Cortical object segregation and categorization by multi-scale line and edge coding

In this paper we present an improved scheme for line and edge detection in cortical area V1, based on responses of simple and complex cells, truly multi-scale with no free parameters. We illustrate the multi-scale representation for visual reconstruction, and show how object segregation can be achieved with coarse-to-finescale groupings. A two-level object categorization scenario is tested in which pre-categorization is based on coarse scales only, and final categorization on coarse plus fine scales. Processing schemes are discussed in the framework of a complete cortical architecture.

Invariant multi-scale object categorisation and recognition

Object recognition requires that templates with canonical views are stored in memory. Such templates must somehow be normalised. In this paper we present a novel method for obtaining 2D translation, rotation and size invariance. Cortical simple, complex and end-stopped cells provide multi-scale maps of lines, edges and keypoints. These maps are combined such that objects are characterised. Dynamic routing in neighbouring neural layers allows feature maps of input objects and stored templates to converge. We illustrate the construction of group templates and the invariance method for object categorisation and recognition in the context of a cortical architecture, which can be applied in computer vision.

Study of Perkinsus olseni infection mechanisms: identification and regulation of parasite genes differentially expressed in response to host and environmental stress

Tese dout., Biologia, Universidade do Algarve, 2008

Multi-scale lines and edges in V1 and beyond: brightness, object categorization and recognition, and consciousness

In this paper we present an improved model for line and edge detection in cortical area V1. This model is based on responses of simple and complex cells, and it is multi-scale with no free parameters. We illustrate the use of the multi-scale line/edge representation in different processes: visual reconstruction or brightness perception, automatic scale selection and object segregation. A two-level object categorization scenario is tested in which pre-categorization is based on coarse scales only and final categorization on coarse plus fine scales. We also present a multi-scale object and face recognition model. Processing schemes are discussed in the framework of a complete cortical architecture. The fact that brightness perception and object recognition may be based on the same symbolic image representation is an indication that the entire (visual) cortex is involved in consciousness.

An overview of nonlinear identification and control with neural networks.

The aim of this chapter is to introduce background concepts in nonlinear systems identification and control with artificial neural networks. As this chapter is just an overview, with a limited page space, only the basic ideas will be explained here. The reader is encouraged, for a more detailed explanation of a specific topic of interest, to consult the references given throughout the text. Additionally, as general books in the field of neural networks, the books by Haykin [1] and Principe et al. [2] are suggested. Regarding nonlinear systems identification, covering both classical and neural and neuro-fuzzy methodologies, Reference 3 is recommended. References 4 and 5 should be used in the context of B-spline networks.

Identification and study of novel genes expressed in the heart precursor cells

Understanding heart development on a molecular level is a requirement for uncovering the causes of congenital heart diseases. Several genes have been implicated as critical for heart development. However, the inducers of these genes as well as their targets and pathways, remain largely unknown. We have identified a promoter element of chick cCer able to drive EGFP expression in a population of cells that consistently exit from the anterior primitive streak region, from as early as stage HH3+, and that later will populate the heart. Using this promoter element as a tool allowed us to identify novel genes previously not known to potentially play a role in heart development. In order to identify and study genes expressed and involved in the correct development and differentiation of the vertebrate heart precursor cell (HPC) lineages, a differential screening using Affymetrix GeneChip® system technologies was performed. Remarkably, this screening led to the identification of more than 700 transcripts differentially expressed in the heart forming regions (HFR). Bioinformatic tools allowed us to filter the large amount of data generated from this approach and to select a few transcripts for in vivo validation. Five genes were selected for further characterization by whole mount in situ hybridization leading to the validation of their expression in the HPC. From those, Adtk1 and Ccbe1 were selected for functional analysis. Regarding to ccbe1, a more detailed WISH analysis was performed and showed that Ccbe1 is expressed specifically on the cardiac progenitors regions at HH4, more specifically in primary heart field and at later stages is present in the second heart field. Further functional analyses by knockdown and overexpression revealed an important role for Ccbe1 in early heart tube formation. Moreover, the results presented in this thesis suggested that Ccbe1 is a key gene during heart development and might be limited to multipotent and highly proliferative progenitors and downregulated upon cellular commitment into more specific cardiac phenotypes. Other of the genes identified, Adtk1 was also subjected to further functional studies. Knockdown of Adtk1 using morpholino oligonucleotides suggested that it might be necessary for the migration and fusion of the heart tube as well as for neural tube closure.

The relationship between rapid automatized naming and reading performance: a meta-analysis

O estudo científico dos correlatos cognitivos da aquisição e desenvolvimento da competência de leitura é um assunto de grande relevância quer teórica quer prática, no sentido em que pode ajudar a compreender os processos cognitivos básicos envolvidos na leitura e, em última instância, a delinear os seus preditores e a predizer dificuldades na sua aquisição. A par da consciência fonológica – capacidade para perceber e manipular as unidades de som –, um dos construtos que frequentemente tem sido associado ao desenvolvimento da competência de leitura é a velocidade de nomeação de estímulos visuais (também conhecida como nomeação rápida automatizada ou velocidade de acesso ao léxico). Tradicionalmente, esta capacidade tem sido avaliada recorrendo ao paradigma clássico das provas de nomeação rápida automatizada (RAN) desenvolvidas por Denckla e Rudel (1976), nas quais é pedido ao sujeito que nomeie o mais rapidamente possível um conjunto de estímulos familiares apresentados serialmente. Nas últimas décadas, inúmeros estudos vieram demonstrar que a nomeação rápida é um importante preditor da competência de leitura, sobretudo da fluência da leitura, e um défice central em perturbações de leitura como a dislexia. O desempenho numa tarefa de nomeação rápida apela à sincronização e integração de vários processos, incluindo: (a) atenção ao estímulo, (b) integração da informação visual com representações visuais ou ortográficas arquivadas em memória, (c) recuperação de uma etiqueta verbal, e a (d) ativação da representação articulatória (Wolf & Bowers, 1999). Uma vez que a leitura e a nomeação rápida envolvem processos cognitivos semelhantes, não parece surpreendente que ambas as competências estejam associadas. No entanto, os estudos têm variado consideravelmente no que respeita à magnitude da associação entre a nomeação rápida e a leitura, encontrando-se resultados nulos ou negligenciáveis do valor preditivo da nomeação rápida na explicação da variância do desempenho de leitura. Vários fatores podem contribuir para as discrepâncias observadas na literatura, entre os quais as medidas utilizadas para avaliar o desempenho de nomeação rápida (por exemplo, medidas que utilizam estímulos ortográficos ou não-ortográficos) e de leitura (por exemplo, medidas de fluência ou de acuidade). A importância da natureza das medidas quer de nomeação rápida quer de leitura tem sido reconhecida por vários autores (para uma revisão, ver Norton & Wolf, 2011). Paralelamente, as amostras estudadas, que têm variado quanto à idade/escolaridade dos participantes e à sua competência de leitura (leitores normais ou fracos leitores ou leitores disléxicos), poderão estar a contribuir para a heterogeneidade dos resultados publicados. A literatura recente tem salientado a relevância destes fatores na aquisição e desenvolvimento da leitura, embora a direccionalidade do seu efeito seja ainda pouco clara. Por exemplo, a transição de um procedimento de leitura baseado em estratégias de descodificação fonológica para uma leitura automática, à medida que o sujeito se torna um leitor fluente, parece ser acompanhada por uma mudança no peso relativo das capacidades cognitivas subjacentes à leitura (ex., Reis, Faísca, Castro, & Petersson, in press). Outro fator importante que tem dificultado a interpretação dos dados publicados sobre os construtos envolvidos na leitura, e em particular sobre a nomeação rápida, relaciona-se com a consistência ortográfica do sistema de escrita nos quais os estudos são conduzidos. Estudos trans-linguísticos sugerem que a consistência ortográfica influencia a facilidade com que se aprende a ler nas escritas alfabéticas, bem como o tipo de processamento de leitura predominantemente adotado pelos leitores (Seymour, Aro, & Erskine, 2003). No seio deste enquadramento, nesta tese procurámos clarificar as divergências encontradas na literatura relativamente à relação entre a nomeação rápida e o desempenho de leitura. Através de um estudo de meta-análise 1 é nosso objetivo realizar uma síntese objetiva do estado da arte sobre a relação entre a nomeação rápida e a leitura, e avaliar a influência de potenciais fatores moderadores da magnitude desta relação, nomeadamente: (a) a natureza da tarefa de nomeação (tipo de estímulo nomeado, número total de itens, e número de itens diferentes); (b) a natureza da tarefa de leitura (subcomponente de leitura, e medida de resposta usada para avaliar o desempenho); (c) características da amostra (escolaridade e nível de leitura); e (d) ortografia (sistema de escrita, e consistência ortográfica). Para tal, foi realizada uma procura de artigos científicos nas bases de dados PubMed, PsycINFO, e Web of Knowledge, tendo sido incluídas na meta-análise um total de 154 experiências independentes, compreendendo 21,706 participantes. Os resultados indicam uma relação moderada-a-forte entre a nomeação rápida e o desempenho de leitura (r =.44, I2 = 71.19). Nas análises seguintes procurou-se avaliar o contributo de potenciais variáveis moderadoras que possam explicar a heterogeneidade observada entre os tamanhos dos efeitos. Verificou-se que a nomeação rápida se associa significativamente e em magnitude semelhante com todas as medidas de leitura, i.e., quer estas apelem preferencialmente a um processamento de descodificação fonológica ou de reconhecimento de padrões ortográficos da palavra. Os resultados sugerem ainda que a magnitude das correlações é inflacionada nos estudos em que o desempenho de leitura é baseado na velocidade/fluência de leitura, em particular nos níveis de escolaridade mais avançados, e que utilizam tarefas de nomeação com estímulos alfanuméricos ao invés de estímulos não-alfanuméricos. Adicionalmente, verificou-se que a força da associação entre a nomeação rápida e a acuidade de leitura varia de forma não linear durante a evolução da leitura, sendo que a correlação é maior nos leitores escolarizados mais novos e decresce à medida que a escolaridade aumenta. O papel atribuível à proficiência dos leitores, i.e., fracos leitores/leitores disléxicos ou leitores normais, foi menos claro; no entanto, houve uma tendência para a relação ser mais forte nas amostras de fracos leitores/leitores disléxicos. Os resultados das comparações trans-linguísticas, por sua vez, sugerem que a nomeação rápida tem um papel importante para o desempenho da leitura independentemente das características da ortografia, ainda que as correlações tenham sido maiores nas ortografias opacas, e em particular nas línguas não-alfabéticas. Em suma, a presente meta-análise fornece resultados convincentes de que o desempenho em tarefas de nomeação rápida refletirá processos cognitivos subjacentes que são também relevantes para a aquisição/desenvolvimento da leitura. Consequentemente, pode dizer-se que estas medidas serão um preditor útil da competência de leitura. Os resultados são também discutidos no contexto das teorias atuais que procuram explicar através de que processos cognitivos se associam a nomeação rápida e a leitura, com ênfase nas hipóteses fonológica versus ortográfica. 1 Uma meta-análise permite a integração quantitativa de resultados de diversos estudos, recorrendo para isso à noção de magnitude do efeito.

Identification and molecular characterization of bone-related micrornas: functional implications

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014

Object segregation and local gist vision using low-level geometry

Multi-scale representations of lines, edges and keypoints on the basis of simple, complex and end-stopped cells can be used for object categorisation and recognition (Rodrigues and du Buf, 2009 BioSystems 95 206-226). These representations are complemented by saliency maps of colour, texture, disparity and motion information, which also serve to model extremely fast gist vision in parallel with object segregation. We present a low-level geometry model based on a single type of self-adjusting grouping cell, with a circular array of dendrites connected to edge cells located at several angles.

Object detection and recognition in complex scenes

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014