Vieillissement et réorganisation neurofonctionnelle pour le traitement du sens métaphorique des mots

Compte tenu de l ’importante augmentation de l ’espérance de vie de la population générale observée dans les dernières décennies, les études portant sur les modifications des fonctions cognitives lors du vieillissement normal et pathologique se révèlent d'un grand intérêt. Les résultats rapportés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension de la nature des modifications avec l ’âge du traitement du sens métaphorique des mots et du phénomène de réorganisation fonctionnelle sous-tendant ces processus. Après une revue de littérature (chapitre 1), un premier article définissant la problématique générale du traitement du langage lors du vieillissement normal inaugure la série de travaux présentés dans cette thèse. Cet article, présenté dans le chapitre 2, confirme l ’importance du développement d ’études spécifiques permettant de faire le lien entre les différentes hypothèses portant sur les changements cognitifs propres au vieillissement normal et celles portant sur les changements propres au substrat neurobiologique du langage. Le chapitre 3 présente une étude comportementale ayant pour objectif d ’évaluer la disponibilité des ressources attentionnelles pour le traitement phonologique et sémantique des mots ainsi que son évolution possible avec l ’âge. Les conclusions tirées de cette étude vont dans le sens d ’une restriction des ressources attentionnelles particulièrement pour le traitement du sens métaphorique des mots lors du vieillissement normal. Le chapitre 4 présente une étude en neuroimagerie fonctionnelle. Cette étude a été réalisée afin de comparer les profils d'activation cérébrale des participants jeunes et âgés lors du traitement du sens métaphorique des mots. Les résultats obtenus soulignent qu ’autant pour les participants jeunes que pour les participants âgés, le traitement du sens métaphorique des mots pourrait imposer au cerveau le partage des ressources attentionnelles. Néanmoins, ils montrent une réorganisation fonctionnelle chez les participants âgés. L ’ensemble des travaux présentés appuie l ’hypothèse d ’une attribution différentielle des ressources attentionnelles ainsi que celle d ’une réorganisation fonctionnelle chez les participants âgés pour le traitement du sens métaphorique des mots. Les résultats viennent enrichir la compréhension des modèles neurocognitifs du vieillissement en ce qui concerne l ’évolution des bases neurobiologiques du langage.

Les neurosciences cognitives du langage, de l'autisme et des styles cognitifs

VERSION ANGLAISE DISPONIBLE AU DÉPARTEMENT; THÈSE RÉALISÉE CONJOINTEMENT AVEC L'ÉCOLE DES SCIENCES DE LA COMMUNICATION DE L'UNIVERSITÉ MCGILL (DRS. K. STEINHAUER ET J.E. DRURY).

Modeling High-Dimensional Audio Sequences with Recurrent Neural Networks

Cette thèse étudie des modèles de séquences de haute dimension basés sur des réseaux de neurones récurrents (RNN) et leur application à la musique et à la parole. Bien qu'en principe les RNN puissent représenter les dépendances à long terme et la dynamique temporelle complexe propres aux séquences d'intérêt comme la vidéo, l'audio et la langue naturelle, ceux-ci n'ont pas été utilisés à leur plein potentiel depuis leur introduction par Rumelhart et al. (1986a) en raison de la difficulté de les entraîner efficacement par descente de gradient. Récemment, l'application fructueuse de l'optimisation Hessian-free et d'autres techniques d'entraînement avancées ont entraîné la recrudescence de leur utilisation dans plusieurs systèmes de l'état de l'art. Le travail de cette thèse prend part à ce développement. L'idée centrale consiste à exploiter la flexibilité des RNN pour apprendre une description probabiliste de séquences de symboles, c'est-à-dire une information de haut niveau associée aux signaux observés, qui en retour pourra servir d'à priori pour améliorer la précision de la recherche d'information. Par exemple, en modélisant l'évolution de groupes de notes dans la musique polyphonique, d'accords dans une progression harmonique, de phonèmes dans un énoncé oral ou encore de sources individuelles dans un mélange audio, nous pouvons améliorer significativement les méthodes de transcription polyphonique, de reconnaissance d'accords, de reconnaissance de la parole et de séparation de sources audio respectivement. L'application pratique de nos modèles à ces tâches est détaillée dans les quatre derniers articles présentés dans cette thèse. Dans le premier article, nous remplaçons la couche de sortie d'un RNN par des machines de Boltzmann restreintes conditionnelles pour décrire des distributions de sortie multimodales beaucoup plus riches. Dans le deuxième article, nous évaluons et proposons des méthodes avancées pour entraîner les RNN. Dans les quatre derniers articles, nous examinons différentes façons de combiner nos modèles symboliques à des réseaux profonds et à la factorisation matricielle non-négative, notamment par des produits d'experts, des architectures entrée/sortie et des cadres génératifs généralisant les modèles de Markov cachés. Nous proposons et analysons également des méthodes d'inférence efficaces pour ces modèles, telles la recherche vorace chronologique, la recherche en faisceau à haute dimension, la recherche en faisceau élagué et la descente de gradient. Finalement, nous abordons les questions de l'étiquette biaisée, du maître imposant, du lissage temporel, de la régularisation et du pré-entraînement.

Développement et implémentation du jeu des vingt questions

Ce document est un rapport de stage de maitrise qui portait sur la réalisation d'un jeu de 20 questions (20Q) consistant à faire deviner par l’ordinateur un objet d'une maison ou un environnement choisi par le joueur. L’ordinateur pose des questions en langue naturelle et analyse les réponses des joueurs. Ce jeu de 20Q a pour but de faire la publicité gratuite de l'entreprise d'accueil, North Side Inc. 20Q est lié au projet Bot Colony, un jeu vidéo développé par l'entreprise basé sur la capacité de conversation et de compréhension des personnages du jeu. Cette technologie est utilisée dans 20Q sous forme de digressions et aussi indirectement au sein de l'algorithme, des définitions et des liens avec les besoins humains. 20Q est présenté sur une plateforme web qui permet au joueur un accès libre et gratuit à travers le portail de Bot Colony. Pour susciter l'intérêt des joueurs et attirer plus d'internautes, nous avons ajouté un aspect de compétition avec un système de classement et de points. Nous présentons également le déroulement du stage au sein de l’entreprise.

Changes in cortical and sub-cortical patterns of activity associated with aging during the performance of a lexical set-shifting task

Bien que le passage du temps altère le cerveau, la cognition ne suit pas nécessairement le même destin. En effet, il existe des mécanismes compensatoires qui permettent de préserver la cognition (réserve cognitive) malgré le vieillissement. Les personnes âgées peuvent utiliser de nouveaux circuits neuronaux (compensation neuronale) ou des circuits existants moins susceptibles aux effets du vieillissement (réserve neuronale) pour maintenir un haut niveau de performance cognitive. Toutefois, la façon dont ces mécanismes affectent l’activité corticale et striatale lors de tâches impliquant des changements de règles (set-shifting) et durant le traitement sémantique et phonologique n’a pas été extensivement explorée. Le but de cette thèse est d’explorer comment le vieillissement affecte les patrons d’activité cérébrale dans les processus exécutifs d’une part et dans l’utilisation de règles lexicales d’autre part. Pour cela nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) lors de la performance d’une tâche lexicale analogue à celle du Wisconsin. Cette tâche a été fortement liée à de l’activité fronto-stritale lors des changements de règles, ainsi qu’à la mobilisation de régions associées au traitement sémantique et phonologique lors de décisions sémantiques et phonologiques, respectivement. Par conséquent, nous avons comparé l’activité cérébrale de jeunes individus (18 à 35 ans) à celle d’individus âgés (55 à 75 ans) lors de l’exécution de cette tâche. Les deux groupes ont montré l’implication de boucles fronto-striatales associées à la planification et à l’exécution de changements de règle. Toutefois, alors que les jeunes semblaient activer une « boucle cognitive » (cortex préfrontal ventrolatéral, noyau caudé et thalamus) lorsqu’ils se voyaient indiquer qu’un changement de règle était requis, et une « boucle motrice » (cortex postérieur préfrontal et putamen) lorsqu’ils devaient effectuer le changement, les participants âgés montraient une activation des deux boucles lors de l’exécution des changements de règle seulement. Les jeunes adultes tendaient à présenter une augmentation de l’activité du cortex préfrontal ventrolatéral, du gyrus fusiforme, du lobe ventral temporale et du noyau caudé lors des décisions sémantiques, ainsi que de l’activité au niveau de l’aire de Broca postérieur, de la junction temporopariétale et du cortex moteur lors de décisions phonologiques. Les participants âgés ont montré de l’activité au niveau du cortex préfrontal latéral et moteur durant les deux types de décisions lexicales. De plus, lorsque les décisions sémantiques et phonologiques ont été comparées entre elles, les jeunes ont montré des différences significatives au niveau de plusieurs régions cérébrales, mais pas les âgés. En conclusion, notre première étude a montré, lors du set-shifting, un délai de l’activité cérébrale chez les personnes âgées. Cela nous a permis de conceptualiser l’Hypothèse Temporelle de Compensation (troisième manuscrit) qui consiste en l’existence d’un mécanisme compensatoire caractérisé par un délai d’activité cérébrale lié au vieillissement permettant de préserver la cognition au détriment de la vitesse d’exécution. En ce qui concerne les processus langagiers (deuxième étude), les circuits sémantiques et phonologiques semblent se fusionner dans un seul circuit chez les individus âgés, cela représente vraisemblablement des mécanismes de réserve et de compensation neuronales qui permettent de préserver les habilités langagières.

Design and Development of a Frame Based MT System for English-to-ISL

This paper presents the design and development of a frame based approach for speech to sign language machine translation system in the domain of railways and banking. This work aims to utilize the capability of Artificial intelligence for the improvement of physically challenged, deaf-mute people. Our work concentrates on the sign language used by the deaf community of Indian subcontinent which is called Indian Sign Language (ISL). Input to the system is the clerk’s speech and the output of this system is a 3D virtual human character playing the signs for the uttered phrases. The system builds up 3D animation from pre-recorded motion capture data. Our work proposes to build a Malayalam to ISL

Boundaries and Topological Algorithms

This thesis develops a model for the topological structure of situations. In this model, the topological structure of space is altered by the presence or absence of boundaries, such as those at the edges of objects. This allows the intuitive meaning of topological concepts such as region connectivity, function continuity, and preservation of topological structure to be modeled using the standard mathematical definitions. The thesis shows that these concepts are important in a wide range of artificial intelligence problems, including low-level vision, high-level vision, natural language semantics, and high-level reasoning.

The Unsupervised Acquisition of a Lexicon from Continuous Speech

We present an unsupervised learning algorithm that acquires a natural-language lexicon from raw speech. The algorithm is based on the optimal encoding of symbol sequences in an MDL framework, and uses a hierarchical representation of language that overcomes many of the problems that have stymied previous grammar-induction procedures. The forward mapping from symbol sequences to the speech stream is modeled using features based on articulatory gestures. We present results on the acquisition of lexicons and language models from raw speech, text, and phonetic transcripts, and demonstrate that our algorithm compares very favorably to other reported results with respect to segmentation performance and statistical efficiency.

Dynamic Document Generation from Semantic Web Data

This talk will present an overview of the ongoing ERCIM project SMARTDOCS (SeMAntically-cReaTed DOCuments) which aims at automatically generating webpages from RDF data. It will particularly focus on the current issues and the investigated solutions in the different modules of the project, which are related to document planning, natural language generation and multimedia perspectives. The second part of the talk will be dedicated to the KODA annotation system, which is a knowledge-base-agnostic annotator designed to provide the RDF annotations required in the document generation process.

Sistema de di??logo hablado basado en VoiceXML para la ense??anza universitaria

En este art??culo se presenta un sistema de di??logo hablado en desarrollo llamado TRIVIAL, cuya finalidad es favorecer el aprendizaje de contenidos docentes por parte de los alumnos de la Universidad de Granada. La interacci??n entre los usuarios y el sistema se lleva a cabo mediante di??logos en lenguaje natural realizados de forma oral, por lo que el sistema se diferencia claramente de otras herramientas de apoyo a la docencia basadas en Tecnolog??as de la Informaci??n y las Comunicaciones (TICs). Creemos que el sistema puede fomentar el desarrollo del espacio innovador promovido por el Espacio Europeo de Educaci??n Superior (EEES), pues permite dar una visi??n diferente de las asignaturas, en la que el alumno es el actor principal del proceso de aprendizaje.

Asistentes virtuales en plataformas 3.0

Los asistentes virtuales son herramientas inteligentes que ayudan a los usuarios a buscar información en un conglomerado de recursos web. El despliegue natural de los mismos se realiza en las propias páginas web, donde permiten resolver las dudas de los usuarios formuladas en lenguaje natural usando técnicas de Inteligencia Artificial. En este artículo presentamos las características más relevantes del asistente virtual Elvira y su integración en la página web de la Universidad de Granada. De forma paralela a la aparición de los asistentes virtuales, en la última década, los avances tecnológicos han hecho que el acceso a la información se produzca desde diferentes fuentes, trasladando la necesidad de la asistencia artificial a otros ámbitos. En este trabajo, detallamos la ampliación de los despliegues del asistente virtual Elvira sobre dispositivos móviles y redes sociales.

Geolocalizador de noticias temáticas: el caso de los riesgos naturales

Las bases de datos geoespaciales temáticas en distintas escalas geográficas y temporales, son necesarias en multitud de líneas de investigación. Una de ellas es la gestión y alerta temprana de riesgos de desastres por amenazas naturales (inundaciones, huracanes, terremotos, etc.). Las noticias sobre éste tema se publican habitualmente en periódicos digitales de todo el mundo y comportan un alto contenido geográfico. Este trabajo pretende extraer automáticamente las noticias emitidas por canales de re-difusión web (conocidos por las siglas RSS en inglés) para georreferenciarlas, almacenarlas y distribuirlas como datos geoespaciales. Mediante técnicas de procesamiento de lenguaje natural y consultas a bases de datos de topónimos realizaremos la extracción de la información. El caso de estudio se aplicará para México y todos los componentes utilizados serán de código abierto

A narrativa em crianças surdas : papel da Língua Gestual Portuguesa

A presente pesquisa tem como Questão Central a avaliação da estrutura da narrativa por um grupo de seis crianças surdas profundas utilizando a Língua Gestual Portuguesa (LGP). Neste estudo questionou-se se se encontrariam diferenças na produção da narrativa entre crianças que adquiriram a LGP precocemente e as que tiveram o primeiro contato com a língua materna tardiamente. Colocou-se a hipótese geral que a língua natural das crianças surdas portuguesas é a LGP e as que tiveram um acesso precoce à sua língua apresentam um melhor desempenho na narração de uma história. Para verificar esta hipótese, foi aplicada uma prova que consistia no conto de uma história, a partir de uma sequência de imagens, em LGP a todos as crianças desta investigação. Releva-se a importância de um precoce ambiente comunicativo para que a criança surda adquira um desenvolvimento global semelhante aos seus pares ouvintes. Salienta-se ainda que a influência dos pais, dos educadores e dos professores é fundamental para que a criança surda possa desenvolver a sua língua natural, a LGP e a aprendizagem da segunda língua. Os resultados obtidos confirmaram as hipóteses colocadas, ou seja, as crianças que adquiriram precocemente a LGP apresentaram um maior desenvolvimento na estrutura da narrativa.

Signwriting : um sistema de escrita das línguas gestuais : aplicação à língua gestual portuguesa

A língua gestual (LG) é a língua natural da pessoa surda, sendo utilizada como forma de expressão e comunicação da comunidade surda de um determinado país. Porém, é de todo impossível escrever estas línguas através de um alfabeto comum como o da Língua Portuguesa (LP). Em 1974, na Dinamarca, Valerie Sutton criou o SignWriting (SW), um sistema de escrita das línguas gestuais, contrariando assim a ideia de que as línguas espaço-visuais não poderiam ter uma representação gráfica. Para o surgimento deste sistema foram fundamentais os estudos pioneiros de William Stokoe que reconheceram o estatuto linguístico das línguas gestuais, atribuindo-lhes propriedades inerentes a uma língua, como por exemplo a arbitrariedade e convencionalidade. Neste trabalho apresentamos o SW, sistema de escrita das línguas gestuais já utilizado noutros países, e questionamos se é exequível e profícua a sua adaptação à língua gestual portuguesa (LGP). Nesse sentido, concretizamos a escrita da LGP com base em áreas vocabulares distintas e presentes no programa curricular do ensino da LGP. Por último, efetivamos tal proposta através de um modelo de ação de formação em SW.

Enhancing dominant modes in nonstationary time series by means of the symbolic resonance analysis

We present the symbolic resonance analysis (SRA) as a viable method for addressing the problem of enhancing a weakly dominant mode in a mixture of impulse responses obtained from a nonlinear dynamical system. We demonstrate this using results from a numerical simulation with Duffing oscillators in different domains of their parameter space, and by analyzing event-related brain potentials (ERPs) from a language processing experiment in German as a representative application. In this paradigm, the averaged ERPs exhibit an N400 followed by a sentence final negativity. Contemporary sentence processing models predict a late positivity (P600) as well. We show that the SRA is able to unveil the P600 evoked by the critical stimuli as a weakly dominant mode from the covering sentence final negativity. (c) 2007 American Institute of Physics. (c) 2007 American Institute of Physics.