Les chiens de Pavlov et la science du conditionnement

Dans un laboratoire de Saint-Pétersbourg, vers 1901, un physiologiste russe se consacrait à un problème profondément pratique : la manière dont le système digestif produit ses sucs. Pour mesurer la salivation avec précision, son équipe avait équipé des chiens de petites fistules qui drainaient la salive vers des tubes de collecte, de sorte que chaque goutte pouvait être pesée et comptée. Le dispositif fonctionnait à merveille, à une irrégularité agaçante près. Les chiens se mettaient à saliver avant que la moindre nourriture ne touche leur langue. Ils bavaient à la vue de l'employé qui apportait habituellement la gamelle, au bruit de ses pas dans le couloir, et même au cliquetis de l'appareil de nourrissage que l'on préparait.

Pour la plupart des expérimentateurs, ce n'était que du bruit, une contamination gênante des données qu'il fallait éliminer par le contrôle. Ivan Pavlov fit quelque chose de plus rare. Il décida que cette contamination était précisément ce qui était intéressant. Ce sur quoi il était tombé n'était pas un défaut de ses expériences sur la digestion, mais une porte ouvrant sur une question que la physiologie n'avait pas encore appris à poser : comment un animal en vient-il à réagir à un signal qui, en lui-même, ne signifie rien du tout ? Ce simple déplacement de l'attention transforma un goutte-à-goutte de salive en l'expérience fondatrice de l'un des cadres les plus durables de la psychologie.

Du tube digestif au réflexe conditionné

Ivan Pavlov, né en 1849, fut formé dans la tradition rigoureuse de la physiologie du dix-neuvième siècle, une école qui privilégiait la mesure exacte et l'explication physique aux discours vagues sur l'esprit ou l'âme. Il n'était pas, de formation, un psychologue le moins du monde. Sa grande réussite de jeunesse fut un compte rendu méticuleux de la manière dont les glandes digestives sécrètent sur commande, un travail assez soigné pour lui valoir le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1904. Lorsque le prix lui parvint, ses intérêts avaient déjà commencé à dériver vers l'énigme de cette salive anticipée.

Pavlov aborda cette nouvelle question avec les mêmes instincts qui avaient servi ses recherches sur la digestion. Il voulait quelque chose qu'il puisse contrôler, quantifier et répéter, aussi provoqua-t-il délibérément la situation plutôt que d'attendre qu'elle se produise par hasard. Il faisait retentir un son, ou mettait en marche un métronome, puis, un instant plus tard, présentait la nourriture au chien. Après un nombre suffisant de répétitions, le chien salivait au seul son, sans aucune nourriture en vue. Pavlov pouvait désormais mesurer la force de cette réaction apprise en comptant les gouttes, en chronométrant la rapidité de son apparition et en observant comment elle évoluait selon les conditions qu'il faisait varier. Il avait converti un phénomène psychologique insaisissable en un phénomène physiologique, et cette traduction explique en grande partie la longévité de son œuvre.

Les quatre termes qui organisent tout le cadre

La puissance du cadre de Pavlov tient à un vocabulaire restreint et précis qui permet de décrire presque tous les cas de ce type d'apprentissage. Tout repose sur quatre termes, et il vaut la peine de les saisir exactement.

La nourriture dans la bouche fait saliver un chien sans aucun apprentissage préalable ; c'est simplement ainsi que l'animal est constitué. La nourriture est le stimulus inconditionnel, ce qui déclenche naturellement et automatiquement une réponse, et la salivation qu'elle produit est la réponse inconditionnelle. Ni l'une ni l'autre n'a à être apprise. Un son, en revanche, ne signifie rien pour un chien affamé au départ. C'est un stimulus neutre, le genre de chose que l'animal pourrait remarquer puis ignorer. Toute l'expérience consiste à associer le son neutre à la nourriture, encore et encore, jusqu'à ce que le son cesse d'être neutre. Une fois que le chien salive au seul son, le son est devenu un stimulus conditionnel, et la salivation qu'il déclenche désormais est la réponse conditionnelle. Le mot conditionnel porte ici le sens de conditionné, une réponse qui dépend d'une histoire d'association plutôt que du câblage inné de l'animal.

Présentée ainsi, la logique est presque arithmétique. Un stimulus inconditionnel suscite de manière fiable une réponse inconditionnelle. Associez un stimulus neutre à ce stimulus inconditionnel un nombre suffisant de fois, et le stimulus neutre devient un stimulus conditionnel capable de susciter à lui seul une réponse conditionnelle. Les réponses conditionnelle et inconditionnelle sont souvent semblables, toutes deux étant la salivation dans le cas de Pavlov, mais elles ne sont pas identiques et procèdent de causes différentes. Cet ensemble compact de définitions constitue le vocabulaire de travail que les étudiants de l'apprentissage emploient encore plus d'un siècle plus tard, et l'essentiel de ce qui suit est en réalité une étude de la manière dont ces associations se comportent une fois formées.

Comment les réponses conditionnelles se construisent, se perdent et se rétablissent

Une réponse conditionnelle n'apparaît pas pleinement formée dès la première association. Elle se construit progressivement au fil des essais répétés, gagnant en force et en fiabilité à mesure que le stimulus conditionnel et le stimulus inconditionnel continuent d'arriver ensemble. Cette phase de construction s'appelle l'acquisition, et l'observer se dérouler permet à l'expérimentateur de voir l'apprentissage comme un processus à la pente mesurable plutôt que comme un basculement soudain.

Tout aussi instructif est ce qui se produit lorsque l'association cesse. Si Pavlov faisait retentir le son de nombreuses fois sans jamais le faire suivre de nourriture, la salivation conditionnée s'estompait puis finissait par disparaître. Cet affaiblissement s'appelle l'extinction, et le nom est légèrement trompeur, car il suggère que l'apprentissage initial a été effacé. Le résultat le plus révélateur de toute la séquence montre qu'il n'en est rien. Après une période de repos de quelques heures ou de quelques jours, lorsque le son était de nouveau émis, la salivation revenait d'elle-même, sans aucune nouvelle association. Ce rétablissement spontané nous apprend quelque chose d'important sur la mémoire : l'extinction n'efface pas l'association d'origine, elle superpose un nouvel apprentissage par-dessus, une inhibition apprise qui dit que ce signal ne prédit plus la nourriture. La première leçon reste là, dessous, ce qui a façonné la façon dont les psychologues conçoivent le fait que les peurs et les habitudes, une fois apparemment vaincues, peuvent resurgir.

Quand l'apprentissage se diffuse, et quand il s'affine

Deux autres phénomènes complètent le tableau et, commodément pour Pavlov, faisaient également office d'outils pour sonder ce que ses chiens pouvaient percevoir. Le premier est la généralisation. Un chien entraîné à saliver à un son d'une hauteur particulière salivera aussi, dans une moindre mesure, à des hauteurs voisines qu'il n'a jamais entendues associées à la nourriture. La réponse conditionnelle se diffuse vers des stimuli qui ressemblent au stimulus conditionnel d'origine, et plus la ressemblance est grande, plus la réponse est forte. Ce n'est pas un défaut de l'apprentissage mais un réglage par défaut sensé, car dans le désordre du monde réel, un signal se reproduit rarement deux fois sous exactement la même forme.

Le processus inverse est la discrimination. Si Pavlov nourrissait systématiquement le chien après un son précis tout en présentant un son semblable jamais suivi de nourriture, le chien apprenait peu à peu à ne répondre qu'au son renforcé et à retenir sa réponse devant l'autre. Cela offrait à Pavlov un instrument étonnamment élégant. En rapprochant de plus en plus deux sons, ou deux formes, et en observant le moment où le chien ne parvenait plus à les distinguer, il pouvait mesurer de l'extérieur les limites de l'ouïe ou de la vision de l'animal, lisant l'acuité sensorielle à partir d'une glande salivaire. Une méthode née comme une étude de l'apprentissage devenait un moyen d'interroger la perception elle-même.

De la salive d'un chien à la peur d'un enfant

Pendant longtemps, on ignora si tout cela s'appliquait aux êtres humains, et particulièrement aux émotions qui paraissent les plus intimes et les moins mécaniques. La réponse, démontrée d'une manière qui trouble la discipline depuis lors, arriva en 1920. À Johns Hopkins, le psychologue John Watson et sa collaboratrice Rosalie Rayner travaillèrent avec un nourrisson de onze mois resté dans les mémoires sous le nom du petit Albert. L'enfant ne montrait au départ aucune peur d'un rat blanc de laboratoire. Watson et Rayner se mirent alors à frapper une barre d'acier avec un marteau derrière la tête d'Albert, produisant un bruit soudain et effrayant, chaque fois que le rat apparaissait. Bientôt, le rat seul fit pleurer et reculer l'enfant, même en l'absence de tout bruit.

La correspondance avec les termes de Pavlov est exacte. Le fracas sonore était un stimulus inconditionnel produisant une réponse de peur inconditionnelle ; le rat, neutre au départ, devint un stimulus conditionnel déclenchant une peur conditionnelle ; et la peur se généralisa même, Albert se montrant, dit-on, troublé par d'autres objets poilus pour lesquels il n'avait reçu aucun entraînement. L'expérience établit que les réponses émotionnelles humaines, et pas seulement les réflexes glandulaires, sont conditionnables de manière classique. Ce fut aussi, selon tout critère moderne, un grave manquement éthique : un nourrisson vulnérable fut délibérément rendu apeuré, sans aucun plan clair pour réparer le tort causé. Le malaise que cette étude suscite encore explique en partie sa persistance dans les manuels, car l'indignation qu'elle a engendrée a contribué à pousser la psychologie vers les normes formelles d'éthique de la recherche, dont le consentement éclairé et la protection des participants, qui régissent la discipline aujourd'hui.

Le conditionnement dans la nature, et à la clinique

Une fois le vocabulaire acquis, on commence à voir le conditionnement classique partout dans la vie ordinaire, en particulier dans nos réactions émotionnelles et physiologiques automatiques. Les indices associés à une envie, un coin de rue particulier, une heure de la journée, une odeur, peuvent déclencher l'envie à eux seuls, longtemps après la disparition de la substance. L'anxiété peut s'accrocher à une situation précise qui a un jour coïncidé avec quelque chose de réellement menaçant. Un exemple frappant est l'aversion gustative conditionnée, où un seul épisode d'intoxication alimentaire peut rendre nauséeux pendant des années un plat autrefois apprécié, une association puissante formée en un seul essai. La portée du conditionnement s'étend jusqu'au système immunitaire, puisqu'on peut entraîner des animaux de laboratoire de sorte qu'une saveur neutre associée à un médicament immunosuppresseur en vienne, à elle seule, à atténuer l'activité immunitaire.

Deux thérapies cliniques transforment ces principes en traitement en travaillant dans des directions opposées. La thérapie aversive installe délibérément une nouvelle association, en couplant un comportement indésirable à un stimulus inconditionnel désagréable afin que le comportement lui-même commence à paraître répugnant. La thérapie d'exposition déroule la logique de l'extinction à rebours de la peur du patient : elle présente le stimulus conditionnel redouté de manière répétée, en sécurité, et sans que la conséquence menaçante ne survienne jamais, de sorte que la réponse conditionnelle inadaptée s'affaiblit progressivement. Le même mécanisme qui a appris à Albert à craindre un rat peut, manié avec soin et éthique, aider quelqu'un à désapprendre une phobie.

Où loge le conditionnement dans le cerveau, et où il s'arrête

Le cadre de Pavlov fut entièrement bâti à partir du comportement, mais les neurosciences ultérieures en ont localisé une grande partie dans des tissus cérébraux précis. Deux substrats sont particulièrement bien caractérisés. Le cervelet soutient les réponses conditionnelles motrices, l'exemple le plus net étant le clignement d'œil conditionné, où un son associé à un souffle d'air sur l'œil en vient à déclencher de lui-même un clignement protecteur. L'amygdale, quant à elle, est centrale dans la peur conditionnée, et cela se vérifie de façon remarquablement constante chez les mammifères, du rat à l'humain. Endommagez ces structures et la forme correspondante de conditionnement ne parvient plus à s'installer, ce qui constitue une preuve solide que les abstractions de Pavlov correspondent à une véritable machinerie plutôt qu'à de commodes métaphores.

Il est tout aussi important d'être clair sur ce que le conditionnement classique n'explique pas. Il n'est, après tout, qu'un des paradigmes d'apprentissage de la psychologie, et il rend compte spécifiquement des réponses involontaires et réflexes, des choses qu'un corps fait plutôt que de celles qu'un organisme choisit de faire. Il dit peu de choses sur la manière dont un animal apprend à accomplir une action volontaire entièrement nouvelle pour obtenir une récompense, sur la manière dont il apprend en observant un autre individu, ou sur la manière dont il construit une carte interne de l'espace qu'il parcourt. Ce sont là les territoires du conditionnement opérant, de l'apprentissage par observation et des cartes cognitives, des paradigmes distincts avec leurs propres fondateurs et leur propre logique. Pavlov nous a donné le premier et le plus rigoureux des quatre, non la totalité de l'apprentissage.

Points essentiels à retenir

Le conditionnement classique débuta comme une observation accidentelle dans le laboratoire de digestion d'Ivan Pavlov à Saint-Pétersbourg, vers 1901, où des chiens salivaient avant l'arrivée de la nourriture, et il devint le premier cadre expérimental de l'apprentissage associatif, l'œuvre d'un physiologiste qui avait déjà remporté le prix Nobel en 1904. Son cœur repose sur quatre termes : un stimulus inconditionnel qui produit naturellement une réponse inconditionnelle, associé de façon répétée à un stimulus initialement neutre jusqu'à ce que ce stimulus devienne un stimulus conditionnel capable de susciter à lui seul une réponse conditionnelle. Ces associations se construisent par l'acquisition, s'affaiblissent par l'extinction, et révèlent leur persistance par le rétablissement spontané, tandis que la généralisation diffuse la réponse vers des indices semblables et que la discrimination l'affine vers un seul. L'étude éthiquement indéfendable du petit Albert menée par Watson et Rayner en 1920 prouva que les émotions humaines sont conditionnables et contribua à forcer la discipline vers une éthique de la recherche moderne, et les mêmes principes éclairent aujourd'hui les envies, les anxiétés, les aversions gustatives conditionnées, et même les réponses immunitaires conditionnées, et sous-tendent les thérapies aversive et d'exposition, le cervelet soutenant les réponses conditionnelles motrices et l'amygdale soutenant la peur conditionnée. Aussi puissant soit-il, le conditionnement classique n'explique que les réponses involontaires et réflexes, un paradigme parmi quatre, laissant à d'autres explications l'action volontaire, l'apprentissage par observation et les cartes spatiales.