Modélisation des émotions de l’apprenant et interventions implicites pour les systèmes tutoriels intelligents

La modélisation de l’expérience de l’utilisateur dans les Interactions Homme-Machine est un enjeu important pour la conception et le développement des systèmes adaptatifs intelligents. Dans ce contexte, une attention particulière est portée sur les réactions émotionnelles de l’utilisateur, car elles ont une influence capitale sur ses aptitudes cognitives, comme la perception et la prise de décision. La modélisation des émotions est particulièrement pertinente pour les Systèmes Tutoriels Émotionnellement Intelligents (STEI). Ces systèmes cherchent à identifier les émotions de l’apprenant lors des sessions d’apprentissage, et à optimiser son expérience d’interaction en recourant à diverses stratégies d’interventions. Cette thèse vise à améliorer les méthodes de modélisation des émotions et les stratégies émotionnelles utilisées actuellement par les STEI pour agir sur les émotions de l’apprenant. Plus précisément, notre premier objectif a été de proposer une nouvelle méthode pour détecter l’état émotionnel de l’apprenant, en utilisant différentes sources d’informations qui permettent de mesurer les émotions de façon précise, tout en tenant compte des variables individuelles qui peuvent avoir un impact sur la manifestation des émotions. Pour ce faire, nous avons développé une approche multimodale combinant plusieurs mesures physiologiques (activité cérébrale, réactions galvaniques et rythme cardiaque) avec des variables individuelles, pour détecter une émotion très fréquemment observée lors des sessions d’apprentissage, à savoir l’incertitude. Dans un premier lieu, nous avons identifié les indicateurs physiologiques clés qui sont associés à cet état, ainsi que les caractéristiques individuelles qui contribuent à sa manifestation. Puis, nous avons développé des modèles prédictifs permettant de détecter automatiquement cet état à partir des différentes variables analysées, à travers l’entrainement d’algorithmes d’apprentissage machine. Notre deuxième objectif a été de proposer une approche unifiée pour reconnaître simultanément une combinaison de plusieurs émotions, et évaluer explicitement l’impact de ces émotions sur l’expérience d’interaction de l’apprenant. Pour cela, nous avons développé une plateforme hiérarchique, probabiliste et dynamique permettant de suivre les changements émotionnels de l'apprenant au fil du temps, et d’inférer automatiquement la tendance générale qui caractérise son expérience d’interaction à savoir : l’immersion, le blocage ou le décrochage. L’immersion correspond à une expérience optimale : un état dans lequel l'apprenant est complètement concentré et impliqué dans l’activité d’apprentissage. L’état de blocage correspond à une tendance d’interaction non optimale où l'apprenant a de la difficulté à se concentrer. Finalement, le décrochage correspond à un état extrêmement défavorable où l’apprenant n’est plus du tout impliqué dans l’activité d’apprentissage. La plateforme proposée intègre trois modalités de variables diagnostiques permettant d’évaluer l’expérience de l’apprenant à savoir : des variables physiologiques, des variables comportementales, et des mesures de performance, en combinaison avec des variables prédictives qui représentent le contexte courant de l’interaction et les caractéristiques personnelles de l'apprenant. Une étude a été réalisée pour valider notre approche à travers un protocole expérimental permettant de provoquer délibérément les trois tendances ciblées durant l’interaction des apprenants avec différents environnements d’apprentissage. Enfin, notre troisième objectif a été de proposer de nouvelles stratégies pour influencer positivement l’état émotionnel de l’apprenant, sans interrompre la dynamique de la session d’apprentissage. Nous avons à cette fin introduit le concept de stratégies émotionnelles implicites : une nouvelle approche pour agir subtilement sur les émotions de l’apprenant, dans le but d’améliorer son expérience d’apprentissage. Ces stratégies utilisent la perception subliminale, et plus précisément une technique connue sous le nom d’amorçage affectif. Cette technique permet de solliciter inconsciemment les émotions de l’apprenant, à travers la projection d’amorces comportant certaines connotations affectives. Nous avons mis en œuvre une stratégie émotionnelle implicite utilisant une forme particulière d’amorçage affectif à savoir : le conditionnement évaluatif, qui est destiné à améliorer de façon inconsciente l’estime de soi. Une étude expérimentale a été réalisée afin d’évaluer l’impact de cette stratégie sur les réactions émotionnelles et les performances des apprenants.

Impact des émotions sur les performances

Les émotions jouent un rôle primordial dans les processus cognitifs et plus particulièrement dans les tâches d’apprentissage. D’ailleurs, plusieurs recherches neurologiques ont montré l’interrelation qui existe entre la cognition et les émotions. Elles ont aussi déterminé plusieurs formes d’intelligence humaine autre que l’intelligence rationnelle parmi lesquelles nous distinguons la forme ayant comme dimension émotionnelle, à savoir l’intelligence émotionnelle, vu son impact sur les processus d’apprentissage. L’intelligence émotionnelle est alors un facteur significatif de réussite scolaire et professionnelle. Sous la lumière de ces constatations présentées, les informaticiens à leur tour, vont alors tenter de consentir de plus en plus de place au facteur émotionnel dans les systèmes informatiques et plus particulièrement dans ceux dédiés à l’apprentissage. L’intégration de l’intelligence émotionnelle dans ces systèmes et plus précisément, dans les Systèmes Tutoriels Intelligents (STI), va leur permettre de gérer les émotions de l’apprenant et par la suite améliorer ses performances. Dans ce mémoire, notre objectif principal est d’élaborer une stratégie d’apprentissage visant à favoriser et accentuer la mémorisation chez les enfants. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé un cours d’anglais en ligne ainsi qu’un tuteur virtuel utilisant des ressources multimédia tels que le ton de la voix, la musique, les images et les gestes afin de susciter des émotions chez l’apprenant. Nous avons conduit une expérience pour tester l’efficacité de quelques stratégies émotionnelles ainsi qu’évaluer l’impact des émotions suscitées sur la capacité de mémorisation des connaissances à acquérir par l’apprenant. Les résultats de cette étude expérimentale ont prouvé que l’induction implicite des émotions chez ce dernier a une influence significative sur ses performances. Ils ont également montré qu’il n’existe pas une stratégie efficace pour tous les apprenants à la fois, cependant l’efficacité d’une telle stratégie par rapport à une autre dépend essentiellement du profil comportemental de l’apprenant déterminé à partir de son tempérament.

Une analyse interactionnelle des émotions dans les institutions totales : le cas de l’émission radiophonique du centre de détention de Montréal

Le sujet principal de ce mémoire est l’expression des émotions en univers carcéral. L’émission radiophonique « Souverains Anonymes » a servi d’étude de cas pour ce travail. Dans cette étude, j’ai analysé en détail l’expression des émotions dans un environnement supposément hostile, soit le milieu carcéral. Je me suis appuyée sur la littérature portant sur les émotions et les institutions totales afin d’étudier un nouvel axe qui est celui de l’analyse interactionnelle de l’expression des émotions dans un environnement imposé, régimenté, a priori non propice à de telles expressions. Le corpus à partir duquel j’ai élaboré mes analyses est constitué, d’une vidéographie intitulée « Hommes de passage » réalisé par Bruno Boulianne. C’est une vidéographie, qui a été tourné sur l’émission de radio avec également des entretiens menés en dehors du contexte de la radio. Quatre extraits pertinents ont été retenus dans cette vidéographie pour l’analyse des moments visibles d’émotion. Le corpus est également constitué d’une journée d’observation de la préparation de cette émission, observation que j’ai enregistrée sous forme de notes manuscrites. Enfin une seconde journée d’observation m’a permise de compléter et de vérifier les résultats de mes analyses. Par l’analyse de toutes ces données, je tente de mieux comprendre comment et dans quelles circonstances les détenus expriment et parlent de leurs émotions. Comme nous le verrons à travers les analyses que je propose, il est principalement question de leur identité lorsque les détenus expriment ou parlent de leurs émotions. Il s’agit d’une identité qu’ils voudraient obtenir, soit celle qu’ils souhaitent regagner ou celle qu’ils souhaitent acquérir. Cette quête identitaire revêt différents aspects, entre autres, avec des références à la morale, à la famille ou encore aux murs de la prison. L’expression des émotions et l’expression identitaire apparaissent donc inextricablement liées dans leur discours.

Le rôle des émotions dans le processus de sensemaking : l’analyse communicationnelle de récits d’expériences de personnes travaillant dans une résidence pour personnes âgées

Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont souligné l'importance d'étudier les émotions et le processus de construction de sens (sensemaking) de Weick (1995) dans des contextes organisationnels. Cependant, peu d'études ont examiné les relations complexes entre ces deux dimensions de l’expérience organisationnelle. Pour comprendre davantage ce lien, cette étude explore l’interprétation du rôle des émotions dans le processus de sensemaking dans le contexte d'un centre d’hébergement pour personnes âgées. Fondée sur l’analyse de récits d’expériences de six employés, cette analyse narrative révèle les principales différences et similitudes dans la manière dont les émotions marquent le sensemaking de ces employés dans leurs interactions quotidiennes au travail. De plus, cette recherche montre que l'accent mis sur les émotions peut faire ressortir des aspects organisationnels particuliers du sensemaking qui, autrement, restent pris pour acquis (ou cachés).

De la difficulté des enfants dysphasiques à décoder des émotions de base : éclairages sur un syndrome méconnu

On évoque souvent des difficultés à interagir socialement chez les enfants ayant une dysphasie. Ces difficultés sont généralement attribuées aux troubles du langage, mais elles pourraient aussi provenir d’un problème à décoder les émotions des autres. Le but de la présente recherche est d’explorer cette voie chez les enfants dysphasiques de 9 à 12 ans. Différents stimuli émotionnels leur ont été présentés sous forme de vidéos ainsi qu’à des enfants d’un groupe contrôle selon cinq conditions : parole non filtrée, parole filtrée, visage dynamique, visage dynamique accompagné de la parole non filtrée, et visage dynamique avec parole filtrée. Les enfants dysphasiques et les enfants du groupe contrôle ne se comportent pas différemment de manière significative en fonction des émotions présentées et des conditions testées. Par contre, un sous-groupe d’enfants ayant une dysphasie mixte commet significativement plus d’erreurs pour l’ensemble de la tâche que le sous-groupe d’enfants sans dysphasie de même âge chronologique. En fait une part seulement des enfants dysphasiques mixtes ont des scores plus faibles. Ces mêmes enfants présentent un QI non verbal faible tandis que leur compréhension du langage est équivalente à celle de leur sous-groupe (enfants dysphasiques mixtes). Malgré ces différences significatives, les scores des enfants dysphasiques mixtes restent relativement élevés et les difficultés observées sont subtiles. Sur le plan clinique, les praticiens (orthophonistes, psychologues, éducateur) devront systématiser l’évaluation des habiletés de décodage des émotions chez l’enfant dysphasique dont les difficultés ne sont pas forcément évidentes dans la vie quotidienne. La recherche devra développer un outil de dépistage sensible aux troubles de décodage émotionnel et des stratégies thérapeutiques adaptées.

Émotions et identité : le rôle des émotions dans la formation de l'identité narrative

Cette thèse met en place un modèle permettant d'éclairer les relations entre certaines émotions et la conception que l'individu a de lui-même. En accord avec plusieurs auteurs contemporains, il est ici défendu que la conception que nous avons de nous-mêmes prend la forme d'une identité narrative, c'est-à-dire d'un récit à l'intérieur duquel nous tentons de structurer une image cohérente de nous-mêmes. Dans cette perspective, il est proposé qu'un certain groupe d'émotions, comme la honte, la fierté et la culpabilité, occupe une place cruciale dans la formation et le maintien de cette image de soi. Ces émotions, que nous pouvons qualifier d'auto-évaluatives, conditionnent l'évaluation que nous avons de nous-mêmes et participent ainsi à l'élaboration de la représentation de soi. De plus, cette identité narrative, à travers un certain aspect normatif et motivant, vient à son tour influencer la manifestation et l'interprétation de ces mêmes émotions. Ainsi, la relation entre les émotions auto-évaluatives et l'identité narrative serait une relation complexe d'influences réciproques. L’analyse proposée devrait permettre de clarifier de nombreux aspects de l’économie mentale de l’individu et plus particulièrement de sa motivation morale.

Détection des augmentations de 5 et de 10% de la dépense énergétique totale : comparaison des estimations de deux accéléromètres

L’obésité et la sédentarité sont considérées comme des problèmes importants de santé publique. L’augmentation de l’activité physique est une des stratégies recommandées pour obtenir un bilan énergétique positif dans les interventions de perte de poids. Deux accéléromètres, le Sensewear Armband (SWA) et l’Actical (ACT), sont des outils simples à utiliser en recherche clinique, mais à notre connaissance, aucune étude n’a évalué leur capacité à détecter des hausses de la dépense énergétique. De plus, très peu d’études, avec des résultats par ailleurs contradictoires, ont été effectuées afin de déterminer la fiabilité de ces accéléromètres pour la mesure de la dépense énergétique au repos et au cours d’une activité physique au vélo stationnaire. Ainsi, les objectifs de cette étude étaient: 1) évaluer, pendant 3 journées consécutives, la reproductibilité des valeurs de la dépense énergétique obtenues avec le SWA et l’ACT, au repos et au cours d’une activité physique de 45 minutes sur un vélo stationnaire, 2) déterminer la capacité de ces accéléromètres à détecter des hausses de 5% et 10 % de la dépense énergétique totale (DET) au moyen de la modification d’une activité physique au tapis roulant pendant 45 minutes. Cette étude transversale effectuée auprès de 20 sujets en santé, âgés de 20 à 32 ans et avec un IMC moyen de 23 kg/m2, consistait en 5 visites à la clinique. Les 3 dernières visites, sous supervision directe pendant 10 heures, comportaient des activités programmées sur le vélo stationnaire et la marche sur tapis roulant pendant 45 minutes. Les résultats montrent que le SWA et l’ACT donnent des valeurs reproductibles pour estimer la dépense énergétique au repos et la dépense énergétique au vélo (corrélations intra classe, p<0,001). Par contre, pour des hausses préétablies de la DET de 5% et 10%, les estimations respectives obtenues étaient de 1,4% et 7,8% avec le SWA et de 3,4% et 13,1% avec l’ACT. Le SWA sous-estime les hausses de 5% et de 10% et l’ACT sous-estime la hausse de 5% et surestime la hausse de 10% de la DET. Plus de recherches sont nécessaires avant de confirmer l’usage du SWA et de l’ACT dans l’estimation des hausses de la dépense énergétique totale.

Détection des événements de "Minimum Bias" et neutrons avec les détecteurs ATLAS-MPX par simulations

Un réseau de seize détecteurs ATLAS-MPX a été mis en opération dans le détecteur ATLAS au LHC du CERN. Les détecteurs ATLAS-MPX sont sensibles au champ mixte de radiation de photons et d’électrons dans la caverne d’ATLAS et sont recouverts de convertisseurs de fluorure de lithium et de polyéthylène pour augmenter l’efficacité de détection des neutrons thermiques et des neutrons rapides respectivement. Les collisions à haute énergie sont dominées par des interactions partoniques avec petit moment transverse pT , associés à des événements de “minimum bias”. Dans notre cas la collision proton-proton se produit avec une énergie de 7 TeV dans le centre de masse avec une luminosité de 10³⁴cm⁻²s⁻¹ telle que fixée dans les simulations. On utilise la simulation des événements de "minimum bias" générés par PYTHIA en utilisant le cadre Athena qui fait une simulation GEANT4 complète du détecteur ATLAS pour mesurer le nombre de photons, d’électrons, des muons qui peuvent atteindre les détecteurs ATLASMPX dont les positions de chaque détecteur sont incluses dans les algorithmes d’Athena. Nous mesurons les flux de neutrons thermiques et rapides, générés par GCALOR, dans les régions de fluorure de lithium et de polyéthylène respectivement. Les résultats des événements de “minimum bias” et les flux de neutrons thermiques et rapides obtenus des simulations sont comparés aux mesures réelles des détecteurs ATLAS-MPX.

Représentation et détection des images et des surfaces déformables

La représentation d'une surface, son lissage et son utilisation pour l'identification, la comparaison, la classification, et l'étude des variations de volume, de courbure ou de topologie sont omniprésentes dans l'aire de la numérisation. Parmi les méthodes mathématiques, nous avons retenu les transformations difféomorphiques d'un pattern de référence. Il y a un grand intérêt théorique et numérique à approcher un difféomorphisme arbitraire par des difféomorphismes engendrés par des champs de vitesses. Sur le plan théorique la question est : "est-ce que le sous-groupe de difféomorphismes engendrés par des champs de vitesses est dense dans le groupe plus large de Micheletti pour la métrique de Courant ?" Malgré quelques progrès réalisés ici, cette question demeure ouverte. Les pistes empruntées ont alors convergé vers le sous-groupe de Azencott et de Trouvé et sa métrique dans le cadre de l'imagerie. Elle correspond à une notion de géodésique entre deux difféomorphismes dans leur sous-groupe. L'optimisation est utilisée pour obtenir un système d'équations état adjoint caractérisant la solution optimale du problème d'identification à partir des observations. Cette approche est adaptée à l'identification de surfaces obtenues par un numériseur tel que, par exemple, le scan d'un visage. Ce problème est beaucoup plus difficile que celui d'imagerie. On doit alors introduire un système de référence courbe et une surface à facettes pour les calculs. On donne la formulation du problème d'identification et du calcul du changement de volume par rapport à un scan de référence.

Architecture et filtres pour la détection des chenaux dans la glace de l'océan Arctique

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Détection des chutes par calcul homographique

La vidéosurveillance a pour objectif principal de protéger les personnes et les biens en détectant tout comportement anormal. Ceci ne serait possible sans la détection de mouvement dans l’image. Ce processus complexe se base le plus souvent sur une opération de soustraction de l’arrière-plan statique d’une scène sur l’image. Mais il se trouve qu’en vidéosurveillance, des caméras sont souvent en mouvement, engendrant ainsi, un changement significatif de l’arrière-plan; la soustraction de l’arrière-plan devient alors problématique. Nous proposons dans ce travail, une méthode de détection de mouvement et particulièrement de chutes qui s’affranchit de la soustraction de l’arrière-plan et exploite la rotation de la caméra dans la détection du mouvement en utilisant le calcul homographique. Nos résultats sur des données synthétiques et réelles démontrent la faisabilité de cette approche.

Évolution des émotions, des obsessions et des compulsions chez les personnes souffrant de Trouble obsessionnel-compulsif au cours d’une thérapie basée sur les inférences

L’approche cognitive du trouble obsessionnel-compulsif (TOC) propose un lien bidirectionnel entre les émotions et les cognitions. Cependant, même si des études montrent une association entre les émotions et le TOC, aucune étude ne s’est attardée à la relation entre les émotions, les cognitions et les comportements au cours d’une thérapie cognitive. La présente étude a pour but d’examiner la relation entre les processus cognitif, béhavioral et émotionnel au cours d’une thérapie basée sur les inférences (TBI) chez des personnes souffrant du TOC. Plus précisément, nous avons observé comment les émotions et les symptômes du TOC s’influencent et comment ils s’influencent à travers le temps. Les patients ont rempli un journal de bord tout au long du processus thérapeutique, notant (de 0 à 100) des émotions clés, ainsi que les croyances et les comportements ciblés durant la thérapie. Des analyses à mesures répétées ont été utilisées afin de maximiser le potentiel des données longitudinales. Les résultats montrent que l’anxiété, la tristesse et la joie ont des trajectoires similaires aux croyances et aux comportements au cours de la thérapie. Les forces et limites de l’étude sont discutées. Les implications des résultats pour le traitement des émotions et des pensées à différents moments de la thérapie sont aussi discutées.

Stratégie de détection des anomalies chromosomiques dans les leucémies aiguës pédiatriques

L’analyse des anomalies génomiques récurrentes est importante pour établir le diagnostic, le pronostic et pour orienter la thérapie des leucémies aiguës pédiatriques. L’objectif de notre étude est d’élaborer une stratégie optimale pour détecter les anomalies chromosomiques dans les leucémies aiguës lymphoblastiques (LAL) et myéloïdes (LAM) des enfants. Pour ce faire, nous avons caractérisé au caryotype, avec des panels d’hybridation in situ en fluorescence (FISH), par RT-PCR et par l’index d’ADN 253 leucémies de novo reçues au CHU Sainte-Justine entre 2005 et 2011 (186 LAL-B, 27 LAL-T et 40 LAM). Nous avons réussi à optimiser la détection des anomalies chromosomiques dans les trois types de leucémies, avec des fréquences de 93,5% dans les LAL-B (174/186), 66,7% dans les LAL-T (18/27) et 90% dans les LAM (36/40). Nos résultats suggèrent d’utiliser plusieurs tests génétiques concomitants afin d’optimiser la détection des anomalies génomiques dans les LAL et les LAM de novo pédiatriques.

Physiologie des émotions : l’effet des stimuli relationnels et de la qualité affective des schémas relationnels sur les réactions physiologiques associées à des émotions de valence positive et négative

La littérature sur l’électrophysiologie des émotions ne semble pas trouver de consensus. Certaines études démontrent que les gens réagissent davantage à des stimuli de valence positive, tandis que d’autres concluent le contraire. L’objectif principal de ce mémoire est de vérifier les effets de la variable relationnelle sur les réactions physiologiques de sujets issus de la population étudiante. C’est-à-dire, les réactions physiologiques sont-elles influencées uniquement par la valence affective des différentes émotions ou s’ils sont également influencés par le contexte relationnel des stimuli? Le second objectif du projet de recherche proposé est de vérifier s’il existe un effet d’interaction entre la qualité affective des schémas relationnels des participants et la nature relationnelle ou non des stimuli. Pour ce faire, le rythme cardiaque a été pris sur 16 sujets divisés en 2 groupes, basés sur leurs résultats au TAT, analysés sur l’échelle de la tonalité affective du SCORS. Finalement, un troisième objectif est de comparer l’expérience subjective des participants aux mesures physiologiques obtenues. Les résultats démontrent que les gens réagissent davantage aux scénarios non relationnels que ceux relationnels. De plus, les grandes tailles d’effet des deux groupes (tonalité affective haute et basse) semblent indiquer l’importance de prendre en considération cette variable dans de futures recherches. Finalement, d’autres études, notamment avec de plus grands échantillons, seront nécessaires pour montrer l’importance de la qualité relationnelle dans l’expérience émotive.

L’universalité des émotions humaines de base : une analyse multidisciplinaire.

Les chercheurs qui s’intéressent au champ d’études des émotions sont principalement divisés en deux groupes possédant chacun une façon de percevoir l’expérience émotionnelle et de comprendre ce qui est à sa base. Ces deux groupes sont à l’origine de l’élaboration de deux familles théoriques bien distinctes : celle des émotions discrètes et celle des émotions dimensionnelles. La première, phylogénétiquement inclusive, focalise sur les similarités concrètes entre notre espèce et d’autres espèces de mammifère de manière à trouver des preuves de l’existence de composantes émotionnelles universelles. La seconde, phylogénétiquement beaucoup plus exclusive, s’intéresse aux variantes d’états émotionnels principalement au sein de notre propre espèce. Le présent mémoire s’intéresse à ces deux familles théoriques et a pour mission de confronter les hypothèses précédemment mentionner dans le but de répondre à la question suivante : les émotions sont-elles variables culturellement ou bien sont-elles universelles?