2011TOU330152

R´ esum´ e
Le sujet de cette th` ese aborde le probl` eme de la repr´ esentation de l’espace dans la boucle
sensorimotrice chez le primate et sur des syst` emes robotiques. Chez l’ˆ etre vivant, l’int´ egration
multisensorielle passe par la probl´ ematique des r´ ef´ erentiels pour lesquels il existe des mod` eles
th´ eoriques bas´ es sur des donn´ ees ´ electrophysiologiques. Cependant ces derniers n’expliquent
pas tous les r´ esultats issus des travaux en neurosciences. Dans une premi` ere partie de l’´ etude,
nous avons enregistr´ e et mis en ´ evidence, chez le singe vigile, l’influence de la direction de la
tˆ ete par rapport au corps et de son interaction avec celle de l’œil par rapport ` a la tˆ ete au sein
de l’aire visuelle primaire (V1) sous forme de modulation de l’activit´ e neuronale. L’effet de la
position de la tˆ ete n’avait ´ et´ e, jusqu’` a pr´ esent, montr´ e que dans le cortex pari´ etal, aire haute-
ment int´ egrative. Nos r´ esultats mettent clairement en ´ evidence l’existence d’une int´ egration dis-
tribu´ ee et d’une construction d’une repr´ esentation stable et unifi´ ee en amont du cortex pari´ etal.
Ces int´ egrations semblent exister ´ egalement apr` es le cortex pari´ etal post´ erieur. Des r´ esultats
´
electrophysiologiques, longtemps ignor´ es mais confirm´ es r´ ecemment ont montr´ e l’influence de
la position des yeux au sein du cortex pr´ emoteur dorsal. Une deuxi` eme ´ etude bas´ ee sur le for-
malisme de l’asservissement visuel en robotique, nous a permis de proposer une interpr´ etation
de ces r´ esultats. La mise en œuvre d’un r´ eseau de neurones artificiels entraˆ ın´ e` a partir de ce
formalisme montre la similitude de l’influence des effets de la position des yeux observ´ es au
niveau cortical et confirme notre interpr´ etation. Sur l’ensemble de tous ces travaux, nous pro-
posons une discussion sous l’angle des deux formalismes neuro-robotique o` u nous pr´ esentons
un bilan fonctionnel de la perception ` a l’action. Finalement, nous proposons l’existence d’une
origine multisensorielle qui avantagerait l’int´ egration multisensorielle en neurosciences comme
en robotique.
mots cl´ es : mod´ elisation, enregistrement extra-cellulaire chez le singe ´ eveill´ e, asservisse-
ment visuel, transformations de coordonn´ ees, boucle sensorimotrice, r´ eseaux de neurones arti-
ficiels

Abstract
This thesis is an interdisciplinary approach in Neuroscience and robotics that investigates
the frame of references based on multisensory integration in the sensorimotor loop. Theoretical
modeling based on experimental studies in neuroscience have been proposed but are not satis-
factory. In a first study we have performed electrophysiological recordings in the primary visual
cortex of a behaving monkey and showed that extraretinal signals related to the eye position
and to the neck position modulate visual activity of cortical neurons. This result parallels pre-
vious data shown in the parietal cortex and strongly suggest a distributed cortical mechanism
for construction of space representation. The second study aimed to interpret the modulation,
due to eye position relative to the head, of the neuronal activity in the dorsal premotor cortex.
For this, humanoid robotics formalisms were used, in particular visual servoing. We used this
purely mathematical model to train an artificial neural network in order to show similarities
between artificial neural activity and biological neuronal activity. From this work, we propose a
discussion in terms of both neuroscience and robotics formalisms, where we present a functio-
nal assessment from perception to action. Finally, we propose the existence of a multisensory
origin that would benefit the multisensory integration in neuroscience as in robotics.
keywords : modelisation, extracellular recordings in the behaving monkey, visual servoing,
coordinate transformation, sensorimotor loop, artificial neural network

Remerciements
Je remercie tr` es sinc` erement mes deux responsables de th` ese Philippe SOUERES et Yves
TROTTER pour leur soutien et leur apport dans l’encadrement de ces travaux de th` ese. J’esp` ere
que nos chemins se croiseront ` a nouveau...
Je tiens ´ egalement ` a remercier tous les membres du jury : Pier-Giorgio ZANONE qui a ac-
cept´ e de pr´ esider le jury, Benoˆ ıt GIRARD et Guillaume MASSON qui ont accept´ e d’en ˆ etre les
rapporteurs, Olivier SIGAUD et Christophe JOUFFRAIS qui ont bien voulu examiner ce travail.
J’exprime aussi ma reconnaissance envers tous les ITAs, les chercheurs et ´ etudiants du
LAAS-CNRS et du CerCo, qui m’ont soutenu. En particulier, Ang´ eline MANTIONNE qui a su
prendre soin de mes sujets, Luc RENAUD qui nous a assist´ e pendant les chirurgies, l’´ equipe du
SITH sur qui repose le bon fonctionnement de toutes les exp´ eriences du CerCo.
Je suis ´ egalement tr` es reconnaissant ` a Laura HALGAND et notre fille Margot qui ont connu
des journ´ ees et des weekends sans moi mais qui m’ont toujours ´ epaul´ e.