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Auto-organisation (cognition, intelligence artificielle)




n.f. (angl. self-organization)

Émergence "spontanée" d'une structure ordonnée, due aux interactions dynamiques entre les éléments composants du système considéré.

L'importance du concept d'auto-organisation va de pair avec la difficulté à en tirer une définition qui fasse consensus. On note cependant quelques caractéristiques communes à l'ensemble des propositions de définitions que de nombreux auteurs ont pu suggérer : 

  • l'auto-organisation s'applique à des systèmes multi-composants entrant en interaction, dans le temps ou l'espace. De l'ensemble des interactions limitées (par exemple, de cellules à ses cellules voisines les plus proches) naît une structure d'ordre supérieur, ce qu'on appelle émergence. 
  • cette émergence n'est pas déterminée par un fil conducteur ou une programmation préalable (c'est-à-dire, la structure émerge en l'absence de supervision globale, externe ou interne, par exemple, programmation génétique, physique, informatique...). Le milieu peut intervenir dans la genèse de cette organisation, mais en proportion généralement limitée.
  • l'auto-organisation a pour caractéristique une relative stabilité, un équilibre. Un apport extérieur d'énergie, des changements environnementaux ou le développement naturel du système auto-organisé peuvent amener ce système à se déséquilibrer, celui-ci peut alors se désintégrer, ou dans la majorité des cas, retourner à l'équilibre ou un autre équilibre auto-organisé.
  • la rétroaction intrinsèque est le moteur de l'équilibre, qui permet de conserver la stabilité : lorsqu'un système auto-organisé est déséquilibré, des mécanismes rétro-actifs poussent le système à revenir à une position initiale plutôt qu'à entretenir le déséquilibre. Ces mécanismes peuvent se retrouver à des niveaux élémentaires ou naître avec l'auto-organisation. Dans tous les cas, ils constituent le garant de l'unité du système. Ces mécanismes rétro-actifs sont régulièrement entretenus par la prise d'énergie, par le système, dans le milieu extérieur. Par exemple, dans le cas du système humain, l'ingestion de nourriture apporte l'énergie permettant  à l'homme de conserver son intégrité physique.
L'auto-organisation est un concept interdisciplinaire : il concerne, en premier lieu, des systèmes physiques, mais son intérêt dans la description de phénomènes biologiques, économiques, sociaux, a permis d'élargir sa définition à l'ensemble des disciplines, dès que la notion de système multi-composants (dont les systèmes multi-agents font partie) peut y être utile.

Cog & neuro. La notion d'auto-organisation permet d'expliquer le changement de phase dans la coordination motrice, comme propriété émergente du système moteur quand l'un de ses paramètres change, et ce sans qu'il n y ait besoin de l'intervention d'un centre de commande supérieur, par exemple, le système nerveux central. En cela l'auto-organisation constitue une notion fondamentale de la théorie des systèmes dynamiques.

L'auto-organisation s'observe par exemple lors du passage de la marche à la course, du trot au galop. Pourquoi un système change-t-il brusquement, au delà d'un certain seuil, de fonctionnement? Ce passage pourrait être expliqué par l'apparition d'un nouvel état d'équilibre suite à la perturbation de l'environnement. Un autre exemple permet de relever ce phénomène chez l'homme : en battant alternativement des mains, et ce le plus vite possible, un nouvel état apparaît vite lors duquel le contrôle moteur aboutit à taper simultanément, non plus alternativement.

L'auto-organisation s'observe volontiers dans le système multi-agent neuronal, qui constitue un terrain privilégié d'émergence. Nombre de théories ont pu suggérer l'existence de propriétés émergentes à partir du fonctionnement interactif de neurones, comme c'est le cas par exemple dans les modèles de réseaux neuronaux de Hopfield (la reconnaissance constitue un état d'équilibre, qu'un changement de paramètre peut faire basculer vers une nouvelle reconnaissance).