Coordination implicite d'interactions sensorimotrices comme fondement de la cognition

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L ’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L ’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Intelligence Artificielle

Présentée et soutenue par Jean-Charles Quinton
Le 14/11/2008

Titre :
Coordination implicite
d’interactions sensorimotrices
comme fondement de la cognition

JURY
Olivier Gapenne (Rapporteur) UTC Compiègne
Olivier Sigaud rteur) UPMC-Paris6 Paris
Mark Bickhard (Examinateur) Lehigh University Bethlehem
John Stewart (Examinateur) UTC Compiègne
Pier Giorgio Zanone (Examinateur) UPS Toulouse
Jean-Luc Basille (Examinateur) INPT-ENSEEIHT se
Jean-Christophe Buisson (Directeur) INPT-ENSEEIHT Toulouse


Ecole doctorale : Mathématiques-Informatique-Télécommunications de Toulouse
Unité de recherche : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse
Directeur de Thèse : Jean-Christophe Buisson
iiRemerciements
Merci tout d’abord à tous les collègues, amis et proches qui ont su m’accompagner et m’ont
permis de m’épanouir durant ces années de thèse. Je ne citerai pas de nom pour ne pas faire de
jaloux, mais chacun pourra s’y reconnaître, tant mon contexte de travail et de vie a été agréable.
Merci aussi à Michel Daydé, directeur du laboratoire IRIT-ENSEEIHT, pour avoir facilité mon
départ au Japon durant ma deuxième année. Je rends aussi hommage à tous les chercheurs qui
m’ont ébloui par leurs travaux dont Mark Bickhard, Ezequiel Di Paolo, John Stewart ou encore
Rodney Brooks pour leurs présentations orales qui m’ont inspiré et motivé.
Rien n’aurait été réalisable sans la présence continue de Jean-Christophe Buisson, qui m’a
non seulement mis en contact avec les théories piagétiennes et interactivistes que j’ai depuis
adoptées, mais m’a également dirigé et encadré de façon aussi professionnelle qu’amicale depuis
plusdequatreans,avantmêmequejecommencemonannéedeMaster.MêmesiJean-Christophe
a aussi été à l’origine de quantité d’idées reprises dans ce manuscrit, les interactions régulières
que j’ai pu avoir avec Jean-Luc Basille, Christophe Duverger, Filipo Perotto ou encore Tetsunari
Inamura (qui m’a suivi et encadré lors de mon stage au Japon) m’ont énormément apporté.
J’en profite également pour remercier les rapporteurs et membres du jury pour les critiques
qu’ils ont émises et les erreurs qu’ils ont relevées. La rédaction de ce manuscrit et la préparation
de la soutenance ont été l’occasion d’échanges qui m’ont permis non seulement d’enrichir mes
connaissances mais également de mettre à nouveau en perspective mon travail dans un contexte
international. Je regrette de n’avoir pu apporter toutes les modifications que j’aurais souhai-
tées dans le manuscrit final, par simple manque de temps. Je pense en particulier à la refonte
complète de la première partie qui aborde et survole trop de choses sans pouvoir convaincre le
lecteur averti.
Enfin merci au lecteur qui, en se penchant sur ce manuscrit, témoigne peut-être déjà un
intérêt pour les théories qui y sont développées et me passionnent désormais.
iiiivA Jean-Christophe,
chercheur passionné et rêveur.
A mes parents,
pour m’avoir donné le goût des sciences.
vviTable des matières
Introduction 1
I Contexte théorique 5
1 Théories 7
1.1 Courants philosophiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.1 Interactivisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.2 Énaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3 Phénoménologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Psychologie et apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.1 Constructivisme sensori-moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.2 Contingences sensori-motrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.3 Affordances et approche écologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.4 Relation à l’environnement et à la société . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3 Systèmes en tous genres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.1 Théories de l’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.2 Cybernétique et systémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.3 Systèmes dynamiques et systèmes complexes . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.4 Théorie du chaos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 Modèles 21
2.1 Approches intégratives et modulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.1 IDA et LIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1.2 NCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.3 ACT-R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.4 MicroPsi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 Approches réparties et hybrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.1 Architecture de subsomption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
viiTable des matières
2.2.2 Systèmes multi-agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.3 Polyscheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2.4 Modèles internes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3 Approches réparties et unifiées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.1 Réseaux de neurones artificiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 bayésiens dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.3 Mémoire hiérarchique temporelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.4 Schémas piagétiens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3 Conflit substance/processus 37
3.1 D’un perpétuel problème à un perpétuel conflit . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.1 Problèmes inhérents aux substances et symboles . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2 Dualité et évolution des sciences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2 Théories à base de processus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.1 Émergence et auto-organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.2 Normativité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.3 Continuité et relativité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.4 Relation aux systèmes dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4 Évolution de la complexité des systèmes vivants 45
4.1 Systèmes dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2 Égarement loin de l’équilibre thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.3 Auto-maintien loin de l’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.4 Récursivité et reproduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.5 Spéciation progressive des cellules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.6 Anticipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.7 Un problème de choix : la multiplication des comportements . . . . . . . . . 57
4.8 Imprédictibilité génétique et apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.9 Réflexivité des processus réflexifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.10 Génétique, expérience et culture intriquées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
II Modèle proposé et mise en œuvre 63
1 Principes retenus 65
1.1 Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
1.1.1 Activité permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
1.1.2 Parallélisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
viii1.1.3 Symétrie action/perception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
1.1.4 Environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
1.2 Régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
1.2.1 Différentes formes de régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
1.2.2 Contrôle réparti à tous niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
1.2.3 Cas limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
1.3 Temporalité et anticipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
1.3.1 Temporalité et rythmicité . . . . . . . . .