[ Sommaire ] · Approfondissement du chapitre 4.0 : Épistémologie
Méthodologie empirico-synthétique
de validation de la Connaissance
[ NB : Textes provisoires. Niveau de rédaction : 3 / 5 ]
Plan du chapitre
- A - Descrition théorique de la méthode
- B - Exemple pratique : régulation insulinique de la glycémie
- C - Intérêt de la méthode
Ce chapitre comporte trois parties :
– La première partie est une description théorique de la méthode a priori de validation de la connaissance.
– La seconde partie explicite la méthode de validation à l'aide d'un exemple concret.
– La troisième partie est une discussion des intérêts de la méthode.
Remarque introductive
La méthode de validation de la connaissance choisie est spécifique de la nature supposée de l'Univers.
Les différents critères retenus tiennent compte des spécificités supposées de la Réalité Objective Biotique et de la nature supposée de la Connaissance, à savoir :
– La nature Réaliste de l'Univers.
– Les niveaux structurels d'organisation.
– Les propriétés fonctionnelles émergentes.
– La nature empirique, rationnelle et logique de la Connaissance.
La méthode choisie permet une double validation expérimentale et théorique, tenant compte des spécificités structuro-fonctionnelles des organismes biologiques.
A - Description théorique
En rapport avec les particularités de ce nouveau domaine empirico-synthétique de recherche théorique et transdisciplinaire, est proposé un modèle de validation scientifique en deux étapes :
1- Validation a priori. Cette première étape serait spécifique de la méthodologie empirico-synthétique. Elle serait fondée sur les principes de cohérence et de testabilité (d'après Ladrière 1995, Gil 1995, Hempel 1972, Watanabe S.).
2- Validation a posteriori. Cette seconde étape serait fondée sur les principes de validation des sciences empirico-analytiques, qui sont principalement les contrôles expérimentaux.
a - Validation a priori
a - Validation a priori : Principe de cohérence
Un système théorique relatif à un processus biologique hyper-complexe aurait un degré de probabilité de validité a priori suffisant s'il satisfait aux trois conditions de cohérence : interne, factuelle et externe.
a.1 - Cohérence interne
La condition de cohérence interne comporte deux sous-conditions :
1) La sous-condition d'intégration trans-niveaux.
2) La sous-condition de validation indirecte.
Intégration trans-niveaux
La condition d'intégration trans-niveaux exige l'existence d'un système logiquement cohérent d'hypothèses explicatives décrivant l'émergence du processus étudié à partir de l'interaction de processus existant à d'autres niveaux d'organisation.
L'hypothèse sous-jacente à cette condition est qu'une théorie explicitant un processus à partir de plusieurs niveaux d'organisation serait moins faillible qu'une théorie mono-niveaux, pour deux raisons principales :
1- La Réalité Objective Biotique serait constituée de différents niveaux d'organisation, interdépendants, et dont la complexité croissante permettrait l'émergence de nouvelles propriétés fonctionnelles.
Une théorie qui décrirait les conditions et les facteurs d'émergence d'un processus hypothétique à partir de l'interaction fonctionnelle des différents niveaux d'organisation serait plus proche du Réel et donc moins faillible.
2- Une théorie intégrative trans-niveaux devrait tenir compte d'un nombre beaucoup plus important de données, propriétés et processus, propres aux différents niveaux considérés, qu'une théorie mono-niveaux. Ce nombre beaucoup plus important d'éléments constitutifs serait un gage de moindre faillibilité.
Validation indirecte
La condition de validation indirecte exige que les différents processus des autres niveaux d'organisation ont déjà été caractérisés et validés par des méthodes expérimentales propres aux niveaux considérés.
L'hypothèse sous-jacente à cette condition est qu'une théorie qui s'élabore à partir de données, propriétés et processus qui ont déjà été caractérisés et validés serait moins faillible qu'une théorie entièrement ou partiellement élaborée à partir de données spéculatives.
a.2 - Cohérence factuelle
La condition de cohérence factuelle exige que le système théorique du processus étudié est explicatif et conforme à une majorité de faits déjà caractérisés et observés.
(mise en parallèle d'un système d'hypothèse et d'un ensemble quasi exhaustif de donnée, puis vérification de l'existence d'une correspondance et d'une cohérence globale et systémique entre ces deux ensembles.)
L'hypothèse sous-jacente à cette condition est que plus une théorie est complexe, plus il serait nécessaire de tenir compte d'un maximum (quasi exhaustif) de données, dans la mesure où, en raison de la complexité des processus à l'œuvre, un nombre restreint de données peut être compatible avec différentes théories, sans en valider ou réfuter aucunes.
Une validation ou une réfutation d'une théorie complexe à partir d'un nombre limité de données serait sans valeur.
La condition de cohérence factuelle tiendrait compte de la nature supposée empirique et logico-rationnelle de la Connaissance.
a.3 - Cohérence externe
La condition de cohérence externe exige que le système théorique du processus étudié est en cohérence avec d'autres théories déjà éprouvées.
L'hypothèse sous-jacente à cette condition est qu'une théorie qui serait cohérente avec d'autres théories déjà éprouvées serait moins faillible qu'une théorie n'ayant pas de cohérence, voire étant en contradiction, avec des théories valides.
La condition de cohérence externe tiendrait compte de la nature supposée logico-rationnelle de la Connaissance.
b - Validation a priori : Principe de testabilité
La condition de testabilité exige que le système théorique permet un contrôle expérimental : il est possible, ultérieurement, de le corroborer ou de le réfuter.
L'hypothèse sous-jacente à cette condition est qu'une théorie non testable empiriquement serait intrinsèquement impossible à valider ou à réfuter, et que cette indétermination serait contre-heuristique.
La condition de testabilité tiendrait compte de la nature supposée empirique de la Connaissance.
b - Validation a posteriori
Les modalité de la validation a posteriori sont identiques à celles actuellement utilisées dans le cadre des sciences empirico-analytiques.
La validation a posteriori tiendrait compte de la nature supposée Réaliste de l'Univers.
B - Exemple pratique : régulation insulinique de la glycémie
La méthode de validation a priori est explicité ci-dessous à partir d'un exemple concret, la théorie de la régulation endocrine de la glycémie par l'insuline.
Pour des raisons didactiques, nous admettrons que le modèle de la régulation endocrine de la glycémie par l'insuline est uniquement théorique et qu'il n'existe aucune expérimentation empirique validant ou réfutant ce modèle.
Nous utiliserons la méthode de validation a priori pour vérifier, avant toute expérimentation, si le modèle a une probabilité de validité suffisante.
a - Description des mécanismes de la régulation glycémique par l'insuline
La succession des mécanismes décrits ci-dessous est partielle. Ne sont donné que le minimum d'éléments nécessaires à l'explicitation de la méthode de validation a priori. La description complète de la régulation glycémique est donnée, entre autre, dans l'ouvrage de Dupouy.
La théorie de la régulation insulinique de la glycémie, présentée ci-dessous, consiste en un ensemble de mécanismes moléculaires, cellulaires et organismique, successifs ou parallèles, interagissant entre-eux, et aboutissant à la régulation du taux sanguin en oses.
Diffusion du glucose (résumé)
– Le glucose d'origine digestive diffuse dans la circulation sanguine et le milieu intérieur, provoquant une augmentation de la glycémie sanguine.
– Le glucose pénètre dans les cellules, de façon générale, par diffusion passive (diffusion simple, et diffusion facilité par récepteurs GLUT 1-5) et active (uniquement rein et intestin).
Induction de la sécrétion d'insuline (détail des mécanismes)
– Le glucose pénètre dans les cellules b des îlots de Langerhans pancréatiques par transporteur GLUT 2.
– Le catabolisme du glucose (cycle de Krebs et phosphorylation oxydative mitochondriale) produit de l'ATP.
– L'augmentation intracellulaire d'ATP provoque la diminution de la perméabilité des canaux potassiques ATP-dépendants.
– La diminution de l'efflux de potassium conduit à l'accumulation intracellulaire d'ions K+.
– L'accumulation d'ions K+ provoque une dépolarisation membranaire.
– La dépolarisation membranaire active les canaux calciques voltage dépendants.
– L'ouverture des canaux calciques provoque une entrée massive d'ion Ca2+.
– L'augmentation de la concentration calcique du cytosol provoque l'activation du réseau microtubulaire d'exocytose des granules de pro-insuline.
Diffusion et réception de l'insuline (résumé)
– L'insuline diffuse dans l'organisme via la circulation sanguine.
– L'insuline se fixe sur des récepteurs spécifiques (glycoprotéine ayant une activité tyrosine kinase).
– Le complexe insuline-récepteur est internalisé par endocytose, permettant une action intracellulaire de l'insuline.
Effets périphérique de l'insuline (résumé)
– L'action métabolique générale de l'insuline s'exerce de deux façons :
– En favorisant l'entrée de certains substrats dans les cellules.
– En agissant sur le métabolisme cellulaire de ces substrats.
– Au niveau du foie, l'insuline favorise le stockage du glucose et sa transformation en glycogène (glycogénogenèse) ou son utilisation (glycolyse).
– Au niveau du tissus adipeux (transporteur GLUT 4 insulino-dépendant), l'insuline diminue la glycogénolyse.
– Au niveau du muscle strié (transporteur GLUT 4 insulino-dépendant), l'insuline stimule la synthèse du glycogène, et, principalement, la glycolyse.
Rétroaction (résumé)
– Le glucose est métabolisé par les cellules sous l'effet de l'insuline, ce qui entraîne une baisse de la glycémie.
– La baisse de la glycémie se répercute au niveau des cellules b, provoquant la diminution de la sécrétion d'insuline.
b - Niveaux d'organisation impliqués
Les éléments, facteurs et mécanismes impliqués dans la régulation endocrine de la glycémie par l'insuline appartiennent à plusieurs niveaux d'organisation de l'organisme humain, à savoir les niveaux moléculaire, cellulaire, organique et organismique.
Niveau moléculaire
– Ions
– Molécule de glucose
– Hormone protéique (insuline)
– Propriété de diffusion
niveau macromoléculaire
– Récepteur protéique
– Transporteurs glucidiques passifs simples et facilités (GLUT)
– Canaux ioniques
– Propriété de phosphorylation
– Propriétés d'affinité et de stéréospécificité
niveau cellulaire
– Synthèse protéique (pré-pro-insuline)
– Endocytose avec puits tapissés
– Cellule b-pancréatique des îlots de Langerhans
Niveau organique
– Pancréas
Niveau organismique
– Propriété de régulation
– Propriété d'homéostasie
a - Validation a priori
a - Principe de cohérence
a.1 - Cohérence interne
a.1.1 - Intégration trans-niveaux
La description ci-dessus des mécanismes de la régulation glycémique par l'insuline est logiquement cohérente par rapport aux connaissances actuelles des mécanismes et processus moléculaire, cellulaire et physiologique (voir, entre autres, Rawn 1990, Darnell & al. 1993 et Marieb 1993).
La description montre également le détail de l'interaction fonctionnelle des mécanismes, appartenant à différents niveaux d'organisation, qui permettent l'émergence de la propriété de régulation de la glycémie.
En conclusion, le modèle présenté satisfait à la condition d'intégration trans-niveaux.
a.1.2 - Validation indirecte
Les mécanismes élémentaires impliqués dans le processus de régulation insulinique de la glycémie ont déjà été validés, par des méthodes spécifiques au niveau du processus étudié.
(voir les démonstrations des validations dans les références données ci-dessous)
Niveau moléculaire
– Structure du glucose et des oses, voir Darnell & al. 1993 p77-83
– Structure des hormones peptidiques, voir Siegel & al. 1994
– Glycolyse, cycle du citrate et phosphorylation oxydative, voir Rawn 1990 p289-384
– Transport au travers des membranes cellulaires, voir Darnell & al. 1993 p531-582
Niveau macromoléculaire
– Structure, conformation et fonction des protéines, voir Rawn 1990 p49-234
– Structure et propriété des récepteurs, voir Siegel & al. 1994
– Communication entre cellules : hormones et récepteurs, voir Darnell & al. p709-762
Niveau cellulaire
– Synthèse des protéines, voir Darnell & al. 1993 p639-680
– Microtubules et motilité cellulaire, voir Darnell & al. 1993 p815-902
Niveau organismique
– Régulations hormonales, voir Dupouy 1993
– Homéostasie et régulation du milieu intérieur, voir Marieb 1993 p576-929
Conclusion
En conclusion, le modèle présenté satisfait à la condition de validation indirecte.
a.2 - Cohérence factuelle
L'ensemble des mécanismes élémentaires de la régulation glycémique sont conformes à l'ensemble des données qui ont permis de valider les théories exposées dans le sous-chapitre "a.1.2 - validation indirecte" ci-dessus.
Mais également, l'ensemble de ces mécanismes et les hypothèses du modèle de la régulation glycémique sont conformes à d'autres données, provenant par exemple de la pathologie.
Le diabète de type I, insulino-dépendant, est dû à l'absence d'insuline. Les symptômes cliniques sont principalement l'hyperglycémie. Le modèle décrit ci-dessus est conforme à ces données pathologiques, puisque la suppression de l'insuline dans le modèle conduit effectivement à une hyperglycémie.
Le diabète de type II est dû à un déficit fonctionnel des transporteurs GLUT 4. Les symptômes cliniques sont également de façon principale l'hyperglycémie. Le modèle décrit ci-dessus est conforme à ces données pathologiques, puisque la suppression du transporteur GLUT 4 dans le modèle empêche l'absorption du glucose par les cellules musculaires et adipeuses, ce qui entraîne un effet hyperglycémiant.
...
En conclusion, le modèle présenté satisfait à la condition de cohérence factuelle.
a.3 - Cohérence externe
La description des mécanismes de la régulation glycémique par l'insuline est en cohérence avec les grandes théories générales de la régulation et des processus bioélectrique et biochimiques, hormonaux, cellulaires, métaboliques et physiologiques (voir Siegel & al. 1994, Rawn 1990, Darnell & al. 1993, Marieb 1993).
En conclusion, le modèle présenté satisfait à la condition de cohérence externe.
b - Principe de testabilité
Le modèle de la régulation insulinique de la glycémie est testable, il est possible de réaliser, à chaque niveau d'organisation impliqué, des contrôles expérimentaux qui permettront de valider ou de réfuter un à un les différents mécanismes décrits dans le modèle théorique.
– Niveau moléculaire : Traçage de calcium marqué, inhibition du cycle de Krebs, ...
– Niveau macromoléculaire : Utilisation d'agoniste ou d'antagoniste de l'insuline, ...
– Niveau cellulaire : Blocage de la dépolarisation membranaire, destruction des cellules b-pancréatiques, ...
– Niveau organique : Ablation pancréatique, greffe pancréatique, ...
– Niveau organismique : injection intraveineuse de glucose ou d'insuline, ...
En conclusion, le modèle présenté satisfait à la condition de testabilité.
g - Conclusion générale
Le modèle théorique décrit ci-dessus, satisfaisant aux différentes conditions de cohérence et de testabilité, posséderait un degré de probabilité de validité suffisant pour être jugé a priori crédible et être testé empiriquement.
b - Validation a posteriori
L'étape de validation a posteriori consiste en des contrôles expérimentaux classiques, qui, suivant la complexité du système théorique, pourrait représenter plusieurs centaines d'expérimentation d'une durée de plusieurs années.
C - Intérêts de la méthode de validation a priori
La méthode de validation a priori de la Connaissance, permet, dans le cas de systèmes théoriques hyper-complexes, de réaliser une validation théorique du modèle, indépendante des contrôles expérimentaux.
Cette validation a priori permettrait :
– De rendre possible l'élaboration de systèmes théoriques hypercomplexes, par la possibilité de validation a priori graduelle des différentes étapes de la construction du modèle hyper-complexe.
– D'élaborer un modèle théorique complet, avant de devoir réaliser de nombreuses et coûteuses (financièrement, matériellement et temporellement) expérimentations.
– D'optimiser la réalisation des contrôles expérimentaux, dans la mesure où, la théorie ayant une validation a priori, serait moins faillible qu'une théorie entièrement spéculative.
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