Skill Development in Music Reading. The Eye-Movement Approach

This dissertation examined skill development in music reading by focusing on the visual processing of music notation in different music-reading tasks. Each of the three experiments of this dissertation addressed one of the three types of music reading: (i) sight-reading, i.e. reading and performing completely unknown music, (ii) rehearsed reading, during which the performer is already familiar with the music being played, and (iii) silent reading with no performance requirements. The use of the eye-tracking methodology allowed the recording of the readers’ eye movements from the time of music reading with extreme precision. Due to the lack of coherence in the smallish amount of prior studies on eye movements in music reading, the dissertation also had a heavy methodological emphasis. The present dissertation thus aimed to promote two major issues: (1) it investigated the eye-movement indicators of skill and skill development in sight-reading, rehearsed reading and silent reading, and (2) developed and tested suitable methods that can be used by future studies on the topic. Experiment I focused on the eye-movement behaviour of adults during their first steps of learning to read music notation. The longitudinal experiment spanned a nine-month long music-training period, during which 49 participants (university students taking part in a compulsory music course) sight-read and performed a series of simple melodies in three measurement sessions. Participants with no musical background were entitled as “novices”, whereas “amateurs” had had musical training prior to the experiment. The main issue of interest was the changes in the novices’ eye movements and performances across the measurements while the amateurs offered a point of reference for the assessment of the novices’ development. The experiment showed that the novices tended to sight-read in a more stepwise fashion than the amateurs, the latter group manifesting more back-and-forth eye movements. The novices’ skill development was reflected by the faster identification of note symbols involved in larger melodic intervals. Across the measurements, the novices also began to show sensitivity to the melodies’ metrical structure, which the amateurs demonstrated from the very beginning. The stimulus melodies consisted of quarter notes, making the effects of meter and larger melodic intervals distinguishable from effects caused by, say, different rhythmic patterns. Experiment II explored the eye movements of 40 experienced musicians (music education students and music performance students) during temporally controlled rehearsed reading. This cross-sectional experiment focused on the eye-movement effects of one-bar-long melodic alterations placed within a familiar melody. The synchronizing of the performance and eye-movement recordings enabled the investigation of the eye-hand span, i.e., the temporal gap between a performed note and the point of gaze. The eye-hand span was typically found to remain around one second. Music performance students demonstrated increased professing efficiency by their shorter average fixation durations as well as in the two examined eye-hand span measures: these participants used larger eye-hand spans more frequently and inspected more of the musical score during the performance of one metrical beat than students of music education. Although all participants produced performances almost indistinguishable in terms of their auditory characteristics, the altered bars indeed affected the reading of the score: the general effects of expertise in terms of the two eye- hand span measures, demonstrated by the music performance students, disappeared in the face of the melodic alterations. Experiment III was a longitudinal experiment designed to examine the differences between adult novice and amateur musicians’ silent reading of music notation, as well as the changes the 49 participants manifested during a nine-month long music course. From a methodological perspective, an opening to research on eye movements in music reading was the inclusion of a verbal protocol in the research design: after viewing the musical image, the readers were asked to describe what they had seen. A two-way categorization for verbal descriptions was developed in order to assess the quality of extracted musical information. More extensive musical background was related to shorter average fixation duration, more linear scanning of the musical image, and more sophisticated verbal descriptions of the music in question. No apparent effects of skill development were observed for the novice music readers alone, but all participants improved their verbal descriptions towards the last measurement. Apart from the background-related differences between groups of participants, combining verbal and eye-movement data in a cluster analysis identified three styles of silent reading. The finding demonstrated individual differences in how the freely defined silent-reading task was approached. This dissertation is among the first presentations of a series of experiments systematically addressing the visual processing of music notation in various types of music-reading tasks and focusing especially on the eye-movement indicators of developing music-reading skill. Overall, the experiments demonstrate that the music-reading processes are affected not only by “top-down” factors, such as musical background, but also by the “bottom-up” effects of specific features of music notation, such as pitch heights, metrical division, rhythmic patterns and unexpected melodic events. From a methodological perspective, the experiments emphasize the importance of systematic stimulus design, temporal control during performance tasks, and the development of complementary methods, for easing the interpretation of the eye-movement data. To conclude, this dissertation suggests that advances in comprehending the cognitive aspects of music reading, the nature of expertise in this musical task, and the development of educational tools can be attained through the systematic application of the eye-tracking methodology also in this specific domain.

Convergence withEU environmental legislation in Russia and Kyoto Protocol effects on certain power plants in Russia

Venäjällä uudistetaan sähkömarkkinoita. Uudistamisella pyritään vapauttamaan sähkömarkkinat ja lisäämään kilpailua energiasektorilla. Sähkömarkkinoiden vapauttamisen tarkoitus on energiasektorin hyötysuhteen nostaminen ja investointien houkutteleminen sektorille. Venäjä on ratifioinut Kioton protokollan, mikä energiasektorin kannalta on tärkeää, koska protokollan yhteistoteutusmekanismin kautta saadaan houkuteltua investointeja sektorille. Venäjän sähkömarkkinoiden vapauttamisen pitkäaikainen tähtäin on Venäjän ja Euroopan sähkömarkkinoiden integroituminen, joka tarkoittaa myös ympäristölainsäädännönyhtenäistämistä. Tämä tutkimus on osa Fortum Oyj:n tarjoamaa teknistä katselmusta Venäjällä toimivalle sähköyhtiölle, TGC-9:lle. Tässä työssä keskitytään TGC-9:n omistamien energiatuotantolaitoksien happamoitumista aiheuttaviin ilmapäästöihin ja pölypäästöihin. Tutkimuksessa pyritään myös löytämään Kioton protokollan yhteistoteutusmekanismi hyödyntämiskohteita. NOx -päästöt tulevat olemaan suurin haaste TGC-9:lle, jos ympäristöstandardit yhdenmukaistetaan. Yhteistoteutusmekanismin hyödyntämiskohteita löydettiin neljä: koksaamokaasun hyödyntäminen, maakaasun korvaaminen kuoren poltolla ja kaksi tapausta liittyen laitoksien hyötysuhteen nostamiseen.

Testing of Access Network's Internet Protocol Television Features

Testaus on tänä päivänä olennainen osa tuotekehitysprosessia koko tuotteen elinkaaren ajan, myös tietoliikennetekniikassa. Tietoverkoille asetetut tiukat vaatimukset ympärivuorokautisen toimivuuden suhteen nostavatmyös niiden testauksen tason ja laadun merkitystä. Erityisesti verkkojen uudet toiminnallisuudet, joilla ei ole vielä vuosia kestäneen käytön ja kehityksen tuomaa varmuus- ja laatutasoa, tuovat haasteita testauksen toteutukselle. Televisiokuvan välityksen Internetin yli mahdollistavat ominaisuudet ovat esimerkki tällaisista toiminnallisuuksista. Tässä diplomityössä käsitellään Tellabs Oy:n tuotekehitysosastolla vuosina 2005 ja 2006 toteutetun, erään operaattorin laajakaistaliityntäverkon päivitysprojektin testausosuutta. Kattavamman tarkastelun kohteena ovat erityisesti verkkoon lisättyjen laajakaistatelevisio- eli IPTV-toiminnallisuuksien integraatio- ja systeemitestausmenetelmät.

Physical layer development in third generation protocol software architecture

Diplomityön tavoitteena oli kehittää kolmannen sukupolven fyysistä protokollakerrosta matkapuhelimen ohjelmistoarkkitehtuurille. Kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmät ovat aikaisempia järjestelmiä monimutkaisempia. Ohjelmiston koon ja monimutkaisuuden sekä aikataulujen kiireellisyyden vuoksi on tullut tarve ottaa käyttöön formaaleja menetelmiä ohjelmiston kehitystyöhön. Formaalit kuvauskielet mahdollistavat tarkan, yksiselitteisen ja simuloitavissa olevan järjestelmäkuvauksen muodostamisen. Fyysinen protokollakerros tarjoaa tiedon siirtoa ylemmille protokollakerroksille. Tämän tiedonsiirron hallinta vaatii protokollakerrosten välistä viestinvälitystä. Formaaleja kuvauskieliä käyttämällä voidaan viestinvälityksen toteutusta automatisoida ja siinä tarvittavaa logiikkaa havainnollistaa. Työssä suunniteltiin, toteutettiin ja testattiin ylempien protokollakerrosten kanssa kommunikoivaa osaa fyysisestä protokollakerroksesta. Tuloksena saatiin solunvalintatoiminnallisuuden vaatiman kommunikoinnin ja tilakoneen toteutus ohjelmistoarkkitehtuurissa. Ohjelmistonkehityksen alkuvaiheiden havaittiin olevan fyysisen kerroksen suorituskyvyn kannalta merkittävässä asemassa, koska tällöin viestinvälityksen optimointi on helpointa. Formaalit kuvauskielet eivät ole sellaisenaan täysin soveltuvia tarkoin määritellyn ohjelmistoarkkitehtuurin osien kehitykseen.

Adaptive Protocol Stacks for Mobile Devices

Tulevaisuudessa siirrettävät laitteet, kuten matkapuhelimet ja kämmenmikrot, pystyvät muodostamaan verkkoyhteyden käyttäen erilaisia yhteysmenetelmiä eri tilanteissa. Yhteysmenetelmillä on toisistaan poikkeavat viestintäominaisuudet mm. latenssin, kaistanleveyden, virhemäärän yms. suhteen. Langattomille yhteysmenetelmille on myös ominaista tietoliikenneyhteyden ominaisuuksien voimakas muuttuminen ympäristön suhteen. Parhaan suorituskyvyn ja käytettävyyden saavuttamiseksi, on siirrettävän laitteen pystyttävä mukautumaan käytettyyn viestintämenetelmään ja viestintäympäristössä tapahtuviin muutoksiin. Olennainen osa tietoliikenteessä ovat protokollapinot, jotka mahdollistavat tietoliikenneyhteyden järjestelmien välillä tarjoten verkkopalveluita päätelaitteen käyttäjäsovelluksille. Jotta protokollapinot pystyisivät mukautumaan tietyn viestintäympäristön ominaisuuksiin, on protokollapinon käyttäytymistä pystyttävä muuttamaan ajonaikaisesti. Perinteisesti protokollapinot ovat kuitenkin rakennettu muuttumattomiksi niin, että mukautuminen tässä laajuudessa on erittäin vaikeaa toteuttaa, ellei jopa mahdotonta. Tämä diplomityö käsittelee mukautuvien protokollapinojen rakentamista käyttäen komponenttipohjaista ohjelmistokehystä joka mahdollistaa protokollapinojen ajonaikaisen muuttamisen. Toteuttamalla esimerkkijärjestelmän, ja mittaamalla sen suorituskykyä vaihtelevassa tietoliikenneympäristössä, osoitamme, että mukautuvat protokollapinot ovat mahdollisia rakentaa ja ne tarjoavat merkittäviä etuja erityisesti tulevaisuuden siirrettävissä laitteissa.

Measuring mobile WAP protocol based services

WAP tulee olemaan tulevaisuudessa tärkeässä roolissa, kun etsitään sopivaa tiedonsiirtoprotokollaa uusille mobiilipalveluille. Vaikka WAP jollain tavalla epäonnistui ensimmäisessä tulemisessaan sen suosio varmasti tulevaisuudessa tulee kasvamaan. WAP:in heikko suosio ei johtunut niinkään protokollan tiedonsiirto ominaisuuksista, vaan WAP-palveluiden kehittymättömyydestä. Tulevaisuuden palvelut kuitenkin ovat kehittyneempiä ja WAP:in suosio tulee kasvamaan. Viimeisimpänä WAP:ia käyttävänä palveluna on esitelty MMS. Kun uudet WAP:iin pohjautuvat palvelut yleistyvät, asettaa se uusia vaatimuksia myös WAP gateway:lle. Työssä tarkastellaan erilaisia mahdollisuuksia mitata mobiilisti WAP palvelujen palvelun tasoa. Työssä myös toteutetaan mobiili WAP palveluiden mittauskomponentti, joka toimii osana laajempaa ohjelmistoa. Tarkoituksena on toteuttaa mittauskomponentti, joka emuloi mahdollisimman hyvin todellista loppukäyttäjää.

Protocol Specific Embedded Operating System

Sulautettujen järjestelmien määrä kuten niiden sisältämä älykkyyskin ovat viime vuosina kasvaneet merkittävästi. Sulautettujen ohjelmistojen yleistymistä ja monipuolistumista on edesauttanut sulautettujen laitteistojen prosessointitehon merkittävä kehittyminen, jonka myötä entistä vaativampien ohjelmistojen totetuttaminen sulautetusti on mahdollistunut. Seuraavana sulautettujen järjestelmien kehitysaskeleena on nähtävissä järjestelmien kommunikointikyvyn paraneminen ja siten uusien ja uudentyyppisten sulautettujen ratkaisujen toteuttaminen. VTT on päättänyt tutkia sulautettujen järjestelmien kommunikointia ja kehittää sulautettun protokolla-alustan. Tutkimuksen perusta on CVOPS protokollajärjestelmä, jota jatkokehittämällä pyritään toteuttamaan sulautettu protokollajärjestelmä, µCVOPS. Tässä diplomityössä esitetään kommunikaation sulautetulle järjestelmälle asettamia vaatimuksia, järjestelmän suunnittelu ja prototyypitys sulautetulla laitteistolla. Prototyypitykseen on käytetty sulautettua DragonBall mikrokontrolleria jonka käyttöjärjestelmänä käytettiin sulautettua Linux:a. Tälle alustalle on tehty CVOPS:sta modifioitu versio, jolla µCVOPS:ia pystytään simuloimaan.

Architecture for a Session Initiation Protocol Based Presence Client

Mitä on läsnäolo? Tämä työ määrittelee läsnäolon tietyn henkilön, laitteen tai palvelun halukkuudeksi kommunikoida. Nykyään on olemassa lukuisia läsnäolotietoa levittäviä sovelluksia, joista jokainen käyttää erilaista protokollaa tehtävän suorittamiseen. Vasta viime aikoina sovellusten kehittäjät ovat huomanneet tarpeen yhdelle sovellukselle, joka kykenee tukemaan lukuisia läsnäoloprotokollia. Session Initiation Protocol (SIP) voi levittää läsnäolotietoa muiden ominaisuuksiensa lisäksi. Kun muita protokollia käytetään vain reaaliaikaiseen viestintään ja läsnäolotiedon lähetykseen, SIP pystyy moniin muihinkin asioihin. Se on alunperin suunniteltu aloittamaan, muuttamaan ja lopettamaan osapuolien välisiä multimediaistuntoja. Arkkitehtuurin toteutus käyttää kahta Symbian –käyttöjärjestelmän perusominaisuutta: asiakas-palvelin rakennetta ja kontaktitietokantaa. Asiakaspalvelin rakenne erottaa asiakkaan protokollasta tarjoten perustan laajennettavalle usean protokollan arkkitehtuurille ja kontaktitietokanta toimii läsnäolotietojen varastona. Työn tuloksena on Symbianin käyttöjärjestelmässä toimiva läsnäoloasiakas.

Mobile Protocol Stack Simulator

Nykypäivän maailma tukeutuu verkkoihin. Tietokoneverkot ja langattomat puhelimet ovat jo varsin tavallisia suurelle joukolle ihmisiä. Uusi verkkotyyppi on ilmestynyt edelleen helpottamaan ihmisten verkottunutta elämää. Ad hoc –verkot mahdollistavat joustavan verkonmuodostuksen langattomien päätelaitteiden välille ilman olemassa olevaa infrastruktuuria. Diplomityö esittelee uuden simulaatiotyökalun langattomien ad hoc –verkkojen simulointiin protokollatasolla. Se esittelee myös kyseisten verkkojen taustalla olevat periaatteet ja teoriat. Lähemmin tutkitaan OSI-mallin linkkikerroksen kaistanjakoprotokollia ad hoc –verkoissa sekä vastaavan toteutusta simulaattorissa. Lisäksi esitellään joukko simulaatioajoja esimerkiksi simulaattorin toiminnasta ja mahdollisista käyttökohteista.

A System-Level Simulation Model for a Protocol Processor

As the development of integrated circuit technology continues to follow Moore’s law the complexity of circuits increases exponentially. Traditional hardware description languages such as VHDL and Verilog are no longer powerful enough to cope with this level of complexity and do not provide facilities for hardware/software codesign. Languages such as SystemC are intended to solve these problems by combining the powerful expression of high level programming languages and hardware oriented facilities of hardware description languages. To fully replace older languages in the desing flow of digital systems SystemC should also be synthesizable. The devices required by modern high speed networks often share the same tight constraints for e.g. size, power consumption and price with embedded systems but have also very demanding real time and quality of service requirements that are difficult to satisfy with general purpose processors. Dedicated hardware blocks of an application specific instruction set processor are one way to combine fast processing speed, energy efficiency, flexibility and relatively low time-to-market. Common features can be identified in the network processing domain making it possible to develop specialized but configurable processor architectures. One such architecture is the TACO which is based on transport triggered architecture. The architecture offers a high degree of parallelism and modularity and greatly simplified instruction decoding. For this M.Sc.(Tech) thesis, a simulation environment for the TACO architecture was developed with SystemC 2.2 using an old version written with SystemC 1.0 as a starting point. The environment enables rapid design space exploration by providing facilities for hw/sw codesign and simulation and an extendable library of automatically configured reusable hardware blocks. Other topics that are covered are the differences between SystemC 1.0 and 2.2 from the viewpoint of hardware modeling, and compilation of a SystemC model into synthesizable VHDL with Celoxica Agility SystemC Compiler. A simulation model for a processor for TCP/IP packet validation was designed and tested as a test case for the environment.

Verbal learning in mild cognitive impairment and alzheimer's disease : behavioural and neural approaches

The main focus of the present thesis was at verbal episodic memory processes that are particularly vulnerable to preclinical and clinical Alzheimer’s disease (AD). Here these processes were studied by a word learning paradigm, cutting across the domains of memory and language learning studies. Moreover, the differentiation between normal aging, mild cognitive impairment (MCI) and AD was studied by the cognitive screening test CERAD. In study I, the aim was to examine how patients with amnestic MCI differ from healthy controls in the different CERAD subtests. Also, the sensitivity and specificity of the CERAD screening test to MCI and AD was examined, as previous studies on the sensitivity and specificity of the CERAD have not included MCI patients. The results indicated that MCI is characterized by an encoding deficit, as shown by the overall worse performance on the CERAD Wordlist learning test compared with controls. As a screening test, CERAD was not very sensitive to MCI. In study II, verbal learning and forgetting in amnestic MCI, AD and healthy elderly controls was investigated with an experimental word learning paradigm, where names of 40 unfamiliar objects (mainly archaic tools) were trained with or without semantic support. The object names were trained during a 4-day long period and a follow-up was conducted one week, 4 weeks and 8 weeks after the training period. Manipulation of semantic support was included in the paradigm because it was hypothesized that semantic support might have some beneficial effects in the present learning task especially for the MCI group, as semantic memory is quite well preserved in MCI in contrast to episodic memory. We found that word learning was significantly impaired in MCI and AD patients, whereas forgetting patterns were similar across groups. Semantic support showed a beneficial effect on object name retrieval in the MCI group 8 weeks after training, indicating that the MCI patients’ preserved semantic memory abilities compensated for their impaired episodic memory. The MCI group performed equally well as the controls in the tasks tapping incidental learning and recognition memory, whereas the AD group showed impairment. Both the MCI and the AD group benefited less from phonological cueing than the controls. Our findings indicate that acquisition is compromised in both MCI and AD, whereas long13 term retention is not affected to the same extent. Incidental learning and recognition memory seem to be well preserved in MCI. In studies III and IV, the neural correlates of naming newly learned objects were examined in healthy elderly subjects and in amnestic MCI patients by means of positron emission tomography (PET) right after the training period. The naming of newly learned objects by healthy elderly subjects recruited a left-lateralized network, including frontotemporal regions and the cerebellum, which was more extensive than the one related to the naming of familiar objects (study III). Semantic support showed no effects on the PET results for the healthy subjects. The observed activation increases may reflect lexicalsemantic and lexical-phonological retrieval, as well as more general associative memory mechanisms. In study IV, compared to the controls, the MCI patients showed increased anterior cingulate activation when naming newly learned objects that had been learned without semantic support. This suggests a recruitment of additional executive and attentional resources in the MCI group.