L’intégration sensori motrice (ISM) est le processus par lequel les afférences sensitives sont intégrées par le système nerveux central et utilisées pour assister l’exécution des programmes moteurs. Plusieurs données suggèrent que celle-ci est anormale dans la maladie de Parkinson et serait impliquée dans la pathophysiologie de l’akinésie. En effet, la discrimination cutanée, l’acuité tactile spatiale, la kinesthésie ont été décrites déficientes dans cette maladie. Sa sensibilité aux traitements dopaminergiques est controversée. L’objectif de notre travail a été de tacher de mettre en évidence cette ISM anormale dans la maladie de Parkinson grâce à 2 techniques neurophysiologiques. Il s’agissait pour la 1e de la synchronisation liée à l’évènement des rythmes bêta (SLE bêta) qui permet d’étudier la désactivation corticale à la fin d’un mouvement actif mais aussi l’intégration corticale des afférences somesthésiques notamment lors des mouvements passifs et de la stimulation électrique des nerfs périphériques. La 2nde était l’étude de la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire (évalué par la stimulation magnétique transcrânienne (TMS)) par des afférences somesthésiques générées par la stimulation électrique du nerf médian. Le but était de mettre en évidence des anomalies dans la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire dans les intervalles inhibiteurs courts et longs (SAI et LAI) et/ou facilitateur (AIF). L’effet des traitements dopaminergiques a été évalué dans les deux cas par un enregistrement des patients après un sevrage thérapeutique. De nombreux protocoles de stimulation magnétique transcrânienne répétitive du cortex moteur que ce soit à basse ou haute fréquence, ont montré une efficacité sur l’akinésie. Il semblerait que les séances à fréquence plus rapides soient plus efficaces. Nous avons testé une nouvelle technique excitatrice à haute fréquence dite theta burst intermittente (ITBS) en regard du cortex moteur primaire chez des patients parkinsoniens et évalué l’effet sur l’akinésie. Nous avons par ailleurs étudié l’effet de cette stimulation sur l’ISM évaluée en conditionnant la TMS par une stimulation électrique du nerf médian. Notre 1e partie de l’étude a mis en évidence un effondrement de la SLE bêta dans la maladie de Parkinson après un mouvement actif, passif et une stimulation électrique du nerf médian. La levodopa a amélioré seulement la SLE bêta lors du mouvement actif. Nous avons pu ainsi confirmer l’atteinte de la SLE bêta active dans la maladie de Parkinson en lien avec un déficit de désactivation corticale en fin de mouvement mais aussi mettre en évidence une atteinte de la SLE bêta sensitive témoin d’un déficit du traitement cortical des afférences proprioceptives. La SLE bêta active a été améliorée par la levodopa alors que la SLE sensitive n’a pas été modifiée ce qui montre la dopa sensibilité de la désactivation corticale et le caractère non dopa sensible de l'ISM. Notre 2e partie n’a pas mis en évidence de différence significative dans la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire par la stimulation électrique du nerf médian entre des patients parkinsoniens en début de maladie ni à un stade plus avancé par rapport à des témoins appariés par l’âge. En revanche la prise de levodopa a été associée à une aggravation de la LAI ce qui suggère aussi l’absence d’amélioration de l’ISM dans la maladie de Parkinson voire son aggravation par le traitement dopaminergique. Nous avons par contre montré que la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire déclinait avec le vieillissement normal pour ce qui concerne les intervalles longs inhibiteurs (LAI) et facilitateurs (AIF) grâce à une comparaison d’une population de sujets contrôles jeunes et âgés sains. La session unique d’ITBS appliquée sur le cortex moteur primaire des patients parkinsoniens a permis d’améliorer transitoirement l’akinésie et la rigidité du membre supérieur controlatéral. [...] / Sensori motor integration (SMI) is the process whereby sensory inputs are integrated by the central nervous system and used for assisting motor program execution. Further data suggest that SMI is deficient in Parkinson's disease and might be implied in pathophysiology of akinesia. Indeed, two point skin discrimination, precision in tactile spatial acuity, kinaesthesia have been described deficient in Parkinson's disease. Dopaminergic treatment effects in sensory processing are controversial. The aim of our study was to investigate SMI in Parkinson's disease by using two neurophysiological techniques. The first one was the event related synchronization of beta rhythms (ERS beta) which reflects neural deactivation of the motor network at the end of active movement and also somesthesic afferences processing after passive movement or electric nerve stimulation. The second technique was the modulation of primary motor cortex excitability (investigated by trans cranial magnetic stimulation (TMS)) by somesthesic afferences generated by median nerve electric stimulation. This electric nerve stimulation consisted in inhibitory short or long interstimulation intervals (respectively SAI and LAI) and also facilitatory interval (AIF). Dopaminergic treatment effect was investigated in both techniques by recording patients after treatment withdrawal. Many protocols of repetitive transcranial stimulation over the primary motor cortex have been shown to be effective to reduce akinesia in Parkinson’s disease. High frequencies of stimulation seem to be more effective. We aimed at studying if a new excitatory protocol of high frequency called intermittent theta-burst (iTBS) over the primary motor cortex also affects akinesia and SMI investigated by conditioning TMS by median nerve stimulation. The first part of our study showed a decrease in ERS beta in Parkinson disease after an active movement, a passive movement and en electric median nerve stimulation. We have confirmed that the active ERS beta is deficient in Parkinson's disease and is associated to a deficient motor cortex deactivation at the end of the movement. Furthermore, we showed that sensory ERS beta is deficient, reflecting that cortical processing of sensory afferences is also deficient. Levodopa enhanced active but not sensory beta ERS. This suggests the dopa sensitivity of motor cortex deactivation and the absence of dopasensitivity of cortical processing of somesthesic afferences generated by movement.The second part failed to show a significant difference between parkinsonian patients and age matched controls in the modulation of primary motor cortex by median nerve stimulation. In patients with Parkinson's disease, levodopa worsened LAI. This suggests that SMI in Parkinson disease is not dopa sensitive and is even worsened by treatment. In control subjects, the modulation of primary motor cortex excitability by sensory afferences declined with normal aging because LAI and AIF decreased in old compared to young controls.The unique session of iTBS over primary motor cortex in parkinsonian patients improved akinesia and rigidity of contralateral upper limb. This improvement was higher in patients under their usual dopaminergic treatment than in de novo patients or after treatment withdrawal. AIF was clearly enhanced but only in patients under usual dopaminergic treatment suggesting that iTBS over primary motor cortex has improved akinesia in patients treated by levodopa via an improvement of SMI.

Des travaux récents ont montré que les relations entre le fonctionnement cognitif et sensori-moteur étaient de plus en fortes au cours du vieillissement, suggérant que des mécanismes communs seraient responsables du déclin avec l’âge des performances cognitives et sensori-motrices. Des variations quantitatives telles que la diminution avec l’âge de la vitesse de traitement ont été proposées comme cause commune pour expliquer le ralentissement cognitif et sensori-moteur. Toutefois, nous ignorons toujours comment ces variations quantitatives pourraient influencer les variations qualitatives au cours du vieillissement. L’objectif de cette thèse était de décrire les variations stratégiques liées à l’âge dans le domaine sensori-moteur d’une part, et de déterminer si les variations stratégiques observées dans le domaine cognitif pouvaient être communes aux variations stratégiques dans le domaine sensori-moteur, d’autre part. Nos données répliquent les principaux résultats observés dans les domaines cognitifs concernant les différences liées à l’âge dans les différentes variations stratégiques ainsi que les phénomènes associés à des variations telles que les effets de difficulté séquentielle, suggérant l’implication de ressources communes telles que les fonctions exécutives. Nos données montrent également une amplification de ces variations stratégiques au cours du vieillissement pathologique et suggèrent une amélioration de l’exécution stratégique après un entraînement. Les résultats présentés dans cette thèse permettent une meilleure compréhension des mécanismes cognitifs sous-jacents au comportement sensori-moteur des adultes jeunes et âgés durant la tâche de Fitts. / Recent studies have demonstrated that the relationship between cognitive and sensori-motor functioning is becoming stronger during aging, suggesting that common mechanisms could be responsible for age-related decline in cognitive and sensori-motor performance. Quantitative variations in aging, such as decreased information processing speed have been proposed as a common cause to explain cognitive and sensori-motor slowing. However, we do not know how these quantitative variations can influence the qualitative changes during aging. The main objective of this thesis was to describe age-related strategic changes in the sensori-motor domain and furthermore to determine whether these strategic changes in the sensori-motor domain share similar strategic variations with cognitive domain. To achieve this objective, a total of five studies were conducted where both young and older adults performed the Fitts' task. Our data replicated previous findings relative to those observed in the cognitive domain. On the one hand, age-related differences in strategy repertoire, strategy distribution and strategy execution were found. On the other hand, phenomenon associated with these variations, such as strategy sequential difficulty effects were also observed, suggesting involvement of common resources (i.e., executive functions). Additionally, we showed an amplification of these strategic variations in pathological aging and an improvement in strategic execution after training. These results provide a better understanding of the underlying cognitive mechanisms in young and older adults’ sensori-motor behavior during the Fitts’ task.

The primary purpose of this study was to determine the responsiveness of the active wrist joint position sense (JPS) test to detect wrist sensori-motor status change at 8 and 12 weeks following distal radius fracture (DRF) treatment intervention. Responsiveness, defined as the instrument's ability to accurately detect change, was analyzed via distribution- and anchor-based statistical methods. Distribution-based analysis encompassed both group- (i.e., effect size [ES], standardized response mean [SRM]) and individual-based (i.e., minimum detectable change [MDC]) statistical indices. Anchor-based analysis was used to determine the minimal clinically important deficit (MCID) value by linking active wrist JPS test scores to Patient Global Impression of Change (PGIC) scale values. The secondary purposes of the study were to: 1) compare the active wrist JPS test responsiveness as reflected by its MCID value between non-surgical and surgical DRF treatment interventions, 2) compare the active wrist JPS test responsiveness as reflected by its MCID value between participants with high- and low-pain levels, 3) compare the active wrist JPS test scores between participants with high- and low-pain levels, 4) assess the relationship between active wrist JPS test MCID value and function, and 5) determine the intra-tester reliability of the PGIC scale for assessing global health status change following DRF treatment intervention. A prospective cohort study design was utilized. Thirty-three participants between 25 and 90 (mean 59.72) years of age following any non-surgical and surgical DRF treatment intervention were recruited. The active wrist JPS test was determined to be highly responsive based on group-based statistical indices (ES [8 weeks = 1.53, and 12 weeks = 2.36] and SRM [8 weeks = 1.57, and 12 weeks = 2.14]). Statistically significant MDC values were 4.28 and 4.94 deg at 8 and 12 weeks following treatment initiation, respectively. Clinically meaningful MCID values at 8 and 12 weeks were 5.00 and 7.09 deg, respectively. Responsiveness levels were not significantly different between the two treatment and pain-level groups at 8 and 12 weeks post DRF treatment intervention. High-pain participants demonstrated significantly greater JPS deficits at both 8 and 12 weeks, and a significant association existed between active wrist JPS test MCID value and function. The PGIC scale intra-tester reliability was found to be high (ICC = 0.97). Based on this study's findings, clinicians can use this highly responsive test with confidence to measure statistically and clinically meaningful conscious wrist sensori-motor function change following DRF treatment. / Kinesiology

Cette thèse se concentre sur les interactions émotionnelles en robotique autonome. Le robot doit pouvoir agir et réagir dans un environnement naturel et faire face à des perturbations imprédictibles. Il est donc nécessaire que le robot puisse acquérir une autonomie comportementale à savoir la capacité d'apprentissage et d'adaptation en ligne. En particulier, nous nous proposons d'étudier quels mécanismes introduire pour que le robot ait la capacité de se constituer une perception des objets de son environnement qui puisse être partagée par celle d'un partenaire humain. Le problème sera de faire apprendre à notre robot à préférer certains objets et à éviter d'autres objets. La solution peut être trouvée en psychologie dans ce que l'on appelle "référencement social" ("social referencing") qui consiste à attribuer une valeur à un objet grâce à l'interaction avec un partenaire humain. Dans ce contexte, notre problème est de trouver comment un robot peut apprendre de manière autonome à reconnaître les expressions faciales d'un partenaire humain pour ensuite les utiliser pour donner une valence aux objets et permettre leur discrimination.Nous nous intéresserons à comprendre comment des interactions émotionnelles avec un partenaire peuvent amorcer des comportements de complexité croissante tel que le référencement social. Notre idée est que le référencement social aussi bien que la reconnaissance d'expressions faciales peut émerger d'une architecture sensori-motrice. Sans connaissance de ce que l'autre est, le robot devrait réussir à apprendre des tâches "sociales" de plus en plus complexes. Nous soutenons l'idée que le référencement social peut être amorcé par une simple cascade d'architectures sensori-motrices qui à la base ne sont pas dédiées aux interactions sociales.Cette thèse traite de plusieurs sujets qui ont comme dénominateur commun l'interaction sociale. Nous proposons tout d'abord une architecture capable d'apprendre à reconnaître de manière autonome des expressions faciales primaires grâce à un jeu d'imitation entre une tête expressive et un expérimentateur.Les interactions avec le dispositif robotique commençeraient par l'apprentissage de 5 expressions faciales prototypiques. Nous proposons ensuite une architecture capable de reproduire des mimiques faciales ainsi que leurs différents niveaux d'intensité. La tête expressive pourra reproduire des expressions secondaires par exemple une joie mêlée de colère. Nous verrons également que la discrimination de visages peut émerger de cette interaction émotionnelle à l'aide d'une rythmicité implicite qui se crée entre l'homme et le robot. Enfin, nous proposerons un modèle sensori-moteur ayant la capacité de réaliser un référencement social. Trois situations ont pu être testées: 1) un bras robotique capable d'attraper et de fuir des objets selon les interactions émotionnelles venant du partenaire humain. 2) un robot mobile capable de rejoindre ou d'éviter certaines zones de son environnement. 3) une tête expressive capable d'orienter son regard dans la même direction que l'humain tout en attribuant des valeurs émotionnelles aux objets via l'interaction expressive de l'expérimentateur.Nous montrons ainsi qu'une séquence développementale peut émerger d'une interaction émotionnelle de très bas niveau et que le référencement social peut s'expliquer d'abord à un niveau sensori-moteur sans nécessiter de faire appel à un modèle de théorie de l'esprit. / My thesis focuses on the emotional interaction in autonomous robotics. The robot must be able to act and react in a natural environment and cope with unpredictable pertubations. It is necessary that the robot can acquire a behavioral autonomy, that is to say the ability to learn and adapt on line. In particular, we propose to study what are the mechanisms to introduce so that the robot has the ability to perceive objects in the environment and in addition they can be shared by an experimenter. The problem is to teach the robot to prefer certain objects and avoid other objects. The solution can be found in psychology in the social referencing. This ability allows to associate a value to an object through emotional interaction with a human partner. In this context, our problem is how a robot can autonomously learn to recognize facial expressions of a human partner and then use them to give a emotional valence to objects and allow their discrimination. We focus on understanding how emotional interaction with a partner can bootstrap behavior of increasing complexity such as social referencing. Our idea is that social referencing as well as the recognition of facial expressions can emerge from a sensorimotor architecture. We support the idea that social referencing may be initiated by a simple cascade of sensorimotor architectures which are not dedicated to social interactions. My thesis underlines several topics that have a common denominator: social interaction. We first propose an architecture which is able to learn to recognize facial expressions through an imitation game between an expressive head and an experimenter. The robotic head would begin by learning five prototypical facial expressions. Then, we propose an architecture which can reproduce facial expressions and their different levels of intensity. The robotic head can reproduce expressive more advanced for instance joy mixed with anger. We also show that the face detection can emerge from this emotional interaction thanks to an implicit rhythm that is created between human partner and robot. Finally, we propose a model sensorimotor having the ability to achieve social referencing. Three situations have been tested: 1) a robotic arm is able to catch and avoid objects as emotional interaction from the human partner. 2) a mobile robot is able to reach or avoid certain areas of its environment. 3) an expressive head can orient its gaze in the same direction as humans and addition to associate emotional values to objects according tothe facial expressions of experimenter. We show that a developmental sequence can merge from emotional interaction and that social referencing can be explained a sensorimotor level without needing to use a model theory mind.

O objetivo do presente trabalho foi determinar o papel da integração sensório-motora sobre o efeito do estímulo precedente visual. A investigação também teve a intenção de delimitar a estratégia relacionada à modulação do efeito do estímulo precedente. Para isso, foram utilizadas variações de tarefas de tempo de reação (TR) de escolha, e os dados de TR e acurácia foram analisados. Encontramos uma propensão a antecipar respostas na tarefa de TR de escolha de local, devido ao aparecimento do estímulo precedente. A análise revelou uma troca velocidade-acurácia, indicativa de mudança no critério. Uma adaptação da Teoria de Detecção de Sinais mostrou que o critério de decisão foi elevado, evitando erros de antecipação e de alarmes falsos. A tarefa de TR de escolha de forma apresentou diminuição nos tempos de reação no local do estímulo precedente, sem trocas de velocidade por acurácia. Nossos resultados principais indicam que a integração de estímulo e resposta pode interferir no efeito do estímulo precedente através de modulações de estratégia, dependentes de características do estímulo relevantes à tarefa em questão. / The aim of the present work was to determine the role of sensory-motor integration on the effect of the visual prime stimulus. The investigation intended also to delimit the strategy related to this prime stimulus effect modulation. In order to do that, variations of choice reaction time (RT) task were used, and RT and accuracy data were analyzed. We found a propensity to anticipate responses in the location-based choice RT task, due to the onset of the prime stimulus. The analysis revealed a speed-accuracy trade-off, indicative of criterion shift. An adaptation of the Signal Detection Theory showed that the decision criterion was raised, avoiding anticipatory and false alarm errors. The form-based choice RT task presented decrease in response time in the prime stimulus location, with no speed-accuracy trade-offs. Our main results indicate that stimulus-response integration can interfere with the prime stimulus effect through strategic modulations dependent on stimuli features relevant to the task in hand.

De nombreux travaux chez l'adulte attestent de l'implication des systèmes sensori-moteurs dans les activités conceptuelles. Ce travail interroge la pertinence d'une approche incarnée de la formation des concepts et vise à fournir des éléments de compréhension quant à l'influence des actions sur la formation de concepts d'objets, en adoptant une approche développementale. Les modèles classiques du développement conceptuel suggèrent des points de départ unitaire aux premières catégories. Le modèle de Nelson souligne l'importance des interactions entre individu et environnement, et celui de Quinn et Eimas au contraire met l'accent sur la similarité perceptive comme point de départ des premières catégories. Ces modèles unitaires sont pourtant remis en cause, notamment par la variabilité des informations prises en compte pour catégoriser les objets. En défendant une approche globale, différentielle et interactionniste, nous envisagerons dans un premier temps une distinction entre domaines d'appartenance des objets (objets naturels et fabriqués) pour lui préférer ensuite une distinction en termes de manipulabilité des objets. Considérant que les caractéristiques de manipulation des objets se reflètent dans l'organisation des catégories taxonomiques, nous proposerons que les activités conceptuelles des enfants puissent être relatives aux interactions sensorielles et motrices avec les objets. Chez l'adulte, certains des résultats attestent de la nature sensori-motrice des connaissances conceptuelles et du rôle de l'action dans leur acquisition, appuyant les théories de la cognition incarnée (i.e., embodied cognition). Une série de travaux chez l'enfant de 5 à 9 ans a été conduite afin d'étudier, d'un point de vue développemental, les hypothèses d'une cognition incarnée. Les premiers testent l'existence de simulations sensori-motrices lors du traitement conceptuel. Les suivants évaluent directement le rôle des actions sur la catégorisation. Sont opposés des gestes de saisie d'objets et des gestes d'utilisation. La saisie d'objets, à pleine main ou à 2-3 doigts, permet très clairement la prise en compte d'informations structurales, utilisées ensuite comme critère de catégorisation d'objets nouveaux. Les actions d'utilisation, faire rouler ou appuyer, ont une influence moindre, plus variable selon l'âge des enfants. L'analyse des mouvements oculaires lors de la recherche de cible parmi des distracteurs similaires quant à la saisie ou à l'utilisation permet finalement de distinguer l'influence des affordances à la saisie de celle des actions elles-mêmes. Du point de vue développemental, les affordances à la saisie seraient détectées automatiquement quelles que soient les actions effectuées, dès l'âge de 5 ans, tandis que les informations issues des actions seraient prises en compte peu à peu, celles issues des actions d'utilisation intervenant plus tardivement que celles issues des actions de saisie. En outre, les performances catégorielles semblent modulées par la concordance ou la discordance entre les informations issues des actions et celles issues des affordances à la saisie. / In adults, a wide range of results argue that sensory-motor systems are involved during conceptualprocessing. Following a developmental approach, the dissertation asks whether the developmentof concepts might be embodied and deals with the influence of action on conceptual knowledge.Classical models of development suggest that conceptual knowledge develops from one mechanism.Nelson’s position argues for a derivation of concepts from the interaction children have in theirenvironment, while Quinn and Eimas rather suggest that first categories are built from visual similaritydetection. However, children variability in taking account different information when categorizingchallenges these models. We adopt a global, differential and interactionist approach to consider thatvariability in categorization might be explained by a distinction across domain (living vs. artifacts) butalso by a distinction across manipulability of objects. We further consider that manipulability of objects isreflected in the organization of taxonomic knowledge to propose that children conceptual processingare grounded in the sensorial and motor interactions they have with objects. In adults, different studiesshow that actions influences conceptual processing; these studies give support to embodiedcognition theories. We conducted seven studies in 5 – to 9- year- old children to assess the hypothesesof an embodied development of conceptual knowledge. Two studies test the hypothesis of sensorimotorsimulations during conceptual processing. The five following studies directly assessed theinfluence of action on concepts was assessed in five other studies. We contrasted the influence of graspand use. Grasp training, either with full hand or pinch, allow children to take into account volumetricinformation that is subsequently used as cue to categorize new objects. Use training, either push and rollor press, results in a weaker influence that differs with ages. Finally analyses of eye movement patternduring target identification among distractors that could be either grasped or pushed allow us todisentangle the influence of perceived grasp affordances from the influence of training by itself. From adevelopmental point of view; grasp affordances seem to be automatically detected by the age offive, and whatever the training condition. Information computed during training seems to be graduallytaken into account from seven to nine, with use information influence occurring later than graspinformation. Moreover, children performances might be modulated by the concordance or the discordance between the perception of grasp affordances and information from action training.

O objetivo do presente trabalho foi determinar o papel da integração sensório-motora sobre o efeito do estímulo precedente visual. A investigação também teve a intenção de delimitar a estratégia relacionada à modulação do efeito do estímulo precedente. Para isso, foram utilizadas variações de tarefas de tempo de reação (TR) de escolha, e os dados de TR e acurácia foram analisados. Encontramos uma propensão a antecipar respostas na tarefa de TR de escolha de local, devido ao aparecimento do estímulo precedente. A análise revelou uma troca velocidade-acurácia, indicativa de mudança no critério. Uma adaptação da Teoria de Detecção de Sinais mostrou que o critério de decisão foi elevado, evitando erros de antecipação e de alarmes falsos. A tarefa de TR de escolha de forma apresentou diminuição nos tempos de reação no local do estímulo precedente, sem trocas de velocidade por acurácia. Nossos resultados principais indicam que a integração de estímulo e resposta pode interferir no efeito do estímulo precedente através de modulações de estratégia, dependentes de características do estímulo relevantes à tarefa em questão. / The aim of the present work was to determine the role of sensory-motor integration on the effect of the visual prime stimulus. The investigation intended also to delimit the strategy related to this prime stimulus effect modulation. In order to do that, variations of choice reaction time (RT) task were used, and RT and accuracy data were analyzed. We found a propensity to anticipate responses in the location-based choice RT task, due to the onset of the prime stimulus. The analysis revealed a speed-accuracy trade-off, indicative of criterion shift. An adaptation of the Signal Detection Theory showed that the decision criterion was raised, avoiding anticipatory and false alarm errors. The form-based choice RT task presented decrease in response time in the prime stimulus location, with no speed-accuracy trade-offs. Our main results indicate that stimulus-response integration can interfere with the prime stimulus effect through strategic modulations dependent on stimuli features relevant to the task in hand.

La thèse consiste en l'apprentissage d'une tâche complexe de robotique de manipulation en utilisant très peu d'aprioris. Plus précisément, la tâche apprise consiste à atteindre un objet avec un robot série. L'objectif est de réaliser cet apprentissage sans paramètres de calibrage des caméras, modèles géométriques directs, descripteurs faits à la main ou des démonstrations d'expert. L'apprentissage par renforcement profond est une classe d'algorithmes particulièrement intéressante dans cette optique. En effet, l'apprentissage par renforcement permet d’apprendre une compétence sensori-motrice en se passant de modèles dynamiques. Par ailleurs, l'apprentissage profond permet de se passer de descripteurs faits à la main pour la représentation d'état. Cependant, spécifier les objectifs sans supervision humaine est un défi important. Certaines solutions consistent à utiliser des signaux de récompense informatifs ou des démonstrations d'experts pour guider le robot vers les solutions. D'autres consistent à décomposer l'apprentissage. Par exemple, l'apprentissage "petit à petit" ou "du simple au compliqué" peut être utilisé. Cependant, cette stratégie nécessite la connaissance de l'objectif en termes d'état. Une autre solution est de décomposer une tâche complexe en plusieurs tâches plus simples. Néanmoins, cela n'implique pas l'absence de supervision pour les sous tâches mentionnées. D'autres approches utilisant plusieurs robots en parallèle peuvent également être utilisés mais nécessite du matériel coûteux. Pour notre approche, nous nous inspirons du comportement des êtres humains. Ces derniers généralement regardent l'objet avant de le manipuler. Ainsi, nous décomposons la tâche d'atteinte en 3 sous tâches. La première tâche consiste à apprendre à fixer un objet avec un système de deux caméras pour le localiser dans l'espace. Cette tâche est apprise avec de l'apprentissage par renforcement profond et un signal de récompense faiblement supervisé. Pour la tâche suivante, deux compétences sont apprises en parallèle : la fixation d'effecteur et une fonction de coordination main-oeil. Comme la précédente tâche, un algorithme d'apprentissage par renforcement profond est utilisé avec un signal de récompense faiblement supervisé. Le but de cette tâche est d'être capable de localiser l'effecteur du robot à partir des coordonnées articulaires. La dernière tâche utilise les compétences apprises lors des deux précédentes étapes pour apprendre au robot à atteindre un objet. Cet apprentissage utilise les mêmes aprioris que pour les tâches précédentes. En plus de la tâche d'atteinte, un predicteur d'atteignabilité d'objet est appris. La principale contribution de ces travaux est l'apprentissage d'une tâche de robotique complexe en n'utilisant que très peu de supervision. / The thesis is focused on learning a complex manipulation robotics task using little knowledge. More precisely, the concerned task consists in reaching an object with a serial arm and the objective is to learn it without camera calibration parameters, forward kinematics, handcrafted features, or expert demonstrations. Deep reinforcement learning algorithms suit well to this objective. Indeed, reinforcement learning allows to learn sensori-motor mappings while dispensing with dynamics. Besides, deep learning allows to dispense with handcrafted features for the state spacerepresentation. However, it is difficult to specify the objectives of the learned task without requiring human supervision. Some solutions imply expert demonstrations or shaping rewards to guiderobots towards its objective. The latter is generally computed using forward kinematics and handcrafted visual modules. Another class of solutions consists in decomposing the complex task. Learning from easy missions can be used, but this requires the knowledge of a goal state. Decomposing the whole complex into simpler sub tasks can also be utilized (hierarchical learning) but does notnecessarily imply a lack of human supervision. Alternate approaches which use several agents in parallel to increase the probability of success can be used but are costly. In our approach,we decompose the whole reaching task into three simpler sub tasks while taking inspiration from the human behavior. Indeed, humans first look at an object before reaching it. The first learned task is an object fixation task which is aimed at localizing the object in the 3D space. This is learned using deep reinforcement learning and a weakly supervised reward function. The second task consists in learning jointly end-effector binocular fixations and a hand-eye coordination function. This is also learned using a similar set-up and is aimed at localizing the end-effector in the 3D space. The third task uses the two prior learned skills to learn to reach an object and uses the same requirements as the two prior tasks: it hardly requires supervision. In addition, without using additional priors, an object reachability predictor is learned in parallel. The main contribution of this thesis is the learning of a complex robotic task with weak supervision.

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Si la parole est une faculté dont l'usage nous semble parfaitement naturel,il reste toutefois beaucoup à comprendre sur la nature des représentations et des processus cognitifs qui la gouvernent. Au cœur de cette thèse se trouve la question des interactions entre perception et action dans la production et la perception de syllabes. Nous adoptons le cadre rigoureux de la programmation bayésienne au sein duquel nous définissons mathématiquement le modèle COSMO (pour "Communicating Objects using Sensori-Motor Operations"), qui permet de formaliser les théories motrice, auditive et perceptuo-motrice de la communication parlée et de les étudier quantitativement. Cette approche conduit à un premier résultat théorique fort : nous démontrons un théorème d'indistinguabilité d'après lequel, lorsque l'on pose certaines hypothèses de conditions idéales d'apprentissage, les théories auditive et motrice font des prédictions identiques pour des tâches de perception, et sont de ce fait indistinguables. Pour s'éloigner de ces conditions, nous proposons un algorithme original d'apprentissage sensori-moteur “par accommodation”, qui permet de s'adapter au bain acoustique ambiant tout en développant des idiosyncrasies. Cet algorithme d'apprentissage par imitation de ciblesacoustiques permet l'apprentissage de compétences motrices à partir d'entrées perceptives uniquement, avec la propriété remarquable de se focaliser sur les régions d'intérêt pour l'apprentissage. Nous utilisons des syllabes synthétisées grâce au modèle de conduit vocal VLAM pour analyser les dynamiques d'évolution des modèles appris ainsi que leur robustesse aux dégradations. / While speech communication is a faculty that seems natural, a lot remainsto be understood about the nature of the cognitive representations and processes that are involved. Central to this PhD research is the study of interactions between perception and action during production or perception of syllables. We choose Bayesian Programming as a rigorous framework within which we provide a mathematical definition of the COSMO model ("Communicating Objects using Sensori-Motor Operations"), which allows to formalize motor, auditory and perceptuo-motor theories of speech communication and to study them quantitatively. This approach first leads to a strong theoretical result:we prove an indistinguishability theorem, according to which, given some ideal learning conditions, motor and auditory theories make identical predictions for perception tasks, and therefore cannot be distinguished empirically. To depart from these conditions, we introduce an original “learning by accommodation” algorithm, which enables to adapt to the ambient acoustic environment as well as to develop idiosyncrasies. This algorithm, which learns by mimicking acoustic targets, allows to acquire motor skills from acoustic inputs only, with the remarkable property of focusing its learning on the adequate regions. We use syllables synthesized by a vocal tract model (VLAM ) to analyse how thedifferent models evolve through learning and how robust they are to degradations.