Spiking neural network model of sound localisation using the interaural intensity difference

In this paper, a spiking neural network (SNN) architecture to simulate the sound localization ability of the mammalian auditory pathways using the interaural intensity difference cue is presented. The lateral superior olive was the inspiration for the architecture, which required the integration of an auditory periphery (cochlea) model and a model of the medial nucleus of the trapezoid body. The SNN uses leaky integrateand-fire excitatory and inhibitory spiking neurons, facilitating synapses and receptive fields. Experimentally derived headrelated transfer function (HRTF) acoustical data from adult domestic cats were employed to train and validate the localization ability of the architecture, training used the supervised learning algorithm called the remote supervision method to determine the azimuthal angles. The experimental results demonstrate that the architecture performs best when it is localizing high-frequency sound data in agreement with the biology, and also shows a high degree of robustness when the HRTF acoustical data is corrupted by noise.

Using an anisotropic semivariogram of acoustic backscatter intensity to determine the effects of river and tidal forces on the spatial structure of the Gold River delta

Senior thesis written for Oceanography 445

On the development of an automatic voice pleasantness classification and intensity estimation system

In the last few years, the number of systems and devices that use voice based interaction has grown significantly. For a continued use of these systems, the interface must be reliable and pleasant in order to provide an optimal user experience. However there are currently very few studies that try to evaluate how pleasant is a voice from a perceptual point of view when the final application is a speech based interface. In this paper we present an objective definition for voice pleasantness based on the composition of a representative feature subset and a new automatic voice pleasantness classification and intensity estimation system. Our study is based on a database composed by European Portuguese female voices but the methodology can be extended to male voices or to other languages. In the objective performance evaluation the system achieved a 9.1% error rate for voice pleasantness classification and a 15.7% error rate for voice pleasantness intensity estimation.

Multisensory facilitation of behavior in monkeys: effects of stimulus intensity.

Multisensory stimuli can improve performance, facilitating RTs on sensorimotor tasks. This benefit is referred to as the redundant signals effect (RSE) and can exceed predictions on the basis of probability summation, indicative of integrative processes. Although an RSE exceeding probability summation has been repeatedly observed in humans and nonprimate animals, there are scant and inconsistent data from nonhuman primates performing similar protocols. Rather, existing paradigms have instead focused on saccadic eye movements. Moreover, the extant results in monkeys leave unresolved how stimulus synchronicity and intensity impact performance. Two trained monkeys performed a simple detection task involving arm movements to auditory, visual, or synchronous auditory-visual multisensory pairs. RSEs in excess of predictions on the basis of probability summation were observed and thus forcibly follow from neural response interactions. Parametric variation of auditory stimulus intensity revealed that in both animals, RT facilitation was limited to situations where the auditory stimulus intensity was below or up to 20 dB above perceptual threshold, despite the visual stimulus always being suprathreshold. No RT facilitation or even behavioral costs were obtained with auditory intensities 30-40 dB above threshold. The present study demonstrates the feasibility and the suitability of behaving monkeys for investigating links between psychophysical and neurophysiologic instantiations of multisensory interactions.

Subjective, behavioural and electrophysiological measurements of the time-course and intensity of sleep inertia after a full night of sleep /

Several recent studies have described the period of impaired alertness and performance known as sleep inertia that occurs upon awakening from a full night of sleep. They report that sleep inertia dissipates in a saturating exponential manner, the exact time course being task dependent, but generally persisting for one to two hours. A number of factors, including sleep architecture, sleep depth and circadian variables are also thought to affect the duration and intensity. The present study sought to replicate their findings for subjective alertness and reaction time and also to examine electrophysiological changes through the use of event-related potentials (ERPs). Secondly, several sleep parameters were examined for potential effects on the initial intensity of sleep inertia. Ten participants spent two consecutive nights and subsequent mornings in the sleep lab. Sleep architecture was recorded for a fiiU nocturnal episode of sleep based on participants' habitual sleep patterns. Subjective alertness and performance was measured for a 90-minute period after awakening. Alertness was measured every five minutes using the Stanford Sleepiness Scale (SSS) and a visual analogue scale (VAS) of sleepiness. An auditory tone also served as the target stimulus for an oddball task designed to examine the NlOO and P300 components ofthe ERP waveform. The five-minute oddball task was presented at 15-minute intervals over the initial 90-minutes after awakening to obtain six measures of average RT and amplitude and latency for NlOO and P300. Standard polysomnographic recording were used to obtain digital EEG and describe the night of sleep. Power spectral analyses (FFT) were used to calculate slow wave activity (SWA) as a measure of sleep depth for the whole night, 90-minutes before awakening and five minutes before awakening.

Bone markers and cytokines in response to low-impact, high-intensity exercise

A low-impact, high-intensity interval exercise (HIE) bout was used to determine whether an association exists between cytokines and bone turnover markers following an acute bout of exercise. Twenty-three recreationally active males (21.8±2.4yr) performed a single HIE bout on a cycle ergometer at 90% relative intensity. Venous blood samples were collected prior to exercise, 5-minutes, 1-hour, and 24-hours post-exercise, and were analyzed for serum levels of pro-inflammatory (IL-6, IL-1α, IL-1β, and TNF-α) and anti- inflammatory cytokines (IL-10) and markers of bone formation (BAP, OPG) and resorption (NTX, RANKL). Significant effects were observed with all bone markers, especially 5-minutes post-exercise with BAP, OPG, and RANKL increasing from baseline (p<0.05). Significant effects were also observed for IL-1α, IL-1β, IL-6, and TNF-α (p<0.00, p=0.04, p=0.03, p<0.00). In addition, post-exercise changes in NTX, BAP, and OPG were significantly correlated pro- and anti-inflammatory cytokines, suggesting that an interaction exists between the immune and skeletal response to exercise.

How to measure the intensity of competition : the mark-up estates for turkish manufacturing industries.

Rapport de recherche

Dangerous identities : the impact of fundamental ethnic identities on conflict intensity

Bien que plusieurs chercheurs aient analysé l'influence de divers facteurs sur l'intensité des conflits ethniques, il a été constaté que l'identité ethnique elle-même n'a jamais été correctement examinée. Ce phénomène est essentiellement dû à ce que nous croyons être une classification inexacte des groupes ethniques. Nous proposons une nouvelle méthode de catégorisation pour les identités ethniques présentant que la religion, la langue et la race forment les distinctions les plus précises et nous les classifions alors comme les identités ethniques fondamentales. Subséquemment, une étude comparative de ces identités ethniques a été entreprise avec l'utilisation de deux bases de données différentes: l’ensemble de données Battle Deaths qui est associé avec la base de données sur les conflits armés de l’UCDP/PRIO et la base de données Minorities at Risk. Les résultats, dans leur ensemble, ont indiqué que les identités ethniques avec des attachements émotifs plus intenses mènent à une plus grande intensité de conflit. Les conflits ethniques fondamentaux ont démontré une tendance à mener à des conflits plus intenses que les conflits ethniques non-fondamentaux. De plus, la similitude parmi les groupes ethniques tend à affaiblir l'intensité des conflits. En outre, l'étude a également conclu que plus le nombre d'identités ethnique fondamentales impliquées dans un conflit est grand, plus le conflit sera intense. Cependant, les résultats ne pouvaient pas déterminer une différence conséquente parmi l’influence relative des trois identités ethniques fondamentales.

Intra- and inter-hemispheric interactions in somatosensory processing of pain : dynamical causal modeling analysis of fMRI data

La douleur est une expérience perceptive comportant de nombreuses dimensions. Ces dimensions de douleur sont inter-reliées et recrutent des réseaux neuronaux qui traitent les informations correspondantes. L’élucidation de l'architecture fonctionnelle qui supporte les différents aspects perceptifs de l'expérience est donc une étape fondamentale pour notre compréhension du rôle fonctionnel des différentes régions de la matrice cérébrale de la douleur dans les circuits corticaux qui sous tendent l'expérience subjective de la douleur. Parmi les diverses régions du cerveau impliquées dans le traitement de l'information nociceptive, le cortex somatosensoriel primaire et secondaire (S1 et S2) sont les principales régions généralement associées au traitement de l'aspect sensori-discriminatif de la douleur. Toutefois, l'organisation fonctionnelle dans ces régions somato-sensorielles n’est pas complètement claire et relativement peu d'études ont examiné directement l'intégration de l'information entre les régions somatiques sensorielles. Ainsi, plusieurs questions demeurent concernant la relation hiérarchique entre S1 et S2, ainsi que le rôle fonctionnel des connexions inter-hémisphériques des régions somatiques sensorielles homologues. De même, le traitement en série ou en parallèle au sein du système somatosensoriel constitue un autre élément de questionnement qui nécessite un examen plus approfondi. Le but de la présente étude était de tester un certain nombre d'hypothèses sur la causalité dans les interactions fonctionnelle entre S1 et S2, alors que les sujets recevaient des chocs électriques douloureux. Nous avons mis en place une méthode de modélisation de la connectivité, qui utilise une description de causalité de la dynamique du système, afin d'étudier les interactions entre les sites d'activation définie par un ensemble de données provenant d'une étude d'imagerie fonctionnelle. Notre paradigme est constitué de 3 session expérimentales en utilisant des chocs électriques à trois différents niveaux d’intensité, soit modérément douloureux (niveau 3), soit légèrement douloureux (niveau 2), soit complètement non douloureux (niveau 1). Par conséquent, notre paradigme nous a permis d'étudier comment l'intensité du stimulus est codé dans notre réseau d'intérêt, et comment la connectivité des différentes régions est modulée dans les conditions de stimulation différentes. Nos résultats sont en faveur du mode sériel de traitement de l’information somatosensorielle nociceptive avec un apport prédominant de la voie thalamocorticale vers S1 controlatérale au site de stimulation. Nos résultats impliquent que l'information se propage de S1 controlatéral à travers notre réseau d'intérêt composé des cortex S1 bilatéraux et S2. Notre analyse indique que la connexion S1→S2 est renforcée par la douleur, ce qui suggère que S2 est plus élevé dans la hiérarchie du traitement de la douleur que S1, conformément aux conclusions précédentes neurophysiologiques et de magnétoencéphalographie. Enfin, notre analyse fournit des preuves de l'entrée de l'information somatosensorielle dans l'hémisphère controlatéral au côté de stimulation, avec des connexions inter-hémisphériques responsable du transfert de l'information à l'hémisphère ipsilatéral.

Le visage de la douleur : informations efficientes pour la reconnaissance et impacts sur l’observateur.

L’expression faciale de la douleur occupe un rôle central dans la communication de la douleur et dans l’estimation de l’intensité de la douleur vécue par autrui. Les propriétés du visage d’une personne en souffrance ont été investiguées principalement à l’aide de méthodes descriptives (e.g. FACS). L’introduction fait le point sur les connaissances de l’expression faciale de douleur et de la communication de cette expérience sur les plans comportemental et cérébral et souligne que les mécanismes et stratégies visuels utilisés par l’observateur pour parvenir à détecter la douleur dans le visage d’autrui demeurent très peu connus. L’étude des processus impliqués dans la reconnaissance de l’expression de la douleur est essentielle pour comprendre la communication de la douleur et éventuellement expliquer des phénomènes ayant des impacts cliniques considérables, tel que l’effet classique de sous-estimation de la douleur d’autrui. L’article 1 vise à établir à l’aide d’une méthode directe (Bubbles) les informations visuelles utilisées efficacement par l’observateur lorsqu’il doit catégoriser la douleur parmi les émotions de base. Les résultats montrent que parmi l’ensemble des caractéristiques du visage typique de la douleur, peu d’informations sont vraiment efficaces pour parvenir à cette discrimination et que celles qui le sont encodent la partie affective- motivationnelle de l’expérience d’autrui. L’article 2 investigue le pouvoir de ces régions privilégiées du visage de la douleur dans la modulation d’une expérience nociceptive chez l’observateur afin de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans une telle modulation. En effet, s’il est connu que des stimuli ayant une valence émotionnelle négative, y compris des expressions faciales de douleur, peuvent augmenter les réponses spinales (réflexes) et supra-spinales (ex.: perceptives) de la douleur, l’information visuelle suffisante pour permettre l’activation des voies modulatrices demeure inconnue. Les résultats montrent qu’en voyant les régions diagnostiques pour la reconnaissance de l’expression faciale de douleur, la douleur perçue par l’observateur suite à une stimulation nociceptive est plus grande que lorsqu’il voit les régions les moins corrélées avec une bonne reconnaissance de la douleur. L’exploration post-expérimentale des caractéristiques de nos stimuli suggère que cette modulation n’est pas explicable par l’induction d’un état émotionnel négatif, appuyant ainsi un rôle prépondérant de la communication de la douleur dans la modulation vicariante de l’expérience douloureuse de l’observateur. Les mesures spinales ne sont toutefois pas modulées par ces manipulations et suggèrent ainsi que ce ne sont pas des voies cérébro-spinale qui sont impliquées dans ce phénomène.

Étude des mécanismes psychophysiologiques de la modulation volontaire de la douleur par le biofeedback et la respiration.

Bien que la douleur soit une expérience subjective universelle, la façon de la percevoir et de l’interpréter est modulée par une multitude de facteurs. Plusieurs interventions cognitives se sont montrées efficaces pour réduire la douleur dans des conditions cliniques et expérimentales. Cette thèse s’intéressera particulièrement aux mécanismes psychophysiologiques impliqués dans les stratégies de modulation volontaire de la douleur. Ces stratégies sont intéressantes puisqu’elles encouragent une prise en charge par l’individu, lui permettant de jouer un rôle actif dans la régulation de sa douleur. La première étude s’intéresse à l’efficacité du biofeedback comme moyen de modulation volontaire de la douleur. Il s’agissait de déterminer si le fait de présenter une rétroaction de l’amplitude du réflex RIII (évoqué par une stimulation électrique du nerf sural) au cours d’un entraînement de plusieurs essais permettrait au participant d’adopter des stratégies de modulation de la douleur et d’activer volontairement des mécanismes de contrôle descendant de la douleur. De façon à évaluer spécifiquement les changements induits par le biofeedback, la modulation du réflexe RIII et de la douleur était comparée dans trois groupes (biofeedback valide, faux biofeedback et groupe contrôle sans rétroaction). Dans les trois groupes, il était suggéré aux participants d’utiliser des stratégies cognitives de modulation de la douleur (attention, modulation de la respiration, réévaluation cognitive et imagerie mentale) afin d’augmenter ou de diminuer leur réflexe RIII comparativement à leur niveau de base. Les résultats de notre étude indiquent que les participants des 3 groupes ont réussi à moduler leur réflexe RIII (p<0,001) ainsi que leurs évaluations de douleur (p<0,001) (intensité et désagrément). Les résultats de notre étude montrent que l’entraînement au biofeedback n’était pas nécessaire pour obtenir une modulation du réflexe RIII et de la douleur, ce qui suggère que l’utilisation de stratégies cognitives pourrait être suffisante pour déclencher des mécanismes de contrôle de la douleur. La deuxième étude découle de la première et s’intéressait à l’influence de la fréquence et de la phase respiratoire sur la nociception spinale, l’activité cérébrale et la perception de douleur. Le contrôle volontaire de la respiration est un moyen commun de régulation des émotions et est fréquemment utilisé en combinaison avec d’autres techniques (ex. : relaxation, méditation) dans le but de réguler la douleur. Les participants étaient invités à synchroniser leur respiration à des indices sonores indiquant le moment de l’inspiration et de l’expiration. Trois patrons de respiration étaient proposés (respiration à 0,1Hz avec une inspiration de 4 secondes, respiration à 0,1Hz avec une inspiration de 2 secondes et respiration à 0,2Hz avec une inspiration de 2 secondes. La moitié des stimulations étaient données durant l’inspiration et l’autre moitié durant l’expiration. Afin d’évaluer l’effet de ces manipulations, l’amplitude du RIII, l’évaluation subjective d’intensité de la douleur et de l’anxiété suscitée par le choc en plus des potentiels évoqués étaient mesurés. Les résultats de cette étude démontrent que les évaluations d’intensité de la douleur n’étaient pas affectées par le patron respiratoire (p=0,3), mais étaient statistiquement plus basses durant l’inspiration comparativement à l’expiration (p=0,02). Un effet de phase (p=0,03) était également observé sur les potentiels évoqués durant la condition de respiration à 0,1hHz avec une inspiration de 2 secondes comparativement au patron de respiration de 0,2Hz. Paradoxalement, l’amplitude du réflexe RIII était augmenté durant l’inspiration (p=0,02) comparativement à l’expiration. Ces résultats montrent que la manipulation de la fréquence et de la phase respiratoires (par une synchronisation imposée) a un effet marginal sur les évaluations de douleur et sur l’activité cérébrale et spinale évoquée par une stimulation électrique (douleur aigüe). Cela suggère que d’autres mécanismes contribuent aux effets analgésiques observés dans la relaxation et la méditation. Plus largement, nos résultats font état de la nécessité d’études plus approfondies avec une méthodologie plus rigoureuse afin de contrôler les effets non spécifiques aux traitements évalués. Une meilleure connaissance des mécanismes sous-tendant chaque stratégie permettrait de mieux cibler les clientèles susceptibles d’y répondre et de mieux considérer le ratio coût bénéfice de chaque traitement.

The Nursing Intensity Critical Care Questionnaire (NICCQ) : Validation Study in Cardiac Surgery Patients

Nurse Managers need today more than ever instruments that can be used to justify the billions of dollars that are invested in the healthcare sector annually. The objective of the study was to establish the validity and reliability of the Nursing Intensity Critical Care Questionnaire (NICCQ) in a cardiac surgery intensive care unit (CSICU) of a tertiary hospital. An expert panel evaluated the questionnaire’s content validity while generalizability theory was used to estimate the G and D coefficients. Decision studies enabled the investigators to determine if the current ward functioning of having one nurse rate one patient is adequate. Also, exploratory factorial analyses (EFA) preceded by principal component analyses (PCA) looked at establishing the factorial structure for the NICCQ. Finally, the NICCQ was correlated with a severity of illness score known as the Acute Physiology And Chronic Health Evaluation II (APACHE II) to estimate the correlation between patient illness and nursing intensity of care. The NICCQ was used by nurses using a sample of patients who had undergone cardiac surgery and were hospitalized on a CSICU of a tertiary teaching hospital. A convenience sample of nurses and patients on the CSICU was used to reflect the procedures and usual functioning of the unit. Each item on the questionnaire measured nursing intensity of care using a three point ordinal scale (Light, Moderate, and Severe) for the first 11 items, and a five point ordinal scale for the global assessment item (including the intermediate categories light/moderate and moderate/severe). The questionnaire proved to be both valid and able to be generalized to all nurses working in the CSICU. Overall results showed that 94.4% of the item generalizability coefficients indicated acceptable to excellent reliability, with most (86.1%) being larger than .90. The EFA established a simple 4 factor structure that explained little of the variance (32%). A correlation coefficient of 0.36 indicated that patient’ severity of illness is somewhat correlated with nursing intensity of care. The study showed that the NICCQ is a valid questionnaire with a generalizability coefficient that is large enough to be used by nurses’ managers for administrative purposes. Further research using larger samples would be needed to further test the factor structure of the NICCQ.

Corrélats neuronaux sous-jacents aux expressions émotionnelles : une comparaison entre musique, voix et visage

Cette thèse a pour objectif de comparer les expressions émotionnelles évoquées par la musique, la voix (expressions non-linguistiques) et le visage sur les plans comportemental et neuronal. Plus précisément, le but est de bénéficier de l’indéniable pouvoir émotionnel de la musique afin de raffiner notre compréhension des théories et des modèles actuels associés au traitement émotionnel. Qui plus est, il est possible que cette disposition surprenante de la musique pour évoquer des émotions soit issue de sa capacité à s’immiscer dans les circuits neuronaux dédiés à la voix, bien que les évidences à cet effet demeurent éparses pour le moment. Une telle comparaison peut potentiellement permettre d’élucider, en partie, la nature des émotions musicales. Pour ce faire, différentes études ont été réalisées et sont ici présentées dans deux articles distincts. Les études présentées dans le premier article ont comparé, sur le plan comportemental, les effets d’expressions émotionnelles sur la mémoire entre les domaines musical et vocal (non-linguistique). Les résultats ont révélé un avantage systématique en mémoire pour la peur dans les deux domaines. Aussi, une corrélation dans la performance individuelle en mémoire a été trouvée entre les expressions de peur musicales et vocales. Ces résultats sont donc cohérents avec l’hypothèse d’un traitement perceptif similaire entre la musique et la voix. Dans le deuxième article, les corrélats neuronaux associés à la perception d’expressions émotionnelles évoquées par la musique, la voix et le visage ont été directement comparés en imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf). Une augmentation significative du signal « Blood Oxygen Level Dependent » (BOLD) a été trouvée dans l’amygdale (et à l’insula postérieure) en réponse à la peur, parmi l’ensemble des domaines et des modalités à l’étude. Une corrélation dans la réponse BOLD individuelle de l’amygdale, entre le traitement musical et vocal, a aussi été mise en évidence, suggérant à nouveau des similarités entre les deux domaines. En outre, des régions spécifiques à chaque domaine ont été relevées. Notamment, le gyrus fusiforme (FG/FFA) pour les expressions du visage, le sulcus temporal supérieur (STS) pour les expressions vocales ainsi qu’une portion antérieure du gyrus temporal supérieur (STG) particulièrement sensible aux expressions musicales (peur et joie), dont la réponse s’est avérée modulée par l’intensité des stimuli. Mis ensemble, ces résultats révèlent des similarités mais aussi des différences dans le traitement d’expressions émotionnelles véhiculées par les modalités visuelle et auditive, de même que différents domaines dans la modalité auditive (musique et voix). Plus particulièrement, il appert que les expressions musicales et vocales partagent d’étroites similarités surtout en ce qui a trait au traitement de la peur. Ces données s’ajoutent aux connaissances actuelles quant au pouvoir émotionnel de la musique et contribuent à élucider les mécanismes perceptuels sous-jacents au traitement des émotions musicales. Par conséquent, ces résultats donnent aussi un appui important à l’utilisation de la musique dans l’étude des émotions qui pourra éventuellement contribuer au développement de potentielles interventions auprès de populations psychiatriques.

Interannual Variability of Upwelling Indices in the Southeastern Arabian Sea: A Satellite Based Study

Increase in sea surface temperature with global warming has an impact on coastal upwelling. Past two decades (1988 to 2007) of satellite observed sea surface temperatures and space borne scatterometer measured winds have provided an insight into the dynamics of coastal upwelling in the southeastern Arabian Sea, in the global warming scenario. These high resolution data products have shown inconsistent variability with a rapid rise in sea surface temperature between 1992 and 1998 and again from 2004 to 2007. The upwelling indices derived from both sea surface temperature and wind have shown that there is an increase in the intensity of upwelling during the period 1998 to 2004 than the previous decade. These indices have been modulated by the extreme climatic events like El–Nino and Indian Ocean Dipole that happened during 1991–92 and 1997–98. A considerable drop in the intensity of upwelling was observed concurrent with these events. Apart from the impact of global warming on the upwelling, the present study also provides an insight into spatial variability of upwelling along the coast. Noticeable fact is that the intensity of offshore Ekman transport off 8oN during the winter monsoon is as high as that during the usual upwelling season in summer monsoon. A drop in the meridional wind speed during the years 2005, 2006 and 2007 has resulted in extreme decrease in upwelling though the zonal wind and the total wind magnitude are a notch higher than the previous years. This decrease in upwelling strength has resulted in reduced productivity too.

Bidirectional communication using delay coupled chaotic directly modulated semiconductor lasers

Chaotic synchronization of two directly modulated semiconductor lasers with negative delayed optoelectronic feedback is investigated and this scheme is found to be useful for e±cient bidirectional communication between the lasers. A symmetric bidirec- tional coupling is identified as a suitable method for isochronal synchronization of such lasers. The optimum values of coupling and feedback strength that can provide maxi- mum quality of synchronization are identified. This method is successfully employed for encoding/decoding both analog and digital messages. The importance of a symmetric coupling is demonstrated by studying the variation of decoding efficiency with respect to asymmetric coupling.