Training neuro-fuzzy models using evolution based algorithms

The normal design process for neural networks or fuzzy systems involve two different phases: the determination of the best topology, which can be seen as a system identification problem, and the determination of its parameters, which can be envisaged as a parameter estimation problem. This latter issue, the determination of the model parameters (linear weights and interior knots) is the simplest task and is usually solved using gradient or hybrid schemes. The former issue, the topology determination, is an extremely complex task, especially if dealing with real-world problems.

Design of neuro-fuzzy models by evolutionary and gradient-based algorithms

All systems found in nature exhibit, with different degrees, a nonlinear behavior. To emulate this behavior, classical systems identification techniques use, typically, linear models, for mathematical simplicity. Models inspired by biological principles (artificial neural networks) and linguistically motivated (fuzzy systems), due to their universal approximation property, are becoming alternatives to classical mathematical models. In systems identification, the design of this type of models is an iterative process, requiring, among other steps, the need to identify the model structure, as well as the estimation of the model parameters. This thesis addresses the applicability of gradient-basis algorithms for the parameter estimation phase, and the use of evolutionary algorithms for model structure selection, for the design of neuro-fuzzy systems, i.e., models that offer the transparency property found in fuzzy systems, but use, for their design, algorithms introduced in the context of neural networks. A new methodology, based on the minimization of the integral of the error, and exploiting the parameter separability property typically found in neuro-fuzzy systems, is proposed for parameter estimation. A recent evolutionary technique (bacterial algorithms), based on the natural phenomenon of microbial evolution, is combined with genetic programming, and the resulting algorithm, bacterial programming, advocated for structure determination. Different versions of this evolutionary technique are combined with gradient-based algorithms, solving problems found in fuzzy and neuro-fuzzy design, namely incorporation of a-priori knowledge, gradient algorithms initialization and model complexity reduction.

Controle hormonal da diferenciação e inversão sexual na dourata Sparus aurata (L.)

Tese de Doutoramento, Biologia Marinha, Unidade de Ciências e Tecnologias dos Recursos Aquáticos, Universidade do Algarve, 2001

Neuro-glia-vascular alterations by common neonatal clinical conditions

Tese de doutoramento, Farmácia (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Neuro-Fuzzy based Identification of Meat Spoilage using an Electronic Nose

Freshness and safety of muscle foods are generally considered as the most important parameters for the food industry. The performance of a portable electronic nose has been evaluated in monitoring the spoilage of beef fillet stored aerobically at different storage temperatures (0, 4, 8, 12, 16 and 20°C). An adaptive fuzzy logic system model that utilizes a prototype defuzzification scheme has been developed to classify beef samples in their respective quality class and to predict their associated microbiological population directly from volatile compounds fingerprints. Results confirmed the superiority of the adopted methodology and indicated that volatile information in combination with an efficient choice of a modeling scheme could be considered as an alternative methodology for the accurate evaluation of meat spoilage

Application of adaptive neuro-fuzzy inference for wind power short-term forecasting

The increased integration of wind power into the electric grid, as nowadays occurs in Portugal, poses new challenges due to its intermittency and volatility. Hence, good forecasting tools play a key role in tackling these challenges. In this paper, an adaptive neuro-fuzzy inference approach is proposed for short-term wind power forecasting. Results from a real-world case study are presented. A thorough comparison is carried out, taking into account the results obtained with other approaches. Numerical results are presented and conclusions are duly drawn. (C) 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.

Non-assisted versus neuro-navigated and XperCT-guided external ventricular catheter placement: a comparative cadaver study.

BACKGROUND AND PURPOSE: Accurate placement of an external ventricular drain (EVD) for the treatment of hydrocephalus is of paramount importance for its functionality and in order to minimize morbidity and complications. The aim of this study was to compare two different drain insertion assistance tools with the traditional free-hand anatomical landmark method, and to measure efficacy, safety and precision. METHODS: Ten cadaver heads were prepared by opening large bone windows centered on Kocher's points on both sides. Nineteen physicians, divided in two groups (trainees and board certified neurosurgeons) performed EVD insertions. The target for the ventricular drain tip was the ipsilateral foramen of Monro. Each participant inserted the external ventricular catheter in three different ways: 1) free-hand by anatomical landmarks, 2) neuronavigation-assisted (NN), and 3) XperCT-guided (XCT). The number of ventricular hits and dangerous trajectories; time to proceed; radiation exposure of patients and physicians; distance of the catheter tip to target and size of deviations projected in the orthogonal plans were measured and compared. RESULTS: Insertion using XCT increased the probability of ventricular puncture from 69.2 to 90.2 % (p = 0.02). Non-assisted placements were significantly less precise (catheter tip to target distance 14.3 ± 7.4 mm versus 9.6 ± 7.2 mm, p = 0.0003). The insertion time to proceed increased from 3.04 ± 2.06 min. to 7.3 ± 3.6 min. (p < 0.001). The X-ray exposure for XCT was 32.23 mSv, but could be reduced to 13.9 mSv if patients were initially imaged in the hybrid-operating suite. No supplementary radiation exposure is needed for NN if patients are imaged according to a navigation protocol initially. CONCLUSION: This ex vivo study demonstrates a significantly improved accuracy and safety using either NN or XCT-assisted methods. Therefore, efforts should be undertaken to implement these new technologies into daily clinical practice. However, the accuracy versus urgency of an EVD placement has to be balanced, as the image-guided insertion technique will implicate a longer preparation time due to a specific image acquisition and trajectory planning.

The effects of the menstrual cycle and hormonal contraceptives on the central thermoeffector threshold temperatures and width of the interthreshold zone

Basal body temperature (BBT) and thermoeffector thresholds increase following ovulation in many women. This study investigated if solely central thermoregulatory alterations are responsible. Seven females in a non-contraceptive group (NCG) were compared with 5 monophasic contraceptive users (HCG) on separate accounts: pre-ovulation (Trial I; d 2-5) and post-ovulation (Trial 2; 4-8 d post-positive ovulation) for NCG, and active phase for HCG (d 2-5, d 18-21). During immersion in 28°C water to the axilla, participants exercised for 20-30 min on an underwater ergometer. After steadily sweating, immersion continued until metabolism increased two-fold due to shivering. Rectal (Tre) BBT was not different between trials for neither NCG (1: 37.34±0.16°C; 2: 37.35±0.27°C) nor HCG. At exercise termination, Tre forehead sweating cessation increased (P<0.05) in trial 2 irrespective of group (1: 37.55±0.39°C; 2: 37.90±0,46°C). Tre shivering onset did not increase (P>0.05) in trial 2 (1: 36.91±0.50°C; 2: 37.07±0,45°C). The widths of the interthreshold zone increased (P<0.05) in trial 2 (1: 0.64±0.22°C; 2: 0.82±0.37°C) due to the increased sweating threshold only. HCG cooled quicker (1: -l.15±0,43°C; 2: -1.00±0.50°C) than NCG participants (1: - 0.58±0.22°C; 2: -0.52±O.29°C), and tympanic (Tty) sweat thresholds were significantly (P<0.05) decreased (1: 34.76±0.54°C; 2: 35.39±0.61°C) versus NCG (l: 35.57±0.77°C; 2: 35.89±1.04°C). Lastly, Tre and Tty thresholds were significantly different (P

Do Neuro-Muscular Adaptations Occur in Endurance-Trained Boys and Men?

Most research on the effects of endurance training has focused on endurance training's health-related benefits and metabolic effects in both children and adults. The purpose of this study was to examine the neuromuscular effects of endurance training and to investigate whether they differ in children (9.0-12.9 years) and adults (18.4-35.6 years). Maximal isometric torque, rate of torque development (RTD), rate of muscle activation (Q30), electromechanical delay (EMD), and time to peak torque and peak RTD were determined by isokinetic dynamometry and surface electromyography (EMG) in elbow and knee flexion and extension. The subjects were 12 endurance-trained and 16 untrained boys, and 15 endurance-trained and 20 untrained men. The adults displayed consistently higher peak torque, RTD, and Q30, in both absolute and normalized values, whereas the boys had longer EMD (64.7+/-17.1 vs. 56.6+/-15.4 ms) and time to peak RTD (98.5+/-32.1 vs. 80.4+/-15.0 ms for boys and men, respectively). Q30, normalized for peak EMG amplitude, was the only observed training effect (1.95+/-1.16 vs. 1.10+/-0.67 ms for trained and untrained men, respectively). This effect could not be shown in the boys. The findings show normalized muscle strength and rate of activation to be lower in children compared with adults, regardless of training status. Because the observed higher Q30 values were not matched by corresponding higher performance measures in the trained men, the functional and discriminatory significance of Q30 remains unclear. Endurance training does not appear to affect muscle strength or rate of force development in either men or boys.

Identificación del sexo y evaluación de la inducción hormonal en el Pejelagarto (Atractosteus tropicus)

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Recursos Alimenticios y Producción Acuícola) UANL

Presencia de streptococcus mutans y lactobacillos spp en pacientes con xerostomía, antes y después del tratamiento con neuro-electro-estimulación.

Tesis (Maestría en Ciencias Odontológicas con Especialidad en Periodoncia) UANL, 2012.

Diferencia en el flujo salival en pacientes con hipofunción de las glándulas salivales por medio de la aplicación de neuro-electro-estimulación.

Tesis (Maestría en Ciencias Odontológicas con Especialidad en Periodoncia) UANL, 2012.

Un oeil sur la langue : aspects neuro-cognitifs du processus de la navigation chez l'aveugle-né

La vision est un élément très important pour la navigation en général. Grâce à des mécanismes compensatoires les aveugles de naissance ne sont pas handicapés dans leurs compétences spatio-cognitives, ni dans la formation de nouvelles cartes spatiales. Malgré l’essor des études sur la plasticité du cerveau et la navigation chez les aveugles, les substrats neuronaux compensatoires pour la préservation de cette fonction demeurent incompris. Nous avons démontré récemment (article 1) en utilisant une technique d’analyse volumétrique (Voxel-Based Morphometry) que les aveugles de naissance (AN) montrent une diminution de la partie postérieure de l’hippocampe droit, structure cérébrale importante dans la formation de cartes spatiales. Comment les AN forment-ils des cartes cognitives de leur environnement avec un hippocampe postérieur droit qui est significativement réduit ? Pour répondre à cette question nous avons choisi d’exploiter un appareil de substitution sensorielle qui pourrait potentiellement servir à la navigation chez les AN. Cet appareil d’affichage lingual (Tongue display unit -TDU-) retransmet l’information graphique issue d’une caméra sur la langue. Avant de demander à nos sujets de naviguer à l’aide du TDU, il était nécessaire de nous assurer qu’ils pouvaient « voir » des objets dans l’environnement grâce au TDU. Nous avons donc tout d’abord évalué l’acuité « visuo »-tactile (article 2) des sujets AN pour les comparer aux performances des voyants ayant les yeux bandées et munis du TDU. Ensuite les sujets ont appris à négocier un chemin à travers un parcours parsemé d’obstacles i (article 3). Leur tâche consistait à pointer vers (détection), et contourner (négociation) un passage autour des obstacles. Nous avons démontré que les sujets aveugles de naissance non seulement arrivaient à accomplir cette tâche, mais encore avaient une performance meilleure que celle des voyants aux yeux bandés, et ce, malgré l’atrophie structurelle de l’hippocampe postérieur droit, et un système visuel atrophié (Ptito et al., 2008). Pour déterminer quels sont les corrélats neuronaux de la navigation, nous avons créé des routes virtuelles envoyées sur la langue par le biais du TDU que les sujets devaient reconnaitre alors qu’ils étaient dans un scanneur IRMf (article 4). Nous démontrons grâce à ces techniques que les aveugles utilisent un autre réseau cortical impliqué dans la mémoire topographique que les voyants quand ils suivent des routes virtuelles sur la langue. Nous avons mis l’emphase sur des réseaux neuronaux connectant les cortex pariétaux et frontaux au lobe occipital puisque ces réseaux sont renforcés chez les aveugles de naissance. Ces résultats démontrent aussi que la langue peut être utilisée comme une porte d’entrée vers le cerveau en y acheminant des informations sur l’environnement visuel du sujet, lui permettant ainsi d’élaborer des stratégies d’évitement d’obstacles et de se mouvoir adéquatement.

Stabilité instrumentale en neuro imagerie fonctionnelle et structurelle

Dans ce mémoire, nous décrivons le travail effectué pour étendre nos connaissances sur les sources d’instabilité instrumentales en imagerie de résonance magnétique, en particulier dans le domaine anatomique par une étude où cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate-forme IRM, deux fois avant et deux fois après une mise à niveau importante d’un scanner 3T de Siemens. Les volumes de l’hippocampe droit et gauche de chaque sujet ont été mesurés avec une segmentation manuelle. Nous avons analysé la fiabilité test-retest avant et après la mise à niveau du système d’IRM. Dans le domaine fonctionnel, cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate forme IRM deux fois avant et deux fois après la même mise à niveau du scanneur. Les acquisitions du signal BOLD sont faites dans deux différentes résolutions spatiales (2x2x2mm et 4x4x4mm) pour évaluer la sensibilité du signal BOLD sous conditions de haute et basse SNR. Une dernière étude fonctionnelle sur fantôme avait pour but d’étudier la stabilité de la machine pour les images fonctionnelles et détecter les sources de bruit de type machine. La séquence EPI (Echo Planar Imaging) d’écho de gradient à deux dimensions a été utilisée. Des analyses comme le pourcentage des fluctuations et l’analyse de Fourier des résidus ont également été réalisées. Nous résultats indiquent que les différences dans le matériel provenant d’une importante mise à niveau ne peuvent pas compromettre la validité des études structurelles et fonctionnelles faites à travers la mise à niveau du scanneur. Les acquisitions quotidiennes ont permis de suivre l’évolution de la stabilité et de détecter toute source de bruit qui peut détériorer la détection des activations dans les images fonctionnelles.

Caractérisation neuro-immunitaire d'un modèle d'encéphalomyélite auto-immune expérimentale spontanée

La sclérose en plaques est une maladie neuroinflammatoire idiopathique caractérisée par la formation de lésions focales de démyélinisation, qui apparaissent suite à l’infiltration périvasculaire de cellules immunitaires et à l’augmentation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique. L’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) est le modèle animal de cette maladie. Cependant, ce modèle présente des différences importantes avec la sclérose en plaques. L’objectif de ce projet de maîtrise était d’approfondir la caractérisation d’un nouveau modèle transgénique d’encéphalomyélite auto-immune expérimentale spontanée, le modèle TCR1640, afin de valider celui-ci pour l’étude des phénomènes physiopathologiques qui surviennent à différents stades de la sclérose en plaques, ainsi que pour le développement de nouveaux traitements de la maladie. La souris TCR1640 porte un récepteur des cellules T (TCR) transgénique autoréactif, qui reconnaît un peptide de la myéline et déclenche une réaction auto-immune contre la myéline endogène au sein du système nerveux central (SNC). Des observations faites in situ et in vitro ont permis d’identifier des changements qui surviennent de façon très précoce dans l’unité neurovasculaire chez les animaux TCR1640 présymptomatiques, et qui sont liés à la présence d’un profil immunitaire périphérique proinflammatoire. Lors des phases actives de l’EAE spontanée, les animaux TCR1640 au stade chronique présentent une inflammation accrue du système nerveux central associée à une infiltration leucocytaire massive, par rapport aux animaux au stade aigu de la maladie. Une étude in vivo a également permis de moduler la maladie développée par des animaux ayant subi une immunisation passive avec des cellules T auxiliaires en provenance de souris TCR1640. Enfin, l’implication de nouvelles molécules d’adhésion cellulaire dans le développement et le maintien de l’EAE spontanée a été suggérée par des observations in vitro. L’ensemble de ces résultats suggère que le modèle TCR1640 présente plusieurs avantages pour l’étude de la physiopathologie de maladies neuroinflammatoires telles que la sclérose en plaques, et servira d’outil afin de valider de nouvelles stratégies thérapeutiques.