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Bayesian networks and information theory for audio-visual perception modeling

Résumé

Thanks to their different senses, human observers acquire multiple information coming from their environment. Complex cross-modal interactions occur during this perceptual process. This article proposes a framework to analyze and model these interactions through a rigorous and systematic data-driven process. This requires considering the general relationships between the physical events or factors involved in the process, not only in quantitative terms, but also in term of the influence of one factor on another. We use tools from information theory and probabilistic reasoning to derive relationships between the random variables of interest, where the central notion is that of conditional independence. Using mutual information analysis to guide the model elicitation process, a probabilistic causal model encoded as a Bayesian network is obtained. We exemplify the method by using data collected in an audio-visual localization task for human subjects, and we show that it yields a well-motivated model with good predictive ability. The model elicitation process offers new prospects for the investigation of the cognitive mechanisms of multisensory perception.

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Multisensory integration
Multisensory integration, also known as multimodal integration, is the study of how information from the different sensory modalities (such as sight, sound, touch, smell, self-motion, and taste) may be integrated by the nervous system. A coherent representation of objects combining modalities enables animals to have meaningful perceptual experiences. Indeed, multisensory integration is central to adaptive behavior because it allows animals to perceive a world of coherent perceptual entities.
Réseau bayésien
En informatique et en statistique, un réseau bayésien est un modèle graphique probabiliste représentant un ensemble de variables aléatoires sous la forme d'un graphe orienté acyclique. Intuitivement, un réseau bayésien est à la fois : un modèle de représentation des connaissances ; une « machine à calculer » des probabilités conditionnelles une base pour des systèmes d'aide à la décision Pour un domaine donné (par exemple médical), on décrit les relations causales entre variables d'intérêt par un graphe.
Variable aléatoire
vignette|La valeur d’un dé après un lancer est une variable aléatoire comprise entre 1 et 6. En théorie des probabilités, une variable aléatoire est une variable dont la valeur est déterminée après la réalisation d’un phénomène, expérience ou événement, aléatoire. En voici des exemples : la valeur d’un dé entre 1 et 6 ; le côté de la pièce dans un pile ou face ; le nombre de voitures en attente dans la 2e file d’un télépéage autoroutier ; le jour de semaine de naissance de la prochaine personne que vous rencontrez ; le temps d’attente dans la queue du cinéma ; le poids de la part de tomme que le fromager vous coupe quand vous lui en demandez un quart ; etc.
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