A spiking neural network implementation of sound localisation

The focus of this paper is the implementation of a spiking neural network to achieve sound localization; the model is based on the influential short paper by Jeffress in 1948. The SNN has a two-layer topology which can accommodate a limited number of angles in the azimuthal plane. The model accommodates multiple inter-neuron connections with associated delays, and a supervised STDP algorithm is applied to select the optimal pathway for sound localization. Also an analysis of previous relevant work in the area of auditory modelling supports this research.

Spiking neuron models of the medial and lateral superior olive for sound localisation

Sound localisation is defined as the ability to identify the position of a sound source. The brain employs two cues to achieve this functionality for the horizontal plane, interaural time difference (ITD) by means of neurons in the medial superior olive (MSO) and interaural intensity difference (IID) by neurons of the lateral superior olive (LSO), both located in the superior olivary complex of the auditory pathway. This paper presents spiking neuron architectures of the MSO and LSO. An implementation of the Jeffress model using spiking neurons is presented as a representation of the MSO, while a spiking neuron architecture showing how neurons of the medial nucleus of the trapezoid body interact with LSO neurons to determine the azimuthal angle is discussed. Experimental results to support this work are presented.

A comparison of sound localisation techniques using cross-correlation and spiking neural networks for mobile robotics

This paper outlines the development of a crosscorrelation algorithm and a spiking neural network (SNN) for sound localisation based on real sound recorded in a noisy and dynamic environment by a mobile robot. The SNN architecture aims to simulate the sound localisation ability of the mammalian auditory pathways by exploiting the binaural cue of interaural time difference (ITD). The medial superior olive was the inspiration for the SNN architecture which required the integration of an encoding layer which produced biologically realistic spike trains, a model of the bushy cells found in the cochlear nucleus and a supervised learning algorithm. The experimental results demonstrate that biologically inspired sound localisation achieved using a SNN can compare favourably to the more classical technique of cross-correlation.

Hierarchically grouped 2D local features applied to edge contour localisation

One of the most significant research topics in computer vision is object detection. Most of the reported object detection results localise the detected object within a bounding box, but do not explicitly label the edge contours of the object. Since object contours provide a fundamental diagnostic of object shape, some researchers have initiated work on linear contour feature representations for object detection and localisation. However, linear contour feature-based localisation is highly dependent on the performance of linear contour detection within natural images, and this can be perturbed significantly by a cluttered background. In addition, the conventional approach to achieving rotation-invariant features is to rotate the feature receptive field to align with the local dominant orientation before computing the feature representation. Grid resampling after rotation adds extra computational cost and increases the total time consumption for computing the feature descriptor. Though it is not an expensive process if using current computers, it is appreciated that if each step of the implementation is faster to compute especially when the number of local features is increasing and the application is implemented on resource limited ”smart devices”, such as mobile phones, in real-time. Motivated by the above issues, a 2D object localisation system is proposed in this thesis that matches features of edge contour points, which is an alternative method that takes advantage of the shape information for object localisation. This is inspired by edge contour points comprising the basic components of shape contours. In addition, edge point detection is usually simpler to achieve than linear edge contour detection. Therefore, the proposed localization system could avoid the need for linear contour detection and reduce the pathological disruption from the image background. Moreover, since natural images usually comprise many more edge contour points than interest points (i.e. corner points), we also propose new methods to generate rotation-invariant local feature descriptors without pre-rotating the feature receptive field to improve the computational efficiency of the whole system. In detail, the 2D object localisation system is achieved by matching edge contour points features in a constrained search area based on the initial pose-estimate produced by a prior object detection process. The local feature descriptor obtains rotation invariance by making use of rotational symmetry of the hexagonal structure. Therefore, a set of local feature descriptors is proposed based on the hierarchically hexagonal grouping structure. Ultimately, the 2D object localisation system achieves a very promising performance based on matching the proposed features of edge contour points with the mean correct labelling rate of the edge contour points 0.8654 and the mean false labelling rate 0.0314 applied on the data from Amsterdam Library of Object Images (ALOI). Furthermore, the proposed descriptors are evaluated by comparing to the state-of-the-art descriptors and achieve competitive performances in terms of pose estimate with around half-pixel pose error.

Étude des mécanismes de localisation auditive et de leur plasticité dans le cortex auditif humain

Pouvoir déterminer la provenance des sons est fondamental pour bien interagir avec notre environnement. La localisation auditive est une faculté importante et complexe du système auditif humain. Le cerveau doit décoder le signal acoustique pour en extraire les indices qui lui permettent de localiser une source sonore. Ces indices de localisation auditive dépendent en partie de propriétés morphologiques et environnementales qui ne peuvent être anticipées par l'encodage génétique. Le traitement de ces indices doit donc être ajusté par l'expérience durant la période de développement. À l’âge adulte, la plasticité en localisation auditive existe encore. Cette plasticité a été étudiée au niveau comportemental, mais on ne connaît que très peu ses corrélats et mécanismes neuronaux. La présente recherche avait pour objectif d'examiner cette plasticité, ainsi que les mécanismes d'encodage des indices de localisation auditive, tant sur le plan comportemental, qu'à travers les corrélats neuronaux du comportement observé. Dans les deux premières études, nous avons imposé un décalage perceptif de l’espace auditif horizontal à l’aide de bouchons d’oreille numériques. Nous avons montré que de jeunes adultes peuvent rapidement s’adapter à un décalage perceptif important. Au moyen de l’IRM fonctionnelle haute résolution, nous avons observé des changements de l’activité corticale auditive accompagnant cette adaptation, en termes de latéralisation hémisphérique. Nous avons également pu confirmer l’hypothèse de codage par hémichamp comme représentation de l'espace auditif horizontal. Dans une troisième étude, nous avons modifié l’indice auditif le plus important pour la perception de l’espace vertical à l’aide de moulages en silicone. Nous avons montré que l’adaptation à cette modification n’était suivie d’aucun effet consécutif au retrait des moulages, même lors de la toute première présentation d’un stimulus sonore. Ce résultat concorde avec l’hypothèse d’un mécanisme dit de many-to-one mapping, à travers lequel plusieurs profils spectraux peuvent être associés à une même position spatiale. Dans une quatrième étude, au moyen de l’IRM fonctionnelle et en tirant profit de l’adaptation aux moulages de silicone, nous avons révélé l’encodage de l’élévation sonore dans le cortex auditif humain.

Identification de protéines impliquées dans la localisation des ARNm au niveau de l'appareil mitotique

La localisation des ARNm au niveau des microtubules et des centrosomes laisse voir le centrosome et le fuseau mitotique comme des complexes ribonucléoprotéiques. Cependant, le mécanisme de localisation des ARNm à ces différentes structures ainsi que leurs fonctions dans la régulation de la mitose restent encore incompris. L’objectif était ici de caractériser des protéines de liaison à l’ARN (RNA Binding Proteins, RBPs) fonctionnellement impliquées dans la localisation des ARNm mitotiques chez la Drosophile et d’évaluer la conservation de la fonction de ces RBPs dans les cellules humaines. La déplétion de RBPs par RNAi générée dans des Drosophiles mutantes résulte en des phénotypes distincts de localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen et en des défauts mitotiques différents selon le RBP ciblé, suggérant des fonctions différentes de ces RBPs. De plus, dans les jeunes embryons, les RBPs Bru-2 et Mask semblent être fonctionnellement importants pour la mitose via la régulation de l’ARNm cen, donnant un aperçu de la possible fonction mitotique de RBPs dans la régulation d’un ARN centrosomique. De plus, il a été observé dans un criblage d’immunofluorescence dans des cellules HeLa en métaphase que HNRNPUL1 colocalise au fuseau et aux centrosomes. HNRNPUL1 pourrait être impliqué dans la régulation de l’ARNm CDR2 (orthologue de cen) puisque la déplétion de l’orthologue de HNRNPUL1 dans la Drosophile, CG30122, résulte en une localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen.

Disorder-induced light localisation:from random to artificial

Light localisation in one-dimensional (1D) randomly disordered medium is usually characterized by randomly distributed resonances with fluctuating transmission values, instead of selectively distributed resonances with close-to-unity transmission values that are needed in real application fields. By a resonance tuning scheme developed recently, opening of favorable resonances or closing of unfavorable resonances are achieved by disorder micro-modification, both on the layered medium and the fibre Bragg grating (FBG) array. And furthermore, it is shown that those disorder-induced resonances are independently tunable. Therefore, selected resonances and arranged light localisation can be achieved via artificial disorder, and thus meet the demand of various application fields.

Identification de protéines impliquées dans la localisation des ARNm au niveau de l'appareil mitotique

La localisation des ARNm au niveau des microtubules et des centrosomes laisse voir le centrosome et le fuseau mitotique comme des complexes ribonucléoprotéiques. Cependant, le mécanisme de localisation des ARNm à ces différentes structures ainsi que leurs fonctions dans la régulation de la mitose restent encore incompris. L’objectif était ici de caractériser des protéines de liaison à l’ARN (RNA Binding Proteins, RBPs) fonctionnellement impliquées dans la localisation des ARNm mitotiques chez la Drosophile et d’évaluer la conservation de la fonction de ces RBPs dans les cellules humaines. La déplétion de RBPs par RNAi générée dans des Drosophiles mutantes résulte en des phénotypes distincts de localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen et en des défauts mitotiques différents selon le RBP ciblé, suggérant des fonctions différentes de ces RBPs. De plus, dans les jeunes embryons, les RBPs Bru-2 et Mask semblent être fonctionnellement importants pour la mitose via la régulation de l’ARNm cen, donnant un aperçu de la possible fonction mitotique de RBPs dans la régulation d’un ARN centrosomique. De plus, il a été observé dans un criblage d’immunofluorescence dans des cellules HeLa en métaphase que HNRNPUL1 colocalise au fuseau et aux centrosomes. HNRNPUL1 pourrait être impliqué dans la régulation de l’ARNm CDR2 (orthologue de cen) puisque la déplétion de l’orthologue de HNRNPUL1 dans la Drosophile, CG30122, résulte en une localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen.

Déterminants de la distribution subcellulaire et tissulaire de médicaments cationiques lysosomotropiques et leur effet antiprolifératif

La concentration des médicaments cationiques dans les compartiments acides de la cellule est bien connue. Nous avons tenté d’expliquer davantage certains aspects encore inconnus au sujet de cette réaction cellulaire. En premier lieu, nous avons étudié l’accumulation subcellulaire et in vivo d’un médicament cationique fluorescent, la quinacrine, dans un modèle murin. L’accumulation cellulaire de la quinacrine dans les fibroblastes dermiques de souris induisait une inhibition du flux autophagique, ainsi qu’une lysosomogénèse. L’administration de la quinacrine in vivo démontrait une distribution hétérogène et une augmentation autophagique et lysosomale dans les poumons. En deuxième lieu, l’effet cytostatique et cytotoxique d’une série de médicaments cationiques lysosomotropiques furent étudiés dans une série de lignées cellulaires. Une série de 6 triéthylamines substituées furent choisies afin d’étudier davantage l’effet cytostatique de l’ion trapping. L’accumulation du marqueur autophagique LC3 II, le marqueur apoptotique PARP1, la cytotoxicité, le cycle cellulaire et la fonction endocytose furent étudiés plus en détails dans la lignée tumorale U937. Chacun des médicaments cationiques démontrait un effet antiprolifératif significatif, mais aucun signe de cytotoxicité n’était observé à certains niveaux de concentrations. Un cotraitement avec les inhibiteurs de cholestérol, β-cyclodextrine et lovastatine, renversait partiellement l’effet antiprolifératif des amines. L’intensité de l’effet antiprolifératif induit par les médicaments cationiques est clairement prédite par leur puissance de l’inhibition du flux autophagique et par la liposolubilité. L’accumulation tissulaire de la quinacrine et l’effet cytostatique prédit par l’inhibition du flux autophagique et par la liposolubilité des amines substituées offre des possibilités d’application dans le domaine de l’oncologie et de la pharmacocinétique des nombreux médicaments concernés.

Algorithme non intrusif de localisation et de correction de distorsions dans les signaux sonores compressés à bas débits

Des sites de visionnement de contenu audio-vidéo en temps-réel comme YouTube sont devenus très populaires. Le téléchargement des fichiers audio/vidéo consomme une quantité importante de bande passante des réseaux Internet. L’utilisation de codecs à bas débit permet de compresser la taille des fichiers transmis afin de consommer moins de bande passante. La conséquence est une diminution de la qualité de ce qui est transmis. Une diminution de qualité mène à l’apparition de défauts perceptibles dans les fichiers. Ces défauts sont appelés des artifices de compression. L’utilisation d’un algorithme de post-traitement sur les fichiers sonores pourrait augmenter la qualité perçue de la musique transmise en corrigeant certains artifices à la réception, sans toutefois consommer davantage de bande passante. Pour rehausser la qualité subjective des fichiers sonores, il est d’abord nécessaire de déterminer quelles caractéristiques dégradent la qualité perceptuelle. Le présent projet a donc pour objectif le développement d’un algorithme capable de localiser et de corriger de façon non intrusive, un artifice provoqué par des discontinuités et des incohérences au niveau des harmoniques qui dégrade la qualité objective dans les signaux sonores compressés à bas débits (8 – 12 kilobits par seconde).

Infra-red pupil detection for use in a face recognition system

This paper presents a new method of eye localisation and face segmentation for use in a face recognition system. By using two near infrared light sources, we have shown that the face can be coarsely segmented, and the eyes can be accurately located, increasing the accuracy of the face localisation and improving the overall speed of the system. The system is able to locate both eyes within 25% of the eye-to-eye distance in over 96% of test cases.

Topological SLAM Using Fast Vision Techniques

In this paper we propose a method for vision only topological simultaneous localisation and mapping (SLAM). Our approach does not use motion or odometric information but a sequence of colour histograms from visited places. In particular, we address the perceptual aliasing problem which occurs using external observations only in topological navigation. We propose a Bayesian inference method to incrementally build a topological map by inferring spatial relations from the sequence of observations while simultaneously estimating the robot's location. The algorithm aims to build a small map which is consistent with local adjacency information extracted from the sequence measurements. Local adjacency information is incorporated to disambiguate places which otherwise would appear to be the same. Experiments in an indoor environment show that the proposed technique is capable of dealing with perceptual aliasing using visual observations only and successfully performs topological SLAM.

Topological SLAM using neighbourhood information of places

Perceptual aliasing makes topological navigation a difficult task. In this paper we present a general approach for topological SLAM~(simultaneous localisation and mapping) which does not require motion or odometry information but only a sequence of noisy measurements from visited places. We propose a particle filtering technique for topological SLAM which relies on a method for disambiguating places which appear indistinguishable using neighbourhood information extracted from the sequence of observations. The algorithm aims to induce a small topological map which is consistent with the observations and simultaneously estimate the location of the robot. The proposed approach is evaluated using a data set of sonar measurements from an indoor environment which contains several similar places. It is demonstrated that our approach is capable of dealing with severe ambiguities and, and that it infers a small map in terms of vertices which is consistent with the sequence of observations.

Source location of acoustic emission waves for structural health monitoring of bridges

The process of structural health monitoring (SHM) involves monitoring a structure over a period of time using appropriate sensors, extracting damage sensitive features from the measurements made by the sensors and analysing these features to determine the current state of the structure. Various techniques are available for structural health monitoring of structures and acoustic emission (AE) is one technique that is finding an increasing use. Acoustic emission waves are the stress waves generated by the mechanical deformation of materials. AE waves produced inside a structure can be recorded by means of sensors attached on the surface. Analysis of these recorded signals can locate and assess the extent of damage. This paper describes preliminary studies on the application of AE technique for health monitoring of bridge structures. Crack initiation or structural damage will result in wave propagation in solid and this can take place in various forms. Propagation of these waves is likely to be affected by the dimensions, surface properties and shape of the specimen. This, in turn, will affect source localization. Various laboratory test results will be presented on source localization, using pencil lead break tests. The results from the tests can be expected to aid in enhancement of knowledge of acoustic emission process and development of effective bridge structure diagnostics system.

Designing participation in agile ridesharing with mobile social software

Growing participation is a key challenge for the viability of sustainability initiatives, many of which require enactment at a local community level in order to be effective. This paper undertakes a review of technology assisted carpooling in order to understand the challenge of designing participation and consider how mobile social software and interface design can be brought to bear. It was found that while persuasive technology and social networking approaches have roles to play, critical factors in the design of carpooling are convenience, ease of use and fit with contingent circumstances, all of which require a use-centred approach to designing a technological system and building participation. Moreover, the reach of technology platform-based global approaches may be limited if they do not cater to local needs. An approach that focuses on iteratively designing technology to support and grow mobile social ridesharing networks in particular locales is proposed. The paper contributes an understanding of HCI approaches in the context of other designing participation approaches.