Prendre de bonnes décisions dans des environnements multiagents est une tâche difficile dans la mesure où la présence de plusieurs décideurs implique des conflits d'intérêts, un manque de coordination, et une multiplicité de décisions possibles. Si de plus, les décideurs interagissent successivement à travers le temps, ils doivent non seulement décider ce qu'il faut faire actuellement, mais aussi comment leurs décisions actuelles peuvent affecter le comportement des autres dans le futur. La théorie des jeux est un outil mathématique qui vise à modéliser ce type d'interactions via des jeux stratégiques à plusieurs joueurs. Des lors, les problèmes de décision multiagent sont souvent étudiés en utilisant la théorie des jeux. Dans ce contexte, et si on se restreint aux jeux dynamiques, les problèmes de décision multiagent complexes peuvent être approchés de façon algorithmique. La contribution de cette thèse est triple. Premièrement, elle contribue à un cadre algorithmique pour la planification distribuée dans les jeux dynamiques non-coopératifs. La multiplicité des plans possibles est à l'origine de graves complications pour toute approche de planification. Nous proposons une nouvelle approche basée sur la notion d'apprentissage dans les jeux répétés. Une telle approche permet de surmonter lesdites complications par le biais de la communication entre les joueurs. Nous proposons ensuite un algorithme d'apprentissage pour les jeux répétés en ``self-play''. Notre algorithme permet aux joueurs de converger, dans les jeux répétés initialement inconnus, vers un comportement conjoint optimal dans un certain sens bien défini, et ce, sans aucune communication entre les joueurs. Finalement, nous proposons une famille d'algorithmes de résolution approximative des jeux dynamiques et d'extraction des stratégies des joueurs. Dans ce contexte, nous proposons tout d'abord une méthode pour calculer un sous-ensemble non vide des équilibres approximatifs parfaits en sous-jeu dans les jeux répétés. Nous montrons ensuite comment nous pouvons étendre cette méthode pour approximer tous les équilibres parfaits en sous-jeu dans les jeux répétés, et aussi résoudre des jeux dynamiques plus complexes. / Making good decisions in multiagent environments is a hard problem in the sense that the presence of several decision makers implies conflicts of interests, a lack of coordination, and a multiplicity of possible decisions. If, then, the same decision makers interact continuously through time, they have to decide not only what to do in the present, but also how their present decisions may affect the behavior of the others in the future. Game theory is a mathematical tool that aims to model such interactions as strategic games of multiple players. Therefore, multiagent decision problems are often studied using game theory. In this context, and being restricted to dynamic games, complex multiagent decision problems can be algorithmically approached. The contribution of this thesis is three-fold. First, this thesis contributes an algorithmic framework for distributed planning in non-cooperative dynamic games. The multiplicity of possible plans is a matter of serious complications for any planning approach. We propose a novel approach based on the concept of learning in repeated games. Our approach permits overcoming the aforementioned complications by means of communication between players. We then propose a learning algorithm for repeated game self-play. Our algorithm allows players to converge, in an initially unknown repeated game, to a joint behavior optimal in a certain, well-defined sense, without communication between players. Finally, we propose a family of algorithms for approximately solving dynamic games, and for extracting equilibrium strategy profiles. In this context, we first propose a method to compute a nonempty subset of approximate subgame-perfect equilibria in repeated games. We then demonstrate how to extend this method for approximating all subgame-perfect equilibria in repeated games, and also for solving more complex dynamic games.

Une des objectifs poursuivis par la recherche en apprentissage automatique est la construction de bons classificateurs à partir d'un ensemble d'exemples étiquetés. Certains problèmes nécessitent de réunir un grand ensemble d'exemples étiquetés, ce qui peut s'avérer long et coûteux. Afin de réduire ces efforts, il est possible d'utiliser les algorithmes d'apprentissage actif. Ces algorithmes tirent profit de la possibilité de faire quelques demandes d'étiquetage parmi un grand ensemble d'exemples non-étiquetés pour construire un classificateur précis. Il est cependant important de préciser que les algorithmes d'apprentissage actif actuels possèdent eux-mêmes quelques points faibles connus qui peuvent les mener à performer inadéquatement dans certaines situations. Dans cette thèse, nous proposons un nouvel algorithme d'apprentissage actif. Notre algorithme atténue certains points faibles des précédents algorithmes d'apprentissage actif, et il se révèle trés compétitif aux algorithmes d'apprentissage actif bien-connus. De plus, notre algorithme est facile à implémenter. / One of the goals of machine learning researches is to build accurate classifiers form an amount of labeled examples. In some problems, it is necessary to gather a large set of labeled examples which can be costly and time-consuming. To reduce these expenses, one can use active learning algorithms. These algorithms benefit from the possibility of performing a small number of label-queries from a large set of unlabeled examples to build an accurate classifier. It should be mentioned that actual active learning algorithms, themselves, have some known weak points which may lead them to perform unsuccessfully in certain situations. In this thesis, we propose a novel active learning algorithm. Our proposed algorithm not only fades the weak points of the previous active learning algorithms, but also performs competitively among the widely known active learning algorithms while it is easy to implement.

La communication entre agents est primordiale à l'intérieur des systèmes multiagents. Les agents d'un système multi-agents doivent communiquer pour se coordonner et pour échanger de l'information. Dans ce mémoire, nous avons travaillé à l'élaboration et à l'amélioration d'un langage de communication agent nommé DIAGAL (DIAlogue- Game based Agent Language) dont la sémantique se base sur les engagements sociaux. En fait, notre approche se base sur les jeux de dialogue qui sont des structures qui permettent la négociation d'engagements sociaux par le dialogue. Les agents peuvent donc, à l'aide des jeux de dialogue, communiquer pour créer, annuler ou modifier des engagements sociaux. De plus, nous proposons le concept de réseau d'engagements pour modéliser les conversations entre agents. Les réseaux d'engagements permettent de spécifier les dialogues à l'intérieur d'un système multi-agents en analysant les liens de causalité qui existent entre les différents engagements pouvant exister dans le système. Finalement, nous avons défini différentes métriques qui permettent d'analyser les dialogues entre agents.

Les modèles de peau in vitro en trois dimensions sont des outils pour étudier des processus biologiques ou pathologiques. La majorité des modèles in vitro actuellement disponibles ne comporte pas de système immunitaire et de réseau vasculaire, tous deux présents dans la peau humaine. Nous avons développé un modèle de peau entièrement composé de cellules d'un même donneur (autologue) et contenant des cellules immunitaires et endothéliales. En nous basant sur le modèle d'auto-assemblage du LOEX, nous avons mis en culture durant quatre semaines des fibroblastes dermiques dans un milieu favorisant le dépôt de matrice extracellulaire. La résultante est un feuillet manipulable composé de cellules entourées de matrice. Un isolat dermique préalablement extrait du derme humain est ensemencé sur un premier feuillet de fibroblastes et les kératinocytes sur un second. L'isolat dermique contient l'ensemble des cellules présentes dans le derme du donneur. Les deux feuillets sont ensuite superposés et mis en culture pendant deux semaines à l'interface air-liquide pour stimuler la différenciation de l'épithélium. Une analyse histologique a mis en évidence un épithélium stratifié sur un derme composé de matrice et de cellules. Des immunomarquages ont également montré la présence de cellules immunitaires CD45+ viables et d'un réseau vasculaire CD31+ au niveau du derme. Une plaie a ensuite été créée au centre de ce modèle de peau et une analyse histologique a montré une migration des cellules épidermiques et dermiques dans la plaie. La création de ce modèle permettra d'avoir une meilleure compréhension de l'homéostasie de la peau et du phénomène de cicatrisation cutanée. / In vitro three-dimensional human skin models provide a tool to investigate biological or pathological processes and to test drug effect or toxicity. In vitro models usually lack an immune system and vasculature, both characteristics of the human skin. We developed a skin model composed of cells from the same donor (autologous) and containing immune cells and endothelial cells. Based on the self-assembly method developed at the LOEX, dermal fibroblasts were first cultured during four weeks in a medium stimulating the production of an extracellular matrix. The result of this culture is a fibroblast sheet used for the development of our model. A dermal fraction enzymatically extracted from a human dermis was seeded onto a first sheet while the keratinocytes were seeded on a second one. The dermal fraction contained all the dermal cells from a donor. The two sheets were then superimposed and raised at the air-liquid interface during two weeks to stimulate epidermis differentiation. Histological studies of the 3D skin model highlighted a stratified epidermis on a dermis composed of matrix and cells. Immunofluorescence staining showed viable CD45+ immune cells and a CD31+ capillary network in the dermis. A wound was then produced at the center of the model and histological studies highlighted the migration of the epidermal and dermal cells into the wound. The creation of this first autologous 3D model containing immune cells paves the way to increase knowledge about skin homeostasis and the role of immune cells in the wound healing process.

Tableau d'honneur de la FÉSP / Chez les patients diabétiques, plusieurs mécanismes intervenant dans la guérison de plaies sont affectés par l’hyperglycémie. Ainsi, ils sont plus à risque de développer des ulcères chroniques présentant un haut risque d’infection et pouvant même mener à une amputation des membres inférieurs. Les recherches menées sur les fibroblastes et les kératinocytes provenant de patients diabétiques humains sont principalement effectuées avec des cultures cellulaires monocouches peu représentatives de l’environnement in vivo, ce qui empêche la découverte de traitements efficaces. Notre hypothèse propose que l’intégration de cellules diabétiques dans un modèle de peau reconstruite tridimensionnelle pourrait permettre de mieux comprendre la pathogenèse des plaies chroniques. L’objectif du projet consiste à comparer les caractéristiques de peaux reconstruites diabétiques à des peaux reconstruites saines dans deux processus importants pour la guérison de plaies, soit l’angiogenèse et la reépithélialisation. Nous avons extrait des fibroblastes, des kératinocytes et des cellules endothéliales microvasculaires à partir de biopsies de peau prélevées sur le membre amputé de patients diabétiques. Nous les avons ensuite ensemencés dans un biomatériau en chitosane et en collagène dans lequelles cellules endothéliales forment un réseau microvasculaire alors que les kératinocytes forment un épiderme stratifié. Grâce à ce modèle, nous avons observé que des cellules endothéliales saines cultivées avec des fibroblastes diabétiques formaient des réseaux microvasculaires moins développés qu’avec des fibroblastes sains. De plus, les kératinocytes diabétiques présentaient une très faible capacité de reépithélialisation suivant l’induction d’une plaie comparativement aux contrôles sains. Nous avons mis au point le premier modèle de peau reconstruite endothélialisée diabétique et démontré qu’il reproduit in vitro des caractéristiques importantes associées aux ulcères de pieds diabétiques. Ainsi, ce modèle pourra permettre de mieux comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires altérés par le diabète dans la guérison cutanée et servir à cribler des molécules thérapeutiques pour le traitement des plaies chroniques. / Skin wound healing is severely compromised in patients with diabetes and can lead to ulcer formation requiring lower limb amputation. Previous studies using cells derived from diabetic patients have been mostly conducted in two-dimensional monolayer cultures, which do not reproduce at all the physiology or the structure of the skin and thus limit the discovery of effective treatments. We propose that a three-dimensional reconstructed skin model made with diabetic cells could be useful to better understand the mechanisms underlying diabetic foot ulcer. Our aim was to asses the efficiency of diabetic reconstructed skin in angiogenesis and reepithelialization, which are two crucial processes of wound healing that are impaired by diabetes. We have extracted and cultured fibroblasts, keratinocytes and microvascular endothelial cells from skin biopsies taken on the amputated limb of diabetic patients. The cells were seeded on a biomaterial made of chitosan and collagen, which allowed the endothelial cells to form a capillary network and the keratinocytes to form a stratified epidermis. We have shown that coculture of healthy endothelial cells with diabetic fibroblasts in the model led to the formation of a less extensive vascular network compared to culture with healthy fibroblasts. Additionally, in diabetic reconstructed skins, keratinocytes formed a thinner epidermis with an altered histological aspect compared to healthy reconstructed skins. Following the induction of a wound in our model, diabetic keratinocytes were inefficient in achieving reepithelialization. We have developed the first endothelialized diabetic reconstructed skin, which features important characteristics found in diabetic wounds like a deficiency in the angiogenesis and reepithelialisation process. Therefore, this model could be a powerful tool to investigate the cellular and molecular mechanisms leading to chronic wounds and act as a platform to screen therapies to enhance wound healing.

"Thèse en cotutelle, Université Laval Québec, Canada Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Strasbourg Strasbourg, France" / Les réactions immunitaires de la peau sont initiées par les cellules dendritiques cutanées (dendritic cells, DCs). L'effet potentiellement sensibilisateur d'un composé peut être prédit in vitro en utilisant des monocytes humains différenciés en DCs (MonoDCs). Cependant, ces modèles simplistes restent imprécis car l'activation des DCs cutanés par les sensibilisateurs peut être déclenchée ou modulée par des interactions microenvironnementales avec de multiples types de cellules non immunitaires. Notre objectif est de développer une peau immunocompétente qui combinera des MonoDCs avec tous les éléments structurels et fonctionnels de la peau, c'est-à-dire une barrière épidermique posée sur un derme contenant une pseudo-vascularisation et des neurones nociceptifs. Une matrice de collagène a été ensemencée avec des fibroblastes et des cellules endothéliales, puis avec des précurseurs de fibres nerveuses dérivées soit de l'iPSC humaine, soit de la DRG embryonnaire murins. Enfin, nous avons introduit les MonoDC et les kératinocytes. Nous avons observé que les neurones différenciés in situ innervent l'épiderme comme observé habituellement dans la peau humaine normale. De plus, les neurones dérivées d’iPSCs, expriment neuropeptides et canaux calcique spécifiques des fibres nociceptives. Enfin, les Mono-DC intégrés au modèle restent stable pendant toute la durée nécessaire à la formation de l’épiderme et peuvent être stimulé. Le modèle sera utilisé pour prédire le potentiel irritant des composés chimiques et l'impact de l’innervation nociceptive sur l'activation des DCs. / Immune reactions in the skin are initiated by the cutaneous dendritic cells (DCs). The potential sensitizing effect of a compound can be predicted in vitro using human monocytes differentiated into DCs (Mono-DCs). However, these simplistic models remain inaccurate because the activation of cutaneous DCs by sensitizers may be triggered or modulated by microenvironmental interactions with multiple types of nonimmune cells. Our goal is to develop an immunocompetent human tissue-engineered skin that will combine DCs with all structural and functional element of the skin, i.e. an epidermal barrier laid upon a dermis containing a pseudo-vascularization and nociceptive neurons. Collagen matrix was seeded with fibroblasts and endothelial cells, then with precursors of nerve fibers derived from either human iPSC or murine embryonic DRG. Finally, we introduced Mono-DCs and keratinocytes. We observed that in situ differentiated neurons grow axons towards the epidermis as usually observed in normal human skin. What's more, the neurons derive from iPSC, express neuropeptides and calcium channel as normal nociceptive fibers. Moreover, Mono-DCs settled as expected beneath the epidermis and remained sessile to stimulation for several weeks. The model will be used to predict the irritant potential of chemical compounds, and the impact of nerves on DC activation.

Introduction: Le Laboratoire d’Organogenèse Expérimentale (LOEX) utilise une technique de production de substituts cutanés bilamellaires autologues auto-assemblés (SASS) unique. Cette méthode permet la génération d’équivalents cutanés permanents avec une structure et une fonction similaire à la peau normale humaine. Problématique et objectifs: Cette thèse présente d’abord les premiers résultats d’essais cliniques pour le traitement de plaies chroniques complexes traitées avec SASS. Ces résultats démontrent une efficacité et une sécurité d’utilisation de ces SASS. Toutefois, il y a un intérêt de développer une méthode de production plus rapide de ces substituts cutanés afin d’améliorer l’accessibilité clinique et le pronostic des patients grands brûlés, lors de leur utilisation en phase aiguë. En effet, le délai de couverture cutanée définitive essentielle à la thermorégulation et à l’effet de barrière est directement en lien avec les pronostics vital et morbide de cette population. Le délai actuel de 8 semaines pour la production des greffons aurait avantage à être réduit pour améliorer leur utilité quant aux soins des patients. Méthode: Dans un premier temps, le développement et la mise au point d’une méthode de production plus rapide de SASS à partir de matrices dermiques décellularisées (SASS-DM), générant des peaux reconstruites en seulement 4 semaines et demie est présenté. Par la suite, l’équivalence de la méthode de production rapide de ces peaux est d’abord vérifiée in vitro et comparée à la méthode standard quant à ses caractéristiques histologiques, de différenciation cellulaire et la présence d’une membrane basale fonctionnelle. La méthode rapide est finalement comparée in vivo à la méthode standard quant à l’évolution de ces peaux greffées sur les vivants, de façon à compléter le développement préclinique de cette nouvelle méthode innovatrice. Résultats: La méthode rapide de production des peaux bilamellaires autologues auto-assemblées s’est montrée équivalente à la méthode de production standard et ce, autant in vitro qu’in vivo. Conclusion: Ce travail présente d’abord l’utilisation clinique des peaux reconstruites bilamellaires pour le traitement de plaies variqueuses chronique, qui s’avère efficace et sécuritaire. Puis, le développement préclinique d’une méthode plus rapide de production de peaux reconstruites bilamellaires autologues est présenté, permettant de générer des greffons en 4 semaines et demie plutôt que 8 semaines, et ce avec une qualité équivalente à la méthode standard. Cette innovation représente un ajout majeur aux modes de traitement des grands brûlés puisqu’elle a le potentiel de changer la planification chirurgicale et leur pronostic de survie. / Introduction: The Laboratoire d’Organogenèse Expérimentale (LOEX) has developed a unique production technique of self-assembled autologous skin substitute (SASS). This method allows the generation of permanent skin equivalents that display a structure and a function similar to normal human skin. Problematic and objectives: This thesis presents the first results of SASS clinical use in the treatment of chronic complex wounds to demonstrate the clinical efficacy and safety. The need to develop a faster production method in order to improve burn patient prognosis is also outlined. Indeed, the delay before definitive skin coverage to insure proper thermoregulation and protection from the external environment is directly associated to the vital and morbid prognosis of this population of severely traumatised patients. The current eight weeks SASS production delay must be reduced in order to further improve burn patients quality of care and survival. Method: This work describes the development and refinement of a faster production method for SASS using decellularized dermal matrices (SASS-DM) that generated skin substitutes produced in only 4 weeks and a half. These faster produced skin substitutes where compared in vitro to the standard SASS in regard to the histological characteristics, cellular differentiation and the presence of a functional basement membrane. The faster produced SASS-DM were then compared in vivo to standard SASS by following the evolution of grafted mice in order to complete a preclinical trial of this innovative technique. Results: The faster production method for the autologous self-assembled bilayered skin substitutes was shown to be equivalent to the standard production method in vitro and in vivo. Conclusion: This work presents the clinical use of bilayered skin substitutes for the treatment of chronic venous ulcers, which was shown to be efficient as well as safe. Afterwards, the preclinical development of a new faster production method of autologous bilayered self-assembled skin substitutes is presented, allowing the culture of skin grafts in four weeks and a half instead of the previous 8 weeks long protocol, with equivalent quality and characteristics as the standard cultured skins. This innovation represents a major adjunct to severely burned patients treatments and could possibly change their surgical planning and their survival.

L'objectif principal de cette thèse porte sur la conception d'un système de perception artificiel permettant d'identifier des scènes ou évènements pertinents dans des environnements complexes. Les travaux réalisés ont permis d'étudier et de mettre en œuvre d'un système de perception bio-inspiré basé sur l'attention visuelle et auditive. Les principales contributions de cette thèse concernent la saillance auditive associée à une identification des sons et bruits environnementaux ainsi que la saillance visuelle associée à une reconnaissance d'objets pertinents. La saillance du signal sonore est calculée en fusionnant des informations extraites des représentations temporelles et spectrales du signal acoustique avec une carte de saillance visuelle du spectrogramme du signal concerné. Le système de perception visuelle est quant à lui composé de deux mécanismes distincts. Le premier se base sur des méthodes de saillance visuelle et le deuxième permet d'identifier l'objet en premier plan. D'autre part, l'originalité de notre approche est qu'elle permet d'évaluer la cohérence des observations en fusionnant les informations extraites des signaux auditifs et visuels perçus. Les résultats expérimentaux ont permis de confirmer l'intérêt des méthodes utilisées dans le cadre de l'identification de scènes pertinentes dans un environnement complexe / The main goal of these researches is the design of one artificial perception system allowing to identify events or scenes in a complex environment. The work carried out during this thesis focused on the study and the conception of a bio-inspired perception system based on the both visual and auditory saliency. The main contributions of this thesis are auditory saliency with sound recognition and visual saliency with object recognition. The auditory saliency is computed by merging information from the both temporal and spectral signals with a saliency map of a spectrogram. The visual perception system is based on visual saliency and recognition of foreground object. In addition, the originality of the proposed approach is the possibility to do an evaluation of the coherence between visual and auditory observations using the obtained information from the features extracted from both visual and auditory patters. The experimental results have proven the interest of this method in the framework of scene identification in a complex environment

L'objectif du problème appelé "Ontology-based data access" (OBDA) est d'améliorer la réponse à des requêtes en prenant en compte des connaissances d'ordre général durant l'évaluation des requêtes. Ces connaissances générales sont représentées à l'aide d'une ontologie, qui est exprimée dans cette thèse grâce à des formules logiques du premier ordre, appelées règles existentielles, et aussi connues sous le nom de "tuple-generating dependencies" et Datalog+/-. L'expressivité des formules utilisées est telle que l'évaluation de requêtes devient un problème indécidable, et cela a conduit la communauté à définir de nombreux cas décidables, c'est-à-dire des restrictions sur les ensembles de règles existentielles considérés. La contribution de cette thèse est double : tout d'abord, nous proposons une vue unifiée sur une grande fraction des cas décidables connus, et fournissons par là même une analyse de complexité et un algorithme optimal dans le pire des cas. Nous considérons également l'approche couramment utilisée de réécriture de requêtes, et proposons un algorithme générique qui permet de surmonter certaines causes évidentes d'explosion combinatoire qui rendent les approches classiques pratiquement inapplicables.

Nous proposons dans ce travail une étude de la fusion de connaissances et ses applications aux relevés de fouilles archéologiques sous‐marines. Le cadre de ce travail est la mesure fondée sur la connaissance, pouvant être décrite comme la synthèse entre des modèles théoriques élaborés par des experts du domaine étudié et d'un ensemble d'observations effectuées sur les objets à relever. Lors de l'étude d'un site archéologique, les relevés peuvent être effectués par des opérateurs différents et à des moments différents. Cette multiplication des observations induit des risques d'incohérence lors de l'agrégation de tous les résultats (objets mesurés deux fois, objets mal identifiés, ...). La construction d'un résultat final nécessite la mise en place d'un processus de fusion piloté par le responsable de l'étude. Un tel pilotage doit être automatisé tout en laissant à l'opérateur le choix des méthodes de rétablissement de la cohérence. Ce travail est divisé en trois parties : une étude théorique des méthodes de fusion connues, la mise en place de méthodes de fusion dans le cadre de la mesure fondée sur la connaissance et l'expérimentation des solutions proposées lors de relevés dans des applications grandeur nature. Dans la première partie, nous proposons une étude théorique des techniques de fusion de croyances existantes et nous proposons un nouveau cadre de fusion réversible permettant d'exprimer de manière équivalente ces méthodes de fusion d'un point de vue sémantique et syntaxique. Ce cadre est basé sur des pondérations par des polynômes qui permettent de représenter à la fois les priorités entre les croyances mais aussi l'historique des changements de ces priorités. Dans la deuxième partie, nous détaillons la mesure fondée sur la connaissance en décrivant une représentation des connaissances basée sur la notion d'entité. Cette représentation est exprimée dans le modèle Objet ainsi que sous forme semi‐structurée en XML. Nous proposons ensuite des techniques de fusion adaptées à cette représentation. Ces techniques sont basées sur la logique propositionnelle et la logique des prédicats instanciés. Des algorithmes de fusion sont décrits et étudiés. Dans la dernière partie, nous présentons les expérimentations des techniques de fusion mises en place. Nous proposons une description des outils développés et utilisés dans le cadre du projet Européen VENUS (http://www.venus‐project.eu) mais aussi leurs extensions à l'archéologie du bâti et à la biologie sous‐marine.