Les robots de service devront répondre aux besoins d'humains au quotidien. Nos milieux de vie diffèrent par leur configuration, les conditions environnementales, les objets qui s'y trouvent, les personnes présentes et les événements pouvant y survenir. Un grand défi de la robotique autonome est de permettre aux robots de s'adapter à n'importe quelle situation tout en étant efficace et sécuritaire dans l'exécution de tâches. À cette fin, une mémoire épisodique a le rôle d'emmagasiner et de classer les expériences d'un agent intelligent en lien avec les éléments du contexte spatio-temporel d'apprentissage. Ainsi, une mémoire épisodique s'avère un élément essentiel pour permettre au robot de mémoriser ses expériences dans le but de les réutiliser lors de situations similaires. Toutefois, pour qu'une mémoire épisodique puisse être utilisée par un robot autonome, elle doit pouvoir exploiter l'information provenant de capteurs asynchrones et bruités. De plus, elle doit pouvoir être influencée différemment selon l'importance des expériences vécues. Le but de ce projet de recherche est de concevoir et d'intégrer à un robot mobile une mémoire épisodique construite à partir d'un apprentissage non supervisé et qui favorise la mémorisation des expériences les plus pertinentes afin d'améliorer l'efficacité du robot dans l'exécution de sa tâche. À la base, l'approche repose sur des réseaux de neurones utilisant la Théorie de résonance adaptative (ART, pour Adaptive Resonance Theory). Deux réseaux ART sont placés en cascade afin de catégoriser, respectivement, les contextes spatiaux, appelés événements, et les séquences d'événements, appelées épisodes. Le modèle résultant, EM-ART (Episodic Memory-ART), utilise un module d'émotions artificielles afin d'influencer la dynamique d'apprentissage et d'utilisation des réseaux ART en favorisant la mémorisation et le rappel des expériences associées à de fortes intensités émotionnelles. Le rappel d'épisodes permet de prédire et d'anticiper les événements futurs, contribuant à améliorer l'adaptabilité du robot pour effectuer sa tâche. EM-ART est validé sur le robot IRL-1/TR dans un scénario de livraison d'objets. Les expérimentations réalisées en milieu réel permettent d'isoler les caractéristiques du modèle telles que la prédiction d'événements, la création d'épisodes et l'influence des émotions. Des simulations construites à partir de données réelles permettent aussi d'observer l'évolution de la structure du modèle sur une plus grande période de temps et dans des séquences différentes. Les résultats démontrent que le modèle EM-ART permet une récupération d'épisodes plus hâtive lorsque ceux-ci sont associés à une intensité émotionnelle élevée, permettant à IRL-1/TR d'utiliser la destination de sa dernière livraison pour accomplir la livraison en cours. Selon la séquence des expériences soumis au modèle, un plus grand nombre d'épisodes est créé si les premières expériences ne sont pas associées à des émotions élevées, puisqu'ils sont négligées en mémoire au détriment de la création de nouveaux épisodes plus distinctifs. Il en résulte une capacité faisant évoluer l'intelligence du robot à celle d'une entité capable d'apprendre de ses expériences évaluées selon sa propre perspective.

Les tuteurs professionnels humains sont capables de prendre en considération des événements du passé et du présent et ont une capacité d'adaptation en fonction d'événements sociaux. Afin d'être considéré comme une technologie valable pour l'amélioration de l'apprentissage humain, un agent cognitif artificiel devrait pouvoir faire de même. Puisque les environnements dynamiques sont en constante évolution, un agent cognitif doit pareillement évoluer et s'adapter aux modifications structurales et aux phénomènes nouveaux. Par conséquent, l'agent cognitif idéal devrait posséder des capacités d'apprentissage similaires à celles que l'on retrouve chez l'être humain ; l'apprentissage émotif, l'apprentissage épisodique, l'apprentissage procédural, et l'apprentissage causal. Cette thèse contribue à l'amélioration des architectures d'agents cognitifs. Elle propose 1) une méthode d'intégration des émotions inspirée du fonctionnement du cerveau; et 2) un ensemble de méthodes d'apprentissage (épisodique, causale, etc.) qui tiennent compte de la dimension émotionnelle. Le modèle proposé que nous avons appelé CELTS (Conscious Emotional Learning Tutoring System) est une extension d'un agent cognitif conscient dans le rôle d'un tutoriel intelligent. Il comporte un module de gestion des émotions qui permet d'attribuer des valences émotionnelles positives ou négatives à chaque événement perçu par l'agent. Deux voies de traitement sont prévues : 1) une voie courte qui permet au système de répondre immédiatement à certains événements sans un traitement approfondis, et 2) une voie longue qui intervient lors de tout événement qui exige la volition. Dans cette perspective, la dimension émotionnelle est considérée dans les processus cognitifs de l'agent pour la prise de décision et l'apprentissage. L'apprentissage épisodique dans CELTS est basé sur la théorie du Multiple Trace Memory consolidation qui postule que lorsque l'on perçoit un événement, l'hippocampe fait une première interprétation et un premier apprentissage. Ensuite, l'information acquise est distribuée aux différents cortex. Selon cette théorie, la reconsolidation de la mémoire dépend toujours de l'hippocampe. Pour simuler de tel processus, nous avons utilisé des techniques de fouille de données qui permettent la recherche de motifs séquentiels fréquents dans les données générées durant chaque cycle cognitif. L'apprentissage causal dans CELTS se produit à l'aide de la mémoire épisodique. Il permet de trouver les causes et les effets possibles entre différents événements. Il est mise en œuvre grâce à des algorithmes de recherche de règles d'associations. Les associations établies sont utilisées pour piloter les interventions tutorielles de CELTS et, par le biais des réponses de l'apprenant, pour évaluer les règles causales découvertes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : agents cognitifs, émotions, apprentissage épisodique, apprentissage causal.

Le Feeling-of-Knowing (FOK) traduit l'expérience subjective de posséder une information en mémoire alors que l'on ne peut pas y accéder actuellement. Le jugement de FOK est une fonction métamnésique permettant d'évaluer l'état de sa mémoire lors de la récupération. Les capacités d'évaluation mnésique sont centrales pour guider la régulation du fonctionnement mnésique. L'objectif de ce travail était d'étudier les mécanismes à la base de la précision des jugements de FOK en mémoire épisodique. Trois expériences ont été menées afin d'examiner les effets de l'âge et de la division de l'attention lors des phases d'encodage, de rappel et de jugements de FOK sur la précision du FOK. Nos résultats révèlent que l'évaluation mnésique est coûteuse en ressources attentionnelles et suggèrent que les différences liées à l'âge sur la précision du FOK seraient dues à une réduction des ressources attentionnelles avec l'âge. La qualité de l'encodage et de l'évaluation mnsésique contribueraient au FOK / Feeling-of-knowing (FOK) represents the subjective experience that information is available in memory while this information cannot be currently accessed. The FOK judgement is a metamemory function that allows monitoring one's memory state in the course of retrieval. The ability to monitor stored information in memory is central to guide the regulation of memory functionning. The aim of this work was to study mechanisms underlying the accuracy of FOK judgements about information stored in episodic memory. Three experiments were conducted in order to examine effects of both aging and divided attention in each phase of an episodic FOK task on metamemory processes. Our findings indicated that monitoring required attentional resources, and supported the idea taht the age-related decline in episodic FOK accuracy was depending on attentional resources limitation associated with aging. The quality of memory encoding and the quality of memory monitoring eem essential to predict accurate FOK

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’objectif de cette thèse visait à rechercher une explication à l’altération de la mémoire épisodique observée dans les épilepsies partielles pharmaco-résistantes (EPPR). Nous avons inscrit notre contribution explicative dans une double perspective métacognitive et motivationnelle, en émettant l’hypothèse que l’altération mnésique pourrait être due à une altération des processus métacognitifs ou/et à des croyances motivationnelles dysfonctionnelles. Un protocole expérimental, basé sur une tâche de mémorisation de paires de mots, a été utilisé afin de tester l’intégrité des processus métacognitifs en mettant en relation un jugement d’auto-contrôle (jugement d’apprentissage, JOL) et deux mesures d’autorégulation (choix des items et temps alloué à leur apprentissage). L’évaluation de croyances motivationnelles a été effectuée grâce à des questionnaires concourants à la tâche. La présence d’une altération de la mémoire épisodique est confirmée dans l’ensemble des sous-groupes testés [épilepsie du lobe temporal (ELT), d’épilepsie du lobe frontal (ELF) et ELT après chirurgie]. La faible performance mnésique observée chez les sujets souffrant d’épilepsie ne peut pas être expliquée par une altération des jugements d’auto-contrôle (JOL). En effet, les sujets souffrant d’ELT ou d’ELF savent correctement auto-évaluer leur rappel futur. En revanche, l’altération mnésique pourrait s’expliquer par une altération du processus d’auto-régulation, car la stratégie de sélection des paires, observée chez les épileptiques, s’effectue indépendamment de la difficulté objective des paires, des jugements d’auto-contrôle, ou du rappel précédant, contrairement à ce qui est observé chez les sujets sains. Par ailleurs, l’analyse des croyances motivationnelles montre que la valeur du sentiment d’auto-efficacité (SAE) au cours d’une tâche de mémoire est faible chez les épileptiques temporaux qu’ils soient opérés ou non et plus cette estimation est faible plus la performance mnésique est altérée. L’absence de mise en œuvre d’activités d’auto-régulation adaptées pourraient donc être, en partie, due à la présence d’un SAE faible. En effet, ce sentiment joue un rôle médiateur dans l’engagement dans les tâches : si son niveau est bas il est susceptible de produire une diminution des efforts, un manque de persévérance et un abandon de la tâche, et de ce fait d’affecter négativement la performance. Compte tenu de ces résultats, un programme visant à favoriser les performances mnésiques dans l’épilepsie ne devrait pas se centrer prioritairement sur la rééducation des processus métacognitifs mais plutôt sur le renforcement positif du SAE. / This thesis aimed at explaining the impairment of episodic memory observed in partial drug-resistant epilepsies. We intended to determine to what extent these difficulties could be related to metamemory impairment and/or to dysfunctional self-beliefs. We employed an experimental design based on a paired-associated learning task in order to test the integrity of monitoring and control processes. These processes were assessed on the basis of judgment of learning (JOLs), item selection and study-time allocation. Also, motivational self-beliefs (self-efficacy and causal attributions) were assessed by questionnaires based on the memory task. Results revealed a clear deficit of episodic memory in all groups of patients compared with controls [temporal lobe epilepsy (TLE), frontal lobe epilepsy (FLE) and TLE after surgery]. Memory impairment cannot be explained by a deficit in the monitoring process: TLE and FLE patients are able to accurately predict their future recall. By contrast, the deficit of memory might be due to an impairment of control processes: contrary to what we observed among healthy group, item selection strategy used by epileptic patients is not linked to the item objective difficulty, to judgments of learning, nor to the initial recall. Also, in the case of TLE (before and after surgery), the analysis of self-beliefs evidences low self-efficacy estimations during the memory task ; the lower the evaluation, the more impaired is the performance of recall. Thus, the lack of well adapted activities of control may be due to this feeling. Self-efficacy belief can act as a mediator in the carrying out of learning activities: if its level is low, it may well induce a decrease of efforts, a lack of perseverance and the giving up of the task. Given these results a program aiming at improving the memory performance in epilepsy should not be focused in priority on the reeducation of metacognitive processes but rather on a positive reinforcement of self-efficacy beliefs.

Les recherches récentes ont cherché à appréhender la contribution de la théorie de l'esprit – appréhension du monde mental en termes d'états mentaux – au développement de la métacognition – connaissances sur le fonctionnement cognitif. C'est dans ce contexte que nous avons réalisé une étude longitudinale auprès d'enfants français scolarisés et âgés de 4 ans au premier temps. Les enfants (N=31) ont été rencontrés tous les 4 mois pendant deux années scolaires – moyenne et grande section de maternelle. L'objectif de notre étude était d'appréhender le développement de la métamémoire déclarative au cours de la période préscolaire, mais également celui de trois de ces précurseurs cognitifs – théorie de l'esprit, langage et mémoire épisodique. Les analyses de régression linéaire multiple nous ont permis d'appréhender les liens développementaux entre ces compétences, mais également de déterminer la contribution de chacun de ces trois précurseurs au développement de la métamémoire déclarative. Les résultats soulignent l'importance de distinguer soi/autrui dans l'évaluation des compétences et confirment que la théorie de l'esprit a un impact dans le développement de la métamémoire, principalement pour la compréhension de l'influence du nombre sur la mémorisation. / Until recently, two different kinds of research have been separately conducted on knowledge about mental world: those on metacognition that have studied knowledge about cognition and research on theory-of-mind, which refers to knowledge about mental states. A novel perspective of research tends to study the link between metacognition and theory-of-mind developments. The assumption is that theory-of-mind is a cognitive tool for understanding the cognitive functioning – i.e. metacognition. In this framework, we conducted a longitudinal study to investigate the developmental relationships between a special kind of metacognition – metamemory which is knowledge about memory functioning – and theory-of-mind, and the contribution of some cognitive precursors on declarative metamemory – language and episodic memory. Thirty-one children were recruited and evaluated on these four competencies every four months during two school years. Multiple regression analyses conducted on metamemory scores confirmed that theory-of-mind competences play a role in the declarative metamemory emergence.

La neurogenèse adulte du gyrus denté de l’hippocampe joue un rôle essentiel dans les processus mnésiques dépendants de l’hippocampe, mais son rôle dans des formes complexes de mémoire comme la mémoire épisodique n’a jamais été exploré. Le travail de cette thèse porte sur l’étude de l’implication des nouveaux neurones de l’hippocampe dans la mise en mémoire d’un souvenir épisodique à long terme. Nous avons développé une nouvelle tâche de mémoire épisodique reposant sur la présentation occasionnelle d’épisodes permettant d’encoder des informations de type « Quoi – Où – Dans quel contexte ». Nous montrons pour la première fois que les rats sont capables de se souvenir à très long terme de brefs épisodes de vie et d’utiliser cette mémoire d’une manière flexible. La caractérisation des profils de rétention permet d’accéder aux capacités individuelles de recollection des différents éléments du souvenir et montre que le rappel fiable de la mémoire épisodique nécessite l’intégrité de l’hippocampe et met en jeu un vaste réseau hippocampo-cortical dont l’activation est corrélée au rappel. Les performances de rats soumis à une irradiation focale de l’hippocampe montrent que la neurogenèse adulte hippocampique contribue de façon significative à la consolidation et au rappel fiable du souvenir épisodique. Ces résultats sont discutés dans le cadre d’une implication de la neurogenèse adulte dans la résolution de la mise en mémoire d’événements occasionnels dans le but de discriminer deux épisodes de vie proches, en lien avec les fonctions de séparation et de complétion de patterns de l’hippocampe. Par ailleurs, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le recrutement des nouveaux neurones lors d’un apprentissage restent inconnus. Nous avons analysé le rôle du gène immédiat précoce Zif268, acteur moléculaire essentiel dans les processus mnésiques, et montrons que ce gène joue un rôle crucial dans la sélection et le recrutement des nouveaux neurones lors de la mémorisation au cours de leur période critique d’intégration dans les réseaux neuronaux de l’hippocampe. Ce travail apporte des éléments nouveaux sur la participation des nouveaux neurones hippocampiques dans les processus mnésiques dans une situation à forte demande cognitive basée sur l’encodage d’une représentation intégrée et résolue d’événements occasionnels complexes, ainsi que sur les mécanismes qui sous-tendent leur recrutement. / Adult hippocampal neurogenesis plays a critical role in hippocampal-dependent memory, however its role in complex forms of memory such as episodic memory has not as yet been explored. The work presented in this thesis focuses on the issue of the involvement of newborn hippocampal neurons in long term episodic memory. We developed a new episodic memory task based on the presentation of occasional episodes allowing rats to encode “What – Where – In which context” information. We show for the first time that rats are able to remember on the long term brief past episodes of life and to use their episodic memory in a flexible manner. The characterization of retention profiles allows us to identify individual abilities in the recollection of the various elements of the memory and shows that episodic memory recall requires the integrity of the hippocampus and involves a hippocampo-cortical network, the activation of which correlates with recall performance. Performance of rats subjected to focal irradiation of the hippocampus shows that adult hippocampal neurogenesis contributes significantly to the consolidation and faithful recall of episodic memory. These results are discussed in the context of the implication of hippocampal newborn neurons in the resolution of memories of occasional events in order to discriminate different, but closely related episodes of life in relation to pattern separation and pattern completion functions of the hippocampus. Furthermore, the molecular mechanisms underlying the recruitment of newborn hippocampal neurons by learning remain to date unknown. We investigated the role of Zif268, an immediate early gene known to play an essential role in memory processes, and show that this gene plays a crucial role in the selection and recruitment of newborn hippocampal neurons by learning during their critical period of integration in hippocampal neural networks. Overall, this work brings new knowledge on the contribution of newborn hippocampal neurons to memory processes in a highly demanding cognitive situation based on the encoding of an integrated and high-resolution representation of complex occasional events, and on the mechanisms underlying their recruitment.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’objectif général de cette thèse était d’explorer le déclin des capacités de mémoire épisodique et ses corrélats cérébraux au cours du vieillissement normal. Nous avons cherché à examiner de quelle façon des facteurs environnementaux et des caractéristiques individuelles pouvaient moduler les effets de l’avancée en âge sur la mémoire épisodique, en combinant une approche comportementale et une approche électrophysiologique. Nous avons enregistré les potentiels évoqués pendant que des sujets jeunes et âgés effectuaient une tâche de rappel indicé. Les données ont permis de mettre en évidence qu’une augmentation de la quantité de support de récupération éliminait les déficits mnésiques des sujets âgés par rapport aux jeunes et que ce bénéfice du support se reflétait au niveau électrophysiologique. D’autre part, les résultats ont révélé que les différences liées à l’âge sur la mémoire épisodique étaient moins prononcées pour les individus possédant une forte capacité de réserve, que ce soit au niveau comportemental ou électrophysiologique. Ce travail de recherche incite à développer une approche interactive du vieillissement cognitif et neurocognitif. / The main goal of this thesis was to explore the decline of episodic memory abilities and its neural correlates during aging. We examined to what extent environmental factors and individual characteristics may modulate the effects of aging on episodic memory, by combining a behavioral and an electrophysiological approach. Event-related potentials were recorded while young and older adults performed a word-stem cued recall task. Data revealed that memory deficits of older relative to young adults disappeared when a greater support was provided at retrieval and that this benefit was reflected through the electrophysiological correlates of retrieval success. Moreover, results indicated that age-related differences in episodic memory were less important for individuals with a high reserve (high educational level or high executive functioning level), at a behavioral and electrophysiological level. This work incites to develop an interactive approach of cognitive and neurocognitive aging, considering the influence environmental conditions and individual characteristics

Contexte – Cette recherche analyse les liens entre la pathologie démentielle de type maladie d’Alzheimer (MA) et le Trouble Stress Post Traumatique (TSPT) et vérifie si un traitement du TSPT chez les sujets souffrant de MA peut améliorer l’efficience de la mémoire épisodique, des fonctions cognitives globales et de la qualité de vie des patients. Méthode – Après avoir passé en revue la littérature sur les liens existants entre TSPT et pathologies de type MA, nous proposons l’hypothèse que la détection et le traitement d’un TSPT chez les sujets souffrant de MA pourrait améliorer la mémoire épisodique verbale et la mémoire autobiographique épisodique avec des effets positifs sur l’évolution de la pathologie démentielle. Nous présentons une recherche longitudinale, analysant les données recueillies auprès de 20 sujets cibles (TSPT et MA) et de 20 sujets témoins (MA sans TSPT). Durant trois sessions successives (T0, T1 et T2) séparées par des intervalles de six mois, les différentes composantes de la mémoire épisodique ont été suivies à l’aide de tests spécifiques. L’évolution d’une MA a été vérifiée avec le Mini-Mental State Examination (MMSE). Pour le groupe cible, la présence du TSPT et la qualité de vie ont été testées et un traitement du TSPT a eu lieu entre T0 et T1.Résultats – La littérature scientifique souligne des similitudes entre le TSPT et la MA, avec un rôle clé de la mémoire épisodique. Nos résultats confirment que le traitement d’un TSPT chez les sujets souffrant de MA améliore significativement tous les indicateurs testés : rappel et reconnaissance de mots, rappel immédiat et différé, rappel d’événements de vie, fonctionnement cognitif global et qualité de vie.Discussion/Conclusion – Des données solides existent en faveur de la proposition d’une détection systématique et d’un traitement du TSPT chez les patients avec MA. Cette recherche suggère une voie prometteuse pour les soins de patients atteints de MA et souffrant d’un traumatisme psychique non résolu. / Purpose – This research aims to analyze the links between Alzheimer’s disease (AD) and Post-Traumatic Stress Disorder (PTSD) and to verify if a PTSD treatment can improve episodic memory, global cognitive functioning and quality of life in AD patients.Methods – We review the literature about the links between PTSD and AD, building on several theoretical models. We propose the hypothesis that the treatment of PTSD in AD can improve verbal episodic memory and autobiographical episodic memory with some positive effects on AD evolution. We present a longitudinal study in order to confirm the likely benefits of such an approach. There were 20 participants in the target group (AD and PTSD) and 20 participants in the control group (AD without PTSD). During three sessions (T0, T1 and T2) separated by an interval of six months, different components of episodic memory were assessed with specific tests. AD evolution was assessed with the Mini-Mental State Examination (MMSE). For the target group, PTSD presence and quality of life were also assessed, and treatment for PTSD was undertaken between T0 and T1 for the target group.Results/Findings – The analysis of scientific literature highlighted some clinical, cognitive and neurobiological similarities between AD and PTSD with a key-role of episodic memory. The results of the research indicate that PTSD treatment in AD participants improves significatively all assessed indicators: word recall, word recognition, immediate recall, delayed recall, personal recent events recall, personal lifetime events recall, global cognitive abilities (MMSE) and quality of life.Discussion/Conclusion – There are strong theoretical and practical reasons to search for an effective intervention for PTSD in AD patients. This study indicate a promising avenue for therapeutic care of AD patients with involved trauma.