[thèse] Vers une approche événementielle de l’émergence de la cognition

Vers une approche événementielle de l’émergence de la cognition

Encadrement

équipe BISCUIT, Loria
Encadrement : Hervé Frezza-Buet (HDR), Alain Dutech (HDR)
Herve.Frezza-Buet@centralesupelec.fr & Alain.Dutech@loria.fr
dernière modification le 6 mai 2019

Contexte

L’équipe BISCUIT [1] , est une équipe du laboratoire Loria [2] qui rassemble des chercheurs intéres-
sés par l’informatique non conventionnelle. Cette équipe souhaite étudier de nouveaux paradigmes
computationnels où les calculs sont adaptatifs, distribués et décentralisés, réalisés par une foule
d’unités de calcul simples qui communiquent principalement avec leurs proches voisins. Ces pro-
priétés sont compatibles avec la mise en œuvre de principes d’auto-organisation non-supervisés,
mais guidés, pour s’attaquer à des problèmes difficiles comme le calcul cognitif situé, la robotique
autonome, l’allocation adaptative de ressources de calcul, etc.

Le cerveau est une preuve de l’efficacité et des capacités d’adaptation que l’on peut atteindre en
s’appuyant sur ce genre de principes. Sa structure, relativement homogène mais déjà partiellement
spécifiée dans le code génétique, va se développer, s’organiser, se spécialiser et se modulariser grâce
aux interactions entre l’homme, ou plus généralement l’animal, et son monde. Cette théorie de
l’émergence de la cognition (McClelland, 2010) est séduisante, mais ses phénomènes sous-jacents
sont encore mal compris.

C’est dans cette optique que nous voulons explorer ce qui nous semble être une composante
essentielle, et très rarement abordée, de l’émergence de la cognition. Les agents artificiels que
nous considérons évoluent dans des espaces sensorimoteurs continus, aussi bien au niveau temporel
que spatial. À l’inverse, les processus cognitifs les plus élémentaires s’appuient des moments où
sont prises des décisions. Dans le décours continu du temps, ces moments sont des points où une
reconnaissance émerge des signaux perçus, où une action est déclenchée. L’agent, selon ce principe,
est cognitif dans la mesure où il interagit avec son environnement par scansion, en construisant
les événements nécessaires à son couplage avec le monde extérieur. Palper du regard une scène,
pour reprendre l’expression de Merleau-Ponty, y détecter un objet particulier, décider de le saisir,
le saisir, sont autant de production d’événements où perception et action se confondent. Se pose
alors la question de savoir comment se crée ce concept d’événement, comment le monde passe d’un
continuum en perpétuelle évolution à une suite d’événements discrets. Comment se construit un
rapport cognitif au monde ?

L’équipe BISCUIT s’attache à « faire réellement quelque chose avec des populations de calcul
spatialisées et Décentralisées (SDP) [3] », plutôt que de modéliser avec précision les structures du
cerveau. Le sujet de thèse de doctorat proposé est un pas de plus dans cette direction.

[1] Bio-Inspired Situated Cellular and Unconventional Information Technology, http://biscuit.loria.fr/
[2] www.loria.fr
[3] Spatialized and Decentralized Population

Objectifs

L’objectif principal de cette thèse est de proposer des mécanismes opérants pour répondre à
cette problématique difficile de la « scansion » du monde, et tout particulièrement du point de
vue temporel, en des événements significatifs pour un agent artificiel autonome. Ces propositions
devront être en accord avec les hypothèses de travail de l’équipe BISCUIT, à savoir le recours à une
informatique non-conventionelle car décentralisée, distribuée, aux communications locales (SDP).

Un premier temps sera dévolu à l’appropriation des modèles développés dans l’équipe, où
champs neuronaux continus (DNF : dynamical neural fields) , cartes auto-organisatrices (SOM : self organizing maps), apprentissage par renforcement (RL : reinforcement learning) se mélangent tout en s’assurant la compatibilité avec les capacités des processeurs “neuromorphiques”
actuels. Cette période sera aussi l’occasion de se familiariser avec une littérature qui s’inspirera de
domaines comme les sciences cognitives, la robotique développementale, voire même la psychologie
du développement de l’enfant. Des notions comme l’habituation, la potentialisation (sensitization) , la curiosité
intrinsèque, la détection de nouveauté seront autant de sources d’inspiration (quelques exemples de
lectures (Banquet et al., 1997; Blank et al., 2005; Westermann et al., 2007; Novianto et al., 2013)).

Dans un deuxième temps, il faudra implémenter, tester et explorer les solutions proposées
au cours de la thèse. Cette validation sera largement expérimentale car les mécanismes d’auto-
organisation chers à l’équipe se prètent rarement à des études analytiques. Cela pourra se faire
via des environements virtuels et, profitant des matériels et logiciels dont nous disposons, sur de
véritables plateformes robotiques.

Conditions de travail et compétences souhaitées

Le doctorant sera accueilli au Loria, laboratoire bi-localisé à Nancy et Metz (Sur le campus messin de CentralSupélec.) . Il ou elle travaillera sur les deux sites, à sa convenance, sous la supervision de Hervé Frezza-Buet et Alain
Dutech. Une collaboration scientifique avec les autres membres de l’équipe est attendue, ainsi que
des discussions scientifiques plus générales et des collaborations avec d’autres membres du labora-
toire. La durée prévue du doctorat est de trois ans.
Des références à la biologie, la psychologie, la philosophie, etc. s’imposant naturellement à ce
type de sujet, un goût pour l’innovation et les approches pluridisciplinaires est attendu. De bonnes
compétences en programmation sont également requises. L’équipe fournira un ensemble d’outils de
programmation, de plates-formes robotiques et tout le soutien humain nécessaire pour les aspects
techniques, ce qui permettra au doctorant ou à la doctorante de se concentrer sur les questions
scientifiques. Être à l’aise avec le C++ serait un plus, la production du code se fera sous linux.

Références

  • Banquet, J. P., Gaussier, P., Dreher, J. C., Joulain, C., Revel, A., and Günther, W. (1997). Chapter
    4 space-time, order, and hierarchy in fronto-hippocampal system : A neural basis of personality.
    In Matthews, G., editor, Cognitive Science Perspectives on Personality and Emotion, volume
    124 of Advances in Psychology, pages 123 – 189. North-Holland.
  • Blank, D., Kumar, D., Meeden, L., and Marshall, J. (2005). Bringing up robot : Fundamental me-
    chanisms for creating a self-motivated, self-organizing architecture. Cybernetics and Systems,
    36(2) :125–150.
  • McClelland, J. L. (2010). Emergence in cognitive science. Topics in Cognitive Science, 2(4) :751–770.
  • Novianto, R., Johnston, B., and Williams, M.-A. (2013). Habituation and sensitisation learning in asmo cognitive architecture. In Herrmann, G., Pearson, M. J., Lenz, A., Bremner, P., Spiers,A., and Leonards, U., editors, Social Robotics, pages 249–259, Cham. Springer International Publishing.
  • Westermann, G., Mareschal, D., Johnson, M. H., Sirois, S., Spratling, M. W., and Thomas, M. S. (2007). Neuroconstructivism. Developmental science, 10(1) :75–83.

Comment candidater

Date limite : 20 mai 2019 (minuit heure de Paris)
Candidatures à envoyer dès que possible.

Envoyez un dossier comprenant les pièces suivantes aux deux encadrants

  1. votre CV ;
  2. une lettre de motivation décrivant votre intérêt pour ce sujet ;
  3. une description courte (1 page max) de votre thèse de master (ou équivalent) ou du travail en court s’il n’est pas terminé ;
  4. vos certificats de diplômes et relevés de notes pour licence et master (ou les 5 dernières années) ;
  5. votre mémoire de master (ou équivalent) s’il est déjà fini et vos éventuelles publications (il n’est pas attendu que vous en ayez) ; si possible, merci de ne fournir que des liens web vers ces documents.

En plus, une lettre de recommandation de la personne qui encadre (ou a encadré) votre stage de master (ou projet de recherche) devrait être envoyée par son auteur aux deux encadrants.

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