Interactions entre processus émotionnels et cognitifs : une étude en robotique mobile et sociale neuromimétique

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 École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) , en partenariat avec Equipes Traitement de l'Information et Systèmes (Cergy-Pontoise) (laboratoire) et de Equipes Traitement de l'Information et Systèmes / ETIS (laboratoire) .

Le président du jury était Yann Coello.

Le jury était composé de Philippe Gaussier, Lola Canamero.

Les rapporteurs étaient Frédéric Alexandre, Jeffrey L Krichmar.


  • Résumé

    L'objectif de ma thèse est d'étudier les interactions entre processus cognitifs et émotionnels à travers le prisme de la robotique neuromimétique.Les modèles proposés sont implémentés sur des réseaux de neurones artificiels et encorporés dans des plateformes robotiques -- c'est-à-dire des systèmes encorporés et situés. D'une manière générale, l'intérêt est double : 1) s'inspirer des solutions biologiques pour concevoir des systèmes qui interagissent mieux avec leurs environnements physiques et sociaux, et 2) mettre en place des modèles computationels comme moyen de comprendre la cognition et les émotions biologiques.La première partie du manuscrit aborde la navigation comme cadre permettant d'étudier la cognition biologique et artificielle. Dans le Chapitre 1, je commence par donner un aperçu de la littérature en navigation bio-inspirée. Ensuite, deux problématiques sont traitées. Dans le Chapitre 2, la reconnaissance visuelle de lieux en environnement extérieur est abordée. Dans ce cadre, je propose un modèle basé sur les notions de textit{contextes visuels} et de textit{précédence globale} qui combine des informations locales et holistiques. Puis, dans le Chapitre 3, je considère l'textit{apprentissage interactif} de tâches de navigation à travers une communication homme--robot non-verbale basée sur des signaux visuomoteurs de bas niveau.La deuxième partie du manuscrit s'attaque à la question centrale des interactions entre emotion et cognition. Le Chapitre 4 introduit la recherche sur les émotions comme une entreprise inter-disciplinaire, incluant des théories en psychologie, des découvertes en neurosciences et des modèles computationnels. Dans le Chapitre 5, je propose un textit{modèle conceptuel} des interactions emotion--cognition donc différentes instantiations sont ensuite présentées. Plus précisément, dans le Chapitre 6, je modélise la perception de l'textit{espace péripersonnel} quand elle est modulée par des signaux sensoriels et physiologiques ayant une valence émotionnelle. Enfin, dans le Chapitre 7, j'introduis le concept de textit{métacontrôle émotionnel} comme un exemple d'interaction emotion--cognition. Cela consiste à utiliser des signaux émotionnels élicités par une auto-évaluation pour moduler des processus computationnels -- tels que l'attention ou la sélection de l'action -- dans le but de réguler le comportement.Une idée clé dans cette thèse est que, dans les systèmes autonomes, emotion et cognition ne peuvent pas être séparées. En effet, il est maintenant bien admis que les émotions sont très liées à la cognition, en particulier à travers la modulation de différents processus computationnels. Cela pose la question de savoir si ces modulations se produisent au niveau du traitement sensoriel ou celui de la sélection de l'action. Dans cette thèse, je préconise l'intégration des émotions artificielles dans les architectures robotiques via des influences bidirectionnelles avec les processus sensoriels, attentionnels, moteurs and décisionnels. Ce travail tente de mettre en avant la manière dont cette approche des aspects internes des processus émotionnels peut favoriser une interaction efficace avec l'environnement physique et social du système.

  • 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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