Simuler la psychologie pour prédire le comportement humain en combinant la modélisation computationnelle et la réalité virtuelle : application du modèle de conscience projective pour étudier le rôle des émotions et de la cognition sociale dans le comporte

Le projet de thèse est interdisciplinaire. Il porte à la fois sur l’implémentation et la validation de modèles multi-agents combinés à de la réalité virtuelle (VR) pour étudier le rôle des émotions et de la cognition sociale dans les interactions sociales, entre des participants humains et des humains virtuels.
Le projet s’appuie sur le Modèle de Conscience Projective (PCM), qui fournit un cadre testable pour comprendre les relations entre la conscience spatiale, la cognition et les comportements adaptatifs. Le modèle subsume : la perception multimodale, la prise de perspective par l'imagination, l'évaluation de la valeur affective et épistémique de différentes perspectives possibles, et l'émergence de « pulsions » sous-jacentes à la motivation de l'action.
Le projet implique à la fois des recherches méthodologiques et fondamentales complémentaires.
1) Recherche méthodologique. Le ou la candidat.e retenu.e jouera un rôle central dans l’implémentation et l’évaluation du PCM dans le cadre d’une nouvelle plateforme de recherche au CIAMS. La recherche implique : de la programmation en Python et C# ; des choix d’optimisation et parallélisation ; des développement dans le moteur de jeu (Unity) avec intégration VR ; des simulations en temps réel pour la prédiction de comportements empiriques ; de l’inférence statistique, et le développement de métriques pour comparer les prédictions du modèle et les comportements humains. La recherche tirera parti de code et des solutions existantes.
2) Recherche fondamentale. Le ou la candidat.e retenu.e poursuivra des recherches empiriques sur la base des méthodes et outils existants et développés, avec un fort accent sur la cognition et les interactions sociales, portant sur les thèmes suivants :
• L'évaluation d’hypothèses sur le rôle de la géométrie projective dans l'inférence affective et sociale, l'évaluation de la valeur affective et épistémique de situations expérimentales, et la motivation des comportements ;
• Les mécanismes de l'empathie et de la Théorie de l'Esprit, et leur rôle dans le comportement ;
• Le contrôle stratégique de l'expression volontaire versus involontaire des émotions et la détection d’intention;
• Le rôle de ces processus et mécanismes dans le contrôle des comportements d'orientation, d'approche et d'évitement, et dans l’expression des émotions.
La recherche implique des validations externes par la caractérisation de la convergence entre les paramètres des modèles estimés dans le cadre des expérience en VR, et des mesures psychométriques basées sur des outils indépendamment validés en psychologie (questionnaires, tests).
Le projet de thèse s’appuiera sur une nouvelle plate-forme de recherche innovante et de haute technologie combinant les éléments suivants. 1) La simulation de la psychologie sur la base de modèles computationnels d'inférence active pour la prédiction du comportement, basée sur un ensemble de serveurs de calcul destinés aux simulations en temps réel, avec des modèles implémentés comme des agents artificiels et incarnés dans des humains virtuels. 2) L’interfaçage homme-machine via la réalité virtuelle immersive (VR), permettant aux participants humains d'interagir en temps réel avec des agents artificiels dans l'espace 3D. 3) La quantification du comportement via : un système de capture de mouvement ; de nouvelles technologies de réalité virtuelle immersive permettant de quantifier les expressions faciales (face tracking) et le regard (eye-tracking) de participants humains ; et la physiologie wireless, e.g. pour quantifier l'activité cardiovasculaire et la transpiration.
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The Ph.D. project is interdisciplinary. It focuses on both the implementation and validation of multi-agent models combined with virtual reality (VR) to study the role of emotions and social cognition in social interactions, between human participants and virtual humans. .
The project builds upon the Projective Consciousness Model (PCM), which provides a testable framework for understanding the relationships between spatial awareness, cognition, and adaptive behaviors. The model subsumes: multimodal perception, perspective taking through the imagination, the appraisal of the affective and epistemic value of different possible perspectives, and the emergence of “drives” underlying the motivation for action.
The project involves both complementary methodological and basic research.
1) Methodological research. The successful candidate will play a central role in the implementation and evaluation of the PCM within the framework of a new research platform at the CIAMS. The research involves: programming in Python and C#; optimization and parallelization choices; development in a game engine (Unity) with VR integration; real-time simulations for the prediction of empirical behaviors; statistical inference, and the development of metrics to compare model predictions and human behaviors. The research will leverage existing code and solutions.
2) Basic research. The successful candidate will pursue empirical research based on the methods he/she will contribute to develop and existing tools, with a strong emphasis on social cognition and interactions, encompassing the following themes:
• The evaluation of hypotheses on the role of projective geometry in affective and social inference, the appraisal of the affective and epistemic value of experimental situations, and the motivation of behaviors;
• The mechanisms of empathy and Theory of Mind, and their role in behavior;
• The strategic control of voluntary versus involuntary expression of emotions and detection of intention;
• The role of these processes and mechanisms in the control of orientation, approach and avoidance behaviors, and in the expression of emotions.
The research involves external validations by characterizing the convergence between the parameters of the models estimated in the context of VR experiments, and psychometric measures based on independently validated tools in psychology (questionnaires, tests).
The Ph.D. project will be based on a new innovative and high-tech research platform combining the following elements. 1) The simulation of psychology based on computational models of active inference for the prediction of behavior, based on a set of computing servers intended for real-time simulations, with models implemented as artificial agents and embodied in virtual humans. 2) Human-machine interfacing via immersive virtual reality (VR), allowing human participants to interact in real time with artificial agents in 3D space. 3) Quantification of behavior via: a motion capture system; new immersive virtual reality technologies to quantify the facial expressions (face tracking) and gaze (eye-tracking) of human participants; and wireless physiology, e.g. to quantify cardiovascular activity and sweating.
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Début de la thèse : 01/10/2023

Contrats ED : Programme blanc GS-SMFH

Université Paris-Saclay GS Sport, Mouvement, Facteurs Humains

566 Sciences du Sport, de la Motricité et du Mouvement Humain

Obligatoire : • Master en sciences de l'ingénieur et /ou informatique et/ou mathématiques appliquées et/ou physique • Intérêt marqué pour les sciences cognitives, les sciences du comportement, la technologie, la modélisation computationnelle, et la réalité virtuelle • Expérience dans le codage en Python • Un état d'esprit qui aime lier la conceptualisation théorique abstraite à des implémentations concrètes, pratiques, et agiles • Volonté d'apprendre et de poursuivre des recherches expérimentales et des évaluations de l'expérience utilisateur rigoureuses et ambitieuses Avantage : • Expérience en codage en C#, PyTorch et/ou Tensorflow • Expérience avec le moteur de jeu Unity et la réalité virtuelle • Compétences en optimisation, parallélisation, algorithmique, traitement temps réel, structures de données, ontologies, computer graphics, réseaux, algorithmes de passage de messages, bases de données SQL, mises à jour asynchrones, Linux et Windows • Solide formation en mathématiques, avec des connaissances de base en : contrôle classique et stochastique, géométrie/théorie des groupes, théorie des jeux, systèmes multi-agents, inférence (bayésienne), analyse de données multivariées et apprentissage automatique
Required: • Master degree in engineering science and/or computer science and/or applied mathematics and/or physics • Strong interest in cognitive science, behavioral science, technology, computational modeling and VR • Experience in coding in Python • A mindset that enjoys linking basic abstract theoretical conceptualization with concrete, hands-on, practical and agile implementations • Willingness to learn and pursue rigorous and challenging experimental research and user experience assessments Advantageous: • Experience in coding in C#, PyTorch and/or Tensorflow • Experience with Unity game engine and VR • Skills in optimization, parallelization, algorithmics, real-time processing, data structures, ontologies, computer graphics, networking, message passing algorithms, SQL databases, asynchronous updates, Linux and Windows • Solid background in mathematics, with basic knowledge in: classical & stochastic control, geometry/group theory, game theory, multiagent systems, (Bayesian) inference, multivariate data analysis and machine learning