The neuroscience of cognitive enhancement : enhanced attention, working memory and visual information processing speed using 3D-MOT

Des interventions ciblant l’amélioration cognitive sont de plus en plus à l’intérêt dans nombreux domaines, y compris la neuropsychologie. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour maximiser le potentiel cognitif de quelqu’un, ils sont rarement appuyé par la recherche scientifique. D’abord, ce mémoire examine brièvement l'état des interventions d'amélioration cognitives. Il décrit premièrement les faiblesses observées dans ces pratiques et par conséquent il établit un modèle standard contre lequel on pourrait et devrait évaluer les diverses techniques ciblant l'amélioration cognitive. Une étude de recherche est ensuite présenté qui considère un nouvel outil de l'amélioration cognitive, une tâche d’entrainement perceptivo-cognitive : 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT). Il examine les preuves actuelles pour le 3D-MOT auprès du modèle standard proposé. Les résultats de ce projet démontrent de l’augmentation dans les capacités d’attention, de mémoire de travail visuel et de vitesse de traitement d’information. Cette étude représente la première étape dans la démarche vers l’établissement du 3D-MOT comme un outil d’amélioration cognitive.

Applications of perceptual sparse representation (Spikegram) for copyright protection of audio signals

Chaque année, le piratage mondial de la musique coûte plusieurs milliards de dollars en pertes économiques, pertes d’emplois et pertes de gains des travailleurs ainsi que la perte de millions de dollars en recettes fiscales. La plupart du piratage de la musique est dû à la croissance rapide et à la facilité des technologies actuelles pour la copie, le partage, la manipulation et la distribution de données musicales [Domingo, 2015], [Siwek, 2007]. Le tatouage des signaux sonores a été proposé pour protéger les droit des auteurs et pour permettre la localisation des instants où le signal sonore a été falsifié. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser la représentation parcimonieuse bio-inspirée par graphe de décharges (spikegramme), pour concevoir une nouvelle méthode permettant la localisation de la falsification dans les signaux sonores. Aussi, une nouvelle méthode de protection du droit d’auteur. Finalement, une nouvelle attaque perceptuelle, en utilisant le spikegramme, pour attaquer des systèmes de tatouage sonore. Nous proposons tout d’abord une technique de localisation des falsifications (‘tampering’) des signaux sonores. Pour cela nous combinons une méthode à spectre étendu modifié (‘modified spread spectrum’, MSS) avec une représentation parcimonieuse. Nous utilisons une technique de poursuite perceptive adaptée (perceptual marching pursuit, PMP [Hossein Najaf-Zadeh, 2008]) pour générer une représentation parcimonieuse (spikegramme) du signal sonore d’entrée qui est invariante au décalage temporel [E. C. Smith, 2006] et qui prend en compte les phénomènes de masquage tels qu’ils sont observés en audition. Un code d’authentification est inséré à l’intérieur des coefficients de la représentation en spikegramme. Puis ceux-ci sont combinés aux seuils de masquage. Le signal tatoué est resynthétisé à partir des coefficients modifiés, et le signal ainsi obtenu est transmis au décodeur. Au décodeur, pour identifier un segment falsifié du signal sonore, les codes d’authentification de tous les segments intacts sont analysés. Si les codes ne peuvent être détectés correctement, on sait qu’alors le segment aura été falsifié. Nous proposons de tatouer selon le principe à spectre étendu (appelé MSS) afin d’obtenir une grande capacité en nombre de bits de tatouage introduits. Dans les situations où il y a désynchronisation entre le codeur et le décodeur, notre méthode permet quand même de détecter des pièces falsifiées. Par rapport à l’état de l’art, notre approche a le taux d’erreur le plus bas pour ce qui est de détecter les pièces falsifiées. Nous avons utilisé le test de l’opinion moyenne (‘MOS’) pour mesurer la qualité des systèmes tatoués. Nous évaluons la méthode de tatouage semi-fragile par le taux d’erreur (nombre de bits erronés divisé par tous les bits soumis) suite à plusieurs attaques. Les résultats confirment la supériorité de notre approche pour la localisation des pièces falsifiées dans les signaux sonores tout en préservant la qualité des signaux. Ensuite nous proposons une nouvelle technique pour la protection des signaux sonores. Cette technique est basée sur la représentation par spikegrammes des signaux sonores et utilise deux dictionnaires (TDA pour Two-Dictionary Approach). Le spikegramme est utilisé pour coder le signal hôte en utilisant un dictionnaire de filtres gammatones. Pour le tatouage, nous utilisons deux dictionnaires différents qui sont sélectionnés en fonction du bit d’entrée à tatouer et du contenu du signal. Notre approche trouve les gammatones appropriés (appelés noyaux de tatouage) sur la base de la valeur du bit à tatouer, et incorpore les bits de tatouage dans la phase des gammatones du tatouage. De plus, il est montré que la TDA est libre d’erreur dans le cas d’aucune situation d’attaque. Il est démontré que la décorrélation des noyaux de tatouage permet la conception d’une méthode de tatouage sonore très robuste. Les expériences ont montré la meilleure robustesse pour la méthode proposée lorsque le signal tatoué est corrompu par une compression MP3 à 32 kbits par seconde avec une charge utile de 56.5 bps par rapport à plusieurs techniques récentes. De plus nous avons étudié la robustesse du tatouage lorsque les nouveaux codec USAC (Unified Audion and Speech Coding) à 24kbps sont utilisés. La charge utile est alors comprise entre 5 et 15 bps. Finalement, nous utilisons les spikegrammes pour proposer trois nouvelles méthodes d’attaques. Nous les comparons aux méthodes récentes d’attaques telles que 32 kbps MP3 et 24 kbps USAC. Ces attaques comprennent l’attaque par PMP, l’attaque par bruit inaudible et l’attaque de remplacement parcimonieuse. Dans le cas de l’attaque par PMP, le signal de tatouage est représenté et resynthétisé avec un spikegramme. Dans le cas de l’attaque par bruit inaudible, celui-ci est généré et ajouté aux coefficients du spikegramme. Dans le cas de l’attaque de remplacement parcimonieuse, dans chaque segment du signal, les caractéristiques spectro-temporelles du signal (les décharges temporelles ;‘time spikes’) se trouvent en utilisant le spikegramme et les spikes temporelles et similaires sont remplacés par une autre. Pour comparer l’efficacité des attaques proposées, nous les comparons au décodeur du tatouage à spectre étendu. Il est démontré que l’attaque par remplacement parcimonieux réduit la corrélation normalisée du décodeur de spectre étendu avec un plus grand facteur par rapport à la situation où le décodeur de spectre étendu est attaqué par la transformation MP3 (32 kbps) et 24 kbps USAC.

The teaching of reading English in a foreign language in Libyan universities: methods and models

This study focuses on the learning and teaching of Reading in English as a Foreign Language (REFL), in Libya. The study draws on an action research process in which I sought to look critically at students and teachers of English as a Foreign Language (EFL) in Libya as they learned and taught REFL in four Libyan research sites. The Libyan EFL educational system is influenced by two main factors: the method of teaching the Holy-Quran and the long-time ban on teaching EFL by the former Libyan regime under Muammar Gaddafi. Both of these factors have affected the learning and teaching of REFL and I outline these contextual factors in the first chapter of the thesis. This investigation, and the exploration of the challenges that Libyan university students encounter in their REFL, is supported by attention to reading models. These models helped to provide an analytical framework and starting point for understanding the many processes involved in reading for meaning and in reading to satisfy teacher instructions. The theoretical framework I adopted was based, mainly and initially, on top-down, bottom-up, interactive and compensatory interactive models. I drew on these models with a view to understanding whether and how the processes of reading described in the models could be applied to the reading of EFL students and whether these models could help me to better understand what was going on in REFL. The diagnosis stage of the study provided initial data collected from four Libyan research sites with research tools including video-recorded classroom observations, semi-structured interviews with teachers before and after lesson observation, and think-aloud protocols (TAPs) with 24 students (six from each university) in which I examined their REFL reading behaviours and strategies. This stage indicated that the majority of students shared behaviours such as reading aloud, reading each word in the text, articulating the phonemes and syllables of words, or skipping words if they could not pronounce them. Overall this first stage indicated that alternative methods of teaching REFL were needed in order to encourage ‘reading for meaning’ that might be based on strategies related to eventual interactive reading models adapted for REFL. The second phase of this research project was an Intervention Phase involving two team-teaching sessions in one of the four stage one universities. In each session, I worked with the teacher of one group to introduce an alternative method of REFL. This method was based on teaching different reading strategies to encourage the students to work towards an eventual interactive way of reading for meaning. A focus group discussion and TAPs followed the lessons with six students in order to discuss the 'new' method. Next were two video-recorded classroom observations which were followed by an audio-recorded discussion with the teacher about these methods. Finally, I conducted a Skype interview with the class teacher at the end of the semester to discuss any changes he had made in his teaching or had observed in his students' reading with respect to reading behaviour strategies, and reactions and performance of the students as he continued to use the 'new' method. The results of the intervention stage indicate that the teacher, perhaps not surprisingly, can play an important role in adding to students’ knowledge and confidence and in improving their REFL strategies. For example, after the intervention stage, students began to think about the title, and to use their own background knowledge to comprehend the text. The students employed, also, linguistic strategies such as decoding and, above all, the students abandoned the behaviour of reading for pronunciation in favour of reading for meaning. Despite the apparent efficacy of the alternative method, there are, inevitably, limitations related to the small-scale nature of the study and the time I had available to conduct the research. There are challenges, too, related to the students’ first language, the idiosyncrasies of the English language, the teacher training and continuing professional development of teachers, and the continuing political instability of Libya. The students’ lack of vocabulary and their difficulties with grammatical functions such as phrasal and prepositional verbs, forms which do not exist in Arabic, mean that REFL will always be challenging. Given such constraints, the ‘new’ methods I trialled and propose for adoption can only go so far in addressing students’ difficulties in REFL. Overall, the study indicates that the Libyan educational system is underdeveloped and under resourced with respect to REFL. My data indicates that the teacher participants have received little to no professional developmental that could help them improve their teaching in REFL and skills in teaching EFL. These circumstances, along with the perennial problem of large but varying class sizes; student, teacher and assessment expectations; and limited and often poor quality resources, affect the way EFL students learn to read in English. Against this background, the thesis concludes by offering tentative conclusions; reflections on the study, including a discussion of its limitations, and possible recommendations designed to improve REFL learning and teaching in Libyan universities.