Le pronostic industriel est aujourd'hui reconnu comme un processus clef pour renforcer la sûreté de fonctionnement des matériels tout en réduisant les coûts de maintenance. Cependant, il est dicile de construire un outil de pronostic ecace, prenant en compte l'incertitude inhérente aux processus de défaillance mal appréhendés. L'objet de cette thèse est de proposer un système de pronostic qui, partant des données capteurs, permette de générer les indicateurs utiles à l'optimisation des stratégies de maintenance. Le travail vise en outre à pallier certains problèmes inhérents au manque de connaissance sur les phénomènes de dégradation (quantité de données, expertise dans la construction d'un modèle). Les développements sont fondés sur l'utilisation du système neuro-ou évolutif exTS comme outil permettant de prédire la dégradation d'un bien. Une procédure de sélection automatique des entrées du système prédictif est proposée. L'approche est basée sur le principe de parcimonie. Elle permet de déterminer la structure du réseau neuro-ou en regard d'exigences de performance de prédiction. Une méthode d'estimation a priori de la distribution des erreurs de prédiction du système neuro-ou, ainsi que de propagation de cette erreur pour tout horizon est ensuite proposée et illustrée. Cette contribution permet d'intégrer la conance au processus de pronostic. Enn, les mécanismes d'évaluation de la abilité d'un bien sont adaptés au cas prédictif an de générer les métriques de pronostic permettant d'optimiser les stratégies de maintenance, notamment le temps résiduel avant défaillance (Remaining Useful Life - RUL).

L'activité de "pronostic de défaillances" est aujourd'hui considérée comme un processus clef dans les stratégies de maintenance industrielle. Cependant, dans la pratique, les outils de pronostic sont encore rares. Les approches aujourd'hui stabilisées reposent sur un historique des incidents assez conséquent pour être représentatif des événements potentiellement prévisibles. L'objet de cette thèse est de proposer un "outil" permettant de prédire la dégradation d'un équipement sans connaissance a priori sur son comportement, et de générer les indicateurs de pronostic permettant d'optimiser les stratégies de maintenance. Dans cet objectif, notre contribution se décline en trois aspects complémentaires.<br>- Un premier volet de travail traite de la formalisation du processus de pronostic. Le concept de pronostic est défini et positionné par rapport aux stratégies de maintenance. Différents mesures typées pronostic sont proposées et les outils utilisables dans ce contexte sont étudiés (nature, applicabilité, guide de choix).<br>- Le coeur du travail porte ensuite sur la spécification d'un système neuro-flou permettant de reproduire l'évolution des propriétés d'un équipement, et de prédire un état de dégradation au cours du temps. Plus précisément les développements visent la proposition d'une architecture neuro-floue permettant de satisfaire un objectif de contrôle de l'erreur de prédiction, quel que soit l'horizon de prédiction.<br>- Nous développons finalement une approche floue/possibiliste d'adaptation des processus classiques d'évaluation prévisionnelle des grandeurs de sûreté de fonctionnement au cas prédictif (fiabilité, MTTF). Ces indicateurs doivent permettre in fine d'optimiser les stratégies de maintenance en tenant compte de l'incertitude inhérente à l'étape de prédiction des dégradations.

Les modèles du contrôle exécutif et du cortex préfrontal accordent une place grandissante au signal de récompense dans la prise de décision. La dopamine pourrait jouer un rôle clé en signalant l'écart entre la récompense reçue et celle qui était prédite (erreur de prédiction de la récompense).<br />Nous avons combiné les méthodes de psychophysique, d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), et de tomographie par émission de positons (TEP) avec un antagoniste des récepteurs dopaminergiques D2/D3 (11C-raclopride) afin d'étudier chez l'homme les mécanismes de l'apprentissage d'une séquence motrice guidé par la récompense. L'IRMf nous a permis d'analyser en détail la dynamique de cet effort mental, impliquant un réseau préfrontal, pariétal et striatal distribué qui s'activait rapidement durant les périodes de recherche de séquences par essais et erreurs et s'effondrait durant les périodes suivantes de répétition routinière. Cet effondrement pouvait être conduit par un processus de déduction élémentaire préalable à la réception de la récompense (autoévaluation).<br />De plus, certaines sous-régions de ce réseau étaient particulièrement engagées dans le traitement de paramètres statistiques de la récompense (l'erreur de prédiction et la quantité d'information).<br />Parallèlement, nous avons développé une méthode récente d'évaluation dynamique de la libération de dopamine in vivo en TEP, et avons montré que la libération de dopamine augmentait bilatéralement au sein du striatum ventral et du noyau caudé durant la tâche de recherche. Afin de valider ces observations et d'évaluer la sensibilité de cette méthode, nous avons mis en oeuvre un paradigme TEP standard (mesure du « binding potential » du raclopride). Celui-ci nous a en outre permis de mesurer une corrélation entre la libération de dopamine dans le striatum ventral droit et les valeurs comportementales des sujets. Ces résultats sont en accord avec l'hypothèse d'un rôle de la dopamine striatale dans l'apprentissage guidé par la récompense chez l'homme.<br />Pour la première fois à notre connaissance, l'emploi combiné de l'IRMf et du marquage des récepteurs dopaminergiques en TEP nous a ainsi permis de considérer à la fois la dynamique de l'activation cérébrale et la « neurochimie cognitive » dans une situation d'effort mental et d'apprentissage guidés par la récompense.

L’apprentissage associatif est un mécanisme d’une grande complexité, faisant appel à plusieurs processus à la fois. Le processus attentionnel est un des premiers à être mobilisé lors d’une association, il serait même impliqué pour extraire les paramètres temporels associés à un stimulus inconditionnel biologiquement signifiant avant même toute association effective (Balsam, Drew, and Yang, 2002). Certains travaux ont montré l’implication de certaines structures neurobiologiques à travers lesquelles les effets du processus attentionnel pourraient se mettre en place. Pour l’équipe de Holland PC, par exemple, les réponses d’orientation vers un stimulus conditionné (attention top-down)(Lee et al., 2005), impliquent le noyau central de l’amygdale ainsi que les projections dopaminergiques nigro-striées tandis qu’une présentation d’un nouveau stimulus de façon imprévue lors d’une association (attention bottom-up) mobilisera plutôt la substancia inominata qui serait modulé par le noyau central de l’amygdale (CeA) et le cortex pariétal (Holland and Gallagher, 2006). Parallèlement, le processus attentionnel dans une discrimination temporelle, dans lequel l’apprentissage associatif nécessite, outre des stimuli sensoriels discrets, des performances liées au jugement des durées. Dans ce dernier cas, le mécanisme du processus attentionnel mobilise d’autres modèles conceptuels qui gravitent principalement autour du modèle d’horloge interne et en particulier le modèle du striatal beat frequency pour l’explication neurobiologique (Matell and Meck, 2004).Dans le présent travail, nous avions pour ambition de comprendre le rôle de la voie Amygdalo-nigro-striée (ANS) dans la mise en place du processus attentionnel dans un apprentissage associatif orienté vers un stimulus sensoriel discret comme temporel chez le rat. Nous voulions également examiner le rôle de cette voie dans l’évolution du processus attentionnel après surentraînement ou automatisation. Pour la réalisation de cet objectif, nous avons comparé les effets des lésions croisées du CeA dans un hémisphère et la voie nigro-striée dans l’autre hémisphère (disconnection de la voie amygdalo-nigro-striée ; groupe Contra), avec des lésions du CeA et de la voie nigro-striée dans le même hémisphère (groupe Ipsi). Un troisième groupe a fait l’objet d’une lésion bilatérale du CeA seulement (groupe Amy) et un quatrième groupe n’est pas lésé. A travers nos trois groupes expérimentaux (Contra, Ipsi et Amy) et notre groupe contrôle (Sham), nous avons montré l’implication du CeA dans la modulation du processus attentionnel au moment d’un changement dans la situation expérimentale (surprise), aussi bien en présence d’un stimulus sensoriel discret appétitif que d’un stimulus temporel dans un contexte aversif. Nous avons également montré que la voie ANS est impliquée dans la mise en place de l’automatisation et que probablement il y a un effet différenciel entre la partie postérieure et antérieure du CeA. Nos travaux ont mis également en évidence l’implication de la voie nigro-striée dans la discrimination temporelle et de la voie ANS dans le traitement attentionnel dans des tâches de perception temporelle. Ce traitement est différent selon si le jugement concerne des durées courtes ou durées longues. / Associative learning is a highly complex mechanism, involving several processes at the same time. The attentional process is one of the first to be mobilized during an association; it would also be involved to extract the temporal parameters associated with an unconditional biologically meaningful stimulus even before any effective association (Balsam, Drew, and Yang 2002). Some studies have shown the involvement of certain neurobiological structures, which may underlie attentional processes. For the Holland PC team, for example, orientation responses to a conditioned stimulus (top-down attention) (Lee et al., 2005) involve the central nucleus and nigro-striatal dopaminergic projections, whereas presentation of a new stimulus during an association (bottom-up attention) would rather imply the substancia inominata which would be modulated by the central nucleus of amygdala (CeA) and the parietal cortex (Holland and Gallagher 2006). At the same time, in temporal discrimination in which associative learning requires, besides discrete sensory stimuli, performances related to the judgment of durations, the mechanism of the attentional process mobilizes other conceptual models that gravitate mainly around the internal clock model and, in particular, the striatal beat frequency model which propose also neurobiological explanations (Matell & Meck, 2004). In this work, we aimed at understanding the role of the Amygdalo-nigro-striatal (ANS) circuit in the development of the attentional process in associative learning oriented towards discrete and temporal sensory stimuli in the rat. We also aimed at examining the role of this circuit in the evolution of the attentional process after over-training permitting the development of habits. In order to achieve this objective, we compared performance of rats with cross-lesion by altering the CeA in one hemisphere and the nigro-striatal circuit in the other hemisphere (Amygdalo-nigro-striatal disconnection; Contra group) to rats with lesions in the same hemisphere (CeA and nigro-striatal circuit: group Ipsi). A third group was submitted to bilateral lesions of the CeA (Amy group). A control group had pseudo lesions (groupe Sham).Through our three experimental groups (Contra, Ipsi and Amy) and the control group (Sham), we have shown the involvement of the CeA in the modulation of the attentional process when a novelty was introduced in the experimental situation (surprise) both in the presence of an appetitive discrete sensory stimulus and of a temporal stimulus in an aversive context. We have also shown that the ANS circuit is involved in habit formation and that there is probably a differential effect between the posterior and anterior part of the CeA. Our work also highlighted the implication of the nigro-striatal circuit in temporal discrimination and of the ANS circuit in the attentional treatment in temporal perception tasks, this effect being different depending on whether the discrimination concerns short or long durations.

Cette thèse repose sur l’idée que les individus prennent des décisions en assignant des valeurs aux conséquences appétitives (récompenses) et aversives (punitions) associées aux différentes options proposées, puis comparent ces valeurs pour sélectionner l’une d’elles. Dans la plupart des cas, ces valeurs sont apprises par essais et erreurs. En neuroscience et neuro-économie, il a été proposé que le cerveau représente ces valeurs de manière abstraite dans une échelle de valeur commune indépendante de la nature des conséquences attendues. Cette hypothèse est soutenue par un grand nombre d’études qui se sont intéressées à l’évaluation et à l’apprentissage des récompenses. Ces études mettent en évidence une implication du mésencéphale, du striatum et du cortex préfrontal dans le traitement de récompense primaires, monétaires, morales ou sociales. Beaucoup moins de travaux se sont intéressés au traitement des punitions. L’objectif de cette thèse est donc de comparer les corrélats cérébraux des processus d’évaluation des stimuli appétitifs et aversifs. Dans un premier temps nous avons utilisé un paradigme d’apprentissage par conditionnement pavlovien pour comparer les régions cérébrales impliquées dans la représentation de l’erreur de prédiction au cours de l’apprentissage avec des récompenses et des punitions gustatives, visuelles et monétaires. Ensuite nous nous sommes intéressés aux régions cérébrales impliquées dans traitement de récompenses et punitions plus abstraites tel que l’approbation sociale ou les considérations morales, dans un contexte de prise de décision pro-sociale. Ces études nous ont permis de démontrer que l’erreur de prédiction et l’évaluation liées à des stimuli appétitifs et aversifs étaient, en partie, sous-tendus par des réseaux cérébraux communs. / There is a growing consensus in behavioral neuroscience and neuroeconomic that individuals make decisions by assigning values to different options and comparing them to make a choice. Most often, these values are acquired on the basis of trial and error learning. A long-held view is that the brain assigns values to the different goods using an abstract signal that is encoded in a common currency. Multiple studies have found evidence for such value signals in midbrain, striatum and prefrontal cortex during learning or decision making involving primary or secondary rewards. An important open question is whether aversive outcomes expectation and learning engage the same or different valuation networks. The goal of this thesis is thus to compare the brain network involved in appetitive and aversive stimuli valuation. First we used a pavlovian conditioning paradigm to compare the cerebral correlates of prediction error during learning with gustative, visual and monetary rewards and punishments. Second, we investigated the brain regions involved in moral and social rewards and punishments in prosocial decision making. Overall, we found that prediction error and valuation related to appetitive and aversive stimuli are processed in part by common brain networks.

La perception de notre environnement repose sur les informations sensorielles reçues, mais aussi sur nos a priori. Dans le cadre Bayésien, ces a priori capturent les régularités de notre environnement et sont essentiels pour inférer les causes de nos sensations. Récemment, les théories du cerveau Bayésien ont été appliquées à l'autisme pour tenter d'en expliquer les symptômes. Les troubles du spectre de l'autisme (TSA) sont caractérisés par des difficultés de compréhension des interactions sociales, par des comportements restreints et répétitifs, et par une perception sensorielle atypique.Cette thèse vise à caractériser l'inférence et l'apprentissage perceptifs dans les TSA, en étudiant la sensorialité et la construction d'a priori. Nous avons utilisé des tests comportementaux, des modèles computationnels, des questionnaires, de l'imagerie fonctionnelle et de la spectroscopie par résonnance magnétique chez des adultes avec ou sans TSA. La définition des profils sensoriels de personnes avec des hauts quotients autistiques a été affinée grâce à un questionnaire dont nous avons validé la traduction française. En explorant les stratégies d'apprentissage perceptif, nous avons ensuite montré que les personnes avec TSA étaient moins enclines à spontanément utiliser une mode d'apprentissage permettant de généraliser. L'étude de la construction implicite des a priori a montré que les personnes avec TSA étaient capables d'apprendre un a priori, mais l'ajustaient difficilement suite à un changement de contexte. Enfin, l'étude des corrélats neurophysiologiques de l'inférence perceptive a révélé un réseau cérébral et une neuromodulation différents dans les TSA.L'ensemble de ces résultats met en lumière une perception atypique dans les TSA, marquée par un apprentissage et une pondération anormale des a priori. Une approche Bayésienne des TSA pourrait améliorer leur caractérisation, diagnostics et prises en charge / How we perceive our environment relies both on sensory information and on our priors or expectations. Within the Baysian framework, these priors capture the underlying statistical regularities of our environment and allow inferring sensation causes. Recently, Bayesian brain theories suggested that autistic symptoms could arise from an atypical weighting of sensory information and priors. Autism spectrum disorders (ASD) is characterized defined by difficulties in social interactions, by restricted and repetitive patterns of behaviors, and by an atypical sensory perception.This thesis aims at characterizing perceptual inference and learning in ASD, and studies sensory sensitivity and prior learning. This was investigated using behavioral tasks, computational models, questionnaires, functional magnetic resonance imaging and magnetic resonance spectroscopy in adults with or without ASD. Sensory profiles in people with high autism spectrum quotients were first refined, using a questionnaire that we validated in French. The study of perceptual learning strategies then revealed that subjects with ASD were less inclined to spontaneously use a learning style enabling generalization. The implicit learning of priors was explored and showed that subjects with ASD were able to build up a prior but had difficulties adjusting it in changing contexts. Finally, the investigation of the neurophysiological correlates and molecular underpinnings of a similar task showed that perceptual decisions biased by priors relied on a distinct neural network in ASD, and was not related to the same modulation by the glutamate/GABA ratio.The overall results shed light on an atypical learning and weighting of priors in ASD, resulting in an abnormal perceptual inference. A Bayesian approach could help characterizing ASD and could contribute to ASD diagnosis and care

Les actions motrices humaines peuvent être envisagées comme étant soit volontaires, c'est-à-dire intérieurement déclenchées afin d’atteindre un certain but, soit réactives, c'est-à-dire extérieurement déclenchées par des stimuli environnementaux. Cette dissociation a notamment été proposée au sein de la théorie idéomotrice suggérant que la réalisation d'actions volontaires repose sur notre capacité à prédire les conséquences sensorielles de nos actions, grâce aux associations action-effet qui sont acquises avec l'expérience. Selon les modèles computationnels tels que le principe de minimisation de l’énergie libre, la prédiction sensorielle est également considérée comme un processus majeur de la perception et du contrôle moteur, indépendamment du type d’action. Dès lors, les études visant à explorer la prédiction sensorielle liée au contrôle moteur ont systématiquement minimisé la distinction potentielle entre deux types d'actions plus ou moins indépendantes. Dans la présente thèse, nous nous sommes principalement attelés à tester la théorie idéomotrice originale qui suggère une implication supérieure de la prédiction sensorielle dans les actions intentionnelles par rapport à des actions plus réactives. Nous avons réalisé ce travail selon trois axes : (1) À travers des expériences comportementales, nous avons cherché à préciser à quel(s) stade(s) moteur(s) la prédiction de l'effet de l'action pouvait être associée, dans les actions intentionnelles d’une part et dans les actions davantage réactives d’autre part, afin de pouvoir dissocier la dynamique temporelle de la prédiction sensorielle au sein de ces deux catégories d'actions. (2) En tirant parti des postulats dérivés des approches computationnelles, nous avons utilisé l'EEG pour explorer d'abord le niveau d'erreur de prédiction liée aux effets sensoriels imprévisibles ou mal-prédits afin de dissocier ces deux types d'événements non prédits au niveau neural. Par la suite, nous avons étudié si les marqueurs EEG de la prédiction sensorielle (c'est-à-dire l'erreur de prédiction et l'atténuation sensorielle) étaient modulés par le type d'action déclenchant l'effet sensoriel. (3) Enfin, nous avons examiné si des variations dans le processus de prédiction des effets de l'action pouvaient être associés à certains déficits moteurs dans la maladie de Parkinson et à des tendances impulsives mesurées chez des participants sains, pour éventuellement conférer une dimension clinique au processus de prédiction sensorielle. Nos résultats ont démontré (1) que la dynamique temporelle de la prédiction des effets de l'action semble effectivement dépendre du type d'action, en étant liée aux étapes précoces et tardives de la préparation motrice des actions intentionnelles, mais seulement aux étapes tardives de la préparation motrice des actions réactives. Nous avons également montré que (2) les événements mal prédits généraient une erreur de prédiction plus importante comparativement à des événements imprévisibles. Par ailleurs, les marqueurs EEG de la prédiction sensorielle étaient plus prononcés pour les effets auditifs déclenchés par des actions intentionnelles par rapport aux effets auditifs déclenchés par des actions réactives. Enfin, nos résultats ont permis de démontrer que (3) le processus de prédiction sensorielle semble être altéré lors de la réalisation d’actions intentionnelles chez des patients atteints de la maladie de Parkinson, et que les marqueurs EEG de la prédiction d’effets auditifs déclenchés par des actions intentionnelles sont modulés par les tendances impulsives d’individus sains. Dans l'ensemble, nos résultats soutiennent l’existence d’une dissociation fonctionnelle entre actions intentionnelle et réactive, et sont également cohérents avec la version originale de la théorie idéomotrice étant donné que la prédiction sensorielle semble être impliquée plus tôt et plus fortement dans les actions intentionnelles que dans les actions réactives. (…) / Motor actions can be classified as being either intention-based, i.e. internally triggered in order to reach a certain goal, or either stimulus-driven, i.e. externally triggered in order to accommodate to environmental events. This elementary dissociation was notably theorized within the original ideomotor theory stating that performing intention-based actions relies on our capacity to predict the sensory consequences of our actions, due to action-effect associations learnt through experience. In recent neurocomputational models such as the brain free-energy principle, this sensory prediction is considered as a key process of overall sensorium and motor control, regardless the action type. Henceforth, experiments studying sensory prediction related to motor control have systematically minimized the potential distinction between two more or less independent action types. In the current thesis, we mainly attempted to address this issue by testing the original ideomotor viewpoint, suggesting a superior involvement of action-effect prediction in intention-based actions compared to more reactive actions. We achieved this work according to three axes: (1) Through behavioural experiments, we aimed at clarifying which motor stage(s) action-effect prediction is related to, within intention-based actions and within stimulus-driven actions, in order to potentially dissociate the temporal dynamics of action-effect prediction in these two categories of actions. (2) Taking advantage from assumptions derived from neurocomputational approaches, we used EEG to first explore the level of prediction error related to unpredicted vs. mispredicted auditory events in order to dissociate these two types of nonpredicted events at a neural level. Then, we investigated whether EEG markers of sensory prediction (i.e., prediction error and sensory attenuation) were modulated by the kind of action triggering the sensory effect. (3) Finally, we intended to examine whether action-effect prediction variations could be linked to motor deficits in Parkinson's disease on the one hand, and to impulsivity tendencies in healthy participants on the other hand, for possibly yielding a clinical dimension to the sensory prediction process. Our findings demonstrated (1) the temporal dynamics of action-effect prediction seems to depend on the action kind, being linked to both early and late stages of motor preparation of intention-based actions and only to late stages of motor preparation of stimulus-driven actions. We also showed that (2) mispredicted events were linked to enhanced prediction error compared to unpredicted events, and that EEG markers of sensory prediction were more pronounced for auditory effects triggered by intention-based actions compared to auditory effects triggered by stimulus-driven actions. Then, our results sustained that (3) the action-effect prediction process seems to be impaired for intention-based actions in Parkinson's disease, and that EEG markers of sensory prediction for effects triggered by intention-based actions are modulated by impulsiveness tendencies in healthy participants. Altogether, our findings are consistent with the original version of the ideomotor theory given the action-effect prediction appeared to be earlier and stronger involved in intention-based actions compared to stimulus-driven actions. Our EEG data also modernized the ideomotor principle, reconciling it with neurocomputational approaches of sensory prediction. Finally, the clinical exploration of the action-effect prediction process in pathologies affecting motor control appeared promising to understand intermediate neurocognitive processes which are involved in motor symptoms or characteristics.