A comparison of computer-based methods for the determination of onset of muscle contraction using electromyography

Little consensus exists in the literature regarding methods for determination of the onset of electromyographic (EMG) activity. The aim of this study was to compare the relative accuracy of a range of computer-based techniques with respect to EMG onset determined visually by an experienced examiner. Twenty-seven methods were compared which varied in terms of EMG processing (low pass filtering at 10, 50 and 500 Hz), threshold value (1, 2 and 3 SD beyond mean of baseline activity) and the number of samples for which the mean must exceed the defined threshold (20, 50 and 100 ms). Three hundred randomly selected trials of a postural task were evaluated using each technique. The visual determination of EMG onset was found to be highly repeatable between days. Linear regression equations were calculated for the values selected by each computer method which indicated that the onset values selected by the majority of the parameter combinations deviated significantly from the visually derived onset values. Several methods accurately selected the time of onset of EMG activity and are recommended for future use. Copyright (C) 1996 Elsevier Science Ireland Ltd.

Pharmacokinetic software for the health sciences - Choosing the right package for teaching purposes

Computer assisted learning has an important role in the teaching of pharmacokinetics to health sciences students because it transfers the emphasis from the purely mathematical domain to an 'experiential' domain in which graphical and symbolic representations of actions and their consequences form the major focus for learning. Basic pharmacokinetic concepts can be taught by experimenting with the interplay between dose and dosage interval with drug absorption (e.g. absorption rate, bioavailability), drug distribution (e.g. volume of distribution, protein binding) and drug elimination (e.g. clearance) on drug concentrations using library ('canned') pharmacokinetic models. Such 'what if' approaches are found in calculator-simulators such as PharmaCalc, Practical Pharmacokinetics and PK Solutions. Others such as SAAM II, ModelMaker, and Stella represent the 'systems dynamics' genre, which requires the user to conceptualise a problem and formulate the model on-screen using symbols, icons, and directional arrows. The choice of software should be determined by the aims of the subject/course, the experience and background of the students in pharmacokinetics, and institutional factors including price and networking capabilities of the package(s). Enhanced learning may result if the computer teaching of pharmacokinetics is supported by tutorials, especially where the techniques are applied to solving problems in which the link with healthcare practices is clearly established.

Adherence and perceptions regarding simulation training in undergraduate health Sciences

BACKGROUND: Simulation techniques are spreading rapidly in medicine. Suc h resources are increasingly concentrated in Simulation Laboratories. The MSRP-USP is structuring such a laboratory and is interested in the prevalence of individual initiatives that could be centralized there. The MSRP-USP currently has five full-curriculum courses in the health sciences: Medicine, Speech Therapy, Physical Therapy, Nutrition, and Occupational Therapy, all consisting of core disciplines. GOAL: To determine the prevalence of simulation techniques in the regular courses at MSRP-USP. METHODS: Coordinators of disciplines in the various courses were interviewed using a specifically designed semi-structured questionnaire, and all the collected data were stored in a dedicated database. The disciplines were grouped according to whether they used (GI) or did not use (GII) simulation resources. RESULTS AND DISCUSSION: 256 disciplines were analyzed, of which only 18.3% used simulation techniques, varying according to course: Medicine (24.7.3%), Occupational Therapy (23.0%), Nutrition (15.9%), Physical Therapy (9.8%), and Speech Therapy (9.1%). Computer simulation programs predominated (42.5%) in all five courses. The resources were provided mainly by MSRP-USP (56.3%), with additional funding coming from other sources based on individual initiatives. The same pattern was observed for maintenance. There was great interest in centralizing the resources in the new Simulation Laboratory in order to facilitate maintenance, but there was concern about training and access to the material. CONCLUSIONS: 1) The MSRP-USP simulation resources show low complexity and are mainly limited to computer programs; 2) Use of simulation varies according to course, and is most prevalent in Medicine; 3) Resources are scattered across several locations, and their acquisition and maintenance depend on individual initiatives rather than central coordination or curricular guidelines

Performance evaluation of 3D computer vision techniques

This work presents the implementation and comparison of three different techniques of three-dimensional computer vision as follows: • Stereo vision - correlation between two 2D images • Sensorial fusion - use of different sensors: camera 2D + ultrasound sensor (1D); • Structured light The computer vision techniques herein presented took into consideration the following characteristics: • Computational effort ( elapsed time for obtain the 3D information); • Influence of environmental conditions (noise due to a non uniform lighting, overlighting and shades); • The cost of the infrastructure for each technique; • Analysis of uncertainties, precision and accuracy. The option of using the Matlab software, version 5.1, for algorithm implementation of the three techniques was due to the simplicity of their commands, programming and debugging. Besides, this software is well known and used by the academic community, allowing the results of this work to be obtained and verified. Examples of three-dimensional vision applied to robotic assembling tasks ("pick-and-place") are presented.

Introducing e-learning in a large multisite academic health sciences centre: a case study of e-curriculum planning and educator support /

This qualitative study investigated how a team of 7 hospital educators collaborated to develop e-curriculum units to pilot for a newly acquired learning -r management system at a large, multisite academic health sciences centre. A case study approach was used to examine how the e-Curriculum Team was structured, how the educators worked together to develop strategies to better utilize e-leaming in their ovwi practice, what e-curriculum they chose to develop, and how they determined their priorities for e-curriculum development. It also inquired into how they planned to involve other educators in using e-leaming. One set of semistructured interviews with the 6 hospital educators involved in the project, as well as minutes of team meetings and the researcher's journal, were analyzed (the researcher was also a hospital educator on the team). Project management structure, educator support, and organizational pressures on the implementation project feature prominently in the case study. This study suggests that implementation of e-leaming will be more successful if (a) educators involved in the development of e-leaming curriculum are supported in their role as change agents, (b) the pain of vmleaming current educational practice is considered, (c) the limitations of the software being implemented are recognized, (d) time is spent leaming about best practice, and (e) the project is protected as much as possible from organizational pressures and distractions.

Coaches' use of and impressions of computer-mediated communication (CMC) media /

The study examined coaches' usage of text-based computer-mediated communication (CMC) media (e.g., text-messaging, email) in the coach-player relationship. Data were collected by surveying Ontario-based male baseball coaches (n = 86) who coached players between 15 and 18 years old. Predictions were made regarding how demographic factors such as age and coaching experience affected coaches' CMC use and opinions. Results indicated that over 76% of respondents never used any CMC media other than email and team websites in their interactions with players. Results also revealed that coaches' usage rates contrasted with their opinion of the usefulness of the media, and their perception of players' use of the media. Coaches characterized most CMC media as limited, unnecessary, and sometimes inappropriate. Additional research should explore players' CMC usage rates and possible guidelines for use of the new media in authority relationships. Academia needs to keep pace with the developments in this area.

Développement et évaluation d’un environnement informatisé d’apprentissage pour faciliter l’intégration des sciences et de la technologie

Par cette recherche, nous voulons évaluer de manière exhaustive les bénéfices qu’apporte l’ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) dans les laboratoires scolaires de sciences et technologie au Liban. Nous aimerions aussi qu’elle contribue d’une manière tangible aux recherches du laboratoire de Robotique Pédagogique de l’Université de Montréal, notamment dans le développement du µlaboratoire ExAO. Nous avons voulu tester les capacités de l’ExAO, son utilisation en situation de classe comme : 1. Substitut d’un laboratoire traditionnel dans l’utilisation de la méthode expérimentale; 2. Outil d’investigation scientifique; 3. Outil d’intégration des sciences expérimentales et des mathématiques; 4. Outil d’intégration des sciences expérimentales, des mathématiques et de la technologie dans un apprentissage technoscientifique; Pour ce faire, nous avons mobilisé 13 groupe-classes de niveaux complémentaire et secondaire, provenant de 10 écoles libanaises. Nous avons désigné leurs enseignants pour expérimenter eux-mêmes avec leurs étudiants afin d’évaluer, de manière plus réaliste les avantages d’implanter ce micro laboratoire informatisé à l’école. Les différentes mise à l’essai, évaluées à l’aide des résultats des activités d’apprentissage réalisées par les étudiants, de leurs réponses à un questionnaire et des commentaires des enseignants, nous montrent que : 1. La substitution d’un laboratoire traditionnel par un µlaboratoire ExAO ne semble pas poser de problème; dix minutes ont suffi aux étudiants pour se familiariser avec cet environnement, mentionnant que la rapidité avec laquelle les données étaient représentées sous forme graphique était plus productive. 2. Pour l’investigation d’un phénomène physique, la convivialité du didacticiel associée à la capacité d’amplifier le phénomène avant de le représenter graphiquement a permis aux étudiants de concevoir et de mettre en œuvre rapidement et de manière autonome, une expérimentation permettant de vérifier leur prédiction. 3. L’intégration des mathématiques dans une démarche expérimentale permet d’appréhender plus rapidement le phénomène. De plus, elle donne un sens aux représentations graphiques et algébriques, à l’avis des enseignants, permettant d’utiliser celle-ci comme outil cognitif pour interpréter le phénomène. 4. La démarche réalisée par les étudiants pour concevoir et construire un objet technologique, nous a montré que cette activité a été réalisée facilement par l’utilisation des capteurs universels et des amplificateurs à décalage de l’outil de modélisation graphique ainsi que la capacité du didacticiel à transformer toute variable mesurée par une autre variable (par exemple la variation de résistance en variation de température, …). Cette activité didactique nous montre que les étudiants n’ont eu aucune difficulté à intégrer dans une même activité d’apprentissage les mathématiques, les sciences expérimentales et la technologie, afin de concevoir et réaliser un objet technologique fonctionnel. µlaboratoire ExAO, en offrant de nouvelles possibilités didactiques, comme la capacité de concevoir, réaliser et valider un objet technologique, de disposer pour ce faire, des capacités nouvelles pour amplifier les mesures, modéliser les phénomènes physiques, créer de nouveaux capteurs, est un ajout important aux expériences actuellement réalisées en ExAO.

Deep learning of representations and its application to computer vision

L’objectif de cette thèse par articles est de présenter modestement quelques étapes du parcours qui mènera (on espère) à une solution générale du problème de l’intelligence artificielle. Cette thèse contient quatre articles qui présentent chacun une différente nouvelle méthode d’inférence perceptive en utilisant l’apprentissage machine et, plus particulièrement, les réseaux neuronaux profonds. Chacun de ces documents met en évidence l’utilité de sa méthode proposée dans le cadre d’une tâche de vision par ordinateur. Ces méthodes sont applicables dans un contexte plus général, et dans certains cas elles on tété appliquées ailleurs, mais ceci ne sera pas abordé dans le contexte de cette de thèse. Dans le premier article, nous présentons deux nouveaux algorithmes d’inférence variationelle pour le modèle génératif d’images appelé codage parcimonieux “spike- and-slab” (CPSS). Ces méthodes d’inférence plus rapides nous permettent d’utiliser des modèles CPSS de tailles beaucoup plus grandes qu’auparavant. Nous démontrons qu’elles sont meilleures pour extraire des détecteur de caractéristiques quand très peu d’exemples étiquetés sont disponibles pour l’entraînement. Partant d’un modèle CPSS, nous construisons ensuite une architecture profonde, la machine de Boltzmann profonde partiellement dirigée (MBP-PD). Ce modèle a été conçu de manière à simplifier d’entraînement des machines de Boltzmann profondes qui nécessitent normalement une phase de pré-entraînement glouton pour chaque couche. Ce problème est réglé dans une certaine mesure, mais le coût d’inférence dans le nouveau modèle est relativement trop élevé pour permettre de l’utiliser de manière pratique. Dans le deuxième article, nous revenons au problème d’entraînement joint de machines de Boltzmann profondes. Cette fois, au lieu de changer de famille de modèles, nous introduisons un nouveau critère d’entraînement qui donne naissance aux machines de Boltzmann profondes à multiples prédictions (MBP-MP). Les MBP-MP sont entraînables en une seule étape et ont un meilleur taux de succès en classification que les MBP classiques. Elles s’entraînent aussi avec des méthodes variationelles standard au lieu de nécessiter un classificateur discriminant pour obtenir un bon taux de succès en classification. Par contre, un des inconvénients de tels modèles est leur incapacité de générer deséchantillons, mais ceci n’est pas trop grave puisque la performance de classification des machines de Boltzmann profondes n’est plus une priorité étant donné les dernières avancées en apprentissage supervisé. Malgré cela, les MBP-MP demeurent intéressantes parce qu’elles sont capable d’accomplir certaines tâches que des modèles purement supervisés ne peuvent pas faire, telles que celle de classifier des données incomplètes ou encore celle de combler intelligemment l’information manquante dans ces données incomplètes. Le travail présenté dans cette thèse s’est déroulé au milieu d’une période de transformations importantes du domaine de l’apprentissage à réseaux neuronaux profonds qui a été déclenchée par la découverte de l’algorithme de “dropout” par Geoffrey Hinton. Dropout rend possible un entraînement purement supervisé d’architectures de propagation unidirectionnel sans être exposé au danger de sur- entraînement. Le troisième article présenté dans cette thèse introduit une nouvelle fonction d’activation spécialement con ̧cue pour aller avec l’algorithme de Dropout. Cette fonction d’activation, appelée maxout, permet l’utilisation de aggrégation multi-canal dans un contexte d’apprentissage purement supervisé. Nous démontrons comment plusieurs tâches de reconnaissance d’objets sont mieux accomplies par l’utilisation de maxout. Pour terminer, sont présentons un vrai cas d’utilisation dans l’industrie pour la transcription d’adresses de maisons à plusieurs chiffres. En combinant maxout avec une nouvelle sorte de couche de sortie pour des réseaux neuronaux de convolution, nous démontrons qu’il est possible d’atteindre un taux de succès comparable à celui des humains sur un ensemble de données coriace constitué de photos prises par les voitures de Google. Ce système a été déployé avec succès chez Google pour lire environ cent million d’adresses de maisons.

A computer-algebraic approach to the study of the symmetry properties of molecules and clusters

This thesis work is dedicated to use the computer-algebraic approach for dealing with the group symmetries and studying the symmetry properties of molecules and clusters. The Maple package Bethe, created to extract and manipulate the group-theoretical data and to simplify some of the symmetry applications, is introduced. First of all the advantages of using Bethe to generate the group theoretical data are demonstrated. In the current version, the data of 72 frequently applied point groups can be used, together with the data for all of the corresponding double groups. The emphasize of this work is placed to the applications of this package in physics of molecules and clusters. Apart from the analysis of the spectral activity of molecules with point-group symmetry, it is demonstrated how Bethe can be used to understand the field splitting in crystals or to construct the corresponding wave functions. Several examples are worked out to display (some of) the present features of the Bethe program. While we cannot show all the details explicitly, these examples certainly demonstrate the great potential in applying computer algebraic techniques to study the symmetry properties of molecules and clusters. A special attention is placed in this thesis work on the flexibility of the Bethe package, which makes it possible to implement another applications of symmetry. This implementation is very reasonable, because some of the most complicated steps of the possible future applications are already realized within the Bethe. For instance, the vibrational coordinates in terms of the internal displacement vectors for the Wilson's method and the same coordinates in terms of cartesian displacement vectors as well as the Clebsch-Gordan coefficients for the Jahn-Teller problem are generated in the present version of the program. For the Jahn-Teller problem, moreover, use of the computer-algebraic tool seems to be even inevitable, because this problem demands an analytical access to the adiabatic potential and, therefore, can not be realized by the numerical algorithm. However, the ability of the Bethe package is not exhausted by applications, mentioned in this thesis work. There are various directions in which the Bethe program could be developed in the future. Apart from (i) studying of the magnetic properties of materials and (ii) optical transitions, interest can be pointed out for (iii) the vibronic spectroscopy, and many others. Implementation of these applications into the package can make Bethe a much more powerful tool.

An introduction to ordinary differential equations by computer algebra-systems

We report on an elementary course in ordinary differential equations (odes) for students in engineering sciences. The course is also intended to become a self-study package for odes and is is based on several interactive computer lessons using REDUCE and MATHEMATICA . The aim of the course is not to do Computer Algebra (CA) by example or to use it for doing classroom examples. The aim ist to teach and to learn mathematics by using CA-systems.

Computer assisted instruction for developing speech perception skills in profoundly deaf children

This paper evaluates the usefulness of the "Foundations in Speech Perception" computer program developed by Breakthrough, Inc. in conjunction with Central Institute for the Deaf.

The Central Institute for the Deaf Computer Lab: a guide to technological integration

This paper presents a guide for teachers about the computer lab at Central Institute for the Deaf.