Neural routing circuits for forming invariant representations of visual objects

This thesis presents a biologically plausible model of an attentional mechanism for forming position- and scale-invariant representations of objects in the visual world. The model relies on a set of control neurons to dynamically modify the synaptic strengths of intra-cortical connections so that information from a windowed region of primary visual cortex (Vl) is selectively routed to higher cortical areas. Local spatial relationships (i.e., topography) within the attentional window are preserved as information is routed through the cortex, thus enabling attended objects to be represented in higher cortical areas within an object-centered reference frame that is position and scale invariant. The representation in V1 is modeled as a multiscale stack of sample nodes with progressively lower resolution at higher eccentricities. Large changes in the size of the attentional window are accomplished by switching between different levels of the multiscale stack, while positional shifts and small changes in scale are accomplished by translating and rescaling the window within a single level of the stack. The control signals for setting the position and size of the attentional window are hypothesized to originate from neurons in the pulvinar and in the deep layers of visual cortex. The dynamics of these control neurons are governed by simple differential equations that can be realized by neurobiologically plausible circuits. In pre-attentive mode, the control neurons receive their input from a low-level "saliency map" representing potentially interesting regions of a scene. During the pattern recognition phase, control neurons are driven by the interaction between top-down (memory) and bottom-up (retinal input) sources. The model respects key neurophysiological, neuroanatomical, and psychophysical data relating to attention, and it makes a variety of experimentally testable predictions.

The Art of Madness

The nineteenth century was not an entirely kind time for the female artist. Coming of age as the 1800’s bridged into its latter half, literary artists Elizabeth Stuart Phelps Ward, Charlotte Perkins Gilman, and Kate Chopin were all well aware of their uncharitable culture. Equipped with firm feminist bents and creative visions, each of three women produced a seminal work – The Story of Avis, “The Yellow Wallpaper,” and The Awakening, respectively – taking that atmosphere to task. In these stories, each of the three women produces a female protagonist who struggles for having been born simultaneously an artist and a woman. The writers pit their women’s desires against the restrictive latitude of their time and show how such conditions drive women to madness, as a result of which they are forced to either escape into the blind mind of insanity or deal daily with their pain and inescapable societal condemnation. In an age where “hysteria” was a frequent hit in the vernacular, Phelps, Gilman and Chopin use art and literature as mediums to show that, indeed, there is a method behind the madness.

Sociopoetizando a construção das ações de autocuidado no envelhecimento saudável: uma aplicação da teoria de Nola Pender

O envelhecimento populacional no Brasil sobreleva a necessidade de organização de serviços de saúde, sendo a estimulação do autocuidado uma estratégia privilegiada para orientar programas de promoção da saúde para pessoas idosas. Face à busca das mais variadas formas de viver bem, abrem-se fronteiras possibilitando o surgimento de modelos de envelhecimento saudável. Partindo do pressuposto de que as pessoas possuem uma dimensão imaginativa no acrescentar qualidade aos anos de vida, delimitou-se como objeto de estudo o imaginário de um grupo da terceira idade na construção das ações de autocuidado. Objetivos: descrever a poética sobre as ações de autocuidado construídas por um grupo de pessoas idosas; e analisar os significados (conceitos/confetos) atribuídos por essas pessoas ao envelhecer. Utilizou-se como marco referencial a Teoria de Promoção da Saúde de Nola Pender. Trata-se de pesquisa descritiva, qualitativa, considerando o paradigma naturalista. Foi aplicado o método sociopoético por meio do dispositivo analítico Grupo Pesquisador, composto por 11 idosos participantes da Unati da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, que desenvolveram a investigação no período de outubro a dezembro de 2008, mediante as técnicas de pesquisa: Dinâmica de Corpo como Território Mínimo e a Vivência de Lugares Geomíticos. Foram questões norteadoras do estudo, respectivamente: Como vocês se cuidam para o caminho do bom envelhecer? E Como é o autocuidado para o envelhecer saudável se ele for um lugar geomítico?. Os dados produzidos foram submetidos à análise categorial, dos estudos sociopoéticos. No estudo filosófico, observou-se haver coexistência da autoimagem realista revelando que os idosos estão mais aptos aos desafios da vida, pois seu comportamento é coerente com a ideia que faz de si, além de intenções, aspirações e tendências. O classificatório ressaltou as dicotomias das ações de autocuidado tendo: O Autocuidado através dos Limites e Possibilidades; e Transcender para Experienciar o Dom do Envelhecer; O transversal revelou O Autocuidado como Reconhecimento das Necessidades de Saúde, enquanto no surreal sobrelevam-se Aceitar o Novo para um Renascer Saudável; Perseverança para Conviver com o Envelhecimento; e Procurar Assistência pode Desvelar Temores para a Finitude do Viver. Conclui-se que a compreensão do imaginário dos sujeitos de pesquisa mediada pela teoria de Pender permitiu identificar fatores que influenciam e motivam o autocuidado para comportamentos saudáveis. Assim, o grupo vislumbra para seu futuro uma imagem de envelhecer mais dinâmica, adotando para si próprio um viver mais autônomo, ativo e bem-sucedido. À contribuição do estudo, propõe-se aos enfermeiros a apropriação de conceitos teóricos como forma de traduzir a realidade e demonstrar alternativas viáveis de ações de cuidado/saúde, bem como a utilização das práticas de dinâmicas de criatividade e sensibilidade nas atividades assistenciais.

Advanced Monte Carlo Simulation and Machine Learning for Frequency Domain Optical Coherence Tomography

Optical Coherence Tomography(OCT) is a popular, rapidly growing imaging technique with an increasing number of bio-medical applications due to its noninvasive nature. However, there are three major challenges in understanding and improving an OCT system: (1) Obtaining an OCT image is not easy. It either takes a real medical experiment or requires days of computer simulation. Without much data, it is difficult to study the physical processes underlying OCT imaging of different objects simply because there aren't many imaged objects. (2) Interpretation of an OCT image is also hard. This challenge is more profound than it appears. For instance, it would require a trained expert to tell from an OCT image of human skin whether there is a lesion or not. This is expensive in its own right, but even the expert cannot be sure about the exact size of the lesion or the width of the various skin layers. The take-away message is that analyzing an OCT image even from a high level would usually require a trained expert, and pixel-level interpretation is simply unrealistic. The reason is simple: we have OCT images but not their underlying ground-truth structure, so there is nothing to learn from. (3) The imaging depth of OCT is very limited (millimeter or sub-millimeter on human tissues). While OCT utilizes infrared light for illumination to stay noninvasive, the downside of this is that photons at such long wavelengths can only penetrate a limited depth into the tissue before getting back-scattered. To image a particular region of a tissue, photons first need to reach that region. As a result, OCT signals from deeper regions of the tissue are both weak (since few photons reached there) and distorted (due to multiple scatterings of the contributing photons). This fact alone makes OCT images very hard to interpret.

This thesis addresses the above challenges by successfully developing an advanced Monte Carlo simulation platform which is 10000 times faster than the state-of-the-art simulator in the literature, bringing down the simulation time from 360 hours to a single minute. This powerful simulation tool not only enables us to efficiently generate as many OCT images of objects with arbitrary structure and shape as we want on a common desktop computer, but it also provides us the underlying ground-truth of the simulated images at the same time because we dictate them at the beginning of the simulation. This is one of the key contributions of this thesis. What allows us to build such a powerful simulation tool includes a thorough understanding of the signal formation process, clever implementation of the importance sampling/photon splitting procedure, efficient use of a voxel-based mesh system in determining photon-mesh interception, and a parallel computation of different A-scans that consist a full OCT image, among other programming and mathematical tricks, which will be explained in detail later in the thesis.

Next we aim at the inverse problem: given an OCT image, predict/reconstruct its ground-truth structure on a pixel level. By solving this problem we would be able to interpret an OCT image completely and precisely without the help from a trained expert. It turns out that we can do much better. For simple structures we are able to reconstruct the ground-truth of an OCT image more than 98% correctly, and for more complicated structures (e.g., a multi-layered brain structure) we are looking at 93%. We achieved this through extensive uses of Machine Learning. The success of the Monte Carlo simulation already puts us in a great position by providing us with a great deal of data (effectively unlimited), in the form of (image, truth) pairs. Through a transformation of the high-dimensional response variable, we convert the learning task into a multi-output multi-class classification problem and a multi-output regression problem. We then build a hierarchy architecture of machine learning models (committee of experts) and train different parts of the architecture with specifically designed data sets. In prediction, an unseen OCT image first goes through a classification model to determine its structure (e.g., the number and the types of layers present in the image); then the image is handed to a regression model that is trained specifically for that particular structure to predict the length of the different layers and by doing so reconstruct the ground-truth of the image. We also demonstrate that ideas from Deep Learning can be useful to further improve the performance.

It is worth pointing out that solving the inverse problem automatically improves the imaging depth, since previously the lower half of an OCT image (i.e., greater depth) can be hardly seen but now becomes fully resolved. Interestingly, although OCT signals consisting the lower half of the image are weak, messy, and uninterpretable to human eyes, they still carry enough information which when fed into a well-trained machine learning model spits out precisely the true structure of the object being imaged. This is just another case where Artificial Intelligence (AI) outperforms human. To the best knowledge of the author, this thesis is not only a success but also the first attempt to reconstruct an OCT image at a pixel level. To even give a try on this kind of task, it would require fully annotated OCT images and a lot of them (hundreds or even thousands). This is clearly impossible without a powerful simulation tool like the one developed in this thesis.

Proceedings of the international workshop on the ecology and fisheries for tunas associated with floating objects

It has long been known that tunas frequently associate with floating objects, such as trees washed out to sea during periods of heavy rainfall, and fishermen have taken advantage of this behavior to facilitate the capture of fish. In some coastal areas, such as the Philippines, artisanal fishermen construct anchored fish-aggregating devices (FADs) to attract fish. More recently, large numbers of free-floating FADs have been constructed for deployment by large purse seiners on the high seas. The FADs often can be interrogated by the seiner and located at great distances using radio telemetry and/or GPS (Global Positioning System) technologies. In some cases a fleet of fishing vessels has a tender vessel which deploys and maintains the FADs, and notifies the fishing vessels when fish are seen around them. This workshop was convened by the Inter-American Tropical Tuna Commission and sponsored by Bumble Bee Seafoods, Inc., for the purpose of bringing together scientists and fishermen who have studied the association of tunas with floating objects. Special efforts were made to get participants from all the areas in which tunas associated with floating objects are the targets of fisheries. Thus the "regional review papers" include contributions for the eastern Atlantic, the southern Caribbean Sea, the Indian Ocean, and the eastern and western Pacific Oceans. Many of these reviews and other contributed papers are published in this proceedings volume. Other papers discussed in the workshop were published elsewhere; these papers are cited in the list of background documents in the Report of the Workshop.

Deusa, Sereia, Rainha do Mar: representações artísticas de Iemanjá

A arte religiosa afro-brasileira resulta da miscigenação das culturas negra, ameríndia e européia através dos séculos. Diversas representações artísticas das divindades afro-brasileiras continuam a ser produzidas mesmo nos dias atuais com inúmeras imagens através de desenhos, objetos rituais, indumentária e esculturas, os quais são fontes de pesquisa artística e etnográfica. A mulher está presente na arte afro-brasileira de uma maneira muito peculiar, principalmente no contexto religioso. Iemanjá, uma divindade feminina, é a Mãe Ancestral e ocupa lugar de destaque no imaginário popular, a orixá do Mar e de todas as águas. É constantemente tema para diversas expressões artísticas e, naturalmente, sua representação e iconografia são intensas e ricas. É importante compreendermos como essa imagem foi sendo construída através do tempo, desde a diáspora africana - sua representação religiosa no Candomblé e na Umbanda, sua imagem associada ao mito das sereias, a influência das iconografia católica até a apropriação de sua imagem por diversos artistas brasileiros como Emanoel Araújo, Jorge dos Anjos, J. Borges, Carybé, Alex Flemming, Rodrigo Cardoso e Nelson Leirner

Incidental Memory of Younger and Older Adults for Objects Encountered in a Real World Context

Effects of context on the perception of, and incidental memory for, real-world objects have predominantly been investigated in younger individuals, under conditions involving a single static viewpoint. We examined the effects of prior object context and object familiarity on both older and younger adults' incidental memory for real objects encountered while they traversed a conference room. Recognition memory for context-typical and context-atypical objects was compared with a third group of unfamiliar objects that were not readily named and that had no strongly associated context. Both older and younger adults demonstrated a typicality effect, showing significantly lower 2-alternative-forced-choice recognition of context-typical than context-atypical objects; for these objects, the recognition of older adults either significantly exceeded, or numerically surpassed, that of younger adults. Testing-awareness elevated recognition but did not interact with age or with object type. Older adults showed significantly higher recognition for context-atypical objects than for unfamiliar objects that had no prior strongly associated context. The observation of a typicality effect in both age groups is consistent with preserved semantic schemata processing in aging. The incidental recognition advantage of older over younger adults for the context-typical and context-atypical objects may reflect aging-related differences in goal-related processing, with older adults under comparatively more novel circumstances being more likely to direct their attention to the external environment, or age-related differences in top-down effortful distraction regulation, with older individuals' attention more readily captured by salient objects in the environment. Older adults' reduced recognition of unfamiliar objects compared to context-atypical objects may reflect possible age differences in contextually driven expectancy violations. The latter finding underscores the theoretical and methodological value of including a third type of objects-that are comparatively neutral with respect to their contextual associations-to help differentiate between contextual integration effects (for schema-consistent objects) and expectancy violations (for schema-inconsistent objects).

Ouvir na pele o terceiro som: ficções experimentadas e transformações sensoriais

A pesquisa surgiu a partir de investigações e experiências próprias com a escuta, a produção de sonoridades, a criação de ambientes e a realização de derivas intersensoriais. A articulação se dá segundo uma perspectiva transdisciplinar e em relação a alguns trabalhos artísticos e textuais especialmente significativos. A construção do sensorial e das subjetividades e suas possibilidades de transformação e emancipação, através de uma arte vinculada à vida, são questões centrais. Os conceitos de fabulação, linhas, cartografias e desterritorializações desenvolvidos por Deleuze, a ecosofia de Félix Guattari e a noção de corpos vibráteis em Suely Rolnik são fundamentais, assim como as observações de Lygia Clark e Hélio Oiticica a respeito de suas próprias experiências. Estudos históricos e culturais dos sentidos, como os de Constance Classen e David Howes, além de observações de teóricos distintos como Karl Marx, Walter Benjamin, Michel Serres e Jacques Ranciére auxiliam a traçar um panorama inicial do constructo sensorial no Ocidente moderno e contemporâneo. Questões relativas a som, silêncio e ruído levaram à utilização de conceitos como escuta e ressonância em um sentido ampliado, que não se restringe a fenômenos sonoros ou físicos. A articulação entre escuta, intersensorialidade, imaginação e memória contribuiu para o desenvolvimento inicial do conceito de terceiro som aqui presente. A percepção do texto como ativador de sensações e devaneios, as relações entre conceito e concreto e o relato não-realista de acontecimentos levaram às ficções experimentadas. O ato da deriva relaciona-se ao desregramento de todos sentidos e implica a vivência de margens, desvios e extremos, fronteiras em dissolução, diásporas nos interstícios. Poéticas e políticas da alteridade, da diferença e do estranhamento fazem-se presentes em experiências de um ambiente-vivo, paisagem-corpo-outro. Tais questões atravessam meus trabalhos, que são realizados de diferentes maneiras, em cartografias e rituais que podem incluir sons, textos, desenhos, objetos, fotografia, vídeos, vestimentas, ações, situações, etc. A abordagem das questões presentes se dá através de algumas passagens por escritores como Rimbaud, Borges e Italo Calvino; teóricos de diferentes áreas, como Guy Brett, Douglas Kahn, De Certeau, Michel Onfray, James J.Gibson e Donna Haraway; e trabalhos e textos de diversos artistas fundamentais, como Marcel Duchamp, John Cage, Allan Kaprow, George Maciunas e o Fluxus, Yoko Ono, Laurie Anderson, Gordon-Matta-Clark, Robert Smithson, Bill Viola, Cildo Meireles e Lygia Pape, entre outros

Foto-assemblage

FOTO-ASSEMBLAGE consiste em nomenclatura sugestionada para definir os trabalhos que tenho produzido a partir da junção de fotografias digitais. As elaborações e fundamentações desses trabalhos representam também o cerne das pesquisas que resultaram na presente dissertação. Em princípio, o termo foto-assemblage haveria de referir-se a questões técnicas ou formais dessa prática. Contudo, ao desenvolver as pesquisas alguns procedimentos acabaram por determinar certas nuances que revelaram aspectos comuns também em seus e conteúdos. Como resultado de construções artísticas juntando fotografias desde 2009, cheguei às composições sintéticas aqui apresentadas, construídas a partir de duas fotografias. Aventei o nome foto-assemblage por observar nas imagens resultantes ressalvas que as distinguiriam de certas convenções atribuídas à ideia de fotografia. Ao mesmo tempo, as referidas imagens proporiam um possível desdobramento ao entendimento de assemblage enquanto técnica artística. Ainda que não seja uma regra, fotografias revelam imagens de momentos. Em sua relação com a compreensão humana de tempo ou espaço, fotografias quase sempre contêm instâncias mínimas. Fotografias, contudo, podem ser também compreendidas como uma contração de um percurso de tempo. Toda imagem fotográfica pode ser assimilada como resultante de determinados acontecimentos anteriores e mesmo tida como elemento gerador de conseqüências futuras. Seguindo esse entendimento, o que proponho com a foto-assemblage é que essa lide com segmentos de tempo ou de espaço contidos numa mesma imagem. Essas fotografias originárias ganhariam uma nova atribuição, sendo retiradas de seu contexto original, serviriam de balizas do percurso de tempo ou espaço suprimido e subjetivado entre elas. Poeticamente, eventos ocorridos entre as fotografias originárias estariam contidos nas imagens produzidas. O termo assemblage foi incorporado às artes a partir de 1953, por Jean Dubuffet, para descrever trabalhos que seriam algo mais do que simples colagem. A ideia de assemblage se baseia no princípio de que todo e qualquer material ou objeto colhido de nosso mundo cotidiano pode ser incorporado a uma obra de arte, criando um novo conjunto, sem que perca seu sentido original. Esse objeto é arrancado de seu uso habitual e inserido num novo contexto, tecendo laços de relação com os demais elementos, construindo narrativas num novo ambiente, o da obra. Na ideia da foto-assemblage, entretanto, é sugerido uso das imagens fotográficas originárias não como objetos que estariam em um mundo cotidiano, mas sim como imagem na concepção do que seria uma entidade mental. Adoto como que uma visão mágica onde as imagens originárias e básicas estariam numa outra dimensão, num plano bidimensional, não manipulável por nós habitantes da tridimensionalidade. Nesse ambiente imaginário ou não, as fotografias são assentadas consolidando a foto-assemblage. Quando a foto-assemblage se concretiza, se corporifica numa mídia, sendo impressa para uma contemplação, ai então, passaria a integrar nosso mundo tridimensional. O resultado poderia ser admitido como um híbrido, uma terceira coisa, a partir de duas que já não se dissociam mais no ensejo de uma compreensão estética. Ao final da dissertação, apresento experiências práticas que resultaram em quatro séries de imagens em foto-assemblage. Cada série enfatiza aspectos peculiares do que denomino paisagem expandida, representando percursos de tempo, espaço ou trajetos entre o mundo concreto e mundos do inconsciente.