Impact of sensory preferences in individuals with autism spectrum disorderon their social interaction with a robot

par Pauline Chevalier

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Adriana Tapus.

Le président du jury était Rachid Alami.

Le jury était composé de Adriana Tapus, Brice Isableu, Jean-Claude Martin, Michel-Ange Amorim, Brian Scassellatti.

Les rapporteurs étaient Elisabeth André, Ana Paiva.

  • Titre traduit

    Impact des préférences sensorielles chez les individus souffrant de troubles du spectre autistique sur leur interaction sociale avec un robot


  • Résumé

    L'objectif de ce travail de thèse est de permettre sur le long terme de proposer des interactions sociales personnalisées exploitant l’attirance que les personnes souffrant de Troubles du Spectre Autistique (TSA) ont envers les robots humanoïdes, tels que Nao (Softbank Robotics), afin d’améliorer leurs capacités d’interaction sociale. Trois institutions spécialisées pour personnes atteintes de TSA participent à notre étude : l'IME Notre Ecole et l'IME MAIA, Institut médico-éducatif pour enfants et adolescents atteints de TSA et la Lendemaine, Foyer d’Aide Médicalisée pour adultes atteints de TSA.Les différences inter-individuelles sont très présentes dans les TSA et elles impactent différemment le comportement de chaque individu avec TSA dans sa vie (par exemples la communication, l'attention jointe, ou encore les troubles moteurs, à des degrés différents pour chaque individu), et dans cette étude, durant leur interaction sociale avec un robot.Afin d’envisager à long terme une interaction personnalisée pour chaque participant, une première étape a consisté à définir leur profil sensorimoteur. L'hypothèse qui guide notre étude est que l'intégration des informations visuelles et proprioceptives (perception, consciente ou non, de la position et des changements des différentes parties du corps) d'une personne joue un rôle sur ses capacités sociales. Une personne qui réagit peu aux informations visuelles et qui utilise les informations proprioceptives relatives à ses mouvements ou à la position de son corps de manière exacerbée, aurait plus de difficultés à s’engager et à maintenir une interaction sociale.Les profils sensoriels des participants ont été évalués à l’aide du test du Profil Sensoriel de Dunn et du test sensorimoteur impliquant une scène mobile virtuelle afin d’évaluer leur dépendance visuelle et proprioceptive. L'analyse des données a permis de classer nos participants en trois groupes montrant des comportements différents face aux informations proprioceptives et visuelles, et à leur intégration.Nous avons ensuite étudié les liens entre les profils sensoriels des participants et leurs différents comportements sociaux à travers plusieurs tâches impliquées dans les interactions sociales : (1) reconnaissance d'émotions exprimées par deux robots, un avatar et une personne ; (2) interaction sociale avec le robot Nao sur la salutation ; (3) attention conjointe avec le robot Nao, et (4) imitation avec le robot Nao. Cette dernière tâche a fait l’objet de sessions répétées sur huit semaines (modèle de thérapie sur l'apprentissage et de renforcement de l'imitation pour enfants avec TSA).A travers ces études, nous avons pu observer que les participants ayant une plus forte dépendance à la proprioception et une indépendance au champ visuel ont eu plus de difficultés à interagir avec le robot (moins de regards vers le robot, moins de réponses à l'attention conjointe, plus de difficultés à reconnaitre les émotions, et à imiter un partenaire) que les autres participants.Nous avons pu observer que les sessions avec le robot Nao ont eu un effet bénéfique chez les participants avec TSA. A la suite des sessions répétées avec le robot Nao, les participants ont montré une amélioration de leurs capacités sociales (regard vers le partenaire, imitations) vers un partenaire d'imitation humain.Ces résultats confortent l'idée d'utiliser les profils sensoriels des personnes avec TSA pour leur proposer, dans des recherches futures, des interactions personnalisées avec les robots.


  • Résumé

    The goal of this thesis is to provide contributions that will help in the long term to enable personalized robot-based social interaction for individuals with Autism Spectrum Disorders (ASD). This work was done in collaboration with three care facilities for people suffering from ASD: IME MAIA (France) and IME Notre Ecole, medical and educative schools for children and teenagers with ASD, and FAM La Lendemaine (France), a medical house for adults with ASD.Inter-individual differences are present in ASD, and impact the behaviors of each individual in their lives, and in this study, during their interactions with a robot.The first step of our work was to propose an appropriate method to define the proprioceptive and visual profiles of each of our participants. We based our work on the hypothesis that the proprioceptive (the ability of an individual to determine body segment positions (i.e., joint position sense and to detect limb movements in space) and visual integration of cues of an individual with ASD is an indicator of their social and communication skills. We posit that a mitigated behavioral response (i.e., hyporeactivity) to visual motion and an overreliance on proprioceptive information are linked in individuals with ASD to their difficulties in integrating social cues and engaging in successful social interactions.We used two methods to define the proprioceptive and visual profile of our participant: a well-known questionnaire on sensory preferences and an experimental setup. With the setup, we were able to observe three different groups of postural behaviors in our participants. Thanks to these individual profiles, we could make assumptions on the behaviors that one can expect from each of our participants during interactions with the robot.We aimed to assess various social skills of our participants in regards to their profiles. We designed three single case studies: (1) emotion recognition with different embodiments (two robots, a virtual agent and a human); (2) a short greeting social task with the robot Nao; and (3) a game evaluating joint attention response to the robot Nao. We also conducted eight weeks-long sessions with an imitation task with Nao.Through these studies, we were able to observe that the participants that display an overreliance on proprioceptive cues and a hyporeactivity to visual cues had more difficulties to interact with the robot (less gaze towards the robot, less answers to joint attention initiation behaviors, more difficulties to recognize emotions and to imitate a partner) than the other participants.We were able to observe that the repeated sessions with the robot Nao were benefic for participants with ASD: after the sessions with the robot Nao, the participants showed an improvement in their social skills (gaze to the partner, imitations).Defining such individual profiles could provide promising strategies for designing successful and adapted Human-Robot Interaction for individuals with ASD.


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