Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nous proposons donc un modèle original d'apprentissage constructiviste adapté pour un système d'AmI. Ce modèle repose sur une approche décentralisée, permettant de multiples implémentations convenant à un environnement hétérogène. Dans les environnements réels continus sans modélisation à priori, se pose la question de la modélisation des structures élémentaires de représentation et particulièrement le problème d'amorçage de l'apprentissage sensorimoteur (comme décrit par [Kuipers06]). Dans le cadre du modèle général proposé, nous explicitons ce problème particulier et proposons de le traiter comme une forme d'auto-organisation modélisée par un système multi-agent. Cette approche permet de construire des motifs d'interaction élémentaires à partir des seules données brutes, sur lesquels peut reposer la construction d'une représentation plus élaborée (voir [Mazac14]). Nous présentons enfin une série d'expérimentations illustrant la résolution de ce problème d'amorçage : tout d'abord grâce à un environnement simulé, qui permet de maitriser les régularités de l'environnement et autorise des expérimentations rapides ; ensuite en implémentant ce système d'apprentissage au sein d'un environnement d'AmI réel. Pour cela le modèle est intégré dans le système d'AmI développé par l'entreprise partenaire de cette thèse CIFRE. Puis nous présentons une possible application industrielle des résultats de cette première étape implémentée d'amorçage de l'apprentissage sensorimoteur. Nous concluons par l'analyse des résultats et des perspectives de ce type d'approche pour l'AmI et l'application en général de l'IA aux systèmes réels en environnements continus / The theory of cognitive development from Jean Piaget (1923) is a constructivist perspective of learning that has substantially influenced cognitive science domain. Within AI, lots of works have tried to take inspiration from this paradigm since the beginning of the discipline. Indeed it seems that constructivism is a possible trail in order to overcome the limitations of classical techniques stemming from cognitivism or connectionism and create autonomous agents, fitted with strong adaptation ability within their environment, modelled on biological organisms. Potential applications concern intelligent agents in interaction with a complex environment, with objectives that cannot be predefined. Like robotics, Ambient Intelligence (AmI) is a rich and ambitious paradigm that represents a high complexity challenge for AI. In particular, as a part of constructivist theory, the agent has to build a representation of the world that relies on the learning of sensori-motor patterns starting from its own experience only. This step is difficult to set up for systems in continuous environments, using raw data from sensors without a priori modelling.With the use of multi-agent systems, we investigate the development of new techniques in order to adapt constructivist approach of learning on actual cases. Therefore, we use ambient intelligence as a reference domain for the application of our approach

Cette thèse s’inscrit dans le courant des études portant sur la relation langage-cognition enL2. L’objectif principal est d’analyser la conceptualisation spatiale dans une tâchenarrative orale (Frog story) chez plusieurs groupes d’apprenants qui se distinguent a) pourleur L1 (anglais, français, italien), b) pour leur L2 (italien, français) et c) pour leur niveaude compétence en L2 (intermédiaire vs. avancé). Pour ce faire, nous adoptons uneméthodologie impliquant des comparaisons successives entre les récits de groupes natifs etnon natifs ayant accompli la même tâche, afin de comprendre de quelle manière lesapprenants se rapprochent de la LC et s’ils sont influencés par leur L1 lors du discoursspatial en L2.L’analyse des récits natifs confirme les différences intertypologiques entre les languesverb-framed, français et italien, et satellite-framed, l’anglais (Talmy 1985). Néanmoins,une variation intra-typologique entre l’italien et le français est attestée: seul l’italienexploite des constructions satellitaires.Quant aux productions en L2, les apprenants, surtout les intermédiaires, traitent la tâche defaçon minimale (traitement prototypique, Watorek 1996) en exprimant essentiellement latrajectoire, qui représente la composante de base dans la tâche demandée. Au niveauintermédiaire, il n’y a pas de traces d’influence de la L1 sur la conceptualisation spatiale enL2, qui est, en revanche, attestée chez les apprenants anglophones avancés de l’italien L2 àtravers l’emploi de constructions satellitaires. L’existence de structures similaires dans laLS et la LC et l’évidence positive dans l’input semblent favoriser le transfert conceptuel enL2. / This thesis intervenes in the line of studies about the relation between language andcognition in L2. The main objective is to analyze spatial conceptualization in an oralnarrative task (Frog story) by several groups of learners who differ for a) their L1 (English,French, Italian), b) their L2 (Italian, French) and c) their L2 proficiency level (intermediatevs. advanced). In order to do this, we adopt a methodology that implies successivecomparisons between the productions performed by different native and non-native groupsaccomplishing the same task. The aim is to distinguish to what extent learners get closer tothe TL and if they are influenced by their L1 during the spatial production in L2.The L1 results confirm the intertypological differences between verb-framed, Italian andFrench, and satellite-framed languages, English (Talmy 1985, 2000). Nevertheless, anintratypological variation between Italian and French is attested: only Italian makes use ofsatellite constructions.As for L2 productions, learners, especially the intermediate ones, provide a minimalresponse to the task (traitement prototypique, Watorek 1996) by encoding mainly Path, thebasic component of the task. At the intermediate level, there are no traces of the influenceof the L1 on spatial conceptualization in L2, instead attested by advanced English learnersof Italian L2 through the use of satellite constructions. The existence of similar structure inthe SL and TL and the positive evidence in the input seem to favour conceptual transfertfrom L1 to L2.

L'apprentissage par renforcement permet à un agent d'apprendre un comportement qui n'a jamais été préalablement défini par l'homme. L'agent découvre l'environnement et les différentes conséquences de ses actions à travers des interactions avec celui-ci : il apprend de sa propre expérience, sans avoir de connaissances préétablies des buts ni des effets de ses actions. Cette thèse s'intéresse à la façon dont l'apprentissage profond peut aider l'apprentissage par renforcement à gérer des espaces continus et des environnements ayant de nombreux degrés de liberté dans l'optique de résoudre des problèmes plus proches de la réalité. En effet, les réseaux de neurones ont une bonne capacité de mise à l'échelle et un large pouvoir de représentation. Ils rendent possible l'approximation de fonctions sur un espace continu et permettent de s'inscrire dans une approche développementale nécessitant peu de connaissances a priori sur le domaine. Nous cherchons comment réduire l'expérience nécessaire à l'agent pour atteindre un comportement acceptable. Pour ce faire, nous avons proposé le cadre Neural Fitted Actor-Critic qui définit plusieurs algorithmes acteur-critique efficaces en données. Nous examinons par quels moyens l'agent peut exploiter pleinement les transitions générées par des comportements précédents en intégrant des données off-policy dans le cadre proposé. Finalement, nous étudions de quelle manière l'agent peut apprendre plus rapidement en tirant parti du développement de son corps, en particulier, en procédant par une augmentation progressive de la dimensionnalité de son espace sensorimoteur / Reinforcement learning allows an agent to learn a behavior that has never been previously defined by humans. The agent discovers the environment and the different consequences of its actions through its interaction: it learns from its own experience, without having pre-established knowledge of the goals or effects of its actions. This thesis tackles how deep learning can help reinforcement learning to handle continuous spaces and environments with many degrees of freedom in order to solve problems closer to reality. Indeed, neural networks have a good scalability and representativeness. They make possible to approximate functions on continuous spaces and allow a developmental approach, because they require little a priori knowledge on the domain. We seek to reduce the amount of necessary interaction of the agent to achieve acceptable behavior. To do so, we proposed the Neural Fitted Actor-Critic framework that defines several data efficient actor-critic algorithms. We examine how the agent can fully exploit the transitions generated by previous behaviors by integrating off-policy data into the proposed framework. Finally, we study how the agent can learn faster by taking advantage of the development of his body, in particular, by proceeding with a gradual increase in the dimensionality of its sensorimotor space

Ce travail de thèse porte essentiellement sur le cervelet. Nous y suivons deux axes majeurs : en termes de fonctions cérébelleuses, nous nous intéressons à l’apprentissage et l’adaptation du contrôle moteur ; en termes de dysfonctions cérébelleuses, nous nous intéressons à la dyslexie développementale.Nous nous orientons vers l’apprentissage du contrôle moteur afin d’en proposer un modèle computationnel fonctionnel appliqué aux mouvements oculaires volontaires. Pour ce faire, la Logique Floue est un de nos outils précieux. Nous avons proposé deux modèles. Le premier, AFCMAC (Auto-adaptive Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller), le résultat de l’intégration de la Logique Floue dans l’architecture de CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller), est pourvu d’améliorer la vitesse/durée d’apprentissage et le besoin en termes de mémoire par rapport à CMAC. Le second modèle est CMORG (fuzzy logiC based Modeling for Oculomotor contRol LearninG), dont sa structure est également basée sur la Logique Floue, et dans lequel, le réseau de neurones est utilisé comme la mémoire pour gérer les règles Floues. Les résultats des évaluations des modèles proposés (AFCMAC et CMORG) et étudiés (CMAC et FCMAC – Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller), via les données oculomotrices des groupes d’enfants dyslexiques et contrôles lors de la lecture, montrent que CMORG est le plus performant à la fois, en termes de vitesse/durée d’apprentissage et également, de consommation de mémoire. Un autre avantage principal de CMORG par rapport aux autres modèles, est son interprétabilité par les experts.Concernant la dyslexie développementale, nous avons mené une étude expérimentale sur les déficits du contrôle moteur binoculaire lors des saccades des six enfants dyslexiques pendant les deux tâches différentes (la lecture d’un texte et la visualisation des chaînes de caractères) et dans les deux distances de vision (40 cm et 100 cm). Nous corroborons et adhérons à l’idée que la (mauvaise) qualité de la coordination binoculaire des saccades chez les enfants dyslexiques est indépendante des difficultés en lecture, associée peut-être aux hypothèses du déficit du magnosystème et du dysfonctionnement cérébelleux. / This thesis focuses on the cerebellum. We follow two main lines: in terms of cerebellar functions, we are interested in learning and adaptation motor control ; in terms of cerebellar dysfunctions, we are interested in developmental dyslexia.We focus on learning motor control in order to provide a functional computational model applied to voluntary eye movements. To this end, Fuzzy Logic is one of our valuable tools. We proposed two models. The former is AFCMAC (Auto-adaptive Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller), the result of the integration of Fuzzy Logic in CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) architecture, in order to improve learning speed/time and memory requirements compared to the CMAC. The latter is CMORG (fuzzy logiC based Modeling for Oculomotor contRol LearninG), whose structure is also based on Fuzzy Logic, and in which, the neural network is used as the memory to handle Fuzzy rules. The evaluation results of the proposed (AFCMAC and CMORG) and studied (CMAC and FCMAC – Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller) models via oculomotor data of dyslexic and control groups while reading show that CMORG is the most efficient both in terms of learning speed/time and also memory consumption. Another main advantage of CMORG over the other models is its interpretability by experts. Regarding the developmental dyslexia, we conducted an experimental study on binocular motor control deficits during saccades in six dyslexic children while two different tasks (text reading and character string scanning) and in two viewing distances (40 cm and 100 cm). We corroborate and adhere to the idea that the (bad) quality of binocular coordination of saccades in dyslexic children is independent of reading difficulties, maybe associated with magnosystem and cerebellar deficit hypothesis.

Cette étude sur le développement précoce de l'Autisme Infantile est un travail de<br />recherche de quatre ans.<br />A partir d'une réflexion heuristique sur la diversité du syndrome autistique nous abordons<br />la question des autismes et plus précisément du développement du trouble autistique au<br />sein d'un éventail relativement étendu de pathologies.<br />Ce travail présente, dans un premier temps, les problèmes de délimitation nosographique<br />entre le normal et le pathologique, puis, dans un second temps, les difficultés à poser un<br />diagnostic d'autisme.<br />Ces réflexions théorico-cliniques s'inspirent, d'une part, de rencontres cliniques, et<br />d'autre part, d'une revue historique des grands travaux de recherche sur le trouble<br />autistique.<br />Ce parcours heuristique conduit à notre étude clinique qui s'appuie sur la question du<br />développement précoce de sujets atteints d'Autisme Infantile Précoce selon leur âge<br />d'entrée dans la pathologie. Deux sous-groupes sont étudiés : les Autistes Précoces et les<br />Autistes à Début Tardif.<br />La confirmation d'une différenciation intragroupale et la découverte des particularités<br />développementales de ces deux sous-groupes nous permettent d'aborder plus précisément<br />le rôle du trouble autistique au sein de l'Autisme Infantile Précoce et de pathologies à<br />troubles autistiques associés, telle que la névrose obsessionnelle.<br />Nos résultats et notre discussion nous amènent à la conclusion suivante : la caractéristique<br />principale de la pathologie autistique – l'autisme des sujets – serait la conséquence d'un<br />mode défensif pathologique dont le rôle, la fonction, l'intensité et l'évolution dépendent<br />de troubles sous-jacents propres à chacun. La pathologie s'insérerait alors dans une<br />catégorie déterminée par l'âge auquel les sujets la développent et par les moyens à leur<br />disposition pour se défendre contre leurs troubles précoces, leur fragilité originelle et<br />contre les obstacles environnementaux qu'ils vont rencontrer.

Un certain nombre d'études épidémiologiques ont montré au cours des cinquante dernières années une augmentation des infertilités, des malformations de l'appareil reproducteur masculin et des cancers testiculaires. Une des hypothèses est que, l'exposition durant la vie foetale ou néonatale à des composés présents dans l'environnement capables d'interférer avec le système hormonal (perturbateurs endocriniens), serait responsable de l'augmentation de l'incidence de ces pathologies. Les molécules qui sont suspectées d'avoir des effets néfastes à long terme sur le tractus génital mâle possèdent des activités de type estrogénique ou antiandrogénique. Parmi les mécanismes impliqués dans l'effet à long terme, un certain nombre d'auteurs mettent en avant l'intervention de mécanismes de type épigénétiques. Dans ce contexte, nous avons utilisé deux types de modèles expérimentaux reposant sur l'exposition développementale de rats à ces composés : un modèle d'exposition néonatale à un estrogène (estradiol benzoate) et un modèle d'exposition foetale à un antiandrogène (flutamide). Les deux modèles expérimentaux induisent chez le rongeur un phénotype d'hypospermatogenèse. Dans le cas de l'exposition néonatale à l'estradiol benzoate nous montrons que l'hypospermatogenèse observée chez les animaux à l'âge adulte est due à l'activation chronique de l'apoptose des cellules germinales testiculaires. Cette apoptose mettrait en jeu, par un mécanisme post-transcriptionnel, la diminution à long terme de l'expression de protéines clés de la machinerie épigénétique de méthylation de l'ADN, les ADN méthyltransférases (DNMT 3A, 3B et 1), et du facteur antiapoptotique, MCL-1. D'un point de vue fonctionnel, la chute d'expression des DNMTs se traduit notamment par l'augmentation d'expression des éléments transposables LINE-1 et du gène Ibtk normalement contrôlés par méthylation de l'ADN. En amont, la chute d'expression des DNMTs et de MCL-1 serait dépendante de l'augmentation d'expression d'autres effecteurs épigénétiques, les microRNAs de la famille miR-29. Dans le cas de l'exposition in utero au flutamide, notre travail indique que l'apoptose chronique des cellules germinales serait liée à la diminution à long terme de l'expression des inhibiteurs d'apoptose cIAP1 et cIAP2, et une augmentation d'expression de leur inhibiteur SMAC/DIABLO. En revanche, l'absence de mort des cellules somatiques testiculaires (Sertoli et Leydig) dans ce modèle serait due à l'augmentation d'expression spécifiquement dans ces cellules des inhibiteurs d'apoptose XIAP et SURVIVIN. Par ailleurs, le phénotype d'apoptose observé à l'âge adulte impliquerait également une altération précoce de l'expression des DNMTs. En conclusion, nous apportons une réponse mécanistique au phénotype de programmation foetale/néonatale d'apoptose des cellules germinales testiculaires adultes. En effet, l'augmentation des miR-29s provoquerait : (1) une chute d'expression des DNMTs altérant ainsi le profil de méthylation des gènes, et (2) une chute d'expression de facteurs protégeant les cellules germinales contre l'apoptose comme le facteur MCL-1.

Le thème général qui m'intéresse et qui unifie les différentes branches de mes recherches passées et présentes est celui du développement cérébral et cognitif. Au sein de ce thème je m'intéresse plus particulièrement à l'acquisition du langage, avec une approche résolument pluridisciplinaire. Les questions qui se situent au cœur de ma recherche sont: Quels sont les mécanismes<br />cognitifs qui permettent l'acquisition du langage par l'enfant? Comment ces mécanismes se développent-ils dans le cerveau du nourrisson? Comment le génome humain peut-il construire un cerveau qui a le potentiel de développer de tels mécanismes? J'utilise plusieurs approches convergentes pour tenter de répondre<br />à ces questions. L'une consiste à étudier les capacités<br />perceptives précoces qui constituent le socle des premières acquisitions linguistiques du nourrisson, leurs bases cérébrales, et leurs origines évolutives. Une autre approche est celle de la pathologie. Ma recherche d'un modèle neuropsychologique de l'acquisition du langage m'a naturellement con\-duit à l'étude de la dyslexie développementale, qui est aujourd'hui mon principal<br />sujet de recherche. Après avoir mené des études expérimentales systématiques des différentes théories de la dyslexie, mes travaux se poursuivent dans deux directions. L'une consiste à explorer en grand détail le déficit phonologique à la base de la plupart des cas de dyslexie, en utilisant les méthodes de la psycholinguistique, dans le but de comprendre dans quelle mesure les mécanismes d'acquisition du langage se développent de manière déviante chez l'enfant dyslexique. L'autre se tourne résolument vers la biologie dans le but de comprendre les origines cérébrales<br />et génétiques du déficit phonologique. En me basant sur les données neurobiologiques disponibles, j'ai proposé un modèle permettant de comprendre l'étiologie et la diversité des symptômes cognitifs associés à la dyslexie et plus généralement à d'autres troubles neuro-développementaux. L'un de mes objectifs est de<br />tester ce modèle par des études d'imagerie cérébrale et de génétique des troubles de l'acquisition du langage (dyslexie et dysphasie). Au-delà de cette approche par la pathologie, la perspective à long terme est d'éclairer les processus biologiques impliqués dans le développement des systèmes neuronaux qui contribuent à certains mécanismes d'acquisition du langage.

Selon plusieurs études, il y aurait une certaine association des comportements déviants à travers le temps et à travers les générations. Peu importe l’angle d’analyse, le fait que la délinquance soit liée d’une génération à une autre semble confirmé par plusieurs recherches empiriques. Cela étant dit, cette étude met à l’épreuve le modèle suggérant un lien intergénérationnel entre les comportements délinquants des adolescents et de leurs parents. En utilisant des données longitudinales recueillies auprès de 1037 garçons provenant de quartiers défavorisés d’une grande ville canadienne, nous examinons les comportements violents et les comportements de vol de ces adolescents alors qu’ils étaient âgés entre 11 et 17 ans tout en examinant l’effet du passé criminel de la mère et du père. Par la suite, diverses variables médiatrices familiales telles que la supervision inadéquate des parents, la punition erratique des parents et l’attachement à la famille sont ajoutées aux modèles pour évaluer leur part explicative dans cette association statistique. En réalisant deux modèles multiniveaux paramétriques, soit un pour chaque type de délinquance, les résultats de l’analyse permettent de constater d’une part, qu’un lien est observé entre les comportements violents des garçons et la présence d’un dossier criminel chez la mère et d’autre part, que la criminalité du père n’est pas associée aux comportements délinquants des garçons. Également, bien que la supervision parentale explique légèrement ce lien, les facteurs familiaux inclus dans l’analyse ne parviennent pas à expliquer en totalité cette relation entre la criminalité de la mère et les comportements délinquants de leurs garçons. Enfin, bien que la puissance statistique des données limite partiellement les conclusions générales, nous discutons des implications théoriques de ces résultats. / Various studies have shown substantial stability in deviant behaviour over time and across generations. Irrespective of the type of analysis, the fact that adolescence deviance is linked to their parent criminal behaviour seems to have reached a certain consensus among researchers. The aim of this study was to test the theory of intergenerational continuity in delinquency. Using longitudinal data collected from 1,037 male youths in disadvantaged neighbourhoods in a large Canadian city, we examined self-reported violent behaviours and perpetration of theft among these adolescents when they were 11 to 17 years of age, in light of the criminal record of their mother and father. Child and parental characteristics were then added to the model to explore intergenerational influences. The results of conducting two parametric analyses, one for each type of delinquent behaviour, showed that violent behaviours occurred when the mother had a criminal record, yet the father’s criminal record had no influence on violent behaviours. Child and parental factors were unable to totally explain these results. Despite some statistical limitations related to the sparseness of the parent criminal data, the findings are discussed and theoretical advances are presented.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal