La ville est un cerveau

Selon des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute, dans l’état de New York, les grandes villes présentent de surprenantes analogies avec le cerveau : leur structure s’apparenterait aux réseaux neuronaux, expliquent-ils dans un article qui devrait incessamment être publié par le magazine Complexity, mais est déjà disponible intégralement en ligne (.pdf).

Villes et cerveau, des analogies par Rensselaer/Mark ChangiziCette similarité s’expliquerait en grande partie par une évolution analogue. Comme l’explique le principal chercheur, Mark Changizi (blog), professeur de sciences cognitives et auteur d’ouvrages réputés dans le domaine des neurosciences : « La sélection naturelle a passivement guidé l’évolution des cerveaux mammifères à travers le temps, tout comme les politiciens et entrepreneurs ont indirectement contribué à la formation des petites et grandes cités. Il semble que ces deux mains invisibles soient arrivées à une conclusion similaire : les cerveaux et les cités, lorsqu’ils grandissent, ont besoin d’une densité d’interconnexions similaires pour fonctionner de manière optimale. »

Du coup, lorsque les villes changent d’échelle, elles font comme les cerveaux. Elles ne se contentent pas de s’agrandir, elles changent leur organisation. Il ne suffit pas de « grossir » un cerveau pour obtenir une créature plus intelligente : plus un cerveau est volumineux, plus les réseaux connectant ses différentes parties sont denses. De la même manière, nous est-il expliqué dans le communiqué de presse de l’Institut, Chicago est trois fois plus grande que Seattle, mais on ne peut pas prendre trois Seattle pour faire un Chicago.

Ensuite une grosse cité possède des « connecteurs » qui en relient les différentes parties, des « autoroutes » ou des voies rapides (Changizi a fait ses recherches sur des villes américaines, et on peut se demander jusqu’où cela s’appliquerait à des villes comme Paris. Sans doute faudrait-il parler dans ce cas du « grand Paris » et tenir compte des autoroutes reliant le centre et les banlieues). Si l’on compare le nombre d’autoroutes d’une mégapole à sa surface totale, on trouve une proportion similaire à celle des cellules pyramidales (la « matière blanche ») au sein du cortex : le rôle de ces cellules consiste justement à assurer la transmission des informations entre les différentes parties du cerveau. Selon Changizi, le réseau autoroutier est également une construction ad hoc, déterminée par l’évolution, qui tend à casser la grille plus régulière des rues (encore une conception très américaine, les villes y étant en général construites en carré de manière planifiée).

Et ce ne sont pas les seules similarités, avancent les auteurs. Si on part par exemple du principe que les synapses remplissent le même rôle que les sorties d’autoroutes, on retrouve là encore un rapport analogue entre le nombre de synapses par neurone et le nombre de sorties par autoroute.

Du reste, ces analogies d’échelles ne sont pas seulement statiques, elles sont dynamiques, autrement dit, elles évoluent de la même manière avec le temps. Ainsi, dans les cités comme dans le cerveau, les connecteurs (cellules pyramidales et voies rapides) croissent moins rapidement que la surface globale.

« Les villes sont bien plus intelligentes que nous l’avons pensé », écrit-il. « Et je pense que c’est vrai pour la plupart des systèmes complexes qui se développent sous la pression de la sélection pendant un temps très long. Si nous pouvons comprendre l’organisation des cités, cela pourrait accélérer notre connaissance des mécanismes du cerveau ».

Cela pourrait nous permettre aussi de mieux comprendre les villes, et de diagnostiquer lesquelles sont « saines » ou malades. « Par exemple, si on calcule la taille du réseau autoroutier par rapport à la surface totale de la cité, et que celle-ci n’entre pas dans les normes attendues (par exemple si elle possède trop de sorties), on pourra la remettre dans la bonne direction plutôt qu’attendre passivement que les forces de sélection fassent le travail au cours des décennies suivantes. »

De fait, il est fort possible que ces proportions et ces invariants soient typiques de toutes les formes de systèmes complexes, et constituent une constante de cette nouvelle « science des réseaux » qui est en train de phagocyter l’ensemble des disciplines scientifiques, de la physique quantique à la sociologie en passant par l’écologie. En lisant cela, on ne peut que repenser aux spéculations apparemment folles d’un Kevin Kelly sur le superorganisme

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3 commentaires

  1. « selon les chercheurs »…
    ça aurait été plus intéressant de développer le thème selon lequel les groupes sociaux sont analogiques à des cerveaux, auquel cas la topologie n’est plus du domaine physique mais psychologique.
    La raison de la viabilité de ces analogies est implicite à une bonne connaissance des lois des systèmes, cependant ce qui compte ce sont les termes servant d’appui à ces analogies, en l’occurrence les phénomènes de densité, et de connections. L' »intelligence » constatée est de l’ordre des lois basiques de la topologie des systèmes. par exemple la densité des villes est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les séparent, ce qui est une donnée relativement vérifiable, facile à comprendre, et logique. et tout est comme ça. des études sont déjà allées beaucoup, beaucoup plus loin.

  2. Comparaison intéressante. Néanmoins il me semble que systèmes biologiques et villes ont une différence fondamentale qui est passée sous silence : les lois de l’évolution naturelle (sélection, reproduction, différenciation) s’appliquent à des populations dont les individus sont en concurrence. Dans le cas des villes il ne peut y avoir plusieurs versions de la même cité dont la meilleure (selon des critères à déterminer) serait retenue.

    Il y a certes des phénomènes de concurrence entre quartiers, mais aussi des phénomènes de coopération ou de symbiose : deux quartiers proches peuvent se développer conjointement de par leur complémentarité (l’un résidentiel et l’autre commercial) au détriment d’un troisième… Cela ressemble à un écosystème dans lequel les infrastructures peuvent être vues comme d’autres espèces ou comme des facteurs environnementaux…

    Bref tous ces systèmes : cerveau, ville, écosystème (et internet et les réseaux sociaux, etc…) sont des systèmes complexes qui ont une base stable : les small world networks dont les propriétés ressemblent aux points communs décrits par le chercheur.

    Les comparaisons effectuées sont intéressantes mais il y a un pas jusqu’à définir des critères « d’optimalité » pour les villes que je ne franchirais pas. De la même manière que pour des cerveaux… ou des génomes.

  3. Sur Chronos, on trouve un intéressant dossier qui montre que le succès du vélo à Copenhague n’est pas le fruit du hasard, mais la résultante d’une vraie politique qui s’est construite dans le temps. L’objectif affiché pour 2015 est que 90% des habitants soient à 15 minutes maxi à pied ou à vélo d’un parc, d’une plage, d’un espace naturel ou d’une piscine.

    Mais c’est une approche réseau qui permet justement de densifier la ville de cette manière…

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