Sciences, normes, décision - Cognition, adaptation et complexité

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Cognition, adaptation et complexité

Cognition, adaptation et complexité

par Anne-Sophie Godfroy, Daniel Andler, Guillaume Blot, Marcel Skrobek, Pierre Saurel - publié le , mis à jour le


Journée "Cognition, adaptation et complexité : des êtres vivants aux robots" 11 avril 2013 Maison de la Recherche (Salle de conférences), 28 rue Serpente 75006 Paris Journée co-organisée par Mehdi Khamassi (ISIR, UPMC) et Thomas Pradeu (SND, Paris-Sorbonne) Une collaboration entre l’ISIR (UPMC) et SND (Paris-Sorbonne) Evénement co-financé par SND, la chaire IUF de Thomas Pradeu et le projet ANR ROBOERGOSUM porté par Raja Chatila Dans l’esprit des interfaces entre sciences et SHS, l’équipe Sciences, Normes, Décision (SND, Paris-Sorbonne) et l’Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR, UPMC) organisent ensemble une journée d’étude sur le thème "Cognition, adaptation et complexité : des êtres vivants aux robots". Cette journée permettra de faire interagir philosophes, spécialistes de robotique, d’intelligence artificielle et de cognition, ainsi que d’évolution. Cet événement est ouvert à tous. Programme détaillé : Présidence : Jean-Baptiste Rauzy (Paris-Sorbonne, SND) 9:15-9:30 Ouverture de la journée : Daniel Andler et Thomas Pradeu 9:30-10:15 Raja Chatila (CNRS, ISIR), Le robot face à la complexité et à l’incertitude du monde Discutant : Daniel Andler (Paris-Sorbonne, SND) 10:15-10:45 Pause café Présidence : Francis Rousseaux (IRCAM, membre associé SND) 10:45-11:30 Jean-Baptiste Mouret (UPMC, ISIR), Les origines évolutionnaires de la modularité Discutant : Thomas Pradeu (Paris-Sorbonne, SND) 11:30-12:15 Philippe Huneman (CNRS, IHPST), L’adaptation en deçà de l’adaptationnisme : sur quelques équivoques du concept biologique d’adaptation Discutant : Stéphane Doncieux (UPMC, ISIR) 12:15-14:00 Déjeuner Présidence : Thomas Pradeu (Paris-Sorbonne, SND) 14:00-14:45 Nicolas Bredèche (UPMC, ISIR), Evolution non-dirigée et robotique collective auto-adaptative Discutant : Pierre Saurel (IUFM Paris, SND) 14:45-15:30 Jacques Dubucs (CNRS, SND), Robotique : la référence sans caprices ? Discutant : Mehdi Khamassi (CNRS, ISIR) 15:30-16:00 Pause café Présidence : Daniel Andler (Paris-Sorbonne, SND) 16:00-16:45 Christelle Rochefort (UPMC, Laboratoire de Neurobiologie des Processus Adaptatifs), Le corps dans l’espace : un dialogue entre cervelet et hippocampe Discutant : Matteo Mossio (CNRS, IHPST) 16:45-17:30 Jean-Baptiste André (UPMC, Laboratoire Ecologie et évolution), La coopération réciproque : pourquoi elle est rare et comment elle peut (parfois) évoluer Discutante : Isabelle Drouet (Paris-Sorbonne, SND) 17:30-18:15 Martin Flament Fultot (Paris-Sorbonne, SND), Plasticité et Adaptation Discutant : Benoît Girard (UPMC, ISIR) Résumés : Jean-Baptiste André, La coopération réciproque : pourquoi elle est rare et comment elle peut (parfois) évoluer A paradox in social evolution theory concerns the gap between theoretical and empirical results regarding reciprocity. On one hand, models show reciprocity should evolve easily in a wide range of circumstances. On the other hand, empirically, few clear instances of reciprocity (even in a broad sense) have been found in non-human animals. In this talk, I will propose and evaluate a novel hypothesis to resolve this paradox. I propose that it is difficult for reciprocity to evolve because it raises an evolutionary problem of bootstrapping : it requires that two complementary functions, (i) the ability to cooperate and (ii) the ability to respond conditionally to the cooperation of others, arise together and reach a significant frequency, whereas neither of them can be favored in the absence of the other. I will present the results of a multi-locus model showing that, for this reason, the evolutionary emergence of reciprocal cooperation is highly unlikely. I will then explore the conditions for reciprocity to emerge nevertheless, in several independent steps. I will show that, in a quantitative model, reciprocal cooperation can play an autocatalytic role, a weak form of reciprocity favoring a stronger form, until partners eventually respond perfectly to each other, and align their interests. I will then propose various ways in which the initial nudge, the emergence of a slight amount of reciprocity, can come about. In the discussion, I will show that the conditions necessary for this evolutionary emergence to occur are very constraining, and provide a very good explanation as for the reason why reciprocity is observed in certain specific cases in the living world, but not in others. Nicolas Bredèche, Evolution non-dirigée et robotique collective auto-adaptative Au cours de cette présentation, je donnerai un aperçu de nos travaux en robotique collective auto-adaptative. Ces travaux se trouvent à la croisée entre l’évolution expérimentale in silico et la robotique collective. Ils portent à la fois sur la conception d’algorithmes d’apprentissage en ligne pour la robotique collective en environnement ouvert, et sur la modélisation des interactions entre le processus d’évolution et l’écologie de l’environnement. En particulier, je décrirai un modèle computationnel permettant d’implémenter un processus d’évolution non-dirigée dans un essaim d’agents robotique autonomes (réels ou simulés) dans un monde ouvert et potentiellement changeant. Je donnerai aussi un bref aperçu de la pertinence d’un tel modèle pour l’étude de comportements de dispersion dans l’espace et de stratégies de reproduction. Raja Chatila, Le robot face à la complexité et à l’incertitude du monde Comment le robot représente-t-il son environnement de manière cohérente et comment s’y localise-t-il ? Comment planifie-t-il son propre mouvement, tout en étant réactif aux évolutions de l’environnement ? Comment prend-il ses décisions et élabore-t-il des plans d’action, en particulier dans un monde incertain et partiellement connu ? Comment peut-il interagir d’autres agents ou des humains ? Comment apprend-il à améliorer ses actions ? Et enfin, comment toutes ces fonctions peuvent-elles être organisées dans une architecture globale permettant un fonctionnement cohérent ? Jacques Dubucs, Robotique : la référence sans caprices ? L’évolution de la philosophie des sciences a progressivement distendu le lien entre inférence et référence. La référence « attendue » des termes du vocabulaire mathématique mais, aussi bien, physique, ne doit plus jouer de rôle actif, une fois fixés les axiomes et les principes des théories. Ce sont, au contraire, ces axiomes et ces principes qui déterminent, pris ensemble, ce dont il est question dans les théories. Ce déplacement a induit un flottement bien connu dans la référence, déterminée au mieux à un isomorphisme près. La robotique, pour laquelle il est impératif de maintenir une corrélation stricte entre le traitement symbolique des concepts et leurs répondants dans l’environnement perçu, ne peut tolérer cette dérive. L’exposé discutera des moyens qu’elle utilise à cette fin, et des leçons possibles à en tirer pour une reconception de la sémantique des théories scientifiques. Martin Flament-Fultot, Plasticité et Adaptation L’importance des liens entre systèmes robotiques et systèmes vivants est de plus en plus reconnue. Cependant la question de savoir plus précisément quelles sont les propriétés que ces deux systèmes ont ou doivent avoir en commun demeure difficile à répondre. Je suggère, suite à l’observation de quelques systèmes robotiques particulièrement proches du vivant, que la plasticité du comportement constitue une propriété cruciale à partager avec le vivant. Je propose ensuite une classification des différents facteurs plastiques qui contribuent à la plasticité globale du comportement d’un système robotique ou vivant et je mentionne quelques corollaires en vue de leur rapprochement futur. Philippe Huneman, L’adaptation en deçà de l’adaptationnisme : sur quelques équivoques du concept biologique d’adaptation Les philosophes de la biologie ont pris l’habitude depuis un article célèbre (1979) Gould et Lewontin de discuter d’adaptationnisme. Pourtant, au delà même de l’engagement sur l’adaptationnisme, soit la question de l’importance théorique à donner à l’adaptation dans les explications évolutionnaires, le concept même d’adaptation peut faire question. Il est admis que la théorie darwinienne de l’évolution explique l’adaptation. Mais ce terme d’adaptation n’est pas exempt d’équivoque. Auparavant, aux 18eme et 19eme siècles, et même bien avant, dans nombre de discours tenus en physiologie et histoire naturelle, on disait que les organismes étaient adaptés, et c’est ce sens intuitif d’ajustement entre organismes et milieu auquel on fait souvent référence aujourd’hui dans le discours quotidien, aussi bien d’ailleurs que lorsqu’on dit que Darwin a expliqué l’adaptation. Pourtant, si dans un cadre darwinien on pose que "X est une adaptation veut dire X s’explique par la sélection naturelle" (e.g. Sober 1984, Brandon 1990), X est avant tout un trait (et pas un organisme). A cette première équivoque (l’adaptation comme propriété d’un trait ou bien comme propriété d’un organisme) s’en ajoutent plusieurs autres : - si pour les darwiniens orthodoxes la sélection naturelle explique l’adaptation, néanmoins souvent on expliquera aussi la présence des traits par l’adaptation (décider si un comportement est une adaptation ou non est une question récurrente de l’écologie comportementale). L’adaptation semble donc participer parfois du registre de l’explanans, parfois de celui de l’explanandum. - Enfin, si tous s’accordent à reconnaitre un lien essentiel entre adaptation et sélection naturelle, la nature de ce lien est sujette à controverses : la sélection naturelle définit-elle l’adaptation, comme c’est le cas pour de nombreux philosophes ? Est-elle au contraire une des causes possibles de l’adaptation, comme le soutiennent les théoriciens de la "construction de niche" (e.g. Odling-Smee et al. 2003) qui pensent que ladite construction est une seconde voie vers l’adaptation ? Ou bien est-elle plutôt une explication statistique de phénomènes de diffusion de traits adaptatifs, laissant le phénomène de l’adaptation inexpliqué par le darwinisme classique, et susceptible d’explications causales de type développemental (autoorganisationnel, etc.) ? - Ces questions sont rendues d’autant plus délicates que certains des auteurs parlent d’adaptation stricto sensu (par ex. la couleur du lion) tandis que d’autres parlent d’adaptations complexes (qui sont souvent le focus de l’adaptationniste, e.g. Dawkins 1982). La présente communication vise à explorer systématiquement ces équivoques, dissiper celles qui ne sont que verbales, souligner celles qui sont réellement problématiques, et indiquer comment les décisions théoriques prises quant à ces équivoques définissent des alternatives conceptuelles dans le champ de la biologie contemporaine. J’entends dans le même temps souligner les éléments équivoques qui peuvent émerger dans le cadre d’une entreprise de théorisation générale des systèmes adaptatifs complexes. Jean-Baptiste Mouret, Les origines évolutionnaires de la modularité Beaucoup d’entités biologiques, des systèmes nerveux aux réseaux régulateurs de gènes, sont organisées en modules, c’est à dire des groupes d’unités fortement connectées entre elles mais peu connectées au reste du réseau. Les ingénieurs utilisent aussi des conceptions modulaires ; par exemple, un robot est fait d’un assemblage de modules : moteurs, pattes, caméra, etc. Comme l’ont bien compris les ingénieurs, la modularité est bénéfique car elle permet une adaptation rapide. Cependant, elle ne procure un avantage que sur le long terme alors que la sélection naturelle n’agit directement que sur le court terme, à chaque génération. Une question centrale en biologie est donc de comprendre pourquoi les humains, les animaux, les bactéries et les autres organismes ont tous évolué vers des organisations modulaires. Quelle pression de sélection encourage la formation de modules ? La plupart des hypothèses suppose une sélection indirecte pour “l’évolvabilité" — la capacité à s’adapter vite à de nouveaux environnements. Dans ce travail, nous montrons que l’omniprésente et directe pression pour réduire les coûts de connexion entre les noeuds des réseaux cause l’émergence de réseaux modulaires. Des expériences d’évolution artificielle avec une pression de sélection pour à la fois maximiser la performance du réseau et minimiser le coût de connexion mènent à des réseaux qui sont significativement plus modulaires et plus “evolvable” que les expériences de contrôle qui sélectionnent uniquement selon la performance. Ces résultats peuvent permettre d’expliquer la présence presque universelle de la modularité dans des réseaux biologiques aussi divers que les réseaux de neurones, les réseaux régulateurs de gènes, les réseaux d’interaction de protéines ou encore les réseaux métaboliques. Ils ont aussi des implications significatives pour les recherches qui s’inspirent de l’évolution naturelle pour permettre à des robots de s’adapter à des situations imprévues. (Voir l’article ici : http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/280/1755/20122863.abstract) Christelle Rochefort, Le corps dans l’espace : un dialogue entre cervelet et hippocampe Lorsque nous effectuons un trajet familier nous utilisons pour nous localiser les objets présents autour de nous mais également les mouvements de notre propre corps. Nous sommes ainsi capables de nous représenter notre corps dans l’espace tout en nous déplaçant et ceci même les yeux fermés ou dans le noir. Ceci repose sur notre faculté à construire une représentation mentale de l’espace dans lequel nous naviguons. Cette carte mentale de l’espace qui nous entoure est enregistrée au niveau de neurones particulier de l’hippocampe. Ces neurones appelé cellules de lieu ont la propriété de s’activer de manière spécifique à des endroits bien précis de l’environnement, nous indiquant ainsi notre position par rapport au monde extérieur. Le comportement physiologique de ces cellules de lieu dépend à la fois des informations présentes dans l’environnement et provenant de stimuli visuels, olfactifs, auditifs ou tactiles, et des indices provenant des mouvements du corps tels que les informations proprioceptives ou vestibulaires. Le cervelet, une structure foliée située à la base de notre cerveau, est classiquement décrit comme une structure impliqué dans la motricité. Cependant, en utilisant des souris transgéniques ne présentant aucun problème moteur malgré des déficits de plasticité cérébelleuse, l’implication du cervelet dans la représentation mentale de l’espace a pu être analysée de façon ciblée lors de tâches de navigation. Pour ce faire, nous avons enregistré l’activité électrophysiologique des cellules de lieu de l’hippocampe chez des souris se déplaçant dans leur environnement. Nous avons ainsi montré que, de façon remarquable, le déficit de plasticité cérébelleuse conduit à un dysfonctionnement des cellules de lieux de l’hippocampe exclusivement lorsque les souris doivent se localiser et se déplacer en utilisant des informations de mouvement propre, par exemple dans le noir. Les conséquences comportementales d’un tel déficit sont illustrées dans cette étude par des aptitudes de navigation amoindries lors de tâches de navigation dans le noir, de type intégration de trajet. Ces travaux mettent ainsi en évidence que le cervelet intervient dans la construction mentale de la représentation de l’espace dont le siège se situe au niveau de l’hippocampe. Ces données révèlent pour la première fois un rôle inexploré du cervelet dans la représentation du corps dans l’espace. Description des activités de l’ISIR (UPMC) : [ISIR->http://www.isir.upmc.fr/]

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