Thèse de doctorat spécialité informatique Université Claude Bernard, Lyon 1 Luc Damas 15/12/2003

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Etude théorique et pratique dela production d'effets d'amorçage de la mémoire

Application à l'assistance à la remémorationchez l'utilisateur d'un système informatique

pour une tâche d'apprentissage

Thèse de doctoratspécialité informatique

Université Claude Bernard, Lyon 1

Luc Damas

15/12/2003

Direction : Alain MilleRémy Versace

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Problématique

● Cadre : assistance à l'utilisateur

● Constat : la mémoire est omniprésente.

● La remémoration permet la poursuite de la tâche.

● Idée : Assister une tâche en assistant la remémoration

– 1er effet bénéfique : utile à court terme

– 2ème effet bénéfique : renforcement à long terme

● Problématique : Est-il possible d’assister la

remémoration d’un utilisateur ?

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Plan de la présentation

● Idée

● Modélisation de la mémoire

– Modélisation

– Simulations

– Validation

● Assistance à la remémoration

– Expérimentation

– Evaluation

● Conclusion, perspectives

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Idée

Utilisateur

Outilinformatiqueutilisé

Système informatique

Alter-ego de l'tilisateur

transmet

interactions observe

Assistant

1amorce

2

remémoration3

4

simulateurde

mémoire

5

Validation et évaluation

● Validation du simulateur de mémoire

– Expérimentations

– Simulations

● PUIS

● Évaluation de l'assistance basée sur ce principe

– Mise en oeuvre de l’alter-ego

– Expérimentation

● Approche incrémentale

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Étape 1/2 : modélisation de la mémoire

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Modélisation de la mémoire

● Modèle épisodique à traces multiples

– Conteneur d'expériences● Succession de traces

– Processus● Ecphorie synergique [Tulving, 1973]

● Modèle choisi :

– Minerva 2 [Hintzman, 1986]

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Minerva 2

sonde

écho

activations

tracete

mps

mémoire

intensité

9

Capacités de minerva 2

● Prise en compte de

– Catégorisation

– Reconnaissance

– Rappel indicé

● Plus généralement : tâches d’abstraction

– Reconstruction de parties de traces

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Exemple : catégorisation

● Expérimentation

– Catégorisation d’items

– Prototype 1 : C3X1

– Prototype 2 : F9G4

● Tâche d’entraînement

– Catégorisation d’items plus ou moins prototypiques

– C3X2 C5X8 V3E1 F1G4 F9G8 A9B4

– Feedback

● Tâche de test

– Idem

– Pas de feedback

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Exemple : catégorisation

Codage de l’item

Codage de la catégorie

C2X1

F9B4

F1G4

A9B4

C3X2

C5X8

V3E1

SondeC7R1

Proto 1C3X1

Proto 2F9G4

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Limitations de minerva 2

● Limitations inhérentes au modèle

– Pas de prise en compte du temps

– Aucune influence mutuelle des traces

● Aucun effet d’amorçage possible

● Aucun effet de position possible

– Primauté et récence

– Espacement pendant l’apprentissage

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Limitations de Minerva 2

● Limitations de méthodologie

– Méthode de codage peu explicitée● Que mettre dans les traces ?

– Peu de prise en compte des tâches mnésiques● Comment construire la sonde ?

– Mauvaises interprétations● L’intensité de l’echo renseigne peu● L’évolution des activations et le contenu de l’écho sont plus

précis

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Extension du modèle : conservation des états

● Définition d’un état de mémoire

– Sonde + Écho + Activations

● Conservation à court terme de l’état de mémoire

Activation d’une trace t en mémoire : Minerva 2 étendu

temps

Activation d’une trace t en mémoire : Minerva 2

temps

Sonde 1 Sonde 2 Sonde 3

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Extension du modèle : codage

● Item + contexte (temporel, situationnel)

item catégorie

Minerva 2

Minerva 2 étendu

item contexte

description de l’item catégorie temporel situationnel

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Extension du modèle : tâches mnésiques

● Apprentissage, entraînement

● Rappel libre vs autres tâches

stimuli

sonde

écho

mém

oire

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Validation

● Primauté, récence

● Catégorisation

● Amorçage

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Primauté / récence

● Objectif : obtenir la courbe en U typique des effets de

primauté/récence

– Les premiers et derniers items sont mieux rappelés que

les items intermédiaires

● Expérimentation

– Apprendre une liste de 8 pseudo-mots● COTI, MADU, RIVO, SOLA, BUHO, NICU, FAZI, KAXA

– Rappel libre

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Primauté / récence

1COTI

2MADU

3RIVO

4SOLA

5BUHO

6NICU

7FAZI

8KAXA

69

61

15

SimulationMinerva 2 étendu

Expérimentation

Probabilité de rappel (%)

Positionsérielle

Minerva 2

20

Primauté / récence : pourquoi ça marche ?

● Primauté

– Les premiers items appris sont mieux encodés

– Car peu « brouillés » par de nombreux items antérieurs

● Récence

– Les derniers items appris restent activés

– Ils sont donc immédiatement rappelés

– Que se passe t-il si on attend avant le rappel ?

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Primauté / récence

● Objectif : reproduire des effets typiques de rappel libre

● Variations

– Délai inter-item lors de l’apprentissage (t)

– Délai post-apprentissage (T)

● Exemple

– Plus le temps de distraction T après l’apprentissage est

grand, plus les effets de récence sont faibles.

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Primauté / récence

100

20

40

60

80

1 2 3 4 5 6 7 8

T=1

T=2

T=4

T=6

T=10

9 10 11 12

Performance en rappel libre (%)

Positionsérielle

● Simulations à l’aide de Minerva 2 étendu

Minerva 2

Min

erv

a 2

éte

ndu

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Primauté / récence : conclusion

● Effet typique de l’influence temporelle

● Effet omni-présent dès qu’il y a rappel libre

● D’un point de vue simulation

– Mélange « plus ou moins pur » des traces● Primauté, récence à long terme

– Conservation des activations● Récence à court terme (Mémoire à Court Terme)

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Catégorisation

● Objectif double

– Montrer que Minerva 2 étendu fait aussi bien que

Minerva 2

– Montrer que Minerva 2 étendu peut faire mieux

● Tâche de catégorisation

● Variations

– Variations de prototypie et de ressemblance inter-items

– Explicitation des catégories

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Catégorisation

0.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

Gain de performancesen catégorisation

76

75.0

65.0

12.0

2.0

AVEC explicitation

des catégories

Expérience1a 1b 5432

SANS explicitation des catégoriesdans la phase d’apprentissage

Expérimentation

Minerva 2 étendu

Modèle épisodiquede typeMinerva 2

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Catégorisation : conclusion

● Comportement initial de Minerva 2 conservé

– Pas de modification du principe d’ecphorie

● Spécificité dans la tâche : explicitation de la catégorie

– Traits spécifiques de la trace

– Meilleures activations

● Prise en compte des spécificités des tâches dans le

codage des traces

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Amorçage

● Objectif : reproduire en simulation des effets

d’amorçage obtenus en expérimentation

● Amorce : un stimulus qui influence le traitement de

stimuli ultérieurs

● Expérimentation : catégorisation

● Etude des capacités d’amorçage d’un item en fonction

de sa prototypie

– p : prototypique

– np : non prototypique

– dis : distracteur

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Amorçage

● Exemple 1 : prototypique p

– Amorce : C4X2 (catégorie 1, proto = C3X1)

– Cible : C4X0

● Exemple 2 : non prototypique np

– Amorce : F9G1 (catégorie 2, proto = F9G4)

– Cible : C4X0

● Exemple 3 : distractrice dis

– Amorce : Z8T8 (jamais vu)

– Cible : C4X0

amorce cible à catégoriser

réponse du sujet = categ. 1 ou 2

t

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Amorçage

● Expérimentation et simulation de catégorisation

npp dis npp dis

100%

60%

100%

60%

Pourcentage de bonnes réponses

Expérimentation Simulation

30

Amorçage : conclusion

● Obtenu grâce à la conservation des activations

Activationsd’une cible

temps

amorce cible à catégoriser t

Activationsd’une cible

temps

amorce prototypique

amorce distractive

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Modélisation de la mémoire : conclusion

● Modèle unificateur

– Multiples tâches

– Peu de mécanismes ajoutés ou modifiés

● Méthodologie de simulation

– Simulation de la totalité d’une expérimentation

– Matériel puis déroulement puis interprétation

● Validation

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Étape 2/2 : évaluation de l’assistance

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Évaluation

● Objectif :

– Evaluer le principe d’assistance basé sur l’utilisation d’un

alter-ego mnésique de l’utilisateur

● Expérimentation

– Mise en oeuvre en situation écologique

● Hypothèse

– Les résultats validés en expérimentation et simulation

restent valables à un niveau de complexité supérieur

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Scénario

Utilisateur

Outilinformatiqueutilisé

Système informatique

Alter-ego de l'tilisateur

transmet

interactions observe

Assistant

1amorce

2

remémoration3

4

simulateurde

mémoire

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Expérimentation

● Application « jouet » d'apprentissage

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Expérimentation : apprentissage

● Etude et annotation de 10 documents

● Annotation par mots-clés

● Durées courtes

● Objectifs

– Vue synthétique

– Obtenir des éléments d’interaction

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Expérimentation : exercice 1

● rappel indicé

– Indice = document

● Documents affichés

● Objectif : restituer un maximum de mots-clés

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Expérimentation : exercice 2

● rappel libre

● Documents non affichés

– Absence d’indice

● Rappeler un maximum de pages

– Saisie de tous les mots-clés d’une page

– Validation

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Expérimentation : Conditions expérimentales

● Sans aide

● Aide aléatoire

– Sur demande

– Aide = un mot-clé tiré au hasard

● Aide adaptée

– Sur demande

– Aide = le mot-clé ayant fait le plus d’effet à l’alter-ego

40

Évaluation

100%

75%

50%

25%

sujets

Pourcentagesde rappel (%)

Exercice 1Rappel indicé

Exercice 2Rappel libre

sans aide aidealéatoire

aideadaptéealter-ego

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Analyse intra-individuelle

● Deux sujets ont repris plusieurs fois l’expérience

● Conditions identiques● Domaines différents

– Ou● Conditions différentes● Domaines différents

– Ou● Conditions différentes● Domaines identiques

Différences inter-domaine

Gain de performances pour aide adaptée MAIS différences inter-domaines

Gain de performances pour aide adaptée

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Conclusion

● Modélisation de la mémoire d’un utilisateur

– Simulateur validé expérimentalement

– Comportement situé en contexte

– Limitation aux interactions

– Portabilité de résultats expérimentaux

● Possibilité d’assister la remémoration

– Assistance basée sur l’observation de l’utilisateur

– Assistance basée sur l’utilisation de l’agent alter-ego

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Perspectives : Psychologie cognitive

● Modélisation multi-modale, collective

– Modules parallèles communicants

● Mêmes principes

– Traces multiples

– Activations

– Conservation de l'état de la mémoire

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Perspectives : informatique

● Confirmer la validation

– Situations identiques

– Plus de sujets

– Plus de conditions expérimentales● Influence du domaine● Influence des temps d’apprentissage● Biais de connaissances préalables● Liberté de navigation● Variations de l’espace documentaire

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Perspectives : informatique

● Tâches médiées par l’outil informatique

– Classements / recherches● Fichiers● URLs● E-mails

– Agendas

– Conception

– Jeux

46

Merci pour votre attention...

47

48

49

Effets de contexte

● Objectif : étudier l’influence d’un contexte visuel sur le

rappel libre

● Contexte visuel = couleur

● Apprentissage : quelques mots rouges parmis des mots

noirs

● 4 Conditions

– Les 4 premiers sur 16 mots sont rouges

– Le deuxième quart de la liste est rouge

– Le troisième quart de la liste est rouge

– Les 4 derniers sont rouges

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Effets de contexte

chateaumeringue

poisson

crayon

éléphant

arbre

pigeon

corde

banane

caisse bouteille tasse

chocolat

coiffure

voiture

pantalon

1 23

4 5

6

78

910

11

12 13 14 15

16

51

Effets de contexte

● Contexte visuel

Expérimentation Simulation

20

80

70

60

50

40

30

Pourcentagede rappel (%)

Positionsérielle

20

80

70

60

50

40

30

Pourcentagede rappel (%)

Positionsérielle1-4 5-8 9-12 3-16 1-4 5-8 9-12 3-16

52

AmorçageAmorçage

● Expérimentation et simulation de catégorisation

npp dis npp dis

100%

60%

100%

60%

Pourcentage de bonnes réponses

Ressemblance des amorces aux prototypes

Expérimentation Simulation