La vie des formes et les formes de la vie
Avant-propos

par Jean-Pierre Changeux

Cet ouvrage est né du colloque de rentrée qui a eu lieu au Collège de France en octobre 2011, intitulé La Vie des formes, et organisé à la demande de l'administrateur M. Pierre Corvol avec un comité scientifique composé d'Antoine Compagnon, de Stanislas Dehaene, de Philippe Descola et d'Alain Prochiantz. Le titre La Vie des formes est emprunté à un livre d'Henri Focillon, qu'il publie en 1934 et qu'il consacre à l'œuvre d'art. « L'œuvre d'art, écrit-il, est une tentative vers l'unique, elle s'affirme comme un tout, comme un absolu et, en même temps, elle appartient à un système de relations complexes. L'œuvre d'art est mesure de l'espace, elle est forme, et c'est ce qu'il faut d'abord considérer. Balzac écrit dans un de ses traités politiques : "Tout est forme, et la vie même est une forme." » Focillon poursuit : « Non seulement toute activité se laisse discerner et définir dans la mesure où elle prend forme, où elle inscrit sa courbe dans l'espace et le temps, mais encore la vie agit essentiellement comme créatrice de formes. La vie est forme, et la forme est le mode de la vie. [...] Les relations formelles dans une œuvre et entre les œuvres constituent un ordre, une métaphore de l'univers¹. »

L'organisation de ce livre s'inspire des réflexions de Focillon, mais s'inscrit dans la réalité de ce qu'il pensait être seulement une métaphore.

Après une première définition en philosophie, chez Platon et Aristote, sont abordés :

• les définitions mathématiques de la forme ;

• les origines physiques de la forme de l'atome ;

• puis les premières formes de la vie, leur phylogenèse et, pour les espèces supérieures, leur ontogenèse ;

• enfin l'emboîtement des formes du cerveau, ce qui servira de transition vers les formes mentales et les formes sociales.

Nous concluons sur ce qui nous a servi de point de départ, l'œuvre d'art, avec Fables, formes, figures d'André Chastel. C'est pour nous l'occasion de rendre hommage à André Chastel qui nous quittait il y a un peu plus de vingt ans, le 18 juillet 1990. André Chastel fut titulaire de la chaire d'art et civilisation de la Renaissance en Italie et enseigna au Collège de France de 1970 à 1984. Il m'a personnellement beaucoup inspiré. Il avait un intérêt réel pour les sciences du cerveau et souhaitait que je m'intéresse à l'art des malades mentaux. Ses idées prennent une dimension prémonitoire avec les développements actuels de la recherche en neuroscience.

D'abord, qu'est-ce qu'une forme ?

Appréhender ce concept a toujours été difficile. Voyons L'Encyclopédie: elle pose la question «en quoi consiste précisément la forme ? », « en quel degré de mouvement, d'arrangement, de situation, et de configuration de ses parties les plus petites, consiste la forme de chaque corps² ? » La forme se définirait donc comme une organisation, dans l'espace et dans le temps, d'éléments simples.

La question se pose alors : d'où vient-elle? Quelle est l'origine de ces formes organisées dans le monde qui nous entoure ? Quitte à être schématique, je distinguerai deux principales théories :

1. La première échappe aux canons de la démarche scienτifique, car elle fait appel à la théologie naturelle, de Platon à John Paley ou à l'abbé Pluche : elle propose que les formes sont des abstractions non matérielles, non physiques, extramentales, des essences. Celles-ci auraient été créées par un démiurge » ou « grand horloger ». Elles seraient situées, selon Platon, ύπερουράυιον τόπον, c'est-à-dire « au-delà du ciel »... Ces idées ressurgissent de nos jours chez les adeptes de l'intelligent design.

2. Une autre définition, particulièrement bien présentée par Armand de Ricqlès et Jean Gayon dans un ouvrage récent sur Darwin³, relève de l'explication scientifique et se fonde sur une causalité historique⁴. Elle «consiste à décomposer les systèmes (de quelque niveau que ce soit) en leurs parties et à identifier les régularités qui les caractérisent en les rapportant à des principes théoriques aussi généraux que possible ».

Nous sommes de retour aux atomistes de l'Antiquité - à Leucippe et à Démocrite -, centrés sur l'idée d'un « principe de construction » des formes et non la révélation d'une forme pré-existante. En d'autres termes, « l'apparition de formes vient - reprend Démocrite - d'essais qui accrochent les atomes les uns aux autres » selon une contingence gratuite. Cela nous conduit à un modèle général⁵.

Le modèle darwinien de la genèse des formes
Le modèle darwinien ajoute une dimension de causalité historique. Le phénomène se situe dans l'espace et dans le temps au sein d'une série temporelle de causes et d'effets. Il porte sur une stratification en niveaux d'organisation et sur la transition d'un niveau d'organisation à l'autre et cela, quel que soit ce niveau. L'hypothèse est que la transition d'un niveau donné au niveau suivant requiert deux éléments fondamentaux : un générateur de diversité et un système de sélection.
1. Le générateur fonctionne de la manière suivante : les éléments se combinent entre eux de manière stochastique, des formes transitoires se construisent qui peuvent relever du niveau d'organisation immédiatement supérieur. Il est important de souligner que ces formes s'engendrent à partir d'éléments déjà structurés (pas nécessairement d'atomes) venant du niveau sous-jacent. Il y a production de variations darwiniennes.

2. Un système de sélection stabilise certaines variations, les autres sont éliminées. Puis de nouvelles variations apparaissent avec télescopage, emboîtement de niveaux d'organisation successifs...
   Enfin :
   
3. Le modèle général de sélection fait intervenir une notion additionnelle : celle de fonction que l'on peut décrire comme l'effet réel de la forme sur le monde extérieur physique, biologique, social et culturel ; celle-ci se manifeste, en particulier, par une rétroaction sur la stabilisation de la forme qui, de transitoire, devient stable. Examinons l'application de ce modèle de la physique à l'art.
Les premières formes de la physique
Nous sommes en pleine hypothèse, loin de mes préoccupations personnelles... La nucléosynthèse se réfère à la formation de nouveaux noyaux d'atomes à partir de protons et de neutrons, qui eux-mêmes se seraient formés lors du refroidissent du Big Bang. Elle se poursuit aujourd'hui dans les red giants stars et se manifeste par la synthèse d'hydrogène, d'hélium puis du carbone (numéro atomique 6) au plutonium (numéro atomique 94)... Certaines combinaisons persistent, d'autres disparent. Comme l'écrivent Peyret et Prochiantz dans La Génisse et le Pythagoricien⁶, « la sanction de la forme, c'est sa variabilité ». Peut-on déjà parler d'un darwinisme des formes atomiques ?

La construction des premières formes atomiques se poursuit : » celle de leurs assemblages : les molécules. Jean-Marie Lehn montre comment les formes moléculaires puis supramoléculaires ont pu apparaître sur notre planète et donner naissance aux premières formes de la vie, comme Jacques Reisse nous l'expose dans ce livre.

Les formes du cerveau
Le colloque précédemment organisé par Alain Prochiantz sur Darwin et l'évolution⁷ a illustré l'extraordinaire diversification les êtres vivants, avec l'ADN comme générateur des variations darwiniennes et les processus de morphogenèse qui l'accompagnent. Quelques mots au sujet du cerveau : c'est l'objet physique le plus complexe existant sur notre planète, organe de régulation spécialisé dans le contrôle de l'organisme et de sa relation non seulement aux mondes physique et biologique mais aussi à l'univers de formes qu'il construit : formes mentales, sociales et culturelles8.

L'organisation du cerveau en réseau connexionnel est d'une complexité telle que, paradoxalement, L'Homo sapiens passe près de quinze à vingt ans à construire son cerveau, soit presque plus longtemps que l'usage qu'il en faisait lorsqu'il apparut il y a environ cent mille ans dans les plaines d'Afrique.

Ce très long développement qui se poursuit chez l'adulte rend possible une importante innovation, une évolution, ou plutôt une série d'évolutions internes au cerveau et donc à l'organisme :

1. au niveau de l'ADN chromosomique, de l'australopithèque à L'Homo sapiens;

2. de multiples évolutions épigénétiques enchâssées, qui n'altèrent pas la structure de l'ADN et portent tant sur le nombre de connexions - principalement au cours du développement — que sur l'efficacité de ces connexions - principalement chez l'adulte. Il y aurait en quelque sorte un emboîtement d'évolutions darwiniennes des formes neurales et des formes mentales avec, pour les formes mentales, un générateur de diversité associé à l'activité spontanée et une sélection, par exemple par des systèmes de récompense.

Dans ce contexte, je voudrais faire référence à une procédure, appelée inférence bayésienne, permettant de calculer, de mettre à jour ou de réviser la probabilité d'un événement mental, c'est-à-dire d'un état de conscience, procédure qui est utilisée en intelligence artificielle et en neuroscience. L'interprétation proposée par John Campbell⁹ est qu'il existe une homologie de principe entre mécanismes darwiniens et bayésiens, en particulier pour la production des formes mentales et spécialement mathématiques par le cerveau.

Formes mathématiques et formes esthétiques
Un mot pour conclure sur formes mathématiques et formes esthétiques. Alain Connes et moi avons eu un long dialogue sur cette question il y a... vingt-deux ans, et débattu d'un modèle darwinien de genèse des objets mathématiques comme formes mentales. Poincaré nous avait précédés avec son ouvrage Science et méthode¹⁰. Dans le chapitre sur « L'invention mathématique », il écrit : « Quels sont les êtres mathématiques aux-quels nous attribuons ce caractère de beauté et d'élégance ? »
This is Poincaré's two-stage model of free will. First, spontaneous generation of ideas, followed by an esthetic evaluation and selection.
Il fait appel à un générateur de diversité mental qui produit spontanément des formes mathématiques et ainsi, poursuit-il, « parmi les combinaisons en très grand nombre que le moi subliminal a aveuglément formées », celles « dont les éléments sont harmonieusement disposés », qui ont « la bonne combinaison », pénètrent « dans le champ de la conscience » : « une illumination subite envahit l'esprit du mathématicien ». Poincaré fait alors intervenir un mécanisme de sélection original, une « sensibilité esthétique spéciale qui joue le rôle du crible délicat » : « les combinaisons utiles, ce sont précisément les plus belles¹¹ ». Poincaré ne précise pas ce qu'est cette sensibilité esthétique. C'est à la neuroscience cognitive de le découvrir.

Le pouvoir « déraisonnable » des mathématiques à rendre compte de la vérité du monde serait la résultante d'une évolution mentale que Poincaré compare à l'atomisme d'Epicure et pour nous à Darwin. Il serait le fait des multiples tentatives successives - essais et erreurs - qui se produisent dans le cerveau du mathématicien lorsqu'il s'efforce de résoudre le problème auquel il s'attaque.

Des traits communs existeraient-ils, au niveau de notre cerveau. entre l'appréhension et la création des formes mathématiques et celle des formes esthétiques ?

Il s'agit d'une parmi les nombreuses questions que ce colloque sur « La vie des formes » suscite pour l'avenir.

1. Henri Focillon, La Vie des formes, chap. I (§ 2-3).
2. Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, 1st édition, 1757, t. 7, p. 176.
3. Armand de Ricqlès et Jean Gayon, « Notion : fonction », in Thomas Heams, Philippe Huneman, Guillaume Lecointre et Marc Silberstein (dir.), Les Mondes darwiniens : l'évolution de l'évolution, Paris, Syllepse, coll. « Matériologiques », 2009, p. 105-125.
4. Ibid, p. 120.
5. Jean-Pierre Changeux, L'Homme de vérité, Paris, Odile Jacob, 2002.
6. Jean-François Peyret et Alain Prochiantz, La Génisse et le Pythagoricien, Paris, Odile Jacob, 2002.
7. Alain Prochiantz (dir.), Darwin : 200 ans, Paris, Odile Jacob, 2010.
8. Jean-Pierre Changeux, Du vrai, du beau, du bien. Une nouvelle approche neuronale, Paris, Odile Jacob, 2008.
9. John Campbell, « Bayesian methods and universal darwinism », AIP Conférence Proceedings, vol. 1193 (The 29th International Workshop on Bayesian Inference and Maximum Entropy Methods in Science and Engineering), 2009, p. 40-47.
10. Henri Poincaré [1908], Science et méthode, Paris, Kimé, 1999.
11. Ibid, p. 53-56.