Référentiels pour l'intégration multi-sensorielle et sensomotrice: une approche neuro-robotique
Résumé
This thesis is an interdisciplinary approach in Neuroscience and robotics that investigates the frame of references based on multisensory integration in the sensorimotor loop. Theoretical modeling based on experimental studies in neuroscience have been proposed but are not satisfactory. In a first study we have performed electrophysiological recordings in the primary visual cortex of a behaving monkey and showed that extraretinal signals related to the eye position and to the neck position modulate visual activity of cortical neurons. This result parallels previous data shown in the parietal cortex and strongly suggest a distributed cortical mechanism for construction of space representation. The second study aimed to interpret the modulation, due to eye position relative to the head, of the neuronal activity in the dorsal premotor cortex. For this, humanoid robotics formalisms were used, in particular visual servoing. We used this purely mathematical model to train an artificial neural network in order to show similarities between artificial neural activity and biological neuronal activity. From this work, we propose a discussion in terms of both neuroscience and robotics formalisms, where we present a functional assessment from perception to action. Finally, we propose the existence of a multisensory origin that would benefit the multisensory integration in neuroscience as in robotics.
Le sujet de cette thèse aborde le problème de la représentation de l'espace dans la boucle sensorimotrice chez le primate et sur des systèmes robotiques. Chez l'être vivant, l'intégration multisensorielle passe par la problématique des référentiels pour lesquels il existe des modèles théoriques basés sur des données électrophysiologiques. Cependant ces derniers n'expliquent pas tous les résultats issus des travaux en neurosciences. Dans une première partie de l'étude, nous avons enregistré et mis en évidence, chez le singe vigile, l'influence de la direction de la tête par rapport au corps et de son interaction avec celle de l'oeil par rapport à la tête au sein de l'aire visuelle primaire (V1) sous forme de modulation de l'activité neuronale. L'effet de la position de la tête n'avait été, jusqu'à présent, montré que dans le cortex pariétal, aire hautement intégrative. Nos résultats mettent clairement en évidence l'existence d'une intégration distribu ée et d'une construction d'une représentation stable et unifiée en amont du cortex pariétal. Ces intégrations semblent exister également après le cortex pariétal postérieur. Des résultats électrophysiologiques, longtemps ignorés mais confirmés récemment ont montré l'influence de la position des yeux au sein du cortex prémoteur dorsal. Une deuxième étude basée sur le formalisme de l'asservissement visuel en robotique, nous a permis de proposer une interprétation de ces résultats. La mise en oeuvre d'un réseau de neurones artificiels entraîné à partir de ce formalisme montre la similitude de l'influence des effets de la position des yeux observés au niveau cortical et confirme notre interprétation. Sur l'ensemble de tous ces travaux, nous proposons une discussion sous l'angle des deux formalismes neuro-robotique où nous présentons un bilan fonctionnel de la perception à l'action. Finalement, nous proposons l'existence d'une origine multisensorielle qui avantagerait l'intégration multisensorielle en ne urosciences comme en robotique.