Emergence of oriented circuits driven by synaptic pruning associated with spike-timing-dependent plasticity (STDP)

ABSTRACT: Massive synaptic pruning following over-growth is a general feature of mammalian brain maturation. Pruning starts near time of birth and is completed by time of sexual maturation. Trigger signals able to induce synaptic pruning could be related to dynamic functions that depend on the timing of action potentials. Spike-timing-dependent synaptic plasticity (STDP) is a change in the synaptic strength based on the ordering of pre- and postsynaptic spikes. The relation between synaptic efficacy and synaptic pruning suggests that the weak synapses may be modified and removed through competitive "learning" rules. This plasticity rule might produce the strengthening of the connections among neurons that belong to cell assemblies characterized by recurrent patterns of firing. Conversely, the connections that are not recurrently activated might decrease in efficiency and eventually be eliminated. The main goal of our study is to determine whether or not, and under which conditions, such cell assemblies may emerge out of a locally connected random network of integrate-and-fire units distributed on a 2D lattice receiving background noise and content-related input organized in both temporal and spatial dimensions. The originality of our study stands on the relatively large size of the network, 10,000 units, the duration of the experiment, 10E6 time units (one time unit corresponding to the duration of a spike), and the application of an original bio-inspired STDP modification rule compatible with hardware implementation. A first batch of experiments was performed to test that the randomly generated connectivity and the STDP-driven pruning did not show any spurious bias in absence of stimulation. Among other things, a scale factor was approximated to compensate for the network size on the ac¬tivity. Networks were then stimulated with the spatiotemporal patterns. The analysis of the connections remaining at the end of the simulations, as well as the analysis of the time series resulting from the interconnected units activity, suggest that feed-forward circuits emerge from the initially randomly connected networks by pruning. RESUME: L'élagage massif des synapses après une croissance excessive est une phase normale de la ma¬turation du cerveau des mammifères. L'élagage commence peu avant la naissance et est complété avant l'âge de la maturité sexuelle. Les facteurs déclenchants capables d'induire l'élagage des synapses pourraient être liés à des processus dynamiques qui dépendent de la temporalité rela¬tive des potentiels d'actions. La plasticité synaptique à modulation temporelle relative (STDP) correspond à un changement de la force synaptique basé sur l'ordre des décharges pré- et post- synaptiques. La relation entre l'efficacité synaptique et l'élagage des synapses suggère que les synapses les plus faibles pourraient être modifiées et retirées au moyen d'une règle "d'appren¬tissage" faisant intervenir une compétition. Cette règle de plasticité pourrait produire le ren¬forcement des connexions parmi les neurones qui appartiennent à une assemblée de cellules caractérisée par des motifs de décharge récurrents. A l'inverse, les connexions qui ne sont pas activées de façon récurrente pourraient voir leur efficacité diminuée et être finalement éliminées. Le but principal de notre travail est de déterminer s'il serait possible, et dans quelles conditions, que de telles assemblées de cellules émergent d'un réseau d'unités integrate-and¬-fire connectées aléatoirement et distribuées à la surface d'une grille bidimensionnelle recevant à la fois du bruit et des entrées organisées dans les dimensions temporelle et spatiale. L'originalité de notre étude tient dans la taille relativement grande du réseau, 10'000 unités, dans la durée des simulations, 1 million d'unités de temps (une unité de temps correspondant à une milliseconde), et dans l'utilisation d'une règle STDP originale compatible avec une implémentation matérielle. Une première série d'expériences a été effectuée pour tester que la connectivité produite aléatoirement et que l'élagage dirigé par STDP ne produisaient pas de biais en absence de stimu¬lation extérieure. Entre autres choses, un facteur d'échelle a pu être approximé pour compenser l'effet de la variation de la taille du réseau sur son activité. Les réseaux ont ensuite été stimulés avec des motifs spatiotemporels. L'analyse des connexions se maintenant à la fin des simulations, ainsi que l'analyse des séries temporelles résultantes de l'activité des neurones, suggèrent que des circuits feed-forward émergent par l'élagage des réseaux initialement connectés au hasard.

De la stratification sociale à la mobilité : une analyse du positionnement professionnel perçu

Avant-propos : De nombreuses études ont été réalisées sur les inégalités factuelles des structures sociales, comprenant aussi bien l'aspect statique de la stratification sociale que l'aspect dynamique de la mobilité sociale (voir par exemple Levy et Suter, 2002, Lemel, 1991, Erikson et Goldthorpe, 1992, Esping-Andersen, 1993). Par contre, les recherches portant sur la perception, par les acteurs, des inégalités des structures sociales sont en comparaison peu nombreuses en ce qui concerne les représentations de la stratification sociale (Levy et al., 1997, Lorenzi-Cioldi et Joye, 1988, Coxon, Davies et Jones, 1986, Zwicky, 1989) et presque inexistantes dans le cas des représentations de la mobilité sociale (Attias-Donfut et Wolff, 2001). La présente recherche se propose d'étudier simultanément la perception de la stratification sociale et de la mobilité sociale intragénérationnelle par les acteurs en intégrant le caractère multidimensionnel du système d'inégalités. Elle défend la thèse fondamentale d'une double origine des inégalités perçues, qui participeraient à la fois d'aspects macrosociaux et mésosociaux de la stratification sociale, les premiers portant sur la structure sociale dans son ensemble, les seconds sur une partie seulement de celle-ci (voir par exemple Kelley et Evans, 1995, Levy, 2002). Dans une perspective systémique, on se trouverait, à côté de la structure macrosociale, en présence de sous-systèmes mésosociaux, de portée restreinte. La perception de la stratification sociale dépendrait alors du cadre de référence adopté par les acteurs, selon qu'il porte sur le système dans son ensemble ou sur un sous-système. Un des objectifs de cette recherche sera d'établir que la pertinence des cadres de référence macrosocial et mésosocial est étroitement liée à la lecture statique ou dynamique de la stratification sociale. Dans le cas statique, celui du positionnement, les représentations sociales s'articuleraient autour des inégalités macrosociales, tenant compte du système dans son ensemble, tandis que dans le cas dynamique, celui de la mobilité ou de l'évolution du positionnement, les inégalités mésosociales, propres aux sous-systèmes, l'emporteraient. D'une part, la perception du positionnement social dépendrait de l'insertion de l'acteur dans la structure sociale, comprise dans son ensemble, et reproduirait les inégalités factuelles macrosociales, telles qu'elles apparaissent par exemple au travers des catégories socioprofessionnelles. D'autre part, la perception du parcours de mobilité ? conservation, amélioration ou dégradation de la position perçue ? resterait indépendante des changements macrosociaux de l'insertion, mais relèverait avant tout de déterminants propres à l'environnement social immédiat de l'acteur. L'environnement de l'acteur, en tant qu'il s'inscrit dans une partie restreinte de la structure sociale, permettrait de saisir les inégalités mésosociales. L'expérience, par les acteurs, de ces deux aspects de la structure sociale conduirait à la mise en place de deux types d'inégalités perçues irréductibles les unes aux autres dans la mesure où le système macrosocial et les sous-systèmes mésosociaux présentent une certaine autonomie. Cette autonomie peut être vue d'une part en rapport avec l'importance propre des organisations de nature mésosociale - en particulier les entreprises - dans les sociétés contemporaines (Sainsaulieu et Segrestin, 1986, Perrow, 1991), d'autre part en relation avec l'hétérogénéité que ces dernières induisent en termes de segmentation du marché de l'emploi (Baron et Bielby, 1980). Dans une large mesure, les organisations intermédiaires se distinguent ainsi de la structure sociale prise dans son ensemble: plutôt que de reproduire les inégalités macrosociales, elles constitueraient des systèmes d'inégalités indépendants, notamment quant à la régulation des parcours professionnels (Bertaux, 1977). Ainsi, la perception de la structure sociale ne se réduirait pas aux seuls facteurs macrosociaux, mais dépendrait, en l'absence d'un modèle d'organisation mésosocial unique, de la diversité des structures intermédiaires. On peut d'ailleurs supposer que la prise en compte des organisations mésosociales est susceptible de pallier la faiblesse des explications classiques en termes macrosociologiques, relevées par les tenants des thèses avançant le déclin du pouvoir structurant de la stratification sociale ou du travail (voir Levy, 2002 et, sur les thèses citées, par exemple Beck, 1983, Matthes, 1983, Berger et Hradil, 1990, Clark et Lipset, 1991). En effet, dans la mesure où l'acteur serait plus souvent confronté aux structures de son environnement social immédiat plutôt qu'à la structure sociale dans son ensemble, la perception pourrait dépendre en premier lieu de facteurs mésosociaux, susceptibles de supplanter ou, à tout le moins, d'atténuer l'effet des facteurs macrosociaux. Une telle approche permet de conserver une lecture structurelle de la perception du positionnement en enrichissant la relation classique entre structure macrosociale et acteur d'une composante mésosociologique, évitant ainsi le recours à une explication culturelle ad hoc Dès lors, la principale question de recherche s'adresse au lien entre structure sociale factuelle et structure sociale perçue. Dans la perspective statique du positionnement, l'effet des structures mésosociales serait tel qu'il se superposerait à la détermination macrosociale de la perception, sans pour autant subvertir la hiérarchie des positions induites par les catégories socioprofessionnelles. Dans la perspective dynamique, en revanche, les changements liés à l'insertion mésosociale peuvent l'emporter sur l'immobilité ou la mobilité définies en termes macrosociologiques. D'une part, en supposant que les plans mésosocial et macrosocial agissent de manière plus ou moins autonome sur la perception, l'amélioration, la conservation ou la dégradation de la position ne coïncide pas nécessairement selon ces deux plans. D'autre part, l'ampleur de la mobilité perçue due à l'écart entre le positionnement mésosocial passé et actuel peut dépasser celle qui est liée à la mobilité macrosociale, surtout si cette dernière est de faible distance. Le passage de la perspective statique à la perspective dynamique peut dès lors être vu comme un moyen de faire apparaître le rôle fondamental joué par les structures mésosociales au sein de la stratification sociale. L'orientation de la recherche consistera d'abord à mettre en évidence, par-delà les différences macrosociales des représentations des positions professionnelles, les variations de la perception au sein des catégories socioprofessionnelles. Ces étapes montreront, à différents égards, que les représentations se singularisent en relation avec l'insertion mésosociale de l'acteur. On verra également que la perception de la mobilité échappe à une détermination macrosociale, mais qu'elle présente une cohérence mésosociale certaine. Ces résultats, insistant sur la prise en compte des structures mésosociales, nous amèneront enfin à un examen systématique des déterminants de la perception du positionnement et du parcours de mobilité, mettant en oeuvre une variété de facteurs explicatifs dépassant un cadre d'analyse purement structurel. La recherche débute par une discussion de la place qui revient à une étude des représentations du parcours professionnel dans le champ des travaux sur la stratification et la mobilité sociale, en particulier sa justification théorique et empirique, et la formulation des hypothèses de recherche (chapitre 1). Elle se poursuit par la présentation de l'échantillonnage et des variables utilisées (chapitre 2). Le traitement des hypothèses de recherche fait l'objet de trois chapitres distincts. Chaque hypothèse s'accompagne, en plus des développements liés à son examen, d'une introduction et d'une conclusion spécifiques. Le premier (chapitre 3) porte sur la perception de la stratification sociale des positions professionnelles, le second (chapitre 4) sur la perception du parcours de mobilité et le troisième (chapitre 5) sur les déterminants sociologiques de la perception des inégalités liées au positionnement et à la mobilité professionnels. Enfin, au traitement des hypothèses fait suite la conclusion de la recherche (chapitre 6).

Le principe de Locard est-il scientifique ? Ou analyse de la scientificité des principes fondamentaux de la criminalistique

Constatant que la jurisprudence américaine impose de questionner non plus seulement la méthodologie mais les principes mêmes qui gouvernent un corps de connaissance qualifié de scientifique, la criminalistique peut-elle prétendre à ce statut supérieur devant les tribunaux, ou doit-elle être considérée comme métaphysique sur la base de ses posits fondamentaux de Locard (principe d'échange de traces) et de Kirk (principe d'individualité) ? Une analyse historique et philosophique apprécie la pertinence des épistémologies logiques à reconnaître une science, et propose une démarche néo-expérimentaliste innovante pour le principe de Locard. L'analyse des résultats de quatre brigades de recherches départementales françaises (BRD), du Groupe des techniciens en investigations criminelles (GTIC) et du service d'identité judiciaire vaudois (SIJ VD) permettent de constater la potentialité du principe d'échange de traces, et d'en proposer des voies de maximalisation, préalable à un questionnement pertinent sur la nature scientifique de ce principe par la réfutation poppérienne.

Dynamiques temporelles dans les relations intragroupe et intergroupes

Ce travail de doctorat analyse les dynamiques qui se développent lorsque des personnes discutent en groupe et doivent prendre position sur des enjeux socio-politiques. Notre modèle prédit que les dynamiques positionnelles, relatives aux opinions exprimées, et les dynamiques relationnelles, relatives aux relations affectives et à l'organisation du groupe, sont constamment en interaction et s'imbriquent différemment selon le moment de vie du groupe. Les hypothèses issues de notre modèle ont été testées au moyen de cinq études conduites sur la base d'un paradigme expérimental en plusieurs phases. Les données relatives aux variables dépendantes (attraction interpersonnelle, identification au groupe, perception de cohésion du groupe, choix d'un représentant du groupe, évolution des positions suite aux interactions) ont été récoltées par questionnaire. Les résultats de ces études appuient l'importance d'analyser conjointement les dynamiques relationnelles et positionnelles, dans une perspective temporelle.