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Soutenance de thèse : Marwen Belkaid

Titre de la thèse

Interactions entre processus émotionnels et cognitifs : une étude en robotique mobile et sociale neuromimétique.

Interactions between emotional and cognitive processes: a study in neuromimetic mobile and social robotics.

Date et lieu de soutenance

Mardi 6 décembre 2016, 14h.

Université de Cergy-Pontoise, site de St-Martin 2, amphi E1.

Résumé

L'objectif de ma thèse est d'étudier les interactions entre processus cognitifs et émotionnels à travers le prisme de la robotique neurmimétique.

Les modèles proposés sont implémentés sur des réseaux de neurones artificiels et encorporés dans des plateformes robotiques situées dans leurs environnements. Cette approche permet l'observation de propriétés émergentes à partir des interactions entre des processus internes mais aussi des interactions physiques et sociales avec le monde extérieur. D'une manière générale, l'intérêt est double : 1) s'inspirer des solutions biologiques pour concevoir des systèmes qui interagissent mieux avec leurs environnements physiques et sociaux, et 2) mettre en place des modèles computationels comme moyen de comprendre la cognition et les émotions biologiques.

La première partie du manuscrit aborde la navigation comme cadre permettant d'étudier la cognition biologique et artificielle. Dans le Chapitre 1, je commence par donner un aperçu de la littérature en navigation bio-inspirée. Ensuite, deux problématiques sont traitées. Dans le Chapitre 2, la reconnaissance visuelle de lieux en environnement extérieur est abordée. Dans ce cadre, je propose un modèle basé sur les notions de contextes visuels et de précédence globale qui combine des informations locales et holistiques. Puis, dans le Chapitre 3, je considère l'apprentissage interactif de tâches de navigation à travers une communication homme-robot non-verbale basée sur des signaux visuomoteurs de bas niveau.

La deuxième partie du manuscrit s'attaque au coeur du sujet de cette thèse, à savoir les interactions entre émotion et cognition. Le Chapitre 4 introduit la recherche sur les émotions comme une entreprise inter-disciplinaire, incluant des théories en psychologie, des découvertes en neurosciences et des modèles computationnels. Dans le Chapitre 5, je propose un modèle conceptuel des interactions emotion-cognition donc différentes instantiations sont ensuite présentées. Plus précisément, dans le Chapitre 6, je modélise la perception de l'espace péripersonnel quand elle est modulée par des signaux sensoriels et physiologiques ayant une valence émotionnelle. Enfin, dans le Chapitre 7, j'introduis le concept de métacontrôle émotionnel comme un exemple d'interaction émotion-cognition. Cela consiste à utiliser des signaux émotionnels élicités par une auto-évaluation pour moduler des processus computationnels tels que l'attention ou la sélection de l'action - dans le but de réguler le comportement.

Une idée centrale dans cette thèse est que, dans les systèmes autonomes, émotion et cognition ne peuvent pas être séparées. Ainsi, les émotions artificielles doivent être intégrées dans une architecture globale via des influences bi-directionnelles avec des processus perceptifs, attentionnels, comportementaux et régulatoires. Ce travail tente de mettre en avant la manière dont cette approche des aspects internes des processus émotionnels peut favoriser une interaction efficace avec l'environnement physique et social du système.

Mots-clefs

émotion,robotique mobile,robotique sociale,neurorobotique

Abstract

The purpose of my thesis is to study interactions between cognitive and emotional processes through the prism of neuromimetic robotics.

The proposed models are implemented on artificial neural networks and embodied in robotic platforms that are situated in their environments. This approach allows the observation of emergent properties from interactions between internal processes as well as from physical and social interactions with the world. In general, the interest is twofold: 1) taking inspiration from biological solutions to design systems that better interact with their physical and social environments, and 2) providing computational models as a means to better understand biological cognition and emotion.

The first part of the dissertation addresses spatial navigation as a framework to study biological and artificial cognition. In Chapter 1, I present a brief overview of the literature on biologically inspired navigation. Then, two issues are more specifically tackled. In Chapter 2, visual place recognition is addressed in the case of outdoor navigation. In that matter, I propose a model based on the notions of visual context and global precedence combining local and holistic visual information. Then, in Chapter 3, I consider the interactive learning of navigation tasks through non-verbal human-robot communication based on low-level visuomotor signals.

The second part of the dissertation tackles the core subject of my thesis: emotion-cognition interactions. In Chapter 4, I give an overview of the research on emotion as a cross-disciplinary research, including psychological theories, neuroscientific findings and computational models. In Chapter 5, I propose a conceptual model of emotion-cognition interactions. Then, various instantiations of this model are presented. In Chapter 6, I model the perception of the peripersonal space}when modulated by emotionally valenced sensory and physiological signals. Last, in Chapter 7, I introduce the concept of Emotional Metacontrol as an example of emotion-cognition interaction. It consists in using emotional signals elicited by self-assessment to modulate computational processes - such as attention and action selection - for the purpose of behavior regulation.

In this thesis, a central idea is that, in autonomous systems, emotion and cognition cannot be separated. Thus, artificial emotion have to be integrated in the whole architecture through bi-directional influences with perceptual, attentional, behavioral and regulatory processes. This work attempts to highlight how this approach to internal emotional processes could foster efficient interaction with the physical and social environment.

Keywords

emotion,mobile robotics,social robotics,neurorobotics

Composition du jury

  • Philippe GAUSSIER, Professeur des universités, Université de Cergy-Pontoise, Directeur de thèse
  • Nicolas CUPERLIER, Maître de conférences, Université de Cergy-Pontoise, Examinateur
  • Frédéric ALEXANDRE, Directeur de recherche, Inria Bordeaux - Institut des Maladies Neurodegeneratives, Rapporteur
  • Jeffrey L. KRICHMAR, Professeur, University of California, Rapporteur
  • Lola CANAMERO, Professeur, University of Hertfordshire, Examinateur
  • Yann COELLO, Professeur des universités, Université de Lille, Examinateur

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