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Research stay at the Cognitive Machine Learning (CoML) group

Mitja Nikolaus (LPL, INS)

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Applying simulation and interactive alignment to the cognitive sciences

Noël Nguyen (LPL), on behalf of various ILCB members and of Martin Pickering (The University of Edinburgh

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 Modulation de l’excitabilité corticomotrice lors de la production de différentes formes de parole intérieure

Ladislas Nalborczyk (LPC, LNC, ILCB), Marieke Longcamp, Laure Spieser (LNC), Mireille Bonnard (INS), & F.-Xavier Alario (LPC)

L’appellation "parole intérieure" désigne la production mentale de parole qui, pour un observateur extérieur, est silencieuse et n’est pas accompagnée de mouvements visibles. Cette parole intérieure est souvent associée (mais pas toujours ni pour tout le monde) à des percepts auditifs ("la petite voix dans la tête") similaires à ceux qui accompagnent la production de parole à voix haute, et se manifeste par exemple lorsque nous lisons, comptons, imaginons des conversations à venir ou nous remémorons des dialogues passés (pour revue, voir par exemple [1, 2]). L’étude des corrélats cérébraux et physiologiques de la production de parole intérieure suggère que la parole intérieure puisse être considérée comme une simulation mentale de la parole à voix haute. Ainsi, parole à voix haute et parole intérieure entretiendraient une relation similaire à celle qu’entretiennent une action exécutée et sa forme imaginée, comme la marche et la marche imaginée.
D’où provient (comment est générée) la petite voix qui accompagne la production de parole intérieure ? À ce jour, il existe différentes hypothèses concernant les mécanismes à l’origine du contenu sensoriel de la parole intérieure. Selon le dual stream prediction model [3, 4, 5], deux processus distincts peuvent être utilisés pour produire des percepts (e.g., auditifs) pendant la production de parole intérieure. Premièrement, les aires motrices et prémotrices peuvent être mobilisées afin de réaliser une simulation de l’exécution de parole, menant à la prédiction des conséquences sensorielles (e.g., la petite voix) de ces actions simulées. Deuxièmement, le contenu auditif de la parole peut être généré à partir d’associations passées entre mouvement et son. Ces associations stockées en mémoire à long-terme peuvent être récupérées et combinées afin de créer de nouveaux percepts auditifs.
Le modèle de production de parole intérieure présenté dans [6] est similaire à la première option présentée dans le paragraphe précédent. Dans ce modèle, inspirée des modèles classiques de contrôle moteur, le contenu sensoriel (e.g., auditif) de la parole intérieure est le résultat d’une prédiction réalisée par un modèle interne (prédictif) sur la base d’une copie (la copie d’efférence) de commandes motrices non exécutées. Cependant, à la différence du dual stream prediction model, le modèle de [6] prédit que le cortex moteur primaire (M1) est impliqué dans la production de parole intérieure, mais que son activité est inhibée par d’autres régions cérébrales. Un premier objectif de ce projet serait donc de résoudre le conflit entre ces deux modèles théoriques.
Par ailleurs, plusieurs formes de parole intérieure semblent avoir des corrélats phénoménologiques et neuraux distincts. Par exemple, [7] ont suggéré qu’il existe au moins deux formes de parole intérieure : l’imagination de production de parole et l’imagination d’écoute de parole. Ces deux formes de parole intérieure pourraient reposer sur différents mécanismes. Par exemple, [3, 4, 5] ont suggéré que l’imagination de production de parole repose préférentiellement sur le mécanisme de simulation tandis que l’imagination d’écoute de parole repose principalement sur le mécanisme d’association. Un deuxième objectif de ce projet serait donc de comparer les corrélats cérébraux (corticaux) de ces deux formes de parole intérieure.
[1] B.Alderson-Day and C.Fernyhough,“Innerspeech:Develop- ment, cognitive functions, phenomenology, and neurobiology.,” Psychological Bulletin, vol. 141, pp. 931–965, Sept. 2015.
[2] M. Perrone-Bertolotti, L. Rapin, J. P. Lachaux, M. Baciu, and H. Lœvenbruck, “What is that little voice inside my head ? Inner speech phenomenology, its role in cognitive performance, and its relation to self- monitoring,” Behavioural Brain Research, vol. 261, pp. 220–239, Mar. 2014.
[3] X. Tian and D. Poeppel, “Mental imagery of speech : Linking motor and perceptual systems through internal simulation and estimation,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 6, 2012.
[4] X. Tian and D. Poeppel, “The effect of imagination on stimulation : The functional specificity of efference copies in speech processing,” Journal of Cognitive Neuroscience, vol. 25, pp. 1020–1036, July 2013.
[5] X. Tian, J. M. Zarate, and D. Poeppel, “Mental imagery of speech implicates two mechanisms of perceptual reactivation,” Cortex, vol. 77, pp. 1–12, Apr. 2016.
[6] H. Lœvenbruck, R. Grandchamp, L. Rapin, L. Nalborczyk, M. Dohen, P. Perrier, M. Baciu, and M. Perrone-Bertolotti, “A cognitive neuroscience view of inner language : To predict and to hear, see, feel,” in Inner Speech : New Voices (P. Langland- Hassan and A. Vicente, eds.), p. 37, Oxford University Press, 2018.
[7] R. T. Hurlburt, Investigating Pristine Inner Experience : Moments of Truth. C. U. Press, Ed., 2011.
[8] R.Möttönen,J.C.Rogers,andK.E.Watkins,“Stimulatingthe lip motor cortex with transcranial magnetic stimulation,” Jour- nal of visualized experiments : JoVE, no. 88, pp. 1–7, 2014.

L'éco-anxiété et le changement climatique

Fabien Girandola & Valérie Fointiat (LPS)

Les thématiques abordées portent sur les phénomènes sociaux d’éco-anxiété dans le changement climatique.
Le stage inclus une revue de littérature sur les grands principes de psychologie et dynamiques sociales, l’éco-anxiété et les émotions associées, les principes de changements comportementaux, la dissonance cognitive et la communication sociale, tout en prenant en compte la dimension neurobiologique que ces thématiques sous-tendent.
Le but de ce projet est de déterminer l’impact du changement climatique sur l’éco-anxiété et le comportement collectif qui en découle, notamment sur la prise de décision. Tout ceci en prenant en compte les grands principes de psychologies et de dynamiques sociales, les phénomènes d’anxiété, et les problématiques environnementales causées par le risque systémique du changement climatique.
Les cours suivis par l’étudiant lors de son cursus universitaire lui permettrons de faire le lien entre ses acquis et le sujet du stage et mettre à profit ses compétences et ses savoirs. En effet, les connaissances tirées de l’UE d’ «Introduction au Sciences Cognitives », « Introduction à la Neurobiologie » permettons à l’étudiant d’appréhender les aspects cognitifs, notamment les fonctions cognitives impliquées dans les synchronisations sociales, les phénomènes d’anxiété et les dynamiques de peur collectives. Les savoirs apportés par l’UE de « Psychologie de Décision », lui permettrons de comprendre comment les émotions liées à l’éco – anxiété influent sur le changement de comportement et notamment le mode vie et les choix par les dynamiques de prise de décision.
Par ailleurs, l’étudiant sera confronté au recueil, traitement et interprétation des données. Or, ces compétences sont apportées par sa formation notamment au travers des UE « Formalisation des données en psychologie », « Méthodologie », « Probabilités statistique ». Les TD suivis en UE « Emotion Motivation », notamment la construction d’une étude sur l’éco psychologie permettrons de mieux appréhender la façon de construire une étude, de collecter et analyser les données dans ce domaine pour ce stage.
En outre, les savoirs et savoir-faire tirée de l’UE « Utilisation de plateformes » du M2 pourrons êtres mis à profit pour ce stage (utilisation d’enregistrements cérébraux etc...).
D’une manière générale, les phénomènes d’éco-anxiété se réfèrent aux dynamiques sociales telles que la synchronisation interindividuelles (peur collective) et la communication (langage non-verbal ou verbal, campagne de sensibilisation et modification du comportement). Or, l’ILCB traite aussi de la communication et de la synchronisation. Par exemple, la synchronisation humain – chien ou parent – enfant.
Des mesures cérébrales pourront aussi être réalisés lors de ce stage. Les thématiques de communication et du cerveau dont traitent l’ILCB peuvent donc se recouper sur plusieurs points avec les axes de recherche de ce projet.

HOLINET: Graphe multi-niveaux combinant une couche lexico-sémantique et une couche grammaticale

Jean Philippe Prost (LPL)

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Portable Eye-tracking system

Abdellah Fourtassi (LIS)

How do children become able to use language to engage in coordinated conversations? The answer to this question has far-reaching societal impact. Indeed, this development allows us to achieve crucial — socially mediated — goals such as learning from more knowledgeable people, expressing thoughts and needs, convincing others, collaborating with peers. If impaired, it can have negative consequences from the risk of developing mental health issues to the quality of academic attainment and employability (Murphy et al., 2004). Research has shown that this development takes several years to mature, spanning most of middle childhood (7 to 12 years).
Yet, while there is a large body of research investigating children’s acquisition of linguistic structures such as phonology and syntax, in comparison, little is known about how children learn to translate this knowledge into conversational skills such as turn-taking management, negotiating shared understanding with the interlocutor, and the ability for a coherent exchange. This slow scientific progress can be attributed largely to methodological limitations in traditional research methods typically used to study this question.
CoCoDev proposes a research approach that goes far beyond the limitations of existing methods, allowing breakthroughs in our understanding of this phenomenon. Our approach combines two highly innovative methods in the field: 1) Unmoderated designs allowing large-scale cross-cultural data acquisition from children and 2) Deep learning modeling techniques, which will allow us to bridge across several dimensions of conversational complexity and to identify their cognitive mechanisms. This research approach will allow us to lay the groundwork for the first quantitative cognitive theory of conversational development. This theory will provide a formal framework that will allow us (and other researchers in the field) to articulate, contrast, and adjudicate between several hypotheses, answering crucial, lingering scientific questions about the universals of conversational development and its cognitive mechanisms.

Contribution of multimodal training to the acquisition of reading and writing

Felipe Pegado (LPC)

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BABYVOC: productions vocales d’enfant

Arnaud Rey (LPC)

L'objectif de ce projet est de mieux comprendre les premières étapes de la production du langage humain. Les progrès récents du traitement automatique du langage et de la classification permettent en effet d'augmenter considérablement la finesse de l'analyse des premières productions orales humaines. Pour ce qui est de la partie empirique de ce projet de recherche, une nouvelle base de données des productions spontanées de bébés humains (0 - 12 mois) sera enregistrée lorsque le bébé est à la maison. Un enregistreur audio sera placé au domicile du bébé pendant trois jours par mois et enregistrera ses productions orales. La partie modélisation du projet consiste à utiliser des outils d'analyse non supervisés pour classer et quantifier ces productions orales spontanées afin de tracer pour chaque individu une trajectoire développementale du contrôle de ses productions vocales.

Neural and spatio-temporal dynamics of language

Kristof Stirijkers (LPL)

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La performance de prise de parole face à une audience virtuelle

Jean-Marie Pergandi (ISM) & Magalie Ochs (LIS)

REVITALISE
viRtual bEhaVioral skIlls TrAining for pubLIc SpEaking

More than ever, with the increasing use of online video-conferencing solutions in daily professional interactions, public speaking skills are becoming crucial. The aim of this project is to obtain better insights into the best approaches allowing the practice of public speaking skills with technologically mediated tools. To this end, we will investigate different training environments (ex: w/o a virtual/real audience) and different training approaches (e.g. modeling-based, feedback-based, simulation-based) to help users acquire, improve, and practice public speaking skills in full autonomy. For this purpose, different research challenges will be tackled to 1/ automatically learn, from different corpora, the multimodal cues correlated to the quality of public speaking; 2/ provide pedagogical activities rooted in coaching practice, taking a user-centered approach and 3/ provide a global evaluation of the training session as well as the specific behavioral characteristics to improve.

Stage d’initiation à la recherche en cognition comparée

Adrien Meguerditchian (LPC)

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Renouvellement des écrans tactiles de la plateforme CCDP

Joel Fagot, Nicolas Claidière (LPC) & Thierry Legou (LPL)

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Complexité des signaux de communication des babouins de Guinée, apports croisés de l’éthologie et de la linguistique

Lise Habib-Dassetto (LPC), Marie Montant (LPC), Cristel Portes (LPL)

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Structural markers of self-monitoring of speech.

Lydia Dorokhova (LPL)

Studies suggest that morphological features of certain brain areas may influence functional localizations. Itwasshownthatthelocationofmotorareasinthecingulate/paracingulateregionin humans relate to the sulcal anatomy of this region (Amiez & Petrides, 2014). Importantly, this brain region coincides with the anterior cingulate cortex (ACC) region that is found to be involved in the self-monitoring of speech (Runnqvist et al., 2021) and speech-alike acts (Loh et al., 2020). Thus, the structural specificities of the ACC could also influence functional localizations for self- monitoring of speech.
Objective the current study
The question is whether structural individual differences could be markers of functional localization.
The area of interest (ACC) may present structural specificities by having one or two sulci. The second sulci, the paracingulate sulcus (pCGS) is present at least in one hemisphere in more than 50% of population (Amiez et al., 2018). Therefore, the presence of this sulcus could be a marker for functional localization. In practice, to respond to our questions of interest, the first step is to annotate manually each individual brain for the presence of paracingulate sulcus (pCGS). And the next step is to find the relation in between the activation present in the ACC for monitoring and the area of interest (pCGS). Thus, the purpose of individual brain analyses is to determine whether the location of self-monitoring related activation in the ACC is also dependent on individual sulcal anatomy in the paracingulate/cingulate region where the cingulate motor areas are found (Amiez & Petrides, 2014). The hypothesis is “if paracingulate sulcus is present in a subject, the self- monitoring related activation will mostly be observed in it”.