Multimodal automatic user disposition recognition in human-machine interaction

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2013

Gene Promoter Evolution Targets the Center of the Human Protein Interaction Network

Assessing the contribution of promoters and coding sequences to gene evolution is an important step toward discovering the major genetic determinants of human evolution. Many specific examples have revealed the evolutionary importance of cis-regulatory regions. However, the relative contribution of regulatory and coding regions to the evolutionary process and whether systemic factors differentially influence their evolution remains unclear. To address these questions, we carried out an analysis at the genome scale to identify signatures of positive selection in human proximal promoters. Next, we examined whether genes with positively selected promoters (Prom+ genes) show systemic differences with respect to a set of genes with positively selected protein-coding regions (Cod+ genes). We found that the number of genes in each set was not significantly different (8.1% and 8.5%, respectively). Furthermore, a functional analysis showed that, in both cases, positive selection affects almost all biological processes and only a few genes of each group are located in enriched categories, indicating that promoters and coding regions are not evolutionarily specialized with respect to gene function. On the other hand, we show that the topology of the human protein network has a different influence on the molecular evolution of proximal promoters and coding regions. Notably, Prom+ genes have an unexpectedly high centrality when compared with a reference distribution (P = 0.008, for Eigenvalue centrality). Moreover, the frequency of Prom+ genes increases from the periphery to the center of the protein network (P = 0.02, for the logistic regression coefficient). This means that gene centrality does not constrain the evolution of proximal promoters, unlike the case with coding regions, and further indicates that the evolution of proximal promoters is more efficient in the center of the protein network than in the periphery. These results show that proximal promoters have had a systemic contribution to human evolution by increasing the participation of central genes in the evolutionary process.

A Three-Level Approach for Analyzing User Behavior in Ongoing Relationships

Peer-reviewed

Novel Interaction Techniques for Mobile Augmented Reality applications. A Systematic Literature Review

This study reviews the research on interaction techniques and methods that could be applied in mobile augmented reality scenarios. The review is focused on themost recent advances and considers especially the use of head-mounted displays. Inthe review process, we have followed a systematic approach, which makes the reviewtransparent, repeatable, and less prone to human errors than if it was conducted in amore traditional manner. The main research subjects covered in the review are headorientation and gaze-tracking, gestures and body part-tracking, and multimodality– as far as the subjects are related to human-computer interaction. Besides these,also a number of other areas of interest will be discussed.

Modèle novateur de conception d’interface humain-ordinateur centrée sur l’utilisateur : le designer en tant que médiateur

Cette recherche porte sur des questions relatives à la conception des interfaces humain-ordinateur. Elle s’inscrit dans le courant des recherches sur l’utilisabilité et elle s’intéresse particulièrement aux approches centrées sur l’utilisateur. Nous avons été très souvent témoin des difficultés éprouvées par les utilisateurs dans l’usage de certaines interfaces interactives et nous considérons que ces difficultés découlent d’un problème de design. Le design d’interface doit être basé sur les besoins de l’utilisateur dans le cadre de ses activités, dont les caractéristiques devaient être bien comprises et bien prises en considération pour mener à la conception d’interfaces qui respectent les critères d’utilisabilité. De plus, la communauté des chercheurs ainsi que l’industrie admettent maintenant que pour améliorer le design, il est crucial de développer les interfaces humain-ordinateur au sein d’une équipe multidisciplinaire. Malgré les avancées significatives dans le domaine du design centrées sur l’utilisateur, les visées annoncées sont rarement réalisées. La problématique étudiée nous a conduit à poser la question suivante : En tant que designer d’une équipe multidisciplinaire de conception, comment modifier la dynamique de collaboration et créer les conditions d’une conception véritablement centrée sur l’interaction humain-ordinateur ? Notre démarche de recherche a été guidée par l’hypothèse voulant que l’activité de design puisse être le moyen de faciliter la création d’un langage commun, des échanges constructifs entre les disciplines, et une réflexion commune centrée sur l’utilisateur. La formulation de cette hypothèse nous a mené à réfléchir sur le rôle du designer. Pour mener cette recherche, nous avons adopté une méthodologie mixte. Dans un premier temps, nous avons utilisé une approche de recherche par projet (recherche-projet) et notre fonction était celle de designer-chercheur. La recherche-projet est particulièrement appropriée pour les recherches en design. Elle privilégie les méthodes qualitatives et interprétatives ; elle étudie la situation dans sa complexité et de façon engagée. Nous avons effectué trois études de cas successives. L’objectif de la première étude était d’observer notre propre rôle et nos interactions avec les autres membres de l’équipe de projet pendant le processus de design. Dans la seconde étude, notre attention a été portée sur les interactions et la collaboration de l’équipe. Nous avons utilisé le processus de design comme méthode pour la construction d’un langage commun entre les intervenants, pour enrichir les réflexions et pour favoriser leur collaboration menant à redéfinir les objectifs du projet. Les limites de ces deux cas nous ont conduit à une intervention différente que nous avons mise en œuvre dans la troisième étude de cas. Cette intervention est constituée par la mise en place d’un atelier intensif de conception où les intervenants au projet se sont engagés à développer une attitude interdisciplinaire permettant la copratique réflexive pour atteindre les objectifs d’un projet de construction d’un site web complexe centré sur l’utilisateur. L’analyse et l’interprétation des données collectées de ces trois études de cas nous ont conduit à créer un modèle théorique de conception d’interface humain-ordinateur. Ce modèle qui informe et structure le processus de design impliquant une équipe multidisciplinaire a pour objectif d’améliorer l’approche centrée sur l’utilisateur. Dans le cadre de ce modèle, le designer endosse le rôle de médiateur en assurant l’efficacité de la collaboration de l’équipe. Dans un deuxième temps, afin de valider le modèle et éventuellement le perfectionner, nous avons utilisé une approche ethnographique comportant des entrevues avec trois experts dans le domaine. Les données des entrevues confirment la validité du modèle ainsi que son potentiel de transférabilité à d’autres contextes. L’application de ce modèle de conception permet d’obtenir des résultats plus performants, plus durables, et dans un délai plus court.

Modélisation d'une ontologie et conceptualisation d'une application sémantique dédiée au e-recrutement dans le domaine des technologies de l'information

Ce mémoire présente les recherches et réflexions entourant la conception d’une application à base d’ontologie dédiée au e-recrutement dans le domaine des services de dotation de personnel en technologies de l’information à l’ère du Web Social. Cette application, nommée Combine, vise essentiellement à optimiser et enrichir la Communication Médiée par Ordinateur (CMO) des acteurs du domaine et utilise des concepts issus du paradigme technologique émergent qu’est le Web sémantique. Encore très peu discuté dans une perspective CMO, le présent mémoire se propose donc d’examiner les enjeux communicationnels relatifs à ce nouveau paradigme. Il présente ses principaux concepts, dont la notion d’ontologie qui implique la modélisation formelle de connaissances, et expose le cas de développement de Combine. Il décrit comment cette application fut développée, de l’analyse des besoins à l’évaluation du prototype par les utilisateurs ciblés, tout en révélant les préoccupations, les contraintes et les opportunités rencontrées en cours de route. Au terme de cet examen, le mémoire tend à évaluer de manière critique le potentiel de Combine à optimiser la CMO du domaine d’activité ciblé. Le mémoire dresse au final un portrait plutôt favorable quant à la perception positive des acteurs du domaine d’utiliser un tel type d’application, et aussi quant aux nets bénéfices en frais d’Interactions Humain-Ordinateur (IHO) qu’elle fait miroiter. Il avertit toutefois d’une certaine exacerbation du problème dit « d’engagement ontologique » à considérer lors de la construction d’ontologies modélisant des objets sociaux tels que ceux dont le monde du recrutement est peuplé.

Un outil d’évaluation neurocognitive des interactions humain-machine

De plus en plus de recherches sur les Interactions Humain-Machine (IHM) tentent d’effectuer des analyses fines de l’interaction afin de faire ressortir ce qui influence les comportements des utilisateurs. Tant au niveau de l’évaluation de la performance que de l’expérience des utilisateurs, on note qu’une attention particulière est maintenant portée aux réactions émotionnelles et cognitives lors de l’interaction. Les approches qualitatives standards sont limitées, car elles se fondent sur l’observation et des entrevues après l’interaction, limitant ainsi la précision du diagnostic. L’expérience utilisateur et les réactions émotionnelles étant de nature hautement dynamique et contextualisée, les approches d’évaluation doivent l’être de même afin de permettre un diagnostic précis de l’interaction. Cette thèse présente une approche d’évaluation quantitative et dynamique qui permet de contextualiser les réactions des utilisateurs afin d’en identifier les antécédents dans l’interaction avec un système. Pour ce faire, ce travail s’articule autour de trois axes. 1) La reconnaissance automatique des buts et de la structure de tâches de l’utilisateur, à l’aide de mesures oculométriques et d’activité dans l’environnement par apprentissage machine. 2) L’inférence de construits psychologiques (activation, valence émotionnelle et charge cognitive) via l’analyse des signaux physiologiques. 3) Le diagnostic de l‘interaction reposant sur le couplage dynamique des deux précédentes opérations. Les idées et le développement de notre approche sont illustrés par leur application dans deux contextes expérimentaux : le commerce électronique et l’apprentissage par simulation. Nous présentons aussi l’outil informatique complet qui a été implémenté afin de permettre à des professionnels en évaluation (ex. : ergonomes, concepteurs de jeux, formateurs) d’utiliser l’approche proposée pour l’évaluation d’IHM. Celui-ci est conçu de manière à faciliter la triangulation des appareils de mesure impliqués dans ce travail et à s’intégrer aux méthodes classiques d’évaluation de l’interaction (ex. : questionnaires et codage des observations).

Improving computer interaction for older people - studying mouse clicks

Interactions using a standard computer mouse can be particularly difficult for novice and older adult users. Tasks that involve positioning the mouse over a target and double-clicking to initiate some action can be a real challenge for many users. Hence, this paper describes a study that investigates the double-click interactions of older and younger adults and presents data that can help inform the development of methods of assistance. Twelve older adults (mean age = 63.9 years) and 12 younger adults (mean age = 20.8 years) performed click and double-click target selections with a computer mouse. Initial results show that older users make approximately twice as many errors as younger users when attempting double-clicks. For both age groups, the largest proportion of errors was due to difficulties with keeping the cursor steady between button presses. Compared with younger adults, older adults experienced more difficulties with performing two button presses within a required time interval. Understanding these interactions better is a step towards improving accessibility, and may provide some suggestions for future directions of research in this area.

Human-machine symbiosis overview

The interface between humans and technology is a rapidly changing field. In particular as technological methods have improved dramatically so interaction has become possible that could only be speculated about even a decade earlier. This interaction can though take on a wide range of forms. Indeed standard buttons and dials with televisual feedback are perhaps a common example. But now virtual reality systems, wearable computers and most of all, implant technology are throwing up a completely new concept, namely a symbiosis of human and machine. No longer is it sensible simply to consider how a human interacts with a machine, but rather how the human-machine symbiotic combination interacts with the outside world. In this paper we take a look at some of the recent approaches, putting implant technology in context. We also consider some specific practical examples which may well alter the way we look at this symbiosis in the future. The main area of interest as far as symbiotic studies are concerned is clearly the use of implant technology, particularly where a connection is made between technology and the human brain and/or nervous system. Often pilot tests and experimentation has been carried out apriori to investigate the eventual possibilities before human subjects are themselves involved. Some of the more pertinent animal studies are discussed briefly here. The paper however concentrates on human experimentation, in particular that carried out by the authors themselves, firstly to indicate what possibilities exist as of now with available technology, but perhaps more importantly to also show what might be possible with such technology in the future and how this may well have extensive social effects. The driving force behind the integration of technology with humans on a neural level has historically been to restore lost functionality in individuals who have suffered neurological trauma such as spinal cord damage, or who suffer from a debilitating disease such as lateral amyotrophic sclerosis. Very few would argue against the development of implants to enable such people to control their environment, or some aspect of their own body functions. Indeed this technology in the short term has applications for amelioration of symptoms for the physically impaired, such as alternative senses being bestowed on a blind or deaf individual. However the issue becomes distinctly more complex when it is proposed that such technology be used on those with no medical need, but instead who wish to enhance and augment their own bodies, particularly in terms of their mental attributes. These issues are discussed here in the light of practical experimental test results and their ethical consequences.

3D path planning with novel multiple 2D layered approach for complex human-robot interaction

Navigating cluttered indoor environments is a difficult problem in indoor service robotics. The Acroboter concept, a novel approach to indoor locomotion, represents unique opportunity to avoid obstacles in indoor environments by navigating the ceiling plane. This mode of locomotion requires the ability to accurately detect obstacles, and plan 3D trajectories through the environment. This paper presents the development of a resilient object tracking system, as well as a novel approach to generating 3D paths suitable for such robot configurations. Distributed human-machine interfacing allowing simulation previewing of actions is also considered in the developed system architecture.