COGNITION HUMAINE
Exemples d'Activités de Recherche du groupe INTODUCTION
Les travaux du groupe Cognition Humaine s'appuient sur une démarche théorique
et une méthodologie qui sont celles de la psychologie cognitive expérimentale
et qui donnent leur spécificité aux opérations menées par le groupe au sein
du LIMSI. L'objectif des membres du groupe est de rendre compte des processus
par lesquels les individus traitent l'information extraite de leur environnement
et en construisent des représentations utilisables dans leurs conduites. Les
connaissances acquises sur la construction de représentations mentales à partir
du traitement du langage sont mises au service des travaux interdisciplinaires
menés au LIMSI sur les formes naturelles et artificielles
de l'intelligence et sur la communication homme-machine.
Les recherches menées au sein du groupe Cognition Humaine sont organisées
autour de deux grands thèmes : le rôle de l'image et du langage dans la
cognition spatiale ; la compréhension de textes et l'acquisition de
connaissances. Ces recherches sont menées dans un esprit d'interdisciplinarité
qui oriente les opérations scientifiques du groupe au sein de son environnement
STIC. Le positionnement du groupe en matière de collaboration entre disciplines
est lui-même guidé par la référence à trois niveaux possibles de cette
collaboration : pluridisciplinarité, interdisciplinarité, transdisciplinarité.
La pluridisciplinarité est une approche qui guide des projets sans
présupposé quant à la forme de l'implication des disciplines associées, ni
quant au degré de réciprocité dans le partenariat, ni enfin quant au fait que
cette implication conjointe serve un objectif authentiquement commun aux
différents partenaires. La forme minimale de la pluridisciplinarité est la
prestation de services, le plus souvent en matière d'expertise méthodologique.
Le groupe la pratique de façon occasionnelle au sein du laboratoire. A un
niveau supérieur, l'interdisciplinarité est une forme de coopération
plus intégrée mise en oeuvre en vue de résoudre un problème commun. Des
ressources sont mises en commun par plusieurs disciplines et le résultat
final dépend étroitement de la coopération. Ici, on assiste à la convergence
de disciplines sur un objectif partagé, mais sans que soit mise en question
l'identité de chaque discipline au sein du partenariat. C'est la forme de
coopération privilégiée développée par le groupe Cognition Humaine au sein
de son environnement. A un troisième niveau, la transdisciplinarité
peut caractériser une démarche encore plus intégrée, avec franchissement des
limites des champs disciplinaires et définition d'un champ de recherche
nouveau dans lequel les disciplines partenaires se fondent dans une démarche
conceptuelle et méthodologique unique.
Le groupe Cognition Humaine définit sa démarche en se référant à ces
différents niveaux de collaboration avec les disciplines présentes au
LIMSI. Sa démarche s'est construite, au fil des années, sur quatre types
de projets.
1. Tout d'abord, le groupe est engagé dans une démarche de recherche
fondamentale visant à une connaissance approfondie des processus cognitifs
humains. Dans cette perspective, les chercheurs rassemblés sous le thème 1
se consacrent à la mise en évidence du rôle de l'image et du langage dans
la construction des représentations mentales de l'espace, tandis que les
chercheurs du thème 2 visent à rendre compte des différents niveaux du
traitement cognitif des textes. Ces travaux sont menés selon la démarche
méthodologique propre à la psychologie cognitive. Ils s'inscrivent également
dans des démarches interdisciplinaires avec des équipes de neurobiologie
lorsqu'il s'agit de comprendre le fonctionnement des structures cérébrales
responsables des fonctions cognitives étudiées.
2. Parmi les processus cognitifs qu'il étudie, le groupe privilégie ceux qui
sont mis en oeuvre dans des
situations impliquant de la part des individus la construction de connaissances
nouvelles et le partage de représentations. Ces processus se trouvent
illustrés en particulier dans différents contextes de travail et de formation.
Ici, la recherche fondamentale commence à s'interfacer avec le domaine des
applications, dans un contexte où émergent des préoccupations ergonomiques,
auxquelles les outils classiques de la psychologie cognitive apportent un
premier niveau de réponse.
3. Plus spécifiquement encore, le groupe étudie les processus cognitifs
mis en oeuvre dans des situations où interagissent des formes naturelles et
des formes artificielles d'intelligence. Lorsque la cognition humaine
interagit avec des machines assurant une simple fonction de véhicule de
l'information, il s'agira par exemple d'aider à la définition des
principes garantissant leur validité ergonomique (structure de
l'information, conception des interfaces). Lorsqu'elle aura affaire à
des dispositifs artificiels assurant un traitement
"intelligent" de l'information, il s'agira d'identifier les conditions optimales
de leur interactivité avec l'architecture et les modes de fonctionnement du système
cognitif humain. C'est là que les approches interdisciplinaires donnent lieu aux
collaborations les plus riches. La recherche appuyée sur des outils disciplinaires
éprouvés s'ouvre sur des perspectives applicatives, impliquant la prise en compte
des contraintes liées aux situations, aux tâches et aux utilisateurs. Les
applications industrielles ouvrent évidemment des champs de recherche à forte
composante de valorisation.
4. Enfin, des objectifs interdisciplinaires encore plus ambitieux consistent à
faire converger les modèles issus de la psychologie cognitive et ceux qui sont
issus de l'informatique. Par exemple, il s'agit de développer un langage formel
pour la description d'instructions de déplacement, ou encore de développer une
modélisation du fonctionnement des structures argumentatives ou des structures
causales. Les collaborations de ce type permettent une mise en perspective des
grands concepts des sciences cognitives (voire de " la science cognitive") et
ouvrent la possibilité de questionnements transdisciplinaires.
Au cours de l'année écoulée, l'ancrage du groupe au sein du département CHM a
offert de nombreuses occasions d'interactions scientifiques avec plusieurs
autres groupes du département. Une première illustration est le travail mené
dans le cadre d'une thèse Cognitique co-encadrée et d'un projet soutenu par
le Programme Interdisciplinaire du CNRS " Société de l'Information" sur les
sémantiques applicables aux systèmes d'aide au déplacement. Cette démarche
interdisciplinaire se développe sous la forme d'une collaboration continue
du groupe Cognition Humaine avec G. Ligozat (groupe LIR). Des
perspectives nouvelles se dessinent également dans le domaine de la reconnaissance
d'objets et de scènes visuelles, en prenant la performance humaine comme source
d'inspiration pour le codage des images et du contexte en vision artificielle.
Ce travail prend la forme d'une collaboration avec P. Tarroux (groupe PS).
Une autre collaboration est en cours de mise en place en vue d'étudier les
manipulations des opérateurs sur deux applications développées en réalité
virtuelle et augmentée, en collaboration avec P. Bourdot (groupe GI).
Ce type de collaboration est appelé à se développer également en matière de
visualisation en environnement immersif (Action Transversale VENISE).
Au total, les questions abordées par le groupe Cognition Humaine sont des
questions de recherche fondamentale qui inspirent des collaborations visant
à élucider la nature de l'équipement cognitif responsable de quelques grandes
fonctions mentales. Ces mêmes questions offrent des occasions de collaboration
interdisciplinaire particulièrement enrichissantes au sein d'un laboratoire
dédié à la communication homme-machine. Les travaux menés dans cette
perspective sont appelés à avoir des retombées dans le domaine des interactions
homme-machine, notamment vis-à-vis des systèmes d'aide fondés sur la
délivrance d'instructions verbales.
Pour résumer, le groupe poursuit sa démarche caractérisée par l'ancrage d'une
recherche interdisciplinaire dans un contexte de qualité disciplinaire
attestée. L'identité disciplinaire est mise au service d'une
interdisciplinarité respectueuse des objectifs scientifiques des disciplines
partenaires.
Les travaux du groupe s'inscrivent dans un contexte international qui comporte une dimension européenne significative. Sur le plan international, des projets communs sont menés avec des chercheurs de grandes universités nord-américaines. Un événement marquant a été la parution d'un ouvrage de synthèse issu des travaux menés par le groupe avec ses partenaires européens (Imagery, Language, and Visuo-spatial Thinking, Psychology Press, 2001). Le groupe a également assuré l'organisation du Huitième European Workshop on Imagery and Cognition (EWIC 2001), qui a rassemblé 120 chercheurs européens et nord-américains à Saint-Malo, du 1er au 3 avril 2001.
THÈME 1 : IMAGE, LANGAGE ET COGNITION SPATIALE
M. Denis, G. Borst, S. Chalmé, M.-P. Daniel, E. Deyzac,
F. Gaunet, G. Fernandez, S. Fontaine, E. Manghi, P.-E. Michon,
E. Przytula, A. Tom
Les travaux menés sur ce thème portent sur le rôle de l'image et du langage
dans la construction de représentations mentales de configurations spatiales.
L'étude de ces fonctions est particulièrement importante pour rendre compte
des processus de communication entre agents cognitifs (naturels ou artificiels)
appelés à échanger des connaissances sur leur environnement spatial.
Génération d'images mentales et de représentations visuo-spatiales
Les expérimentations sur ce thème visent à rendre compte des processus cognitifs mis en oeuvre lorsque des individus construisent la représentation mentale de configurations spatiales à partir des descriptions verbales de ces configurations. Les travaux sur l'exploration mentale de distances ont donné lieu à des bilans théoriques dont la publication a permis d'engager un débat scientifique avec les experts internationaux du domaine de l'imagerie mentale. Une thèse engagée cette année vise à tester l'hypothèse de deux mécanismes distincts d'exploration mentale, à savoir un mécanisme réalisant des " sauts attentionnels" sur les différentes parties de la représentation activée et un mécanisme de " déplacement attentionnel incrémental" sur la représentation.
Quant à la tâche de comparaison mentale de distances, elle a été utilisée dans
une expérience impliquant des sujets aveugles de naissance et tardifs. Les
résultats confirment l'hypothèse du caractère analogique des représentations
mentales construites en l'absence d'expérience perceptive, sans toutefois
apporter d'argument décisif en faveur de la composante visuelle de ces
représentations. Une autre recherche a été consacrée aux processus cognitifs
mis en oeuvre lorsque des aveugles de naissance et des sujets voyants privés
de vision élaborent la représentation interne de configurations spatiales sur
la base de l'intégration d'informations proprioceptives. Il s'avère que
l'expérience visuelle précoce n'est pas indispensable pour la mise en place
d'un codage exocentré de l'espace. En revanche, le maintien de cette capacité
au cours du développement en dépend.
Processus cognitifs mis en oeuvre dans la production de descriptions spatiales
L'intérêt de l'équipe pour les processus cognitifs et les stratégies linguistiques mises en oeuvre dans la description de configurations spatiales s'est concentré, depuis plusieurs années, sur la description d'itinéraires et, plus généralement, sur les instructions d'aide à la navigation. Nos travaux sur les descriptions d'itinéraires, comme formes de discours procédural, se sont étendus à d'autres formes de discours ou de texte visant à décrire des procédures. Des analyses nouvelles ont porté sur les stratégies permettant de produire des instructions de montage et ont fait apparaître les effets d'une consigne de concision sur le contenu de ces instructions.
Les travaux de l'équipe sur la production de descriptions spatiales sont menés, chaque fois que cela est possible, dans des environnements réels, dans le cadre de contrats avec des organismes publics ou des industriels. Le travail engagé avec la Direction R&D de Bouygues Telecom sur les descriptions d'itinéraires en environnement urbain s'est poursuivi. Cette recherche permet de dégager le rôle privilégié des repères dans l'orientation en milieu urbain non familier. Par ailleurs, la collaboration s'est poursuivie avec le Réseau GEOIDE, au Canada, sur la perception et la conception d'espaces naturels de navigation.
Enfin, dans le cadre d'une thèse co-dirigée avec G. Ligozat (groupe LIR), une
recherche traite des relations entre le langage et la cognition spatiale,
abordées dans une perspective interdisciplinaire associant la psychologie
cognitive et l'IA. Les expérimentations en psychologie cognitive consistent
à collecter des descriptions d'itinéraires sous forme verbale et sous forme
de croquis. L'approche en IA consiste à définir un langage formel pour la
description des croquis, avec la perspective d'aboutir à une maquette de
génération de croquis à partir de descriptions en langage naturel. Ce travail
est soutenu par le Programme Interdisciplinaire du CNRS " Société de
l'Information".
Processus cognitifs mis en oeuvre dans la mémorisation et l'utilisation de descriptions spatiales
Un travail approfondi est consacré à l'étude des mécanismes mis en oeuvre dans la mémorisation des descriptions spatiales. Une thèse DGA est en cours sur la contribution respective des repères et des voies dans la représentation des environnements de déplacement. Il s'agit de comparer l'efficacité de différents modes de description d'itinéraires, à savoir le guidage par des amers ou bien le guidage par spécification des chemins à suivre dans ces environnements. Deux autres thèses portent sur les composantes visuelles des représentations mentales d'itinéraires. L'une nous conduit à examiner le rôle des différents composants de la mémoire de travail visuo-spatiale dans la mémorisation des descriptions d'itinéraires. L'autre thèse examine le rôle des " vues locales" dans la construction et dans l'expression des représentations spatiales.
Les travaux menés au sein de l'équipe fournissent un ensemble de spécifications
utilisables par les concepteurs de systèmes informatisés d'aide à la navigation.
Après une collaboration avec PSA, les recherches de l'équipe se sont étendues
sous la forme d'une thèse sur la planification des trajets automobiles, en
collaboration avec l'INRIA-Rocquencourt. Ce travail, soutenu par le Programme
Cognitique, a pris la forme d'une expérimentation sur le site de la ville
nouvelle de Saint-Quentin-en-Yvelines. Les expériences ont consisté à
recueillir des plans de séquentialisation d'actions en fonction de diverses
contraintes. Enfin, une recherche soutenue par le Programme Ville du MENRT
porte sur les échanges verbaux entre personnes aveugles en matière
d'itinéraires. Elle vise à fournir des spécifications pour un système d'aide
verbale au déplacement pour des piétons aveugles dans des environnements
urbains complexes.
Structures cérébrales impliquées dans la génération de représentations visuo-spatiales
La poursuite d'une collaboration de longue date avec le Groupe d'Imagerie Neurofonctionnelle de B. Mazoyer (GIP Cyceron, Caen) s'est concrétisée sous la forme d'une thèse co-encadrée avec N. Tzourio-Mazoyer, soutenue en 2001, sur l'exécution de parcours mentaux au sein d'un environnement décrit selon une perspective en survol. Les enregistrements TEP font apparaître l'activité d'un réseau pariéto-frontal similaire à celui déjà mis en évidence dans les études précédentes, mais pas d'activation hippocampique. Un programme de recherche est également en cours avec D. Le Bihan (SHFJ-CEA, Hôpital d'Orsay) et S. M. Kosslyn (Harvard) sur le rôle des aires visuelles primaires dans la génération et dans l'exploration mentale d'images visuelles. Ce travail, qui utilise les techniques d'IRM fonctionnelle, fait apparaître l'étroite similarité des patterns d'activation engendrés par la perception et par l'imagination de segments horizontaux ou verticaux dans le cortex visuel primaire.
Enfin, une recherche menée avec R. H. Logie et S. Della Sala (Aberdeen) a
porté sur des patients héminégligents. Ces patients manifestent, lorsqu'ils
décrivent de mémoire une configuration précédemment perçue, un déficit dans
le rappel des objets situés à gauche. La similarité des déficits dans le
rappel de configurations d'objets effectivement perçus ou bien décrits
verbalement suggère la similarité des traitements cérébraux appliqués à des
images dérivant d'une perception ou d'une description verbale.
Perspectives
- L'étude des processus de génération et d'exploration des images mentales connaît un nouveau développement grâce aux travaux menés en collaboration avec des équipes de psychologie et de neurosciences cognitives (Harvard et Marseille).
- Les développements les plus importants sur le thème de la production des descriptions spatiales seront centrés, d'une part, sur la comparaison des descriptions d'itinéraires et des autres formes de discours procédural et, d'autre part, sur la collaboration interdisciplinaire déjà engagée avec le groupe LIR. Un nouveau stage post-doctoral est prévu à Québec dans le cadre de GEOIDE.
- Les processus de mémorisation et les conditions d'utilisation des descriptions spatiales continueront d'être étudiés à travers les thèses en cours, dont la priorité est l'analyse des composantes visuelles et spatiales de la représentation des déplacements. Les résultats de ces études cognitives seront exploités dans la perspective d'une optimisation des systèmes d'aide au déplacement.
- Les études neuropsychologiques seront étendues en examinant la capacité des patients à effectuer des changements de points de vue sur les scènes visuelles mémorisées.
THÈME 2 : COMPRÉHENSION DE TEXTES ET ACQUISITION
DE CONNAISSANCES
J.-P. Rossi, B. Boutanquoi, R. Bussone, N. Campion,
M. Cornuéjols, A. Guha, J.-F. Le Ny
Les recherches ont porté sur trois thèmes : contenu et organisation de la mémoire sémantique, description des déterminants de la force des relations causales et étude du stress dans les situations de travail.
Mémoire sémantique
La synthèse des recherches sur les tables d'associations de 284 noms
communs et de 284 dessins, ainsi que de 217 verbes, a été réalisée.
Au moyen d'expériences d'amorçage sémantique, il a été établi que
les associés produits par les sujets font partie du réseau sémantique
stocké en mémoire à long terme. L'analyse des liens unissant l'amorce
et l'associé produit suggère que le réseau est organisé en Situations
Cognitives de Référence (SCR), c'est-à-dire en situations prototypiques.
La façon dont la représentation d'un mot contribue à sa
reconnaissance, notamment dans le cours d'une décision
lexicale, a donné lieu à la collecte de nouvelles données
expérimentales. Nous avons, d'autre part, accordé une
grande importance aux recherches sur la sémantique des
verbes, qui se développent rapidement en psychologie
cognitive et en linguistique. Deux articles ont développé
ce thème, en liaison avec celui de la représentation
des situations et de la notion de prédicat. Dans ce même
cadre, nous avons présenté une analyse détaillée du
traitement cognitif intervenant dans la compréhension
des métaphores centrées sur des verbes, avec une place
particulière accordée à l'hypothèse des traits sémantiques.
Etude des relations causales
Les recherches sur les structures argumentatives ont consisté à estimer
le poids des facteurs temporels, spatiaux et référentiels sur la force
des relations causales. Les estimations de plausibilité de couples de
phrases exprimant une cause et une conséquence ont été enregistrées.
Les résultats indiquent un effet des trois facteurs, qui rendent compte
d'une part importante de la variabilité des estimations de plausibilité.
Une seconde recherche a permis de préciser la validité
psychologique des critères décrits par Young comme
déterminants de la construction des relations causales
(continuité temporelle, continuité spatiale, ordre temporel,
conservation de la contingence). Les résultats montrent que
la discontinuité temporelle, la discontinuité spatiale et la
non-conservation de la contingence ne sont pas des obstacles
à une évaluation positive de la plausibilité. De plus,
l'inversion de la priorité temporelle n'est pas assimilable
à une situation de coïncidence. La condition respectant
tous les critères de Young, ainsi que celle de coïncidence,
est évaluée très rapidement. Les couples pour lesquels la
discontinuité spatiale, la discontinuité temporelle et la
non-conservation de la contingence sont manifestes sont
traités plus lentement que les autres couples. Dans le cas de
l'inversion temporelle, les latences de réponse sont les plus
élevées. Ces résultats sont interprétés par la difficulté à
construire un modèle de situation compatible avec
l'information lue.
Le stress en situation de travail
Un travail de synthèse a été réalisé sur les indicateurs de stress dans
les situations de travail. Il a permis de montrer que les échelles
subjectives multifactorielles constituaient des instruments fidèles
et valides de la mesure du stress. Ils présentent l'avantage de pouvoir
être mis en oeuvre dans les situations de travail. L'analyse de ces
méthodes a montré la difficulté à dissocier mesure de stress et mesure
de la charge de travail.
Les analyses hiérarchiques réalisées sur les effets des
stresseurs dans les situations de travail ont permis de
les regrouper en quatre catégories : les stresseurs qui
perturbent l'attention, ceux qui affectent les traitements
cognitifs, ceux qui gênent l'exécution des réponses et ceux
qui modifient les modes opératoires.
Perspectives
- Sur le thème de la mémoire sémantique, les recherches actuelles tendent à préciser le contenu des situations cognitives de référence et à établir la validité de cette organisation de la mémoire sémantique.
- Dans le domaine des relations causales, les recherches actuelles ont pour but de montrer que l'estimation de la plausibilité des suites cause-conséquence est liée à la possibilité de construire un modèle de situation rendant compte des relations causales.
- Enfin, sur le dernier thème, les recherches en cours tendent à décrire les relations entre stress et charge de travail et, plus précisément, à définir les niveaux de stress affectant la charge de travail.
Enseignement et diffusion des connaissances
Organisation de colloques
Participation à des comités éditoriaux
Activités ou responsabilités d'enseignement liées à la recherche
Participation à des séminaires
Actions de vulgarisation
Relations nationales
Responsabilités institutionnelles
Relations scientifiques
Conventions de recherche et contrats
Responsabilités institutionnelles
Relations scientifiques
Conventions de recherche et contrats