Mots-Clés

réseaux de neurones artificiels analyse d’images comportement animal analyses phylogénétiques comparatives neurosciences computationnelles sélection sexuelle primates poissons

Description

Rôle de la beauté dans la sélection sexuelle chez les animaux Apport de l’IA pour modéliser la fluence

Localisation 

Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (UMR5175), MONTPELLIER

Institut des Sciences de l’Evolution (UMR5554), MONTPELLIER

Encadrants

Julien RENOULT (CR CNRS, sciences cognitives-IA-sélection sexuelle)

Marie CHARPENTIER (DR CNRS, primatologie évolutive)

Contexte et objectifs généraux

Notre équipe de recherche s’intéresse aux applications de l’intelligence artificielle (IA) à l’étude des comportements animaux. Au cours de ce stage, l’étudiant.e utilisera l’IA pour modéliser la beauté et pour étudier son rôle dans les interactions sociales et sexuelles chez les animaux. Notre cadre d’étude de la beauté est la théorie esthétique de la fluence, selon laquelle la beauté est déterminée par la dynamique de traitement de l’information dans le cerveau. De nombreux travaux en psychologie ont montré qu’un stimulus fluent est jugé attractif. Dans ces travaux, la fluence est définie comme la sensation subjective de facilité du traitement de l’information (e.g., « ce texte est facile à déchiffrer et à comprendre »).

Notre hypothèse générale de travail est que les interactions sociales et sexuelles des animaux sont influencées par le jugement de beauté, dont le principal déterminant est la fluence, définit au niveau neuronal comme une augmentation de l’efficacité du traitement de l’information.

Pour tester cette hypothèse, il est nécessaire de :

1) modéliser la fluence, par exemple à l’aide de réseaux de neurones artificielles comme modèles de traitement cérébral de l’information,

2) tester nos modèles de fluence en étudiant la corrélation entre des prédictions de fluence et des données empiriques d’attractivités (e.g., des visages humains et leur note de beauté),

3) tester nos modèles de fluence expérimentalement, en manipulant la fluence dans des stimuli visuels grâce à l’IA générative,

4) étudier les conséquences de la fluence sur les interactions sociales et sexuelles chez le mandrill, un primate d’Afrique central, et sur le choix de partenaire et la diversification des signaux sexuels chez les poissons américains du genre Etheostoma,

5) étudier comment la fluence éclaire la philosophie de l’esthétique, et vice versa.

Organisation du stage

Durant son stage, l’étudiant.e pourra étudier un ou plusieurs modèles d’étude (homme, mandrills, poissons), et explorer un ou plusieurs (pour les stages d’un an) des objectifs ci-dessus. Le contenu du stage sera donc définit avec l’étudiant, enfonction de ses desirata. Les stages de 6 mois se dérouleront dans l’équipe de Julien RENOULT au CEFE. Les stages d’un an se prolongeront, pour le second semestre, au sein de l’équipe de Marie CHARPENTIER à l’ISEM.

Exemples de questions de recherche, qui pourront être abordées isolément ou en combinaison :

1 – Liens entre sparsité de l’activation neuronale et beauté faciale . Une mesure potentielle de la fluence est la sparsité des activations neuronales. En analysant des réseaux de neurones profonds encodant des images de visages humains, l’étudiant.e pourra explorer le lien entre différentes mesures de sparsité (sparsité par couche du réseau, sparsité globale, gradient de sparsité à travers les différentes couches) et l’attractivité de ces visages mesurés durant des tests psychologiques (données déjà acquises).

2 – Prototypicalité et avantages sociaux chez les mandrills . La fluence peut également être estimée à travers la prototypicalité d’un stimulus, par exemple, la fémininité d’un visage de femme. L’étudiant.e pourra étudier dans quelle mesure la fémininité/masculinité d’un visage de mandrill, estimée à partir de son encodage dans un réseau de neurones profonds entraîné à reconnaître des visages de mandrills, explique la centralité du mandrill dans son réseau d’interactions sociales. L’étudiant.e bénéficiera d’un jeu de données de >30 000 portraits photographiques déjà pré-traités, collectés chez plus de 200 individus pour lesquels une vaste base de données comportementales et sanitaire a été constituée depuis 10 ans dans le cadre d’un projet de recherche à long terme (www.projetmandrillus.com).

3 – Influence de l’habitat sur le design des signaux sexuels . Il est bien établi que les cerveaux animaux sont adaptés pour traiter efficacement les statistiques spatiales visuelles de paysages naturels. Par ailleurs, il est également connu que les œuvres d’art, contrairement à des objets non artistiques, ont tendance à imiter ces statistiques spatiales naturelles. L’explication proposée est que les stimuli imitant les statistiques spatiales naturelles sont traités de manière fluente, et sont donc visuellement attractifs. Est-ce que les animaux augmentent leur attractivité sexuelle en imitant également les statistiques spatiales de leur habitat ? Pour étudier cette question, l’étudiant.e pourra caractériser les livrées mâles et femelles chez quelques 200 espèces de poissons du genre Etheostoma à l’aide de descripteurs visuels produits par IA. Grace à une analyse phylogénétique comparative, elle/il étudiera l’influence de l’habitat sur l’évolution de ces livrées.

4 – Etude expérimentale du lien entre fluence et attractivité . L’IA générative (GAN, autoencodeurs variationels), permet de générer des images tout en contrôlant la variation de certaines de leurs caractéristiques visuelles. L’étudiant.e développera une IA générative visant à manipuler la fluence (sa sparsité ou sa prototypicalité) de livrées nuptiales de mâles de poissons Etheostoma. En collaboration avec l’équipe de Pr Tamra Mendelson à l’Université de Baltimore, elle/il participera à la réalisation de tests de préférences pour étudier la réaction de femelles face à des vidéos de mâles ne différant que par la fluence de leur livrée.

Les laboratoires 

L’étudiant.e sera plongé.e dans l’environnement bouillonnant de la recherche en écologie et évolution à Montpellier. L’Université de Montpellier est 2ième en écologie au classement de Shanghai ; le CEFE et l’ISEM sont les deux plus grands laboratoires en écologie et biologie évolutive en France et en Europe. Le département Ecologie Evolutive et Comportementale du CEFE accueille actuellement plusieurs Masters, doctorants et post- doctorants travaillant à l’interface IA-écologie comportementale.

Quelques publications récentes de l’équipe

Théorie de la fluence:

Hulse, S. V., Renoult, J. P., & Mendelson, T. C. (2020). Sexual signaling pattern correlates with habitat pattern in visually ornamented fishes. Nature communications, 11(1), 1-8 Renoult, J. P. & Mendelson, T. C. Processing bias: extending sensory drive to include efficacy and efficiency in information processing. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 286, 20190165 (2019). Renoult, J. P., Bovet, J. & Raymond, M. Beauty is in the efficient coding of the perceiver. Royal Society Open Science DOI: 10.1098/rsos.160027, (2016).

IA en écologie et évolution:

Charpentier, M. J. E. [...] Renoult J.P . Same father, same face: deep-learning reveals natural selection for paternally-derived signalling of kinship in a wild primate. Science Advances 6, eaba3274 (2020). de Solan, T., Renoult, J. P., Geniez, P., David, P. & Crochet, P. A. Looking for mimicry in a snake assemblage using deep learning. The American Naturalist 196, 000–000 (2020). Ferreira, A. C. et al. Deep learning-based methods for individual recognition in small birds. Methods in Ecology and Evolution, doi.org/10.1101/862557 (2020).

Plus d’informations : julien.renoult@cefe.cnrs.fr