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Une introduction au concept d’autopoièse Yannick Prié LIRIS UMR 5205 CNRS  Université Lyon 1 Séminaire Datadata – 9 mars 2011 – ENBA Lyon
Cybernétiques Première cybernétique Contrôle, information, communication, auto-régulation, système Seconde cybernétique Auto-organisation, émergence, adaptation, évolution, dynamique
Humberto Maturana 1928 - Biologiste Chilien  Seconde cybernétique Francisco J. Varela 1946 - 2001 Neurobiologiste chilien Elève de Maturana
Sources Varela, F., Maturana, H., and Uribe, R. 1974. Autopoiesis: The organization of living systems, itscharacterization and a model. Biosystems 5: 187–196. Varela, F. J. 1979. Principles of BiologicalAutonomy. New York: Elsevier/North-Holland. 	 F. J. Varela. Autonomie et connaissance: essai sur le vivant. Seuil, Paris, 1989. (AC) H. Maturana and F. J. Varela. The tree of knowledge: the biologicalroots of humanunderstanding. Shambhala, Boston, revisededition, 1992. (TK) L’Arbre de la connaissance, Addison-Wesley France, 1994.
Définir le vivant ? Listes de caractéristiques Métabolisme Reproduction Evolution … Mais  comment savoir que la liste est complète ?  Un système artificiel avec ces caractéristiques serait-il vivant ? Proposition d’une approche différente
Définir le vivant Un degré au dessus des systèmes physiques inertes Système autonome qui se donne soi-même sa propre loi unité individualité ouverture et fermeture Flux d’énergie, lutte contre la destruction Clôture, frontière
Idée  Définir le vivant comme une organisation qui permet la construction de ce qu’elle est lutter contre sa destruction en se construisant perpétuellement Être vivant = organisation autopoiétique = qui se produit elle-même
Autopoièse Concept abstrait général  auto : soi / poiesis : création, production auto-création de soi-même Système autopoiétique « Un système autopoiétique est organisé comme un réseau de processus de production de composants qui (a) régénèrent continuellement par leurs transformations et leurs interactions le réseau qui les a produits, et qui (b) constituent le système en tant qu’unité concrète dans l’espace où il existe, en spécifiant le domaine topologique où il se réalise comme réseau » (AC, p45)
Systèmes autopoiétiquesde niveau 1 Exemple de la cellule autopoièsedans l’espace physique Organisation des composants physiques  = relations entre composants de cette structure = force néguentropique permet la régénération des composants maintient un espace physique délimité par une frontière dynamique qui permet de résister aux perturbations Dynamique (métabolisme) Frontière (membrane)
Automates cellulaires Notion d’automate cellulaire un monde de cellules avec des états des règles d’évolution des états des cellules en fonction du voisinage Le plus connu = jeu de la vie (Conway) 2 états : mort / en vie 4 règles à chaque pas de calcul (t t+1) une cellule isolée ou avec un seul voisin meurt une cellule trop entourée (4 voisins) meurt une cellule avec 2 ou 3 voisins survit trois cellules entourant un espace vide créent une nouvelle cellule  Exemple
Une modélisation de l’autopoiese Auto-génération, auto-réparation Construction d’un espace clôt qui capture / maintient des composants dont les réaction permettent le fonctionnement de l’espace clôt. Automate cellulaire orienté conservation Espace bidimensionnel Eléments : substrat O, catalyseurs *, maillons ☐ Réactions Composition : * + 2 O  * + ☐ Concaténation : ☐-☐-…-☐ + ☐  ☐-☐-…-☐-☐ Désintégration : ☐  2 O Autres version plus complexes Zeleny : plusieurs type de liaisons, une vingtaine de règles De Loor : Modèles 3D
Simulations 2D et 3D
Ontogenèse Définition générale  développement d’un individu, en général en s’arrêtant à l’âge adulte Définition Varela  « Histoire de la conservation de son identité par la perpétuation de son autopoièse dans l’espace matériel » (AC p63) Développement d’un système autopoiétique observateur : perturbations externes et internes système : perturbations indifférenciées impossible de déterminer ce qui est interne et ce qui est externe  ontogenèse = « couplage structurel » avec l’environnement pas de représentation d’un tout à maintenir
Couplage structurel Construction d’un monde au cours de l’ontogenèse « phénomène de congruence qui surgit des interactions continues entre [l’organisme autonome] et un environnement source de perturbations récurrentes. Ces interactions ont pour effet de sélectionner dynamiquement la structure interne de l’unité auto-poiétiquequi permet à cette unité de survivre aux perturbations externes tout en assurant la pérennité de son environnement. Il s’agit donc d’un phénomène d’adaptation mutuelle continue qui produit les conditions de l’existence de l’organisme et de son milieu. » (Salembier)
Couplage structurel Le monde / l’environnement est produit par l’histoire du couplage structurel, il est différent pour chaque système vivant. Le système vivant a un point de vue sur le monde qui résulte de son histoire il est « concerné » au sens où il sélectionne les perturbations externes auxquelles il réagit il a un comportement pour un observateur
Remarques La reproduction et l’évolution ne sont pas nécessaires à la vie  Avant de reproduire, il faut quelque chose à reproduire, défini par une frontière physique La reproduction est elle-même préalable à l’évolution Pas d’information et de traitement d’information par les systèmes vivants Pas d’entrée et pas de sorties. Juste des perturbations, indiscernables par le système autopoiétique (même si la notion d’information peut être intéressante pour étudier les choses)
Systèmes autopoiétiquesde niveau 2 Organismes multi-cellulaires ensemble de cellules qui forme une unité autopoiétique de niveau supérieur les autres cellules font partie de l’environnement ontogenèses couplées s’il y a récurrence dans les interactions / perturbations réciproques
Unités de second ordre Mise en place d’un couplage structurel de niveau supérieur ontogenèse macroscopique monde  / domaine d’interaction associé identité spécifiée par une clôture opérationnelle de l’organisation = réseau de processus dynamique dont les effets ne quittent pas le réseau Le 2nd ordre n’est pas déterminé par le 1er ordre, même s’il se passe au travers de lui  autonomie détermination	réciproque
Clôture opérationnelle Caractéristique de l’autonomie en général « Un système autonome est opérationnellement clos si son organisation est caractérisée par des processus :a) dépendant récursivement les uns des autres pour la génération et la réalisation des processus eux-mêmes et,b) constituant le système comme une unité reconnaissable (le domaine) où les processus existent» (AC p86) Autopoièse = cas particulier de clôture opérationnelle
Et avec des neurones ? Organismes multicellulaires avec système nerveux Les cellules nerveuses étendent le domaine comportemental en mettant en relation des cellules éloignées notamment au niveau du mouvement  corrélations sensori-motrice entre cellules musculaires et sensorielles + cellules sensorielles internes
Système nerveux Les cellules nerveuses peuvent former un système avec de multiples variantes possibles multiples dynamiques d’activité neuronalesavec clôture opérationnelle visant à maintenir un équilibre dans un domaine de viabilité de telle sorte que l’organisme autonome se maintienne Multiples chaînes de causalité réciproque
Systèmes autopoiétiquesde niveau 3 Interactions réciproques récurrentes	 dans l’ontogenèse des unités de niveau 2  unités de niveau 3 = systèmes sociaux
Systèmes sociaux Nécessaire pour toute reproduction sexuée / élevage des enfants Insectes sociaux / différenciation Comportements de groupe … « the individualontogenies of all the participatingorganismsoccurfondamentally as part of the network of co-ontogeniesthattheybring about in constitutingthird-orderunities » (TK p193)
Langage Observateur La coordination réciproque entre participants est appelée communication  Observation de l’établissement d’un domaine linguistique  Langage Quand une coordination d’action peut se faire sur le domaine linguistique lui-même
Après l’autopoièse Enaction La cognition au travers de l’embodiement. Laperception comme action guidée par la perception. Le soi en perpétuelle renaissance. F. J. Varela, E. Thompson, and E. Rosch. L’inscription corporelle de l’esprit. La couleur des idées. Seuil, Paris, 1993. Neurophénoménologie Circulation féconde entre l’expérience vécue (1ère personne) et les études en 3ème personne F.J. Varela. Neurophenomenology: A methodologicalremedy for the hard problem. Journal of ConsciousnessStudies 3: 330-49. 1996
Autopoeisis (Ken Rinaldo, 2000)
Une référence M. A. Boden. Autopoiesis and life. Cognitive Science Quarterly, 1(1):117–145, 2000 Des remerciements Pierre de Loor(ENIB, Brest) Une question vie = cognition = autopoièse?
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  • 1. Une introduction au concept d’autopoièse Yannick Prié LIRIS UMR 5205 CNRS Université Lyon 1 Séminaire Datadata – 9 mars 2011 – ENBA Lyon
  • 2. Cybernétiques Première cybernétique Contrôle, information, communication, auto-régulation, système Seconde cybernétique Auto-organisation, émergence, adaptation, évolution, dynamique
  • 3. Humberto Maturana 1928 - Biologiste Chilien Seconde cybernétique Francisco J. Varela 1946 - 2001 Neurobiologiste chilien Elève de Maturana
  • 4. Sources Varela, F., Maturana, H., and Uribe, R. 1974. Autopoiesis: The organization of living systems, itscharacterization and a model. Biosystems 5: 187–196. Varela, F. J. 1979. Principles of BiologicalAutonomy. New York: Elsevier/North-Holland. F. J. Varela. Autonomie et connaissance: essai sur le vivant. Seuil, Paris, 1989. (AC) H. Maturana and F. J. Varela. The tree of knowledge: the biologicalroots of humanunderstanding. Shambhala, Boston, revisededition, 1992. (TK) L’Arbre de la connaissance, Addison-Wesley France, 1994.
  • 5. Définir le vivant ? Listes de caractéristiques Métabolisme Reproduction Evolution … Mais comment savoir que la liste est complète ? Un système artificiel avec ces caractéristiques serait-il vivant ? Proposition d’une approche différente
  • 6. Définir le vivant Un degré au dessus des systèmes physiques inertes Système autonome qui se donne soi-même sa propre loi unité individualité ouverture et fermeture Flux d’énergie, lutte contre la destruction Clôture, frontière
  • 7. Idée Définir le vivant comme une organisation qui permet la construction de ce qu’elle est lutter contre sa destruction en se construisant perpétuellement Être vivant = organisation autopoiétique = qui se produit elle-même
  • 8. Autopoièse Concept abstrait général auto : soi / poiesis : création, production auto-création de soi-même Système autopoiétique « Un système autopoiétique est organisé comme un réseau de processus de production de composants qui (a) régénèrent continuellement par leurs transformations et leurs interactions le réseau qui les a produits, et qui (b) constituent le système en tant qu’unité concrète dans l’espace où il existe, en spécifiant le domaine topologique où il se réalise comme réseau » (AC, p45)
  • 9. Systèmes autopoiétiquesde niveau 1 Exemple de la cellule autopoièsedans l’espace physique Organisation des composants physiques = relations entre composants de cette structure = force néguentropique permet la régénération des composants maintient un espace physique délimité par une frontière dynamique qui permet de résister aux perturbations Dynamique (métabolisme) Frontière (membrane)
  • 10. Automates cellulaires Notion d’automate cellulaire un monde de cellules avec des états des règles d’évolution des états des cellules en fonction du voisinage Le plus connu = jeu de la vie (Conway) 2 états : mort / en vie 4 règles à chaque pas de calcul (t t+1) une cellule isolée ou avec un seul voisin meurt une cellule trop entourée (4 voisins) meurt une cellule avec 2 ou 3 voisins survit trois cellules entourant un espace vide créent une nouvelle cellule Exemple
  • 11. Une modélisation de l’autopoiese Auto-génération, auto-réparation Construction d’un espace clôt qui capture / maintient des composants dont les réaction permettent le fonctionnement de l’espace clôt. Automate cellulaire orienté conservation Espace bidimensionnel Eléments : substrat O, catalyseurs *, maillons ☐ Réactions Composition : * + 2 O  * + ☐ Concaténation : ☐-☐-…-☐ + ☐  ☐-☐-…-☐-☐ Désintégration : ☐  2 O Autres version plus complexes Zeleny : plusieurs type de liaisons, une vingtaine de règles De Loor : Modèles 3D
  • 13. Ontogenèse Définition générale développement d’un individu, en général en s’arrêtant à l’âge adulte Définition Varela « Histoire de la conservation de son identité par la perpétuation de son autopoièse dans l’espace matériel » (AC p63) Développement d’un système autopoiétique observateur : perturbations externes et internes système : perturbations indifférenciées impossible de déterminer ce qui est interne et ce qui est externe ontogenèse = « couplage structurel » avec l’environnement pas de représentation d’un tout à maintenir
  • 14. Couplage structurel Construction d’un monde au cours de l’ontogenèse « phénomène de congruence qui surgit des interactions continues entre [l’organisme autonome] et un environnement source de perturbations récurrentes. Ces interactions ont pour effet de sélectionner dynamiquement la structure interne de l’unité auto-poiétiquequi permet à cette unité de survivre aux perturbations externes tout en assurant la pérennité de son environnement. Il s’agit donc d’un phénomène d’adaptation mutuelle continue qui produit les conditions de l’existence de l’organisme et de son milieu. » (Salembier)
  • 15. Couplage structurel Le monde / l’environnement est produit par l’histoire du couplage structurel, il est différent pour chaque système vivant. Le système vivant a un point de vue sur le monde qui résulte de son histoire il est « concerné » au sens où il sélectionne les perturbations externes auxquelles il réagit il a un comportement pour un observateur
  • 16. Remarques La reproduction et l’évolution ne sont pas nécessaires à la vie Avant de reproduire, il faut quelque chose à reproduire, défini par une frontière physique La reproduction est elle-même préalable à l’évolution Pas d’information et de traitement d’information par les systèmes vivants Pas d’entrée et pas de sorties. Juste des perturbations, indiscernables par le système autopoiétique (même si la notion d’information peut être intéressante pour étudier les choses)
  • 17. Systèmes autopoiétiquesde niveau 2 Organismes multi-cellulaires ensemble de cellules qui forme une unité autopoiétique de niveau supérieur les autres cellules font partie de l’environnement ontogenèses couplées s’il y a récurrence dans les interactions / perturbations réciproques
  • 18. Unités de second ordre Mise en place d’un couplage structurel de niveau supérieur ontogenèse macroscopique monde / domaine d’interaction associé identité spécifiée par une clôture opérationnelle de l’organisation = réseau de processus dynamique dont les effets ne quittent pas le réseau Le 2nd ordre n’est pas déterminé par le 1er ordre, même s’il se passe au travers de lui autonomie détermination réciproque
  • 19. Clôture opérationnelle Caractéristique de l’autonomie en général « Un système autonome est opérationnellement clos si son organisation est caractérisée par des processus :a) dépendant récursivement les uns des autres pour la génération et la réalisation des processus eux-mêmes et,b) constituant le système comme une unité reconnaissable (le domaine) où les processus existent» (AC p86) Autopoièse = cas particulier de clôture opérationnelle
  • 20. Et avec des neurones ? Organismes multicellulaires avec système nerveux Les cellules nerveuses étendent le domaine comportemental en mettant en relation des cellules éloignées notamment au niveau du mouvement corrélations sensori-motrice entre cellules musculaires et sensorielles + cellules sensorielles internes
  • 21. Système nerveux Les cellules nerveuses peuvent former un système avec de multiples variantes possibles multiples dynamiques d’activité neuronalesavec clôture opérationnelle visant à maintenir un équilibre dans un domaine de viabilité de telle sorte que l’organisme autonome se maintienne Multiples chaînes de causalité réciproque
  • 22. Systèmes autopoiétiquesde niveau 3 Interactions réciproques récurrentes dans l’ontogenèse des unités de niveau 2  unités de niveau 3 = systèmes sociaux
  • 23. Systèmes sociaux Nécessaire pour toute reproduction sexuée / élevage des enfants Insectes sociaux / différenciation Comportements de groupe … « the individualontogenies of all the participatingorganismsoccurfondamentally as part of the network of co-ontogeniesthattheybring about in constitutingthird-orderunities » (TK p193)
  • 24. Langage Observateur La coordination réciproque entre participants est appelée communication Observation de l’établissement d’un domaine linguistique Langage Quand une coordination d’action peut se faire sur le domaine linguistique lui-même
  • 25. Après l’autopoièse Enaction La cognition au travers de l’embodiement. Laperception comme action guidée par la perception. Le soi en perpétuelle renaissance. F. J. Varela, E. Thompson, and E. Rosch. L’inscription corporelle de l’esprit. La couleur des idées. Seuil, Paris, 1993. Neurophénoménologie Circulation féconde entre l’expérience vécue (1ère personne) et les études en 3ème personne F.J. Varela. Neurophenomenology: A methodologicalremedy for the hard problem. Journal of ConsciousnessStudies 3: 330-49. 1996
  • 27. Une référence M. A. Boden. Autopoiesis and life. Cognitive Science Quarterly, 1(1):117–145, 2000 Des remerciements Pierre de Loor(ENIB, Brest) Une question vie = cognition = autopoièse?
  • 28. Merci