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    Analyse à grande échelle d'IRM fonctionnelle pour accumuler la connaissance sur les fonctions cérébrales

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    How can we accumulate knowledge on brain functions? How can we leverage years of research in functional MRI to analyse finer-grained psychological constructs, and build a comprehensive model of the brain? Researchers usually rely on single studies to delineate brain regions recruited by mental processes. They relate their findings to previous works in an informal way by defining regions of interest from the literature. Meta-analysis approaches provide a more principled way to build upon the literature. This thesis investigates three ways to assemble knowledge using activation maps from a large amount of studies. First, we present an approach that uses jointly two similar fMRI experiments, to better condition an analysis from a statistical standpoint. We show that it is a valuable data-driven alternative to traditional regions of interest analyses, but fails to provide a systematic way to relate studies, and thus does not permit to integrate knowledge on a large scale. Because of the difficulty to associate multiple studies, we resort to using a single dataset sampling a large number of stimuli for our second contribution. This method estimates functional networks associated with functional profiles, where the functional networks are interacting brain regions and the functional profiles are a weighted set of cognitive descriptors. This work successfully yields known brain networks and automatically associates meaningful descriptions. Its limitations lie in the unsupervised nature of this method, which is more difficult to validate, and the use of a single dataset. It however brings the notion of cognitive labels, which is central to our last contribution. Our last contribution presents a method that learns functional atlases by combining several datasets. [Henson 2006] shows that forward inference, i.e. the probability of an activation given a cognitive process, is often not sufficient to conclude on the engagement of brain regions for a cognitive process. Conversely, [Poldrack 2006] describes reverse inference as the probability of a cognitive process given an activation, but warns of a logical fallacy in concluding on such inference from evoked activity. Avoiding this issue requires to perform reverse inference with a large coverage of the cognitive space. We present a framework that uses a "meta-design" to describe many different tasks with a common vocabulary, and use forward and reverse inference in conjunction to outline functional networks that are consistently represented across the studies. We use a predictive model for reverse inference, and perform prediction on unseen studies to guarantee that we do not learn studies' idiosyncrasies. This final contribution permits to learn functional atlases, i.e. functional networks associated with a cognitive concept. We explored different possibilities to jointly analyse multiple fMRI experiments. We have found that one of the main challenges is to be able to relate the experiments with one another. As a solution, we propose a common vocabulary to describe the tasks. [Henson 2006] advocates the use of forward and reverse inference in conjunction to associate cognitive functions to brain regions, which is only possible in the context of a large scale analysis to overcome the limitations of reverse inference. This framing of the problem therefore makes it possible to establish a large statistical model of the brain, and accumulate knowledge across functional neuroimaging studies.Comment peut-on accumuler de la connaissance sur les fonctions cĂ©rĂ©brales ? Comment peut-on bĂ©nĂ©ficier d'annĂ©es de recherche en IRM fonctionnelle (IRMf) pour analyser des processus cognitifs plus fins et construire un modĂšle exhaustif du cerveau ? Les chercheurs se basent habituellement sur des Ă©tudes individuelles pour identifier des rĂ©gions cĂ©rĂ©brales recrutĂ©es par les processus cognitifs. La comparaison avec l'historique du domaine se fait gĂ©nĂ©ralement manuellement pas le biais de la littĂ©rature, qui permet de dĂ©finir des rĂ©gions d'intĂ©rĂȘt dans le cerveau. Les mĂ©ta-analyses permettent de dĂ©finir des mĂ©thodes plus formelles et automatisables pour analyser la littĂ©rature. Cette thĂšse examine trois maniĂšres d'accumuler et d'organiser les connaissances sur le fonctionnement du cerveau en utilisant des cartes d'activation cĂ©rĂ©brales d'un grand nombre d'Ă©tudes. PremiĂšrement, nous prĂ©sentons une approche qui utilise conjointement deux expĂ©riences d'IRMf similaires pour mieux conditionner une analyse statistique. Nous montrons que cette mĂ©thode est une alternative intĂ©ressante par rapport aux analyses qui utilisent des rĂ©gions d'intĂ©rĂȘts, mais demande cependant un travail manuel dans la sĂ©lection des Ă©tudes qui l'empĂȘche de monter Ă  l'Ă©chelle. A cause de la difficultĂ© Ă  sĂ©lectionner automatiquement les Ă©tudes, notre deuxiĂšme contribution se focalise sur l'analyse d'une unique Ă©tude prĂ©sentant un grand nombre de conditions expĂ©rimentales. Cette mĂ©thode estime des rĂ©seaux fonctionnels (ensemble de rĂ©gions cĂ©rĂ©brales) et les associe Ă  des profils fonctionnels (ensemble pondĂ©rĂ© de descripteurs cognitifs). Les limitations de cette approche viennent du fait que nous n'utilisons qu'une seule Ă©tude, et qu'elle se base sur un modĂšle non supervisĂ© qui est par consĂ©quent plus difficile Ă  valider. Ce travail nous a cependant apportĂ© la notion de labels cognitifs, qui est centrale pour notre derniĂšre contribution. Cette derniĂšre contribution prĂ©sente une mĂ©thode qui a pour objectif d'apprendre des atlas fonctionnels en combinant plusieurs jeux de donnĂ©es. [Henson2006] montre qu'une infĂ©rence directe, c.a.d. la probabilitĂ© d'une activation Ă©tant donnĂ© un processus cognitif, n'est souvent pas suffisante pour conclure sur l'engagement de rĂ©gions cĂ©rĂ©brales pour le processus cognitif en question. RĂ©ciproquement, [Poldrack 2006] prĂ©sente l'infĂ©rence inverse qui est la probabilitĂ© qu'un processus cognitif soit impliquĂ© Ă©tant donnĂ© qu'une rĂ©gion cĂ©rĂ©brale est activĂ©e, et dĂ©crit le risque de raisonnements fallacieux qui peuvent en dĂ©couler. Pour Ă©viter ces problĂšmes, il ne faut utiliser l'infĂ©rence inverse que dans un contexte oĂč l'on suffisamment bien Ă©chantillonnĂ© l'espace cognitif pour pouvoir faire une infĂ©rence pertinente. Nous prĂ©sentons une mĂ©thode qui utilise un «  meta-design » pour dĂ©crire des tĂąches cognitives avec un vocabulaire commun, et qui combine les infĂ©rences directe et inverse pour mettre en Ă©vidence des rĂ©seaux fonctionnels qui sont cohĂ©rents Ă  travers les Ă©tudes. Nous utilisons un modĂšle prĂ©dictif pour l'infĂ©rence inverse, et effectuons les prĂ©dictions sur de nouvelles Ă©tudes pour s'assurer que la mĂ©thode n'apprend pas certaines idiosyncrasies des donnĂ©es d'entrĂ©es. Cette derniĂšre contribution nous a permis d'apprendre des rĂ©seaux fonctionnels, et de les associer avec des concepts cognitifs. Nous avons explorĂ© diffĂ©rentes approches pour analyser conjointement des Ă©tudes d'IRMf. L'une des difficultĂ©s principales Ă©tait de trouver un cadre commun qui permette d'analyser ensemble ces Ă©tudes malgrĂ© leur diversitĂ©. Ce cadre s'est instanciĂ© sous la forme d'un vocabulaire commun pour dĂ©crire les tĂąches d'IRMf. et a permis d'Ă©tablir un modĂšle statistique du cerveau Ă  grande Ă©chelle et d'accumuler des connaissances Ă  travers des Ă©tudes d'IRM fonctionnelle

    Communiquer en 3D De la sémiologie cognitive à la sémiologie numérique

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    Exrait de l'article de la publication HERMES à venirWe study the no verbal but semiological communication within informatics' windows design. To confront those social graphic representations to mental ones helps to understand man-computer relation and its symmetrical and asymmetrical plays. The experiment hereafter leads to a debat for a semiological and dynamic 3D information system.Nous étudions la communication sémiologique non-verbale et son jeu dans les interfaces des systÚmes informatiques. Confronter les représentations sociales des interfaces graphiques avec celles des représentations mentales permet de mieux comprendre les symétries et asymétries qui se jouent dans la relation homme-machine. L'expérience que nous exposons ci-aprÚs ouvre le débat d'une gestion de l'information sous une forme sémiologique de sens commun, tridimensionnelle et dynamique

    Pas de décision collective sans appropriation individuelle.: Enjeux et limites des technologies de l'information géographique au service du " décider ensemble ".

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    International audienceLa prise de décision est souvent assimilée à la notion de choix. Pourtant, l'acte de choix final n'englobe qu'une faible partie de ce qui fait réellement le processus global de prise de décision (Roy, 1985). Comme le rappelle (Desthieux, 2006), " dans l'optique d'une aide à la décision concertée, l'outil est un support important pour impliquer les acteurs très tôt dans un processus et leur permettre de négocier leur conception du problème décisionnel ". Ainsi, pour préparer le débat sur la recherche de solutions consensuelles, les projets de développement territorial appuient bien souvent leurs analyses sur des outils qui manipulent des représentations du territoire ou données géographiques (images satellites, cartes, indicateurs, etc.). Ces dernières deviennent alors l'un des fondements techniques des processus décisionnels multi-acteurs. Cependant, le problème de la compréhension et par extension de l'appropriation des données reste toujours en suspens. Peut-on vraiment décider ensemble sans partager une compréhension commune des données qui servent au diagnostic ? Les données géographiques nous permettent-elles de partager nos connaissances sur le territoire ou ne servent-elles, au contraire, qu'à exacerber nos différentes cultures métier ? Pour amorcer les prémisses d'une réponse, nous proposons de nous intéresser à la démarche d'appropriation des données géographiques et à ses impacts sur les processus de codécision en mobilisant les théories sociales et cognitives de l'apprentissage. L'exposé commencera par poser le contexte en rappelant les enjeux de l'appropriation des données géographiques. En nous appuyant sur les principes de la cognition socialement distribuée, nous proposerons ensuite trois métaphores de l'apprentissage pour mieux comprendre la codécision. Notre proposition sera ici qu'un processus de codécision est avant tout un processus d'apprentissage. Puis, nous déduirons du rapprochement des théories de l'apprentissage et des processus de codécision, les conséquences qui s'imposent pour le design technologique et organisationnel des outils pour décider ensemble (OPDE) et plus particulièrement des technologies de l'information géographique. L'ensemble de l'exposé s'appuiera sur des exemples (issus d'étude de cas) permettant d'analyser les atouts et limites des dispositifs actuels d'ingénierie territoriale comme outils d'aide à la décision concertée

    Raisonner avec des diagrammes : perspectives cognitives et computationnelles

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    31 pagesInternational audienceDiagrammatic, analogical or iconic representations are often contrasted with linguistic or logical representations, in which the shape of the symbols is arbitrary. The aim of this paper is to make a case for the usefulness of diagrams in inferential knowledge representation systems. Although commonly used, diagrams have for a long time suffered from the reputation of being only a heuristic tool or a mere support for intuition. The first part of this paper is an historical background paying tribute to the logicians, psychologists and computer scientists who put an end to this formal prejudice against diagrams. The second part is a discussion of their characteristics as opposed to those of linguistic forms. The last part is aimed at reviving the interest for heterogeneous representation systems including both linguistic and diagrammatic representations

    ModĂ©lisation conceptuelle de l’influence de l’hĂ©tĂ©rogĂ©nĂ©itĂ© du paysage et des pratiques agricoles sur les services de pollinisation et de rĂ©gulation biologique par conservation, et leurs interactions

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    Dans le cadre du dĂ©veloppement de l’agroĂ©cologie, une forte demande est placĂ©e dans les services de rĂ©gulation rendus par la biodiversitĂ© que sont le contrĂŽle biologique des ravageurs et la pollinisation. Les processus Ă©cologiques en jeu dans la rĂ©alisation de ces services interviennent Ă  diffĂ©rents niveaux d’organisation : la parcelle, son environnement immĂ©diat, le paysage et le contexte rĂ©gional. De plus, ces services sont dĂ©livrĂ©s par des espĂšces mobiles et dotĂ©es de cycles de vie. Il est donc essentiel de prendre en compte les dimensions spatiales et temporelles et les diffĂ©rents niveaux d’organisation en jeu lors de l’élaboration de stratĂ©gies de gestion des espaces agricoles. Ces stratĂ©gies devraient ĂȘtre fondĂ©es sur la connaissance des apports spĂ©cifiques de chaque habitat, Ă  la fois pour les insectes ravageurs, auxiliaires et pour les pollinisateurs. Il est probable que ces apports soient diffĂ©rents selon la guilde considĂ©rĂ©e, et qu’ils varient dans le temps, selon le cycle de vie des individus. Des problĂ©matiques de synergies et d’antagonismes peuvent alors apparaitre Ă  travers les choix d’allocation et de gestion des espaces semi-naturels et de pratiques agricoles (allocation spatiotemporelle des cultures et conduite de celles-ci). Il existe une littĂ©rature importante explorant le rĂŽle de la biodiversitĂ© et des services qu’elle rend dans les agroĂ©cosystĂšmes. Ces connaissances fournissent potentiellement un cadre d’analyse des processus Ă©cologiques en jeu dans la rĂ©alisation des services de rĂ©gulation biologique et de pollinisation. De plus, de nombreux travaux se sont attachĂ©s, notamment au travers de mĂ©ta-analyses, Ă  estimer l’influence de l’hĂ©tĂ©rogĂ©nĂ©itĂ© du paysage et des pratiques agricoles sur ces services, et ont dĂ©montrĂ© leur importances (Chaplin-Kramer et al. 2011; Kremen et al. 2004). L’objectif de ce travail est de prĂ©senter la dĂ©marche d’intĂ©gration et formalisation des connaissances pour le dĂ©veloppement d’un modĂšle conceptuel des facteurs liĂ©s au paysage et de leur influence sur la rĂ©gulation biologique des ravageurs, la pollinisation et les interactions entre ces services qui en dĂ©coulent. Nous prĂ©senterons un formalisme original utilisĂ© pour rĂ©aliser cette synthĂšse, le Fuzzy Cognitive Mapping (FCM) (Özesmi & Özesmi 2004). Les fuzzy cognitive maps sont une application des cartes cognitives, permettant de dĂ©crire des rĂ©seaux de relations orientĂ©es et quantifiĂ©es entre plusieurs entitĂ©s et de simuler le comportement du systĂšme en rĂ©action Ă  des modifications des variables. Ce formalisme sera utilisĂ© ici pour dĂ©terminer comment et Ă  travers quels processus la composition et la configuration du paysage et les pratiques agricoles influencent les services de biocontrĂŽle par conservation des ravageurs et de pollinisation des cultures. Ce modĂšle conceptuel est destinĂ© Ă  servir de support au dĂ©veloppement d’un module de simulation dynamique et spatialisĂ©e des niveaux de services en relation avec l’hĂ©tĂ©rogĂ©nĂ©itĂ© du paysage et les pratiques agricoles. Ce module sera dĂ©veloppĂ© dans la plateforme multi-agent MAELIA (http://maelia-platform.inra.fr/) afin d’explorer des scĂ©narios de gestion des espaces agricoles

    Ruptures familiales et "ruptures scolaires" de collégiens de milieux populaires

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    International audienceLes collĂ©giens de milieux « populaires » sont les plus touchĂ©s par les « scolaritĂ©s avortĂ©es » qui sont « dix fois plus frĂ©quentes pour les enfants d'ouvriers que pour les enfants de cadres ». Pour ces collĂ©giens dont la sociologie a pu montrer qu'ils Ă©taient souvent « hors des finalitĂ©s, des enjeux scolaires, l'univers scolaire est, Ă  maints Ă©gards, invivable (au sens oĂč il est trop Ă©tranger pour pouvoir ĂȘtre vĂ©cu "avec bonheur") et s'impose comme une machine productrice d'incitations incomprĂ©hensibles ». La multiplication des difficultĂ©s dans les apprentissages et des Ă©carts vis-Ă -vis des rĂšgles scolaires qui dĂ©coule de cette situation conduit un certain nombre d'entre eux Ă  dĂ©velopper des pratiques d'absentĂ©isme scolaire et d'Ă©vitement des contraintes du jeu scolaire. Dans un certain nombre de cas, elles se traduisent par la « dĂ©scolarisation » des collĂ©giens et leur prise en charge au sein de dispositifs spĂ©cialisĂ©s, aux marges du systĂšme scolaire. C'est Ă  partir de ces trajectoires scolaires « nĂ©gatives » et des rĂ©sultats d'une recherche sociologique sur les parcours de « dĂ©scolarisation » et de « ruptures scolaires » de collĂ©giens de milieux populaires que ce texte entend traiter de la question du devenir des enfants de familles « dĂ©favorisĂ©es »

    Vers plus d'expressivité dans les représentations graphiques du territoire

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    International audienceThis paper addresses the issue of expressivity conveyed by the graphical representations of territory. In order to improve the relevancy between graphical representations and effective uses of those representations, expressivity should be enhanced in map and geovisualisation design. Based on knowledge and methods coming from expressive rendering, a sub-domain of computer graphics, we proposed specific rendering techniques for map and geovisualisation design, from the specification of styles. Two stylisation projects, in map design (MapStyle) and in 3D geovisualisation design (Plu++), provide a high diversity of graphical representations of the territory, aiming at making them relevant for many uses. Exploring the space of possible graphical representations is also a way to approach the issue of perception and cognition of complex phenomena on the territory.Cet article questionne la notion d'expressivité dans les représentations graphiques du territoire. Afin d'améliorer l'adéquation entre représentations graphiques du territoire et usages de ces représentations pour mieux comprendre le territoire, une approche consiste à rendre les représentations plus expressives. S'inspirer des techniques de rendu expressif, un domaine de l'informatique graphique, a permis de proposer des techniques de rendu spécifiques pour la cartographie et la géovisualisation, à partir de la spécification de styles. Deux projets de stylisation en cartographie (MapStyle) et en géovisualisation 3D (Plu++) ont permis de construire différentes représentations graphiques visant à répondre à des usages variés des représentations graphiques du territoire. Pouvoir explorer l'espace des possibles dans les représentations graphiques est ainsi une façon d'approcher le problÚme de la perception et de la compréhension de phénomÚnes complexes sur le territoire
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