professeurs lui conseilla très sérieusement de gagner de l'argent en enregistrant un disque, pour être indépendant et pouvoir mener sa recherche comme il le souhaitait. L'étonnant savant suivit le conseil de son aîné.

En 1967, il eut un retentissant succès musical sous le nom de l'auteur-interprète Évariste. Cette gloire éphémère lui permit de rester indépendant tout en poursuivant ses recherches sur la physique des particules. Il ne s'attendait certainement pas à retrouver la musique... au fond des atomes.

Pourtant, en travaillant sur le problème de la distribution des masses des particules, il découvrit qu'elles étaient réparties suivant une gamme musicale, la gamme tempérée essentiellement, ce qui indique que dans les fréquences associées à ces particules il existe des harmoniques. « Comme quoi on n'échappe pas à l'origine des ses crédits de recherches », remarque-t-il avec philosophie. Se plongeant dans un long travail théorique en physique quantique, Joël Sternheimer prédit et mit indirectement en évidence l'existence de ce qu'il appelle des ondes d'échelle, qui seraient émises par des particules et notamment, dans les cellules vivantes, par les acides aminés, à des fréquences inaudibles. La présence de ces ondes, dont il calcule les fréquences, expliquerait certaines interactions et comportements des molécules entre elles.

Concert de protéines

Suivant les théories et les calculs de Joël Sternheimer, considérons que les vingt acides aminés, véritables piliers de l'organisation métabolique, émettent chacun une onde dont on peut calculer la fréquence. Ces ondes sont émises au moment où ces acides aminés, transportés par les ARN de transfert, s'assemblent pour former des protéines. Les signaux seraient des ondes de nature quantique appelées « ondes d'échelle », c'est-à-dire qu'elles relient entre elles des échelles différentes – ici l'échelle de chaque acide aminé à l'échelle de la protéine en formation. On peut rendre ces fréquences audibles en les transposant, par exemple, en notes de musique. Nous obtenons donc pour une protéine, qui est une suite d'acides aminés, une succession de notes. En fonction de la complexité de la composition des protéines, qui peuvent regrouper une dizaine d'acides aminés ou des centaines, nous obtenons une véritable mélodie, une partition variant donc d'une dizaine à plusieurs centaines de notes.

De très nombreuses séquences d'acides aminés sont connues et disponibles sur différentes banques de données comme celle de la National Biomedical Research Foundation aux États-Unis. « Chaque protéine peut être caractérisée par sa musique, qui est une vision de la protéine à une autre échelle », précise Joël Sternheimer. Selon les résultats de ses expériences, la diffusion de la mélodie spécifique d'une protéine ainsi amplifiée, peut stimuler sa synthèse dans un organisme. Bien que sa démarche ne vise pas à vérifier une influence de la musique sur les plantes, mais plutôt à montrer que sa découverte a une action spécifique sur les molécules, le savant a fait quelques expériences sur le monde végétal. Une manière éthique, respectueuse de l'intégrité de son objet d'étude et de vérifier ses découvertes de physique quantique.

Ainsi, faire régulièrement écouter à un plant de tomates la musique correspondant à une protéine jouant un rôle dans le mécanisme de sa floraison, stimule la production de cette protéine dans la plante, qui donnera plus de fleurs qu'à l'accoutumée !

Il suffirait donc de « décoder » les ondes d'échelle émises par les acides aminés d'une protéine et à les transposer en notes pour agir sur un organisme en augmentant la production de la protéine. Se faisant l'écho des travaux de Joël Sternheimer, Jean-Marie Pelt explique le processus : « Lorsque les plantes “écoutent” la mélodie appropriée, les ondes acoustiques sont transformées “microphoniquement” en ondes électromagnétiques elles-mêmes sources d'“ondes d'échelle”, et elles se mettent à produire la protéine spécifique à cette mélodie. » Mais Joël Sternheimer va plus loin. Si l'on connaît la succession de notes correspondant à une protéine, on peut la stimuler ; mais on peut aussi l'inhiber, c'est-à-dire freiner sa fabrication. Il suffit pour cela d'avoir la mélodie « symétriquement opposée ». Très schématiquement, si la mélodie qui stimule est dans les « graves », celle qui inhibera sera dans les « aiguës ». Chaque acide aminé possédant son équivalent en note stimulante et en note inhibitrice, on disposera de deux décodages, deux mélodies pour chaque protéine.

Le facteur humain

Si cette transposition de la séquence d'acides aminés en notes se calcule, restent deux éléments importants qui peuvent également se calculer avec une certaine approximation, mais pour lesquels la sensibilité humaine s'avère finalement plus précise. Car, comme en musique, il ne suffit pas d'avoir une suite de notes, encore fait-il connaître le rythme et la valeur de chacune d'elle... Les notes issues des protéines sont-elles des blanches, des noires ou des croches ? « Il est vrai qu'à partir de la protéine, on a une suite de notes qui n'ont pas de rythme a priori, précise Pedro Ferrandiz, ingénieur agronome qui travaille avec Joël Sternheimer, mais en faisant défiler ces notes, on arrive à repérer des cadences, des schémas rythmiques. On trouve des temps forts dans les morceaux. » Cela peut paraître de prime abord subjectif mais, pour Joël Sternheimer, ce décodage s'affine en introduisant le facteur humain, le savoir-faire du musicien et sa sensibilité. « Cela dit, précise Pedro Ferrandiz, le simple défilement des notes a déjà une action sur la synthèse d'une protéine, mais c'est d'autant mieux si l'on trouve la bonne cadence ! »

Six cent gènes décodés

Eh oui, la pluridisciplinarité nécessaire en science peut s'étendre avec les aspects les plus étonnants comme les connaissances en musique ! « Jusqu'ici, j'ai décodé peut-être six cent gènes... C'est beaucoup, dix ans de travail, mais ce n'est que 0,6% du génome humain ! L'expérience montre que lorsqu'une personne pianote avec le logiciel approprié sur son ordinateur la musique d'une molécule, elle est parfaitement capable de reconnaître si cette molécule peut, par exemple lui servir de médicament. » En fait, cette notion qui peut paraître subjective annonce une véritable démocratisation de la médecine de demain.

Musiques et traditions

Le patient serait capable, lui-même, de ressentir si la musique spécifique d'une protéine ou d'une molécule est nécessaire pour le soigner ou non. « C'est la conscience qui est impliquée lorsqu'on écoute une molécule, explique Joël Sternheimer. Il y a une action directe sur le corps mais que l'on peut apprécier grâce à notre cerveau et notre système nerveux. Un circuit s'établit : on peut se rendre compte consciemment de ce qui se passe. » Le second élément pour que l'on puisse jouer une mélodie, c'est le timbre, la sonorité. En d'autres termes, quel instrument va-t-on utiliser ? « En fonction de la fréquence de chaque note à l'intérieur d'une protéine, un timbre va s'imposer... On essaye de trouver celui qui semble le mieux convenir », répond Pedro Ferrandiz.

Là encore, nos scientifiques se servent de leur intuition, montrant qu'un homme de science est avant tout un homme et non une simple machine à calculer ! Une fois ces éléments déterminés, on peut procéder aux expériences, par exemple avec des plantes. Il s'agit tout simplement de diffuser à l'aide de hauts parleurs une musique correspondant à une protéine pour stimuler ou inhiber sa synthèse dans la plante. Les temps d'exposition à la musique et les fréquences sont variables. Le son se diffuse notamment par les feuilles à l'intérieur du milieu cellulaire et « agit » sur la protéine concernée.

Cette découverte apporte un éclairage scientifique aux rapports entre la musique et le vivant, depuis longtemps découverts mais de façon empirique et sans explication logique jusqu'aux travaux de Sternheimer. Entre le vieil adage qui prône que la musique adoucit les mœurs et l'idée que les plantes sont très réceptives à la musique, l'influence de celle-ci sur les organismes vivants est passée au rang des idées reçues, généralement admises par le bon sens populaire.

C'est ainsi que certains agriculteurs des îles du Pacifique, comme le signalait l'ethnologue Malinowski en 1930, imitaient le chant des oiseaux pour améliorer le rendement des cultures... On suppose également que les chants agraires entonnés dans nos campagnes étaient composés avec l'espoir d'influencer la production céréalière. Mieux encore, l'anthropologue Jeremy Narby nous confiait qu'il avait vu des Indiens d'Amazonie péruvienne soigner une morsure de serpent en chantant sur la plaie pendant des heures. S'agissait-il de la musique d'une molécule spécifique ?

Les tomates musicales

Les aborigènes d'Australie auraient également un grand savoir en la matière. L'influence de la musique sur les plantes commence maintenant à être reconnue par la communauté scientifique, qui prolonge petit à petit la tradition. Dans Les langages secrets de la nature, Jean-Marie Pelt consacre un chapitre aux rapports entre la musique et les plantes et affirme, après avoir effectué des expériences, que les plantes sont effectivement sensibles à certaines mélodies.

Si ces histoires laissent rêveurs certains scientifiques, les industriels, eux, n'hésitent pas à les mettre en pratique. C'est ainsi qu'au Japon, la société Gomei-kaisha Takada a déposé un brevet en 1991 sur l'utilisation de certaines musiques censées améliorer la fermentation des levures employées pour la fabrication de sauce-soja et de la célèbre pâte miso.

Depuis cinq ans, Joël Sternheimer et Pedro Ferrandiz poursuivent leurs essais d'application de ce procédé dans différents domaines. Au fur et à mesure de leurs expériences, ils ont pu affiner le choix des protéines à utiliser et les temps d'exposition aux musiques de ces protéines. Ils ont suivi l'évolution de cultures de tomates en leur diffusant, en temps voulu, les mélodies des protéines nécessaires à leur bon développement. Pour la croissance des plantules, ils ont diffusé des musiques de protéines de structure, qui fortifient les tiges. Une autre musique a permis de favoriser la floraison, etc.

Durant l'été 1994, qui fut particulièrement chaud, les effets de la musique de la protéine TAS 14, une protéine de résistance de la tomate à la sécheresse, isolée en 1990 par trois chercheurs espagnols – J.A. Pintor-Toro, J.A. Godoy et J.M. Pardo (Plant Mol. Biol. vol. 15, page 695) –, furent testés dans une serre en Suisse, avec la participation de Jean Marcel Huber, un industriel, et Castor Egloff, un horticulteur, par une température de 35 à 39 degrés. Trois minutes par jour, du 26 juillet au 11 août 1994, une partie des tomates de la serre a reçu cette musique en plus d'une ration d'eau d'un litre et demi. Le résultat fut spectaculaire. Les feuilles des « tomates musicales » restaient vertes alors que celles qui n'avaient reçu que de l'eau séchaient. Enthousiasmés et intrigués, Mansour et Ousmane Gueye – un industriel sénégalais et son frère technicien agricole, ont entrepris une expérience similaire en Afrique.

Le 18 juillet 1996, des plants de tomates ont été repiqués dans un jardin séparé en deux. Une partie du jardin a été arrosée deux fois par jour, tandis que l'autre ne l'était qu'une fois par jour, mais recevait la musique de la TAS 14 trois minutes par jour, par un radiocassette ordinaire placé au pied des plants. Sur le jardin témoin, les plants ont atteint une hauteur moyenne d'un mètre, sauf pour quelques-uns situés à l'ombre qui ont grandi du double mais n'ont pratiquement pas donné de fruits. Les tomates, petites, peu nombreuses, ont été attaquées par des insectes. Sur le jardin musical, les plants font en moyenne un mètre soixante-dix, les tomates sont beaucoup plus grosses et parfois éclatées car gorgées d'eau. Quant au rendement d'un pied, il est environ multiplié par vingt ! De plus, la chair des tomates est ferme et elles n'ont pas subi l'agression d'insectes. Les plants, paraissant mieux retenir l'eau, sont visiblement plus vigoureux ! Si au début les ouvriers de l'exploitation agricole où a eu lieu l'expérience montraient leur scepticisme, voire leur franche hilarité, les étonnants résultats ont fini par les convaincre, au point qu'ils ont déclaré à la fin : « On y a toujours cru ! »

Des expériences d'avenir

Même si des puristes trouvent à redire sur cette expérience, en raison notamment d'un protocole réduit, les résultats sont assez impressionnants et le but recherché atteint : offrir des alternatives douces à l'utilisation de traitements chimiques des cultures et aux plantes transgéniques, technologie de toutes façons trop onéreuse pour les pays du tiers monde et qui entraînerait une dépendance supplémentaire.

D'autres expériences doivent être réalisées sur une plus grande échelle en diffusant la TAS 14, mais aussi d'autres « musiques moléculaires » pouvant notamment influer sur le goût des tomates ou sur leur conservation. Les recherches de Joël Sternheimer offrent des voies de réponse à beaucoup de maux de notre époque. « Nous avons réalisé avec Pedro une expérience à Paris où l'air est très pollué, raconte Joël Sternheimer. Nous avons placé des algues microscopiques dans un petit bac avec de l'eau. Pendant dix jours, dix minutes par jour, nous leur avons passé une musique stimulant plusieurs protéines de photosynthèse, le processus par lequel les algues fixent le CO2 de l'air, puis gardent le carbone pour se développer et rejettent de l'oxygène. En quelques jours, nous avons vu des bulles d'oxygène. Il y a eu un dégagement d'oxygène seize fois supérieur chez les algues qui avaient reçu la musique par rapport aux algues témoins. Cela ouvre des perspectives pour lutter contre la pollution de l'air en stimulant la photosynthèse des plantes qui poussent dans les villes. » Les travaux et découvertes révolutionnaires de Joël Sternheimer offrent un champ d'application énorme, notamment dans les pays en voie de développement. Elles permettraient notamment, tout en respectant « l'objet d'étude », d'accroître les potentiels de certaines cultures sans pour cela jouer aux apprentis sorciers en modifiant génétiquement les plantes. Une démarche éthique et respectueuse de la nature qui mérite d'être chaudement encouragée.

Bibliographie

– Joël Sternheimer, « Procédé de régulation épigénétique de la biosynthèse des protéines par résonance d'échelle », Brevet français n° 92-06765 de 1992.

– Pedro Ferrandiz, « Procédé de régulation épigénétique de la synthèse protéique : essai en panification », Industries des céréales, n° 85, nov-déc 1993.

– Pedro Ferrandiz, « De la musique et des plantes », La garance voyageuse, n° 37, Printemps 97 – Rens. : 04 66 45 94 10.

– Jean-Marie Pelt, Les langages secrets de la nature, Paris, Fayard, 1998.

– Jean-Claude Perez, Planète transgénique, Paris, L'Espace bleu, 1997.

La génodique, comment ça marche ?

Joël Sternheimer — 2015-07-28T19:14:36Z

Sommaire

Ce texte est extrait du site Genodics. Nous remercions Jean-Paul Vignal de nous l'avoir signalé.

Chacun sait que la musique agit sur l'humeur des humains et de certains animaux. Depuis les années 1960, de nombreux chercheurs ont observé des effets de certaines musiques sur la croissance de plantes. Joël Sternheimer, Docteur en physique théorique et musicien, a proposé une explication de ces effets, permettant de les produire avec une précision moléculaire, depuis les plantes sensibles à leur environnement sonore jusqu'aux humains qui, par une écoute attentive, peuvent en reconnaître l'adéquation pour eux-mêmes. Ses recherches, depuis plus de 40 ans, ont prédit et indirectement mis en évidence que :

Les différents niveaux d'organisation de la matière (inerte ou vivante) sont reliés par des « ondes d'échelle » qui en assurent la cohérence
Lors du processus de synthèse des protéines, les acides aminés émettent des séquences de signaux quantiques qui constituent une mélodie spécifique de chaque protéine
Les transpositions audibles de ces mélodies peuvent influer en temps réel, via une forme de résonance entre fréquences successives, sur le taux de synthèse des protéines.

Ondes et matière

La physique quantique a montré que les particules élémentaires qui composent les atomes, les molécules ou bien les assemblages moléculaires peuvent présenter deux aspects : corpusculaire et ondulatoire. A toute quantité de matière peut être associée une onde quantique dont la fréquence peut être calculée.

A partir de ces concepts, la génodique permet de caractériser des ondes particulières, naturellement associées au processus de synthèse des protéines. Celles-ci sont de grosses molécules, synthétisées dans les organismes à partir d'informations provenant de gènes du génome. Les protéines sont un constituant majeur du vivant : elles ont un rôle actif dans pratiquement tous ses processus.

Les protéines se composent d'une ou plusieurs chaînes d'acides aminés. Ceux-ci, au nombre de 22, sont des molécules de base qui composent toutes les protéines et sont communes à l'ensemble des organismes vivants. A chaque molécule d'acide aminé correspond une onde dont la fréquence a été calculée.

Le chant des protéines

Pour la synthèse d'une protéine, lors de sa transcription sur un ribosome, la succession des accrochages d'acides aminés se traduit par l'émission d'une suite de fréquences caractéristique de cette protéine. Bien sûr, les ondes associées aux acides aminés qui composent les protéines ont des fréquences très élevées, inaudibles pour l'oreille humaine. Cependant, leur transposition dans la gamme audible permet d'en avoir une représentation exacte, homothétique des mélodies associées à la synthèse de chaque protéine.

Les observations jusqu'ici réalisées indiquent que les organismes vivants sont capables de reconnaître ces séries de sons harmonisés, directement accordés aux acides aminés dont la séquence compose les protéines et que nous nommons protéodies. La génodique explique aussi comment composer des mélodies en opposition de phase, qui ont un effet inverse.

L'expérience montre que l'écoute de ces deux types de protéodies peut stimuler ou inhiber la synthèse de tout type de protéine, de manière spécifique, mais modulo le filtre du sujet concerné qui apparaît capable, à l'écoute, de reconnaître ce dont il a besoin. L'effet objectif produit apparaît ainsi corrélé, moins avec le stimulus lui-même, qu'avec la réaction subjective à son écoute, qui constitue une forme de diagnostic affiné. Les protéodies permettent ainsi de réguler, en cas de besoin, les processus biologiques dans lesquels des protéines sont impliquées.

Le sujet dans la matière

La génodique explique ce phénomène par l'existence des ondes d'échelle qui relient les différents niveaux de structuration de la matière, depuis les particules élémentaires jusqu'aux organismes complets et à leur environnement, dès lors qu'une qualité de sujet peut leur être reconnue. Ces ondes particulières permettent aux dimensions du « sujet mesurant », présentes dans tous les composants du vivant - et même de la matière -, de manifester leur spécificité, afin, si possible, de s'harmoniser avec les autres niveaux. Ainsi la sensibilité d'un organisme particulier à une suite de fréquences, a priori résonant avec les siennes, ne se manifestera que si cela correspond chez lui à un besoin, certes localisé au premier abord, mais confirmé par les autres échelles de cet organisme.

Respect du sujet

Le respect du sujet est, dans cette nouvelle approche, un élément fondamental. L'opérateur des protéodies a aussi un rôle dans ces processus, ne serait-ce que par les décisions actives qu'il est amené à prendre concernant l'expérience, et qui lui donnent une dimension commune avec le sujet concerné.

La synthèse d'une protéine dans un organisme n'est donc pas seulement régie par des mécanismes biochimiques (mécanismes de transcription des gènes et de traduction en protéines, et régulation biochimique de cette synthèse), nécessitant la présence et la rencontre de différentes molécules, mais aussi par ce type de régulation « à distance », par un processus ondulatoire généré lors de la synthèse d'autres protéines dans la même cellule, ou dans d'autres cellules du même organisme, ou bien encore dans celles d'un autre organisme. C'est ce que Joël Sternheimer définit dans ses brevets comme la « régulation épigénétique de la biosynthèse des protéines par résonance d'échelle ».

Rhythms of the Brain – It's Not a ʻStream of Consciousnessʼ

Gregory Hickok — 2015-05-11T14:14:25Z

A version of this op-ed appeared in print on May 10, 2015, on page SR9 of the New York edition of The New York Times with the headline : “Rhythms of the Brain”. It is also online here.

IN 1890, the American psychologist William James famously likened our conscious experience to the flow of a stream. “A ‘river' or a ‘stream' are the metaphors by which it is most naturally described,” he wrote. “In talking of it hereafter, let's call it the stream of thought, consciousness, or subjective life.”

While there is no disputing the aptness of this metaphor in capturing our subjective experience of the world, recent research has shown that the “stream” of consciousness is, in fact, an illusion. We actually perceive the world in rhythmic pulses rather than as a continuous flow.

Some of the first hints of this new understanding came as early as the 1920s, when physiologists discovered brain waves : rhythmic electrical currents measurable on the surface of the scalp by means of electroencephalography. Subsequent research cataloged a spectrum of such rhythms (alpha waves, delta waves and so on) that correlated with various mental states, such as calm alertness and deep sleep.

Researchers also found that the properties of these rhythms varied with perceptual or cognitive events. The phase and amplitude of your brain waves, for example, might change if you saw or heard something, or if you increased your concentration on something, or if you shifted your attention.

But those early discoveries themselves did not change scientific thinking about the stream-like nature of conscious perception. Instead, brain waves were largely viewed as a tool for indexing mental experience, much like the waves that a ship generates in the water can be used to index the ship's size and motion (e.g., the bigger the waves, the bigger the ship).

Recently, however, scientists have flipped this thinking on its head. We are exploring the possibility that brain rhythms are not merely a reflection of mental activity but a cause of it, helping shape perception, movement, memory and even consciousness itself.

What this means is that the brain samples the world in rhythmic pulses, perhaps even discrete time chunks, much like the individual frames of a movie. From the brain's perspective, experience is not continuous but quantized.

Another clue that led to this discovery was the so-called wagon-wheel illusion, in which the spokes on a wheel are sometimes perceived to reverse the direction of their rotation. This illusion is easy to induce with a strobe light if the rotation of the wheel is such that each strobe flash captures the spoke location slightly behind the location captured on the previous flash, leading to the perception of reverse motion. The illusion results from “sampling” the scene in discrete frames or time chunks.

The telling fact, for perceptual scientists, is that this illusion can also occur during normal observation of a rotating wheel, in full daylight. This suggests that the brain itself, even in the absence of a strobe light, is sampling the world in discrete chunks.

Scientists have uncovered still more clues. It turns out, for example, that our ability to detect a subtle event, like a slight change in a visual scene, oscillates over time, cycling between better and worse perceptual sensitivity several times a second. Research shows that these rhythms correlate with electrical rhythms of the brain.

If that's hard to picture, here's an analogy : Imagine trying to see an animal through a thick, swirling fog that varies in density as it drifts. The distinctness of the animal's form will oscillate with the density of the fog, alternating between periods of relative clarity and opaqueness. According to recent experiments, this is how our perceptual systems sample the world — but rather than fog, it's brain waves that drive the oscillations.

This is not to say that the brain dances to its own beat, dragging perception along for the ride. In fact, it seems to work the other way around : Rhythms in the environment, such as those in music or speech, can draw neural oscillations into their tempo, effectively synchronizing the brain's rhythms with those of the world around us.

Consider a study that I conducted with my colleagues, forthcoming in the journal Psychological Science. We presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing “whoosh” sound) for only a few seconds and then asked the listeners to try to detect a faint tone immediately afterward. The tone was presented at a range of delays between zero and 1.4 seconds after the rhythm ended. Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time by up to 25 percent — that's a lot — but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second rhythm.

Why would the brain do this ? One theory is that it's the brain's way of focusing attention. Picture a noisy cafe filled with voices, clanging dishes and background music. As you attend to one particular acoustic stream — say, your lunch mate's voice — your brain synchronizes its rhythm to the rhythm of the voice and enhances the perceptibility of that stream, while suppressing other streams, which have their own, different rhythms. (More broadly, this kind of synchronization has been proposed as a mechanism for communication between neural networks within the brain.)

All of this points to the need for a new metaphor. We should talk of the “rhythm” of thought, of perception, of consciousness. Conceptualizing our mental experience this way is not only more accurate, but it also situates our mind within the broader context of the daily, monthly and yearly rhythms that dominate our lives.

Gregory Hickok, a professor of cognitive science at the University of California, Irvine, is the author of “The Myth of Mirror Neurons : The Real Neuroscience of Communication and Cognition.”

Approches de l'intentionnalité : de l'individu aux groupes sociaux

Francisco Varela — 2015-01-14T11:17:53Z

Sommaire

Dans cette conférence de 1996, Francisco Varela tente d'établir une homologie formelle entre l'émergence cognitive dans le monde du vivant et celle propre au monde social. Texte retranscrit par Christiane Peyron-Bonjan, soumis au conférencier et corrigé par ses soins.

1. Introduction

Je vous remercie de votre invitation à faire une communication ici. Il y a une semaine, à Londres, j'ai participé à un colloque homologue, intitulé « Complexity and Strategy » organisé par le Santa Fe Institute for the Study of Complexity ; je suis intervenu justement sur la thématique de « l'entreprise apprenante ». À l'occasion de cette rencontre, j'ai de nouveau vérifié la confusion régnant dans le domaine de la complexité du social, mais en même temps l'existence de thèmes absolument centraux à explorer.

Je suis par ailleurs très heureux de parler après l'intervention de Jean-François Raux car il m'évite de vous présenter quelques idées fondamentales qu'il a clairement exprimées, me permettant ainsi de vous conduire sur les mêmes chemins mais dans une optique différente, non celle d'un dirigeant d'entreprise, mais celle du chercheur et du biologiste qui s'intéresse aux problèmes de la complexité et de la connaissance, ces deux notions étant entendues en un sens large.

Je vais vous donner quelques idées et arguments pour répondre à la question sur l'intentionnalité qui est au centre de notre discussion. D'abord y a t-il une intentionnalité biologique ? A-t-elle un rapport avec l'intentionnalité humaine, individuelle et sociale ? Ma réponse est une tentative de « oui », mais comme tous les oui de la science sont tous soumis à révision possible, je vais tenter de vous avancer de quoi étayer le mien.

Je vais donc également développer ces arguments sur deux modes de temporalité : la temporalité de l'individu biologique et celle de l'agrégat social car mon but est de faire une homologie, un passage homologue entre ce qui se passe au niveau de l'intentionnalité biologique de base, et ce qui constitue aussi l'intentionnalité la plus principielle du groupe social. Attention, je n'entends pas parler, comprenez-moi bien, de toutes les formes de connaissances biologiques ni de toutes les formes de connaissances sociales. J'essaie, dans le meilleur esprit justement de la recherche sur la complexité, de pointer un certain type de phénomènes et de principes, qui semblent assurés, phénomènes et principes fondateurs de mécanismes qui seraient à l'origine d'un domaine sans pour autant essayer de le couvrir entièrement.

2. L'intentionnalité du vivant

Il faut souligner le double sens, ou le double emploi, du mot intentionnalité dans le jargon et dans la discussion épistémologique, des sciences cognitives et de la biologie aujourd'hui. Jean-François Raux l'a déjà dit, je le crois avec lui, il faut distinguer un sens plutôt classique qui dérive de la grande tradition de la logique, de la cybernétique, et aussi des sciences cognitives qui ont donné naissance à la notion d'intentionnalité, selon lesquelles il y aurait prise d'information, puis traitement de cette information pour déboucher sur l'action. Dans cette perspective la notion d'intentionnalité se réfère à une approche computationnelle et sémantique de la connaissance, comme si la connaissance, fondamentalement, était un mode d'acquisition et de représentation de l'information existant dans l'environnement d'un système. C'est ce qu'à juste titre, on peut appeler le lieu du problème classique de l'intentionnalité, lieu dans lequel s'inscrit la question : « Comment un signe a-t-il un contenu de signification, à terme, un contenu mental ? » Ainsi, la question dans cette perspective classique est de savoir comment le système, la biologie, la vie d'un individu ou d'un animal, arrive à donner des contenus sémantiques à ces activités.

Mais il est évident que dans les points de vue développés ce matin par Georges Lerbet et Jean-François Raux apparaît une autre orientation, à savoir : la notion de la connaissance en rapport avec une histoire où le sens émerge en interactivité. Ainsi on ne peut pas séparer l'acteur des contenus de son action. Dans ce sens là, l'intentionnalité n'est pas du tout représentationnelle, c'est une intentionnalité au sens plus littéral de l'histoire de la phénoménologie, c'est le point de liaison entre l'histoire d'un système cognitif et de ce qui constitue son mode de signification, ces deux paramètres étant absolument indissociables [1].

A quoi nous renvoie cette conception de l'intentionnalité ? Elle renvoie essentiellement au processus de mise en œuvre de cette intentionnalité, autre que le simple mécanisme du traitement de l'information que l'on connaît fort bien puisqu'il est justement fondé sur la tradition de la logique et aujourd'hui de l'informatique, des traitements symboliques. Il ne s'agit plus, dans cette autre vision de l'intentionnalité, de recherche de nouveaux « modèles représentationnels ». La question que cette approche laisse ouverte, est évidemment l'obligation de fournir une alternative à la conception classique qui ne disposait pas, au début du siècle, des outils pour proposer un mécanisme générateur d'intentionnalité au sens littéral du terme. Ce fut l'obstacle de la phénoménologie originaire.

Ces mécanismes étant justement de ceux qu'on appelle aujourd'hui des systèmes complexes non linéaires. Je vais essayer de vous illustrer le fonctionnement de ce qui se passe aux fondements du système biologique, puis je ferai, je le répète, un saut de l'individu au social, car il existe une analogie très forte de ce processus au niveau du système social.

Voici, donc, la première partie de ce parcours : Que peut-on dire sur l'intentionnalité du vivant ? Ou encore, quel est le mécanisme originaire de l'intentionnalité biologique qui n'est pas de l'ordre de la représentation mais de l'ordre de l'émergence ? A mon sens, l'intentionnalité biologique est concomitante à l'apparition du système neuronal de la vie sur terre. Certes, la vie sur terre a de nombreux styles ou formes d'apparition, mais il a une forme fondamentale qui est la vie animale, mieux la vie en mouvement. Dès qu'il y a mouvement, il y a cerveau et réciproquement, chaque fois qu'il y a cerveau, il y a mouvement. Ainsi, l'invention de l'intentionnalité cognitive, de l'intentionnalité biologique est fondée sur un acte, un geste d'action et ce geste d'action est littéralement la possibilité de se déplacer dans le monde.

Pourquoi cela est-il capital ? Se déplacer dans le monde implique en même temps la sensorialité et la motricité ; c'est à dire une interface du système avec le monde. Il est capital de ne pas dissocier la sensorialité et la motricité car cette inséparabilité est la marque même de l'intentionnalité biologique. Il est d'ailleurs intéressant de constater dans l'histoire récente des neurosciences, dans les textes d'aujourd'hui, qu'on a tout fait pour déboucler cette boucle [2].

Schéma 1 : Uni- et bi-directionnalité dans la voie visuelle

NB : La figure se trouve dans « Connaître »

En effet, si l'on prend par exemple, le système visuel, on a un schéma type qui met en place, la rétine, puis un noyau central premier contact des nerfs optiques dans le cerveau (on l'appelle le noyau géniculaire latéral, LGN, dans le thalamus) et puis, le cortex visuel, et puis ainsi de suite pour les étapes de traitement dites « supérieures ». Ce type de schéma courant se trouve dans les manuels : il pose le LGN, classiquement étiqueté comme étant un noyau de « relais », comme si les informations qui entrent dans l'œil passaient par un relais puis étaient traitées, éventuellement, par cascades de traitements déterminant l'action résultante. Or, pour réorienter cette lecture de l'intentionnalité, se mettre au centre de la question de l'activité cognitive biologique, il faut partir de la non-séparabilité de la sensorialité et de l'action, et cela nous amène à réviser complètement la réalité de ce type de schéma.

Si l'on observe la réalité biologiquement, elle est fort différente de ce qu'avancent ces schémas classiques. Car le LGN n'est pas du tout un noyau qui reçoit de façon unidirectionnelle des activités venues de la rétine. Cet endroit est le lieu où arrivent également les activités du cortex cérébral beaucoup plus importantes qu'on ne croit. Il ne s'agit pas, comme dans la conception classique, d'un envoi d'informations qui serait ensuite géré par système de relais successifs. Le LGN est le lieu d'une conversation fort bruyante, une espèce de « cocktail party » qui a lieu, déjà, au milieu du thalamus : si l'on estimait le nombre des impulsions affectant un neurone du LGN il n'y aurait pas plus de 20 % qui viendraient de la rétine et 80 % viendraient donc des autres partenaires internes du cerveau. Il n'est donc pas du tout métaphorique de dire qu'une flèche par laquelle on prétend imputer une espèce d'uni-directionnalité, est aussi arbitraire qu'envisager la même flèche, dotée du sens inverse.

Or, il est inutile d'imposer des flèches, qu'elles soient dans un sens ou dans l'autre ; car il est d'évidence que la réalité s'impose d'elle même, que ce n'est pas la direction des flèches, de bas en haut ou de haut en bas, qui définit l'intentionnalité et que l'alternative à la conception classique réside dans la sorte de regard en réseau imposé par le système . A mes yeux, il exige de n'être vu que comme un système dont le rouage incontournable est cette réalité d'activités internes bi-directionnelles foisonnantes, qui se module à l'aide d'un couplage sensoriel. Notez bien que j'ai changé l'emploi des mots : je n'ai pas dit « d'entrée », j'ai parlé de « couplage ». Pourquoi ai-je fait ce choix ? C'est que dans le terme « couplage », j'entends justement un fonctionnement par modulation, sans qu'elle ne contienne de déterminant préalable, ni instruction, ni information. J'ai choisi ce terme de « couplage » parce que cette instruction, cette information, ce contenu va justement être fonction de deux éléments : le couplage et une activité interne qui, à eux deux, génèrent la capacité de « façonner », de « faire émerger », c'est-à-dire de donner des significations à ce couplage, sans qu'aucun de ces deux éléments ne contienne, en lui-même, d'information préalable. Ce point est primordial : il n'existe aucunement un monde prédigéré de choses que l'on ait à se représenter. Il n'existe que des processus de modulation internes et auto référentiels, et puis, l'histoire de l'émergence, par couplages interactifs, à l'œuvre. Pour illustrer cela, voici ce second schéma.

Schéma 2 : Sensori-motricité chez l'escargot Aplysia

NB : Dessin ci-joint

L'exemple est éclairant, il ne s'agit plus d'un système visuel. Ce petit escargot Aplysia très étudié par les biologistes et que j'introduis ici, est le type d'animal qui permet d'avoir accès à tout le système de l'intentionnalité biologique fondamentale car il en révèle tout le réseau, alors qu'une étude des chats, des singes ou de l'homme n'en montrerait qu'une saisie fragmentaire. Ce petit escargot incarne donc en tant qu'animal, le fait de se mouvoir dans son monde, d'être au monde ; ces expressions doivent être entendues comme être « en situation », mieux comme « acteur situé ». Attention : lorsque je dis l'Aplysia « est-au-monde », je l'entends dans le sens d'accomplir une action. Car, l'agir c'est l'être et réciproquement.

Si l'on étudie ce qui se passe dans la capacité de l'Aplysia à se déplacer dans le monde, on constate son aptitude de discrimination dans le monde, entre des objets impossibles à dépasser et des objets contournables. Mais, cette aptitude ne correspond pas à l'existence de représentations accomplies à partir d'informations préalables (comme dans le schéma logique classique). En effet, il y a des surfaces sensorielles qu'on appelle les siphons, petits points sous la partie antérieure de l'animal, indissociables d'un type de muscles répartis dans l'ensemble du manteau musculaire de l'animal. Ils constituent un ensemble fonctionnant par voies bidirectionnelles, comme je l'avançais tout l'heure pour le système visuel des vertébrés. On est donc confronté à une situation où l'on se trouve en face d'une « assemblée » de voies bidirectionnelles, d'unités couplées qui sont toutes des éléments neuronaux et de cette surface d'interaction [3]. Il y a donc, à l'évidence, un environnement sur lequel l'animal est structurellement couplé : l'environnement n'est pas pré-spécifié comme étant une espèce de source d'informations représentées, cet environnement est plutôt l'occasion des interactions qui vont constituer, selon la résonance interne, le découpage et la stabilité d'un certain type d'activités génératrices de significations. Voilà le cœur de l'intentionnalité animale.

Quel est le cadre conceptuel adéquat à ce type de système ? L'évidence s'impose d'elle même : ce mécanisme est de résonance interne. Si nous n'avons pas la possibilité d'établir un flux unidirectionnel d'ici à là, et puis successivement de bas en haut, mais si nous constatons un effet bidirectionnel, la seule alternative à la conception classique, c'est de dire que ce flux bidirectionnel va donc donner naissance à une transition d'état ; c'est ce que l'on appelle en mathématiques, en théorie de la complexité, une dynamique de relaxation des oscillateurs couplés.

Ce mode de relaxation, ce fonctionnement par couplage et relaxation constitue une réalité complètement autre que la conception classique, nous sommes dans un autre monde que dans celui de l'idée d'un traitement séquentiel. Entre autres choses, tout cela nous donne déjà la temporalité de la vie biologique, car tous ces systèmes vont fonctionner dans la vie ordinaire sur la base d'une résonance évoquée par un couplage et cette résonance va établir le temps dans lequel ce système va exister, moment après moment. Or, c'est à l'intérieur de cette temporalité que se détermine l'intentionnalité, c'est à dire les contenus de significations qui vont correspondre à des couplages divers à chaque instant [4].

Somme toute, mon propos est que cette alternative, qui considère l'intentionnalité biologique comme étant fondée sur un mode de dynamique interne est un mécanisme explicite pour lequel on possède la fécondité de l'observation et la qualité de belles mathématiques. Il a le grand mérite de poser et de proposer une métaphore, une image conceptuelle de l'intentionnalité qui n'a rien à voir avec la notion des traitements de forme entrée/sortie puisqu'elle met en place, au contraire, le constat de couplages, de résonances et de constitutions entendues. Ce sont les aspects cruciaux qui permettent de saisir ce que l'on peut mettre à la place de l'idée classique de la connaissance comme computation représentationnelle, afin de la remplacer par le “ faire émerger du sens ” par des réseaux de couplages et de résonances.

3. Réseaux de conversations et émergence du sens

Comme promis, maintenant, je vais vous proposer ce qui, à mon sens, est une description du dispositif des fondements de l'intentionnalité pour un collectif humain. Certes, je n'ai nullement parlé des autres phénomènes cognitifs de l'animal, tels la mémoire, l'apprentissage, l'imaginaire, le rêve... Mais à mon avis il faut d'abord préciser ce qu'on appelle la base primaire de la connaissance, aller au cœur du phénomène sous lequel ces autres fonctions viennent se greffer, car on ne peut avoir de mémoire, par exemple, sans l'existence d'une intentionnalité perceptive de base. Similairement, sans prétendre aborder tout ce qui se passe dans la connaissance d'un groupe humain, je vais tenter une analogie avec l'intentionnalité du vivant.

Mon point de départ est que dès que l'on s'intéresse à un groupe humain, quelle qu'en soit l'échelle, celle de l'entreprise ou celle des services, on se place à un autre niveau de phénomène que celui du couplage sensori-moteur puisque l'on se situe au niveau de l'activité langagière. Mais il est évident, si l'on se questionne sur le langage et la communication, de rencontrer très fréquemment, dans des colloques de ce genre, des approches du type classique, computationnelles. Pour illustrer cette conception, j'utilise la métaphore qui consiste à prendre l'intentionnalité langagière pour un tube, tube dans lequel on traiterait l'information sous forme d'entrée et de sortie. Ce tube est une représentation de type Shannonienne, à savoir une source, un message, un code de transmission, un récepteur.

Or, cette conception du langage doit être dépassée, comme on vient de le voir lorsque l'on s'intéresse à l'intentionnalité biologique. Il faut de toute évidence préciser ce qu'il y a de fondamentalement différent dans l'activité linguistique. C'est là que je fais appel à une idée introduite, il y a une dizaine d'années, par Winnograd et Flores, deux chercheurs de l'Université de Stanford [5]. Ils ont introduit un concept crucial pour comprendre le passage entre l'intentionnalité animale et l'intentionnalité humaine. Ils ont « ré-introduit » l'idée que l'essentiel du langage c'est la coordination d'actions. Le langage ne se résume ni en messages ni en transmission d'informations. Au contraire, l'activité fondamentale et quotidienne de l'être humain est qu'on ne parle que pour coordonner, pour engendrer des actions. Winnograd et Flores font appel à une philosophique britannique de J. Austin qui avait introduit dans les années quarante la théorie des actes du langage (speech acts). L'idée fondamentale est que le langage ne servait qu'à l'action et il intitulait son livre : How to do things with words !

Cette théorie se fonde non pas par universaux syntaxiques mais pragmatiques : les requêtes, les promesses, les déclarations et les évaluations. On pourrait ainsi établir une liste de requêtes en anglais, en français, en espagnol et même en chinois. La connaissance du chinois n'est pas nécessaire pour affirmer que les chinois ont des formes pragmatiques de requêtes dans leur langue, sinon ils ne pourraient pas fonctionner en société. Ces actes de langage sont universels.

Ce que je trouve particulièrement fécond dans cette hypothèse est que ces universaux pourraient être les noyaux équivalents aux unités d'un réseau servant de fondements à l'intentionnalité collective. Pour quelles raisons les appeler « noyaux » ? Parce que les actes du langage, en fait, donnent naissance à ce que l'on pourrait appeler des réseaux de conversations. Le langage humain est comme une constitution primaire des réseaux multiples de conversations : je demande, je déclare, etc. Or, chaque geste de la vie quotidienne sociale, en famille, à l'université, dans une entreprise, est imbibé dans des réseaux de conversations, des boucles d'action créatrices de la vie quotidienne et de son sens.

SCHEMA 3 : Coordination d'actions par des actes du langage

NB : Dessin ci-joint

Chaque nœud dans le schéma est un acteur humain, acteur qui n'est pas forcément un individu ; l'acteur peut tout aussi bien être un sous-réseau, un sous groupe de personnes engagées dans un réseau de conversations qui constitue l'unité de ce groupe. Ce qui implique, justement que cette entreprise est soumise, comme toutes les unités à un couplage de l'environnement, environnement qui se ressemble en structure à la coordination sensori-motrice de l'Aplysia, mais ce couplage structurel n'est pas physique, c'est un couplage sous forme d'écoute, d'interactions, de requêtes... comme toute conversation.

Prenons un exemple : la requête, comme l'abonnement à l'EDF ou la présentation de mon billet d'avion, réclame un service, une condition de satisfaction. Si, par exemple, une hôtesse de l'aéroport m'envoyait prendre une douche en prenant mon billet, elle ne satisferait pas à la condition de satisfaction, la douche étant un autre réseau de conversation. C'est par ce biais que l'on retrouve l'idée du couplage : points d'interaction qui permettent d'obtenir les conditions de satisfaction et entraînent éventuellement de nouvelles actions. Dans ce couplage donc, on ne peut séparer la requête de la déclaration d'accomplissement. Voila l'interface de ce que j'appelle les réseaux d'actions, et dans leur mode d'organisation récursif se trouveraient les conditions de satisfaction qui permettraient d'engendrer l'émergence de l'intentionnalité collective. En effet, ce n'est qu'en situation de couplage conversationnel qu'un groupe va pouvoir livrer le sens de son environnement, pouvoir décider de ce qui est pertinent ou non, de ses choix de valeurs, de faire émerger sa vision du monde.

Il n'est donc aucunement question d'optimalité, comme le soulignait Jean-François Raux lors de sa communication, il s'agit plutôt de la manière dont ces groupes font historiquement émerger des significations. Il s'agit donc de leur intentionnalité collective au sens le plus phénoménologique du terme. J'ajoute que, « à mon sens », il y aurait un mode d'opération fondamental et analogique des résonances par couplages comme dans le système neuronal, c'est-à-dire des réseaux de conversations qui donneraient naissance et configureraient les conditions de satisfactions, et donc les actions, l'historicité, l'identité des groupes. Or, puisqu'il s'agit des conditions de satisfaction, il y a place justement pour les changements, les modifications d'objectifs, les inflexions de conditions de satisfaction etc. Il existe un processus tout à fait explicite et référent, qui serait la source de l'émergence du sens collectif, voire même de l'intentionnalité collective. L'avantage d'avoir un cadre théorique explicite est de permettre d'approcher la naissance de cette intentionnalité collective, et ainsi de focaliser le niveau d'expertise à privilégier dans la recherche : comment expliciter ce type de réseau évolutif de satisfaction ? Ce type de question devenant centrale, permettrait de faire ressortir le niveau d'expertise à atteindre par les acteurs.

La plupart des gens ne se rendent pas compte qu'ils fonctionnent sur la base d'un réseau de satisfaction d'actes de langage. On pense trop souvent au contraire que l'on est toujours en train d'échanger de l'information ! Ce ne me semble pas un exercice purement théorique que d'essayer de mettre en avant ce type de processus explicitant la constitution, l'émergence de l'intentionnalité dans les groupes humains, même si l'hypothèse s'avère fausse, car elle constitue la seule manière de progresser pour dépasser la vision classique de la communication humaine sur la base des messages. Il s'agissait donc de proposer une autre lecture des stratégies humaines, motivée par des homologies biologiques.

Je termine donc par ce qui me semble être la clef de la réflexion : une appréhension renouvelée de l'intentionnalité dans la cognition, appréhension dont la clef se situe dans cette autre vision du « connaître », considéré comme l'établissement de la configuration de ce qui serait des signifiés possibles. Il est bien évident que pour cela il est nécessaire de signaler les processus fondamentaux comme je les ai proposés ici, à savoir des couplages dans les réseaux avec des systèmes de résonances : que l'on prenne ces résonances au sens littéral de l'intentionnalité biologique, comme chez l'Aplysia, ou qu'on les prenne comme des résonances de réseaux de conversation des actes de langage chez l'humain.

SCHEMA 4 : Résumé des idées principales.

NB : Schéma ci-joint

[1] Cf. F. Varela, Invitation aux Sciences Cognitives, Seuil, Paris 1995.

[2] Cf. H. Maturana and F. Varela, The Tree of Knowledge, Shambhala, Boston, 1987 ; trad. fr. L'Arbre de la Connaissance, Addision-Wesley, Paris, 1994.

[3] Voir l'étude de Zecevic D., Wu J.-Y., Cohen L.B0, London J. A., Hopp H.-P., Falk C. X. (1989) Hundreds of neurons in the Aplysia abdominal ganglion are active during the gill-withdrawal reflex. Journal of Neuroscience, 9:368l-3689.

[4] F. Varela (1995), Resonant cell assemblies : a new approach to cognitive functions and neural synchrony, Biological Research, 28:81-95.

[5] T. Winnograd and F. Flores (1979), Understanding Computers and Cognition, Addison-Wesley ; trad. fr. L'intelligence artificielle en question, PUF, Paris, 1985.

Compte rendu de M. Laignel-Lavastine, Les Rythmes et la Vie – 1933

Eugène-Humbert Guitard — 2014-06-01T18:29:20Z

There were 15 editions published between 1933 and 1947 in French and held by 61 WorldCat member libraries worldwide – Ce compte rendu a déjà paru dans la Revue d'histoire de la pharmacie, 1934, vol. 22, n° 85, p. 316-317.