Les caractéristiques que possède un SMA (distribution de l'intelligence, autonomie, coopération et coordination entre les différentes entités, etc.) n'ont fait qu'élargir leurs domaines d'applications. Cette multiplicité a rendu les SMA complexes, difficiles à analyser dans leur comportement et délicats à évaluer dans leurs performances. La visualisation de l'exécution est une des techniques largement utilisées en évaluation des performances pour des systèmes parallèles. Cette technique fait partie de la phase de mise au point pour les performances. Elle constitue une aide importante pour la compréhension des comportements et par conséquent pour l'étude, la comparaison et l'amélioration des performances des systèmes informatiques. Dans cette thèse nous proposons une approche d'évaluation des SMA basée sur l'étude de comportements interne des agents. Nous présentons un système de visualisation des SMA, MAS-Paje. Ce système traite des étapes de visualisation de l'étape de collecte de données jusqu'à obtenir un fichier de trace de l'exécution d'un SMA conforme au format de trace (SDDF) exigés par l'outil de visualisation Paje des SMA basées sur un modèle prédéfini. Une dimension communication est ajoutée au travail de visualisation dans le but d'étudier le travail collectif des agents. Les travaux sont validés par des expérimentations sur plusieurs SMA implémentant l'application de collecte de minerais.

La douleur est une expérience complexe et multidimensionnelle, elle peut donc être modulée par de nombreux facteurs. Dans le but de mieux comprendre le rôle et le fonctionnement respectif des régions cérébrales impliquées dans le traitement et la modulation de la perception douloureuse, la première partie de cette thèse s'intéresse à l'évaluation en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) des modifications de la réponse cérébrale à la douleur grâce à deux modulations de la perception douloureuse. La première étude s'intéresse à l'effet d'un contexte émotionnel négatif sur la perception douloureuse afin de dissocier des aires cérébrales répondant à la douleur, les réponses liées à la composante émotionnelle. La deuxième étude s'intéresse à l'effet d'une manipulation de l'appréciation de la durée d'une stimulation douloureuse sur la perception de la douleur. L'utilisation de cette illusion permet, pour une intensité de stimulation thermique donnée, de modifier la perception douloureuse et d'évaluer les zones cérébrales impliquées dans ce type de modulation. Nous avons réussi à augmenter ou diminuer la douleur perçue et pu observer que l'émotion met en jeu la partie prégénuale du cortex cingulaire antérieur, tandis que l'illusion d'une durée raccourcie met en jeu un réseau occipito-pariétal plus attentionnel. La seconde partie de cette thèse s'intéresse à la caractérisation du décours temporel de la réponse hémodynamique enregistrée en fMRI dans deux régions importantes pour le traitement de l'information douloureuse qui sont l'insula et le cortex cingulaire. La douleur est caractérisée par une latence de la réponse hémodynamique plus courte, par rapport à une stimulation non-douloureuse, dans l'insula antérieure et le cortex cingulaire moyen, tandis qu'il est possible de différencier une stimulation douloureuse d'une stimulation non-douloureuse grâce à l'amplitude de la réponse hémodynamique dans l'insula postérieure.

Ce document permet de décrire mon parcours scientifique et professionnel. Il est organisé en plusieurs parties : 1/ mon parcours professionnel; 2/ la thématique de la neuropsychologie de l'épilepsie et de la spécialisation hémisphérique; 3/ mes travaux actuels effectués au sein de la cognitique à travers 2 axes (l'accessibilité numérique et handicap, et, la conception centrée utilisateur) et 4/ une conclusion sur la nécessité d'aller vers une recherche transdisciplinaire.

L'effet du vieillissement sur les fonctions cognitives de haut niveau demeure encore relativement incompris. Cette recherche vise à mieux comprendre les différences interindividuelles de performances entre les individus jeunes et âgés par l'étude des processus de contrôle attentionnel mis en jeu dans les tâches de commutation attentionnelle. Dans un premier temps, deux tâches d'alternance de type séries alternées ont été administrées à des adultes jeunes et âgés. Les résultats n'indiquent pas d'effet de l'âge sur les coûts d'alternance mesurés mais en revanche un coût d'alternance asymétrique (étude 1) et des coûts d'alternance locaux et globaux différents selon les individus (étude 1 et 2). Dans un second temps, un travail de modélisation du fonctionnement cognitif à l'aide de l'architecture cognitive ACT-R a été réalisé. Il permet de tester la plausibilité des hypothèses de diminution de la vitesse de traitement (VT) et de diminution de la capacité de la mémoire de travail (CMT), à pouvoir reproduire les différences de performances entre jeunes et âgés. Les résultats des tests d'hypothèse pour les deux études réalisées indiquent que ces hypothèses ne reproduisent pas assez les effets empiriquement observés ce qui suppose que les hypothèses de diminution de la VT ou de la CMT sont insuffisantes pour expliquer les différences de performances individuelles observées. Cette étude met en évidence l'intérêt de la modélisation cognitive computationnelle dans la compréhension des processus sous-jacent le fonctionnement cognitif humain.

Ces dix dernières années, l'étude des réseaux petits-mondes a montré une grande stabilité de certaines métriques issues de la théorie des graphes formels. Elle porte sur l'analyse de réseaux traduisant des activités de l'homme : réseaux d'échanges téléphoniques, de connexions aériennes, de navigation sur le Web, de structure des lexiques linguistiques, mais également de réseaux de diffusion des épidémies ou de réseaux de relations sociales. En revanche, peu d'études ont porté sur l'analyse de la dynamique de ces graphes et leur évolution au cours du temps. C'est cette approche que nous développons dans ce document. Nous nous intéressons ici à des graphes obtenus à partir de comptes rendus professionnels de travailleurs sociaux. Ces graphes modélisent les cooccurrences des mots au sein des phrases. Notre analyse porte sur un lexique professionnel et sur l'évolution de son usage sur une période de près de 40 ans. Après avoir constitué notre matériel à partir des textes écrits (environ 1500 pages dactylographiées), ce corpus d'étude a été quantifié, vérifié, homogénéisé et traité orthographiquement sur un mode semi-automatique. Puis ce corpus normalisé a donné lieu à la constitution d'un graphe global pour la période complète, et d'une quarantaine de graphes pour chacune des sous-périodes étudiées. C'est sur ceux-ci que porte l'analyse de la dynamique d'évolution de graphe issu d'un lexique professionnel. Au final, notre travail permet de pointer le paradoxe existant, entre d'une part la contrainte d'écriture liée à un objet qui ne change que très peu dans la nature de sa mission (le travail d'un éducateur de rue) et d'autre part la permissivité du langage oral qui ne cesse d'évoluer (le langage professionnel). Par ailleurs notre approche propose une certaine automatisation pour dégager l'essentiel d'un "dire professionnel" dans un corpus de comptes rendus.

Le travail présenté dans cette thèse vise à étudier la coordination entre gestes manuels et parole lors de la production d'énoncés multimodaux. Les études menées s'intéressent plus particulièrement aux relations temporelles entre les deux modalités. Cette coordination a été étudiée plus précisément dans le cadre de la désignation qui est réalisable à la fois dans la modalité manuelle (geste de pointage) et dans la modalité parole (" montrer avec la voix ", en utilisant la focalisation et/ou les démonstratifs par exemple). Les études présentées ont été menées dans un environnement contrôlé de laboratoire afin d'obtenir des mesures précises et reproductibles en minimisant les facteurs extérieurs de variations intra- et inter-participants. Les productions des locuteurs peuvent ainsi être comparées entre-elles en se focalisant sur les facteurs d'intérêt toutes choses maintenues le plus possible égales par ailleurs. Un travail particulier de mise en place des protocoles a néanmoins permis de maintenir une tâche assez naturelle afin de ne pas induire des productions trop artificielles. Les deux premières études se sont intéressées à la production conjointe de gestes manuels et de parole contenant de la focalisation. Plusieurs types de gestes ont été comparés (geste de pointage, geste de battement et geste d'appui sur un bouton) lors d'une tâche de désignation. Il a été montré que la production de focalisation attire le geste manuel quel que soit son type mais que l'attraction est plus " précise " et fine pour le pointage. Par ailleurs, l'apex du geste de pointage semble être cooccurent à une cible articulatoire plutôt qu'acoustique. La seconde étude manipule le lien de désignation le geste de pointage et la parole. Elle montre, en exhibant deux stratégies adoptées par les participants, la complexité des mécanismes mis en jeu dans cette coordination. Finalement, une troisième étude s'intéresse à la coordination dans une tâche interactive et collaborative plus naturelle. Dans cette tâche les locuteurs utilisent naturellement des gestes de pointage pour désigner à leur interlocuteur l'emplacement d'une carte à poser grâce à une phrase porteuse contenant un démonstratif. Les résultats montrent une cooccurrence de la partie du geste qui montre avec l'information qui lui est complémentaire en parole, i.e. avec le nom de l'objet à poser à l'endroit désigné par le geste de pointage, plutôt qu'avec la partie de la parole qui désigne, i.e. le démonstratif. L'effet de la perturbation de l'interaction par un bruit ambiant est également testé et il est montré que, si la parole subit un effet Lombard classique, la production de gestes est peu modifiée mis à part une adaptation de la durée de la partie du geste qui montre à l'allongement de la parole. Ce mémoire propose par ailleurs une exploration des procédés d'annotation multimodaux mis en place pour l'annotation de tâches semi-contrôlées mais applicables à des cas plus généraux. Le manuscrit se conclut par une mise en perspective des résultats pour l'amélioration de certains modèles de production conjointe gestes manuels/parole et fournit quelques pistes utilisables dans le domaine des agents conversationnels ainsi que pour la détection de pathologies.

Depuis plusieurs années, la réalité virtuelle est largement utilisée en neuropsychologie, notamment dans le domaine de l'étude de la cognition spatiale. Son utilisation grandissante a pour but de répondre à la fois au manque de validité écologique des tests classiques et au manque de contrôle des évaluations en conditions réelles. Les études dans le domaine de la cognition spatiale ont permis de montrer la complexité de l'apprentissage et de la navigation dans les grands espaces et suggèrent également une origine cognitive multifactorielle des difficultés de navigation chez les personnes âgées. Le but de cette thèse sera tout d'abord de vérifier la validité écologique de notre application utilisant la réalité virtuelle par une comparaison directe des performances d'apprentissage et de navigation, entre apprentissages réels et virtuels chez des adultes jeunes et âgés. Il s'agira ensuite de confirmer les hypothèses sur l'origine à la fois mnésique et exécutive des difficultés de navigation liées au vieillissement. Enfin, le rôle du contrôle sensorimoteur dans l'apprentissage de grands espaces, peu étudiée pour le moment dans le cas du vieillissement sera abordé. A l'aide d'une application en réalité virtuelle, nécessitant de mémoriser un parcours dans un quartier virtuel, réplique d'un quartier de Bordeaux, nous avons étudiés les effets du vieillissement en termes de mémoire spatiale et de performance de navigation. Nous avons comparé directement les apprentissages en conditions réelles et virtuelles, en conditions actives (joystick) et passives, et nous avons mis en relation ces indicateurs avec des mesures neurocognitives et des questionnaires d'estimation des difficultés quotidiennes. Nos principaux résultats ont permis de montrer un effet négatif de l'âge sur les performances dans notre application avec des patterns équivalents entre apprentissages réels et virtuels chez les jeunes et les âgés. Nous avons obtenu une bonne relation entre les mesures obtenues grâce à notre application virtuelle et les difficultés rapportées par les jeunes mais pas de différences entre jeunes et âgés concernant les difficultés de navigation au quotidien. Ces résultats confirment la bonne validité écologique de notre application virtuelle chez les personnes âgées et favorisent ainsi l'utilisation de mesures directes de mémoire spatiale et de navigation plutôt que des questionnaires chez les personnes âgées. Ils ont également permis de montrer de manière directe le rôle des déclins mnésiques et exécutifs dans leurs difficultés de navigation. Contrairement à ce qui avait été obtenu chez les jeunes, le contrôle moteur a eu un effet négatif sur les performances de navigation chez les personnes âgées. Nous discuterons alors les hypothèses neurocognitives concernant l'origine des difficultés de navigation chez les personnes âgées, ainsi que le rôle de la dimension actif (joystick) vs. passif dans les performances de navigation des jeunes et des âgés.

L'objectif de cette thèse est de s'inspirer de la neurobiologie pour modéliser les mécanismes émotionnels de bas niveau sur un robot évoluant en environnement réel. Ce travail présente un modèle des émotions cohérent avec les données expérimentales décrivant le fonctionnement des structures cérébrales principales impliquées dans les mécanismes émotionnels. Les émotions jouent un rôle capital aussi bien pour la régulation du comportement des êtres humains que des animaux. En accord avec la vision darwinienne, les émotions sont vues comme des mécanismes adaptatifs favorisant la survie. Cependant, leur organisation autours de signaux essentiellement positifs et négatifs leur donne un caractère dimensionnel. Notre modèle considère les émotions comme le résultat de la dynamique d'interactions entre deux systèmes permettant l'évaluation des interactions avec l'environnement physique d'une part et l'environnement social d'autre part. Cette approche bioinspirée des émotions permet de donner aux robots une mécanique de base pour construire leur autonomie comportementale et leurs capacités de communication. Dans cette thèse, nous montrons qu'elles permettent autant de s'adapter aux caractéristiques de l'environnement que de servir de support à une communication non verbale. L'approche biomimétique de notre travail se traduit en termes méthodologiques par l'utilisation de réseaux de neurones formels pour les architectures de contrôle du robot mais aussi en termes fonctionnels par l'organisation de ces réseaux comme modèles de différentes structures du cerveau et de leurs interactions (amygdale, accumbens, hippocampe et cortex préfrontal). Suivant le courant animat, le robot est vu comme un animal aux besoins vitaux satisfaits par les ressources de son environnement. Les expérimentations seront illustrées sur des comportements de navigation reposant sur les apprentissages de conditionnements visuo-moteurs (stratégie visuelle) et sur l'intégration de chemin (stratégie propioceptive). Les conditionnements associant les signaux nocicepteurs et hédoniques aux autres informations sensorielles ou aux actions du robot sont à la base des régulations émotionnelles. Les prédictions que forme le robot lui permettent d'apprendre des comportements aversifs ou appétitifs en réponse à ses anticipations de "douleur" ou de "plaisir". Il peut aussi monitorer ses prédictions afin d'évaluer l'efficacité de ses comportements. C'est ce qui lui permet de réguler ses motivations et de sélectionner ses stratégies (navigation visuelle ou proprioceptive) et ses buts (ressources de l'environnement) de façon à satisfaire au mieux son équilibre interne en fonction de son environnement. Cette utilisation de signaux bas niveau positifs et négatifs permet de construire un modèle émotionnel minimal assurant au robot une autonomie comportementale. Dans un deuxième temps, nous utilisons l'expressivité émotionnelle comme base à une communication avec le robot. Une tête mécanique permet au robot d'exprimer ses émotions grâce à ses expressions faciales. Cette communication consiste à donner au robot des signaux de récompense et de punition. Nous avons développé un modèle permettant de construire de manière autonome ces signaux d'interaction en leur donnant leur valeur émotionnelle. Cet échange d'informations avec le robot lui permet d'apprendre à valuer son environnement ou son comportement et ainsi d'apprendre interactivement à résoudre ses problèmes de navigation. La modélisation des mécanismes émotionnels présentées dans cette thèse permet d'aborder aussi bien les questions de robotique autonome que d'interactions Homme-Machine. Plus largement, cette approche illustre l'intérêt de placer la robotique au coeur des sciences cognitives grâce à l'éclairage que permet l'analyse des comportements rendus possibles par des architectures neuronales relativement simples.

Ce travail de thèse a pour objectif de préciser le rôle du cortex operculo-insulaire dans la somesthésie et la douleur chez l'Homme à l'aide d'études réalisées par stimulations électriques intracérébrales et en IRM fonctionnelle (IRMf). Deux secteurs fonctionnels distincts ont été mis en évidence; d'une part l'insula dont 60% des stimulations induisent des réponses somato-sensitives dont 10% sont douloureuses, où il existe une localisation préférentiellement postérieure des sites de stimulation donnant lieu à une réponse douloureuse et un décrément antéro-postérieur du seuil de déclenchement d'une réponse douloureuse, dont les champs récepteurs couvrent de larges surfaces cutanées, et où les réponses douloureuses ont une organisation somatotopique grossière ; d'autre part l'aire SII dont la stimulation induit quasi exclusivement des réponses somato-sensitives dont 10% sont douloureuses, sur des surfaces cutanées plus restreintes. SII et l'insula postérieure sont les deux seules régions corticales dont la stimulation est capable d'induire une sensation douloureuse. Une ségrégation fonctionnelle au sein de SII et de l'insula a été montrée en IRMf, par l'existence de patterns spécifiques d'activation pour chaque modalité sensitive, comprenant des sous- régions dont l'activation semble spécifique de la sensation douloureuse. Ceci confère à ces régions une originalité toute particulière au sein de la matrice douleur, puisqu'il semble qu'elles seules puissent activer le réseau fonctionnel des aires impliquées dans la sensation douloureuse et ainsi permettre 'l'expérience' de la douleur.

Depuis les années 50 sont apparues, comme domaine d'étude, ce que l'on appelle les sciences cognitives, qui ont fédéré des disciplines telles que, entre autres, la neurobiologie, la psychologie, la philosophie, la linguistique... et bien entendu l'informatique. Sans revenir sur l'historique de la constitution des sciences cognitives, nous en retiendrons qu'elles sont apparues à partir du moment o'u les sciences sont devenues capables d'aborder la question de la conscience, en décortiquant et objectivant les phénomènes de mémoire, de perception, de langage et d'émotions. Objectiver le sujet, qui est au cœur des sciences cognitives, est l'expression d'un paradoxe dont nous parlerons dans ce chapitre, et la science informatique y a pris toute sa part. L'Intelligence Artificielle (IA) a été le versant en informatique des sciences cognitives. Parler d'intelligence artificielle fait d'ailleurs toujours l'objet de polémiques, la question de savoir jusqu'où l'on peut dire qu'une machine est capable d'intelligence n'étant pas tranchée aujourd'hui. Face à cette indétermination, nous soutiendrons l'hypothèse dite de l'IA forte, qui propose de considérer que l'ensemble de ce que l'on peut observer chez l'homme en termes de langage, pensée, conscience, est strictement le fruit de son métabolisme, neuronal en particulier. Nous ne demanderons pas au lecteur d'adhérer à cette hypothèse, mais soulignons ici qu'elle motive les travaux et les orientations de recherches que nous présentons dans ce mémoire. L'hypothèse d'IA forte trouve un écho particulier en informatique pour les raisons suivantes. L'informatique est une discipline qui dès l'origine [Turing, 1936; Church, 1936] a su abstraire la mécanique du traitement de l'information de son support. En effet, les machines de Turing ont existé bien avant d'être instanciées sur support physique. Selon cette perspective, qu'un traitement soit effectué sur silicium, au sein d'une clepsydre améliorée, ou sur un support neuronal ne change rien à l'affaire. La métaphore de la chambre chinoise de John Searle [Searle, 1980] illustre cette indépendance au support. Elle compare l'ordinateur à une personne enfermée dans une salle qui manipule des symboles chinois auxquels elle ne comprend rien, suivant pour ce faire un système de règles. Si l'on adhère à l'hypothèse d'IA forte, ce que ne fait pas Searle, le système de règles pourrait décrire une intelligence, équivalente à celle de l'Homme, dont l'opérateur est le moteur. Ce qui motive notre recherche informatique est l'hypothèse de l'existence de ces règles, autrement dit, d'un programme qui conduise 'a ce qu'une intelligence de même nature que celle de l'Homme puisse être instanciée par une machine de Turing. Faire cette hypothèse, toutefois, ne permet pas de guider la conception du programme, ou plutôt d'un programme, qui puisse doter une machine d'intelligence. Il est alors nécessaire de trouver ailleurs les arguments permettant de concevoir ces programmes. Là encore, l'hypothèse d'IA forte joue un rôle central. Si on admet que l'intelligence dont l'Homme fait preuve n'est que le résultat de la mécanique de ses neurones, il devient pertinent de s'inspirer des neurones 1Chapitre 1. Préambule pour concevoir un programme intelligent. L'argument ici n'est pas de dire que la voie neuromimétique est la seule qui puisse permettre de concevoir des machines intelligentes, mais plutôt de souligner que, sous l'hypothèse d'IA forte, cette voie permettra d'aboutir. En plus de cette garantie de succès, toute théorique car rien ne dit que la technologie permettra d'instancier ces machines, l'inspiration des neurones a un autre avantage pour l'informatique, qui se défend sans recourir à l'hypothèse d'IA forte. En effet, qu'ils suffisent ou non à rendre compte de l'intelligence, les mécanismes neuronaux qui s'expriment au sein du système nerveux sont un exemple de traitement de l'information de nature foncièrement différente de ceux conçus par les approches classiques de génie logiciel. L'étude de ces systèmes est alors susceptible d'apporter à l'informatique des paradigmes nouveaux, et c'est ce que nous défendons le plus ardemment dans nos travaux de recherche. L'ensemble de ce chapitre consiste 'a préciser ces quelques lignes d'introduction, en abordant le talon d'Achille des sciences cognitives, 'a savoir la question de la définition de l'intelligence. Nous abordons ensuite la question de la pluridisciplinarité, saisie du point de vue de l'informatique, pour défendre l'apport des sciences dites " molles " à notre discipline. Nous nous trouvons en effet dans la situation où un recours aux sciences humaines et sociales peut être défendu comme une aide pour débloquer les difficultés que rencontrent des sciences pourtant " dures " lorsqu'elles abordent la question de l'intelligence.