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.

Proposition de nouvelles fonctionnalités WikiSIG pour supporter le travail collaboratif en Geodesign

L’émergence du Web 2.0 se matérialise par de nouvelles technologies (API, Ajax…), de nouvelles pratiques (mashup, geotagging…) et de nouveaux outils (wiki, blog…). Il repose principalement sur le principe de participation et de collaboration. Dans cette dynamique, le Web à caractère spatial et cartographique c’est-à-dire, le Web géospatial (ou GéoWeb) connait lui aussi de fortes transformations technologiques et sociales. Le GéoWeb 2.0 participatif se matérialise en particulier par des mashups entre wikis et géobrowsers (ArgooMap, Geowiki, WikiMapia, etc.). Les nouvelles applications nées de ces mashups évoluent vers des formes plus interactives d’intelligence collective. Mais ces applications ne prennent pas en compte les spécificités du travail collaboratif, en particulier la gestion de traçabilité ou l’accès dynamique à l’historique des contributions. Le Geodesign est un nouveau domaine fruit de l’association des SIG et du design, permettant à une équipe multidisciplinaire de travailler ensemble. Compte tenu de son caractère émergent, le Geodesign n’est pas assez défini et il requiert une base théorique innovante, de nouveaux outils, supports, technologies et pratiques afin de s’adapter à ses exigences complexes. Nous proposons dans cette thèse de nouvelles fonctionnalités de type WikiSIG, bâties sur les principes et technologies du GéoWeb 2.0 et visant en particulier à supporter la dimension collaborative du processus de Geodesign. Le WikiSIG est doté de fonctionnalités wiki dédiées à la donnée géospatiale (y compris dans sa composante géométrique : forme et localisation) permettant d’assurer, de manière dynamique, la gestion documentée des versions des objets et l’accès à ces versions (et de leurs métadonnées), facilitant ainsi le travail collaboratif en Geodesign. Nous proposons également la deltification qui consiste en la capacité de comparer et d’afficher les différences entre deux versions de projets. Finalement la pertinence de quelques outils du géotraitement et « sketching » est évoquée. Les principales contributions de cette thèse sont d’une part d’identifier les besoins, les exigences et les contraintes du processus de Geodesign collaboratif, et d’autre part de proposer des nouvelles fonctionnalités WikiSIG répondant au mieux à la dimension collaborative du processus. Pour ce faire, un cadre théorique est dressé où nous avons identifié les exigences du travail collaboratif de Geodesign et proposé certaines fonctionnalités WikiSIG innovantes qui sont par la suite formalisés en diagrammes UML. Une maquette informatique est aussi développée de façon à mettre en oeuvre ces fonctionnalités, lesquelles sont illustrées à partir d’un cas d’étude simulé, traité comme preuve du concept. La pertinence de ces fonctionnalités développées proposées est finalement validée par des experts à travers un questionnaire et des entrevues. En résumé, nous montrons dans cette thèse l’importance de la gestion de la traçabilité et comment accéder dynamiquement à l’historique dans un processus de Geodesign. Nous proposons aussi d’autres fonctionnalités comme la deltification, le volet multimédia supportant l’argumentation, les paramètres qualifiant les données produites, et la prise de décision collective par consensus, etc.

Conception d’un portail participatif d’information géographique Web pour la mise en valeur des produits forestiers non ligneux d’après leurs potentiels de présence.

Les produits forestiers non ligneux (PFNL) rassemblent toutes exploitations sous couvert forestier. Ils excluent les produits issus de la fibre de bois et des produits de la faune. Le bleuet sauvage est un bon exemple de PFNL. Ces produits sont abondants au Québec. Le bleuet est un exemple de PFNL bien établi avec un niveau de commercialisation structurée de produits frais et de transformation. Au contraire, le marché des champignons forestiers tarde à se développer. À titre de produit agroforestier, les PFNL procurent des biens et services bénéfiques aux communautés productrices. La distribution des PFNL varie en fonction de facteurs géophysiques et bioclimatiques. Dans certaines régions du Québec, des groupes s'efforcent de développer des outils d’analyse et de modélisation spatiale conséquents. La géomatique procure des solutions pratiques pour l’identification et le suivi des PFNL. Entre autres, elle opère des données géospatiales spécialisées sur des systèmes d'information géographique (SIG). Ce projet de maîtrise repose sur la mise en place d’un portail participatif d’information géographique web. Il s'adresse à un large panel d’utilisateurs, notamment aux intervenants impliqués dans le développement durable des PFNL. Il offre la possibilité de visualiser et de manipuler des données spécialisées au cas des PFNL. Il propose de localiser les sites à fort potentiel de présence. Il cherche à intégrer des outils de validation de ces sites. Il tend aussi à procurer des outils qui accompagnent la production des utilisateurs. Le portail introduit des applications d’édition, d’analyse et de modélisations spatiales exclusives à la thématique des PFNL. Il abrite des couches de données interactives et interopérables. L'évaluation du portail passe par l’efficacité de ses applications et la convivialité de ses composantes. Ce rapport décrit et fait la démonstration de chacune d'elle.

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.

La rivière Seudre : intégration des données relatives au bassin versant de la Seudre dans un système d'information géographique

La préparation du S.A.G.E. Seudre se poursuit. Il doit permettre dans un premier temps d'informer, de communiquer, de faire un état des lieux de l'existant concernant les aspects environnementaux et socio-économique, la gestion de l'eau, de sa qualité ou d'autres points. L'IFREMER, qui a récemment acquis un logiciel de système d'information géographique l'a exploité pour réaliser un «début d'atlas» sur la Seudre. Cet atlas est donc mis à disposition des utilisateurs potentiels par l'IFREMER, comme base de réflexion. Un stage de D.E.S.S. a été proposé à l'Université de Montpellier, qui forme des étudiants en aménagement du littoral. C'était une bonne occasion de confier cette pré-étude de S.A.G.E. Seudre à une stagiaire qui connaissait déjà la Seudre pour avoir fait un stage de maîtrise au laboratoire Environnement Littoral de l'IFREMER à La Tremblade et, de surcroît, dont le nom évoque la déesse de la SAGEsse.

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.

Les vignobles du Portugal. Etude géographique.

Doutoramento em Economia.

Strain localisation patterns under equal-channel angular pressing

Instabilities of plastic flow in the form of localised shear bands were experimentally observed to result from equal-channel angular pressing (ECAP) of magnesium alloy AZ31. The appearance of shear bands and their spacing were dependent on velocity of the pressing and applied back-pressure. A generic gradient plasticity theory involving second-order strain gradient terms in a constitutive model was applied to the case of AZ31 deformed by ECAP. Linear stability analysis was applied to the set of equations describing the deformation behaviour in the process zone idealised as a planar shear zone. A full analytical solution providing a dispersion relation between the rate of growth of a perturbation and the wave number was obtained. It was shown that the pattern of incipient localised shear bands exhibits a spectrum of characteristic lengths corresponding to admissible wave numbers. The interval of the spectrum of wave numbers of viable, i.e. growing, perturbations predicted by linear stability analysis was shown to be in good agreement with the experimentally observed spectrum. The effect of back-pressure applied during ECAP was also considered. The predicted displacement of the shear band spectrum towards lower wave numbers, shown to be a result of the decreased shear strain rate in the shear zone, was consistent with the experimentally observed increase of the band spacing with increased back-pressure. A good predictive capability of the general modelling frame used in conjunction with linear stability analysis was thus demonstrated in the instance of the particular alloy system and the specific processing conditions considered.

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.

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).