Thèse Utilisation des Référentiels Égocentrés et Allocentrés pour Représenter des Connaissances Non Spatiales H/F - 69

Établissement : Université Lumière Lyon 2
École doctorale : NSCo - Neurosciences et Cognition
Laboratoire de recherche : EMC - Laboratoire d'étude des mécanismes cognitifs
Direction de la thèse : Léo DUTRIAUX ORCID 0000000163048691
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-29T23:59:59

La manière dont le cerveau représente et structure les connaissances fait encore l'objet de recherches constantes. L'une des idées les plus récentes et les plus passionnantes est que les connaissances sont partiellement organisées selon des géométries à basse dimensionalité qui reposent sur des structures cérébrales et des processus normalement impliqués dans la représentation de l'espace (Bellmund et al., 2018; Buzsáki & Moser, 2013). De la même manière qu'une, deux ou trois dimensions spatiales peuvent être combinées pour créer un modèle de l'environnement pouvant être exploré mentalement, des dimensions non spatiales (par exemple, le temps, les nombres, le statut social) peuvent être combinées pour créer des cartes cognitives abstraites à basse dimensionalité que l'on peut « parcourir » comme on parcourt un environnement familier. Ces modèles peuvent constituer un moyen général et flexible d'organiser et de représenter les connaissances et peuvent être utiles pour plusieurs aspects de la cognition, comme la mémoire, la pensée analogique ou l'acquisition de concepts.

Ce projet vise à tester que, si les mécanismes cérébraux dédiés à l'espace physique peuvent en effet être utilisés pour représenter des espaces abstraits, les effets observés lors de la navigation dans l'espace physique devraient alors également être présent lors de la navigation dans des dimensions non-spatiales. En particulier, une proposition récente (Bottini & Doeller, 2020) suggère que, par analogie avec les processus de navigation dans l'espace réel, nos souvenirs, concepts et idées sont représentés à travers des référentiels allocentrés et égocentrés complémentaires. Confronté à un environnement, un organisme peut représenter les positions des éléments de cet environnement par rapport à lui-même, c'est-à-dire d'un point de vue égocentré ; ou par rapport à des repères indépendants de la position et de l'orientation de son corps, c'est-à-dire d'un point de vue allocentré (Klatzky, 1998). En principe, ces référentiels peuvent être exploités de manière analogue pour représenter des dimensions non-spatiales à partir de points de vue différents et complémentaires, permettant ainsi différentes formes de computations.

S'appuyant sur cette idée, le projet étudiera si les référentiels égocentré (centrés sur soi) et allocentré (centrés sur le monde) utilisés dans l'espace physique sont aussi utilisés pour représenter des espaces abstraits combinant des dimensions non-spatiales. Pour ce faire, ce projet utilisera un paradigme innovant de réalité virtuelle permettant aux participants de naviguer en perspective à la première personne dans des dimensions non-spatiales. En combinant des tâches comportementales avec l'IRMf, ce projet testera si les mêmes effets comportementaux et les mêmes structures cérébrales impliqués dans l'espace physique le sont également dans les espaces abstraits. En outre, le doctorant développera un nouvel outil reposant sur des environnements VR immersifs pour mesurer les différences individuelles dans l'utilisation des différents référentiels spatiaux. Cela permettra d'évaluer si la préférence pour un référentiel spatial a également un impact sur le traitement des espaces abstraits. Ce projet de thèse contribuera à la compréhension des mécanismes neuronaux et cognitifs qui sous-tendent la représentation des connaissances.

How the brain represents and structures knowledge remains a matter of constant research. One of the most recent and exciting ideas is that knowledge is partially organized according to low-dimensional geometries that rely on brain structures and computations originally devoted to spatial cognition (Bellmund et al., 2018; Buzsáki & Moser, 2013). In the same way as one, two, or three spatial dimensions can be combined to create a model of the environment that can be mentally explored, non-spatial dimensions of knowledge (e.g., time, number, social status) can be combined to create abstract low-dimensional cognitive maps that can be navigated like we navigate a familiar environment. These low-dimensional configurations may constitute a general and flexible way to organize and represent knowledge, and may be useful for several aspects of cognition, from memory to analogical thinking and the acquisition of concepts.

The present project aims to test that, if brain mechanisms dedicated to physical space can also be used to represent abstract spaces, the effects observed when navigating physical space should also apply to navigating non-spatial dimensions. In particular, One recent proposal (Bottini & Doeller, 2020) suggests that, in analogy with navigational processes in real space, our memories, concepts, and ideas are represented across complementary allocentric and egocentric frames of reference (FoR). When confronted with an environment, an organism can represent the positions of the elements of this environment relative to itself, i.e., from an egocentric perspective; or relative to spatial landmarks, independently of the position and orientation of its body, i.e., from an allocentric perspective (Klatzky, 1998). In principle, these FoRs can be analogously exploited to represent non-spatial dimensions from different and complementary points of view, allowing different forms of computations.

In fact, increasing evidence suggests that allocentric cognitive maps subserve the representation of non-spatial domains. For instance, judging the similarity between the Eiffel Tower and the Colosseum would involve comparing their respective features in a high-dimensional conceptual space (the buildings space), similar to how we judge the distance between them in physical space. Evidence for non-spatial conceptual maps has emerged in multiple domain, to represent social network (Tavares et al., 2015), semantic networks (Viganò & Piazza, 2020), odor similarity (Bao et al., 2019), size (Constantinescu et al., 2016), or to support economical choice (Cai, 2021). Using neuroimaging and neurophysiological methods, these studies suggested that spatially tuned cells, such as place cells and grid cells in the hippocampal formation, can be involved during the navigation of these spaces.

In these experiments, participants were required to combine dimensions without any a priori first-person experience of the abstract space. In contrast, it is thought that first-person exploration of a physical environment will first allow the construction of an egocentric representation, which can later be transformed into an allocentric representation (Bicanski & Burgess, 2018). Accordingly, studies on spatial memory require a first person exploration of the environment (e.g., Dutriaux et al., 2024), which means that an egopcentric representation of the environment must be transformed in an allocentric representation. These studies raises several questions in the context of abstract space. Are heading directions in abstract navigation also represented across the allocentric and the egocentric FoRs? Do people who prefer egocentric or allocentric strategies during spatial navigation have the same preference in abstract space? Previous studies were unable to answer these questions due to the lack of first-person experience during the exploration of conceptual spaces, and the aim of this PhD project is to remedy this problem.