Interactions entre processus ?motionnels et cognitifs : une ?tude en robotique mobile et sociale neuromim?tique

par Marwen Belkaid

Thèse de doctorat en STIC (sciences et technologies de l'information et de la communication) - Cergy

Sous la direction de Philippe Gaussier et de Nicolas Cuperlier.

Soutenue le 06-12-2016

à Cergy-Pontoise , dans le cadre de ?cole doctorale Sciences et ing?nierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) , en partenariat avec Equipes Traitement de l'Information et Syst?mes (Cergy-Pontoise) (laboratoire) et de Equipes Traitement de l'Information et Syst?mes / ETIS (laboratoire) .

Le président du jury était Yann Coello.

Le jury était composé de Philippe Gaussier, Lola Canamero.

Les rapporteurs étaient Fr?d?ric Alexandre, Jeffrey L Krichmar.


  • Résumé

    L'objectif de ma th?se est d'?tudier les interactions entre processus cognitifs et ?motionnels ? travers le prisme de la robotique neuromim?tique.Les mod?les propos?s sont impl?ment?s sur des r?seaux de neurones artificiels et encorpor?s dans des plateformes robotiques -- c'est-?-dire des syst?mes encorpor?s et situ?s. D'une mani?re g?n?rale, l'int?r?t est double : 1) s'inspirer des solutions biologiques pour concevoir des syst?mes qui interagissent mieux avec leurs environnements physiques et sociaux, et 2) mettre en place des mod?les computationels comme moyen de comprendre la cognition et les ?motions biologiques.La premi?re partie du manuscrit aborde la navigation comme cadre permettant d'?tudier la cognition biologique et artificielle. Dans le Chapitre 1, je commence par donner un aper?u de la litt?rature en navigation bio-inspir?e. Ensuite, deux probl?matiques sont trait?es. Dans le Chapitre 2, la reconnaissance visuelle de lieux en environnement ext?rieur est abord?e. Dans ce cadre, je propose un mod?le bas? sur les notions de textit{contextes visuels} et de textit{pr?c?dence globale} qui combine des informations locales et holistiques. Puis, dans le Chapitre 3, je consid?re l'textit{apprentissage interactif} de t?ches de navigation ? travers une communication homme--robot non-verbale bas?e sur des signaux visuomoteurs de bas niveau.La deuxi?me partie du manuscrit s'attaque ? la question centrale des interactions entre emotion et cognition. Le Chapitre 4 introduit la recherche sur les ?motions comme une entreprise inter-disciplinaire, incluant des th?ories en psychologie, des d?couvertes en neurosciences et des mod?les computationnels. Dans le Chapitre 5, je propose un textit{mod?le conceptuel} des interactions emotion--cognition donc diff?rentes instantiations sont ensuite pr?sent?es. Plus pr?cis?ment, dans le Chapitre 6, je mod?lise la perception de l'textit{espace p?ripersonnel} quand elle est modul?e par des signaux sensoriels et physiologiques ayant une valence ?motionnelle. Enfin, dans le Chapitre 7, j'introduis le concept de textit{m?tacontr?le ?motionnel} comme un exemple d'interaction emotion--cognition. Cela consiste ? utiliser des signaux ?motionnels ?licit?s par une auto-?valuation pour moduler des processus computationnels -- tels que l'attention ou la s?lection de l'action -- dans le but de r?guler le comportement.Une id?e cl? dans cette th?se est que, dans les syst?mes autonomes, emotion et cognition ne peuvent pas ?tre s?par?es. En effet, il est maintenant bien admis que les ?motions sont tr?s li?es ? la cognition, en particulier ? travers la modulation de diff?rents processus computationnels. Cela pose la question de savoir si ces modulations se produisent au niveau du traitement sensoriel ou celui de la s?lection de l'action. Dans cette th?se, je pr?conise l'int?gration des ?motions artificielles dans les architectures robotiques via des influences bidirectionnelles avec les processus sensoriels, attentionnels, moteurs and d?cisionnels. Ce travail tente de mettre en avant la mani?re dont cette approche des aspects internes des processus ?motionnels peut favoriser une interaction efficace avec l'environnement physique et social du syst?me.

  • Titre traduit

    Interactions between emotional and cognitive processes : a study in neuromimetic mobile and social robotics


  • Résumé

    The purpose of my thesis is to study interactions between cognitive and emotional processes through the lens of neuromimetic robotics.The proposed models are implemented on artificial neural networks and embodied in robotic platforms -- that is to say embodied and situated systems. In general, the interest is twofold: 1) taking inspiration from biological solutions to design systems that better interact with their physical and social environments, and 2) providing computational models as a means to better understand biological cognition and emotion.The first part of the dissertation addresses spatial navigation as a framework to study biological and artificial cognition. In Chapter 1, I present a brief overview of the literature on biologically inspired navigation. Then, two issues are more specifically tackled. In Chapter 2, visual place recognition is addressed in the case of outdoor navigation. In that matter, I propose a model based on the notions of textit{visual context} and textit{global precedence} combining local and holistic visual information. Then, in Chapter 3, I consider the textit{interactive learning} of navigation tasks through non-verbal human--robot communication based on low-level visuomotor signals.The second part of the dissertation addresses the central question of emotion--cognition interactions. In Chapter 4, I give an overview of the research on emotion as a cross-disciplinary research, including psychological theories, neuroscientific findings and computational models. In Chapter 5, I propose a textit{conceptual model} of emotion--cognition interactions. Then, various instantiations of this model are presented. In Chapter 6, I model the perception of the textit{peripersonal space} when modulated by emotionally valenced sensory and physiological signals. Last, in Chapter 7, I introduce the concept of textit{Emotional Metacontrol} as an example of emotion--cognition interaction. It consists in using emotional signals elicited by self-assessment to modulate computational processes -- such as attention and action selection -- for the purpose of behavior regulation.In this thesis, a key idea is that, in autonomous systems, emotion and cognition cannot be separated. Indeed, it is becoming well admitted that emotion is closely related to cognition, in particular through the modulation of various computational processes. This raises the question of whether this modulation occurs at the level of sensory processing or at the level of action selection. In this thesis, I will advocate the idea that artificial emotion must be integrated in robotic architectures through bidirectional influences with sensory, attentional, decisional and motor processes. This work attempts to highlight how this approach to internal emotional processes could foster efficient interaction with the physical and social environment.


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