Mécanismes et réductionnisme en biologie (2/2)

Allons-y pour la suite sur les mécanismes et le réductionnisme en biologie ! Dans le dernier billet j’ai surtout cherché à donner une définition rigoureuse des mécanismes, telle qu’explicitée par les philosophes des sciences contemporains. La partie vraiment intéressante commence maintenant : quel lien y-a-t’il entre l’approche mécaniste et le réductionnisme ?

D’abord, en quoi consiste exactement le réductionnisme ? En première approximation et sans détailler tout de suite, on peut dire que l’expression « X se réduit à Y » signifie « X peut être ramené à Y », ou dit autrement, « X n’est rien d’autre que Y ». Pour le cas de la démarche mécaniste, on va être amené à se poser la question : quelle relation y-a-t’il entre un phénomène biologique et les mécanismes sous-jacents qui l’expliquent ? Le phénomène se réduit-il à ces mécanismes ?

Cela va être l’occasion d’introduire des notions centrales en philosophie des sciences : la « survenance » et la « réalisabilité multiple ».

1) Le constat d’une relation asymétrique entre mécanisme et phénomène : la relation de « survenance »

Pour rappel, on a vu la dernière fois qu’un mécanisme consiste en un ensemble de constituants (par exemple, des zones du cerveau) dont les activités et intéractions permettent de réaliser la fonction d’un phénomène global (par exemple, la mémorisation spatiale). 

Par conséquent, étant donné des conditions initiales adéquates, toute instance d’un mécanisme permet de rendre compte du rôle causal du phénomène. On voit donc que le mécanisme est lui-même suffisant pour déterminer le phénomène : une fois que le mécanisme est fixé, il n’y a plus de place pour d’autres constituants qui auraient eux aussi une influence sur le rôle causal du phénomène.

Mais l’inverse n’est pas vrai : un phénomène n’est pas suffisant pour fixer le mécanisme. Il est tout à fait concevable que plusieurs types de mécanismes puissent rendre compte du même type de phénomène : c’est ce qu’on appelle la « réalisabilité multiple ». Par exemple, si on prend le phénomène « jouer aux échecs », la fonction peut être réalisée par des mécanismes très différents selon que ce soit un humain ou un ordinateur qui joue. Pour ramener cela à la biologie, on peut même imaginer que des formes de vie extraterrestres soient capables de jouer aux échecs malgré des mécanismes biologiques très éloignés des nôtres.

On peut donc résumer la relation entre mécanisme et phénomène de la manière suivante : un mécanisme, une fois fixé, est une condition suffisante mais pas nécessaire pour déterminer le phénomène.

Cette relation asymétrique est très bien capturée par un autre concept très important en philosophie : la « survenance ». On dit que le phénomène « survient » sur le mécanisme explicatif, dans le sens où deux phénomènes biologiques différents ne peuvent pas avoir exactement les mêmes mécanismes sous-jacents. De manière équivalente, des mécanismes strictement identiques caractérisent forcément le même phénomène. Il s’agit juste d’une manière de reformuler que le mécanisme est suffisant pour déterminer le phénomène.

La survenance permet d’expliciter clairement la relation asymétrique entre mécanisme et phénomène. Mais il faut bien préciser que cela est uniquement un constat : cela ne nous dit rien sur le pourquoi du comment de cette relation, en particulier la question métaphysique « Quelle est la « nature » du mécanisme par rapport à celle du phénomène ? ». C’est ce qu’on va voir tout de suite !

2) Comment expliquer la relation asymétrique entre mécanisme et phénomène ? Précisions et apport du « réductionnisme fonctionnel » dans le débat

Les notions de survenance et de réalisabilité multiple s’appliquent à la démarche mécaniste, mais elles sont plus généralement primordiales dans les débats autour du réductionnisme, notamment pour caractériser les relations entre physique fondamentale et biologie. Pourquoi ? 

Comme mentionné dans le dernier billet, c’est parce que les entités et les phénomènes biologiques sont classés selon leur fonction caractéristique, et non selon leur composition physique. C’est cela qui rend possible la réalisation multiple : pour une propriété biologique caractérisée par une fonction donnée, il y a plusieurs configurations physiques différentes qui peuvent « réaliser » cette fonction. Par exemple, des séquences d’ADN légèrement différentes peuvent coder la même protéine et donc correspondre au même gène ; un état mental de douleur peut être réalisé par différentes configurations cérébrales ; etc.

Il y a donc également une relation asymétrique entre les propriétés physiques et les propriétés biologiques : les propriétés biologiques surviennent sur les propriétés physiques, comme le montrent les schémas ci-dessous :

La réalisation multiple est un argument classique pour dire qu’on ne peut pas réduire la physique à la biologie. La relation étant asymétrique, on ne peut pas se permettre de dire « les concepts biologiques ne sont rien d’autre que des concepts physiques » ou « on peut ramener directement les concepts biologiques aux concepts physiques ». La puissance des sciences spéciales comme la biologie est précisément de faire abstraction de la composition physique des objets pour se concentrer sur l’important : leur fonction ou rôle causal, déterminé par certains effets caractéristiques. Par exemple, ce qui nous intéresse quand on étudie le coeur des humains, c’est comment l’agencement global et l’activité des cellules permettent le pompage du sang à travers l’organisme ; ce n’est pas la configuration exacte des atomes qui peut différer en fonction des personnes.

Malgré la réalisation multiple, on peut tenter de réduire la biologie à la physique d’une manière un peu différente, avec ce qu’on appelle le « réductionnisme fonctionnel ». Celui-ci se décompose en 3 étapes :

1. Définition fonctionnelle : on choisit un concept biologique dont le référent dans la nature est défini par sa fonction F.
2. Recherche des « réalisations » : on cherche les configurations physiques qui réalisent le rôle causal qui définit F, au sens où elles aboutissent aux effets caractéristiques de F.
3. Explication : on décrit les mécanismes physiques qui produisent les effets qui caractérisent F, ce qui permet d’expliquer comment chaque configuration physique est un cas de F.

Cette approche ne vous fait pas penser à quelque chose ? Eh bien oui, en fait, la démarche mécaniste qu’on a vu en large et en travers correspond exactement au réductionnisme fonctionnel ! 

Dans un mécanisme, on trouve des constituants qui ont chacun un rôle causal et qui sont organisés de telle manière qu’ils reproduisent le même rôle causal que le phénomène. Le rôle causal de chaque constituant est lui-même explicable par un mécanisme qui fait intervenir des constituants à un niveau inférieur, et on pourra encore expliquer mécanistiquement les rôles causaux du niveau inférieur, etc, etc. Avec ces mécanismes imbriqués les uns dans les autres, on peut alors redescendre jusqu’à l’échelle de la physique et on finira par obtenir pour notre phénomène de départ une explication en termes de mécanismes physiques : il s’agit exactement de la réduction fonctionnelle.

Bon, ici vous pourriez être tenté de dire « mais quel est l’intérêt de montrer que la démarche mécaniste revient à faire du réductionnisme fonctionnel ? Dire que X est X, c’est pas très profond comme réflexion ! »

Mais non voyons, c’est tout sauf inintéressant. Le réductionnisme fonctionnel a déjà fait l’objet de débats en philosophie, principalement à partir des années 1990 ; pas tellement en philosophie de la biologie, mais dans un domaine voisin : la philosophie de l’esprit. En effet, le même type de réductionnisme s’applique avec les propriétés mentales (états psychologiques de douleur, joie, etc…) qui surviennent sur les propriétés physiques du cerveau. Et cela a des implications sur les options métaphysiques que l’on peut choisir pour caractériser la « nature » des états mentaux par rapport aux états physiques.

Il en va donc de même pour la démarche mécaniste avec la relation entre la « nature » du mécanisme et celle du phénomène : les mécanismes ne sont pas si « métaphysiquement neutres » que ça, contrairement à ce qu’on disait la dernière fois ! Il y a en fait deux alternatives possibles :

Option 1 : Démarche anti-réductionniste

La démarche anti-réductionniste consiste à dire qu’un phénomène biologique est ontologiquement distinct des mécanismes physiques sous-jacents qui l’expliquent, c’est-à-dire de nature différente. Cela revient alors à soutenir un pluralisme ontologique avec plusieurs « couches » d’existence, plusieurs « réalités » à différentes échelles. 

Attention, remarque importante : je parle ici d’anti-réductionnisme alors qu’on est toujours dans le cadre du réductionnisme fonctionnel. N’est-ce pas contradictoire ? En fait non, puisque le réductionnisme fonctionnel concerne la réduction d’une théorie à une autre (la physique à la biologie) alors que l’anti-réductionnisme évoqué ici désigne la réduction de « quelque chose dans le monde » (un phénomène biologique) à « autre chose dans le monde » (les mécanismes physiques sous-jacents).

Le réductionnisme fonctionnel se positionne donc à un niveau épistémologique, alors que l’anti-réductionnisme dont on parle est à un niveau métaphysique/ontologique (sur ce qui existe dans le monde). Il est tout à fait possible de concilier réductionnisme fonctionnel et anti-réductionnisme ontologique, même si comme on va le voir, c’est une position très difficilement tenable.

Revenons-donc à l’anti-réductionnisme. Dire qu’un phénomène biologique est distinct de ses mécanismes physiques sous-jacents peut être attrayant pour conserver la spécificité des concepts biologiques. Mais cela mène en fait à de nombreuses bizarreries.

Pour le constater, il suffit de se poser la question « De quoi un être humain est-il constitué ? ». On pourrait répondre : de cellules. Mais de quoi sont composées les cellules ? D’un arrangement très complexe de molécules. Et de quoi sont composées les molécules ? De configurations d’atomes. On peut continuer ainsi le raisonnement pour redescendre jusqu’à l’échelle la plus petite, celle des constituants élémentaires de la matière dans le modèle standard de la physique des particules.

Pour un anti-réductionniste ontologique, la réponse à la question initiale serait « Un être humain est constitué de « couches » de nature différente. Les cellules, qui se situent à une couche supérieure, ne peuvent pas être ramenées à un ensemble de configurations physiques situées à une couche inférieure ». On voit bien l’étrangeté de cette position : même si avec la réalisation multiple, de nombreuses configurations physiques peuvent aboutir à ce qu’on nomme « cellule », il n’en reste pas moins qu’en tout temps, une cellule n’est rien d’autre qu’une configuration physique particulière. Cela paraît tout sauf nécessaire de postuler plusieurs « couches » d’existence.

**** Début de la partie facultative, si vous ne voulez pas vous embêter avec les détails, passez à la suite, ce n’est pas très important 🙂
Une autre manière de le voir est de revenir à la définition d’un mécanisme physique m qui explique un phénomène biologique p. Considérons un autre phénomène p* causé par p. Comme l’intéraction et l’activité des constituants de m reproduisent entièrement le rôle causal de p, on peut en déduire que m cause aussi p*. On a donc deux causes suffisantes pour p*

Si on adopte l’anti-réductionnisme en faisant la distinction ontologique entre m et p, on se retrouve ainsi dans une position très inconfortable : 

– soit on accepte que m et p sont donc des causes différentes de p*. Mais la question est : une fois que l’on a obtenu une cause physique suffisante de p* (mécanisme m), pourquoi supposer une cause supplémentaire et différente (phénomène p), alors même que p ne joue pas de rôle causal différent dans la production de p* ? On a aucune raison de postuler une telle cause additionnelle. L’incohérence de ce point de vue fait qu’il n’est d’ailleurs quasiment jamais défendu.

– soit on admet que p* a bien une seule et unique cause. Mais dans ce cas, on est forcé d’éliminer soit la cause m, soit la cause p. Comme le but du réductionnisme fonctionnel est d’expliquer un phénomène par ses mécanismes physiques sous-jacents, il faut absolument conserver la cause m et donc éliminer la cause p. Dans ce cas, le phénomène p n’a plus aucun rôle causal : c’est ce qu’on appelle un « épiphénomène ». Comme précédemment, on peut se poser la question de l’intérêt de postuler l’existence d’un épiphénomène en plus du mécanisme, alors que celui-ci permet à lui seul de rendre compte du rôle causal global. En philosophie de l’esprit, cette objection se nomme le « problème de l’exclusion causale », notamment exprimé par le philosophe Jaegwon Kim.
Fin de la partie facultative ****

Pour résumer, l’anti-réductionnisme ontologique semble finalement très peu convaincant puisqu’il introduit des couches d’existence supplémentaires qui n’ont aucune efficacité causale pertinente. Elles apparaissent un peu « de nulle part ».

Mais ce n’est pas le seul gros soucis avec cette position : elle est aussi incompatible avec la définition-même de mécanisme ! En fait, elle rentre en conflit avec le fameux critère de « manipulabilité mutuelle » qui permet de déterminer les constituants d’un mécanisme. 

Pour rappel, ce critère stipule qu’une entité e est un composant du mécanisme m pour un phénomène p si et seulement si une intervention spécifique sur le comportement de e entraîne une modification du comportement de p ; et réciproquement, une intervention spécifique sur le comportement de p entraîne une modification du comportement de e.

Mais avec l’anti-réductionnisme, le mécanisme est par définition d’une nature distincte du phénomène ! L’idée même de pouvoir intervenir sur le phénomène pour trouver les constituants d’un mécanisme ne fait pas sens : le phénomène n’a précisément aucune efficacité causale pertinente. 

Bref, tout cela n’est pas vraiment satisfaisant. Il est donc temps d’étudier l’autre option : le réductionnisme ontologique.

Option 2 : Réductionnisme ontologique

Le réductionnisme ontologique est littéralement l’approche inverse de l’anti-réductionnisme : on identifie toute occurence d’un phénomène à son mécanisme physique sous-jacent. Cette position a le mérite de régler beaucoup de problèmes posés par l’anti-réductionnisme :

– Déjà, on a une seule « couche » de réalité, ce qui est bien plus parcimonieux. Toute occurence d’un phénomène biologique n’est rien d’autre qu’une configuration physique particulière. Par exemple, le corps humain n’est, en tout temps, rien d’autre qu’une certaine configuration de particules.
– Cela élimine aussi le problème de l’exclusion causale (Cf partie facultative), puisque le phénomène p* admet une seule et unique cause suffisante : le mécanisme m / le phénomène p.

À ce stade, il semble qu’on a une vision très satisfaisante des sciences :

1. D’un point de vue ontologique, on a une seule « couche » d’existence.
2. D’un point de vue épistémique, toutes les sciences ont leur importance car elles font intervenir différents niveaux de descriptions, ce qui permet de rendre intelligible une grande variété de phénomènes à diverses échelles.
3. Le point de vue mécaniste est très proche de la façon dont travaillent les biologistes et neuroscientifiques.

Tout cela serait bien beau… s’il n’y avait pas un autre problème. Le réductionnisme ontologique est malheureusement lui aussi très problématique pour la cohérence du concept de mécanisme. Et cela concerne encore une fois le critère de manipulabilité mutuelle !

Qu’est-ce qui ne va pas cette fois-ci ? Le problème est que si on identifie mécanisme et phénomène, la manipulabilité mutuelle est vérifiée trivialement dans tous les cas. En effet, il n’est pas possible d’intervenir spécifiquement sur le comportement du phénomène sans intervenir sur le comportement d’un des constituants du mécanisme sous-jacent, et vice-versa.

Ainsi, contrairement à ce que dit le critère de manipulabilité mutuelle (Situation 1 sur le schéma ci-contre), une intervention sur un constituant du mécanisme ne cause pas une modification du comportement du phénomène, et réciproquement. Plutôt, toute intervention cause nécessairement à la fois la modification du comportement du constituant et du phénomène (Situation 2).

L’erreur du critère de manipulabilité mutuelle est donc de concevoir des relations causales entre constituants du mécanisme et phénomène alors que celles-ci ne correspondent pas aux interventions que l’on réalise dans des expériences.

Et voilà, on arrive à la fin de ce périple dans les méandres des mécanismes et du réductionnisme ! J’espère que c’était clair et intéressant :). En tout cas j’ai fait de mon mieux, c’est un sujet qui peut vite devenir très technique.

En résumé, les mécanismes semblent de prime abord être des explications puissantes et proches de la pratique scientifique en biologie et neurosciences. Mais au final, comme l’argumente Patrice Soom dans cet article, la démarche mécaniste est identique au « réductionnisme fonctionnel » et fait donc face aux mêmes alternatives ontologiques que celui-ci : l’anti-réductionnisme ou bien le réductionnisme ontologique. Dans les deux cas, on a vu que cela créait des conflits majeurs avec le critère de « manipulabilité mutuelle » censé être à la base de la définition-même du mécanisme. L’approche mécaniste semble donc devoir être réformée en profondeur avec une modification de ce critère.

Sources :

– Patrice Soom : Mechanisms, determination and the metaphysics of neuroscience (2012)
– Michaël Esfeld : Philosophie des sciences : Une introduction (2017)
– Christian Sachse : Philosophie de la biologie : Enjeux et perspectives (2011)
– Felipe Romero : Why there isn’t inter-level causation in mechanisms (2015), très utile pour comprendre les problèmes avec le critère de manipulabilité mutuelle.

Votre commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l’aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion /  Changer )

Photo Google

Vous commentez à l’aide de votre compte Google. Déconnexion /  Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l’aide de votre compte Twitter. Déconnexion /  Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l’aide de votre compte Facebook. Déconnexion /  Changer )

Connexion à %s