Adaptation aux changements induits aux indices spectraux de l’audition spatiale chez l’humain.

Dans le cas de perte auditive, la localisation spatiale est amoindrie et vient entraver la compréhension de la parole et ce, malgré le port de prothèses auditives. La présente étude modifie la forme de l’oreille externe d’individus à l’aide de silicone afin d’induire des changements aux indices spectraux (HRTFs), similaires à ceux causés par des prothèses auditives, et d’explorer les mécanismes perceptifs (visuel, spectral, ou tactile) permettant d’alterner d’un nouvel ensemble à l’ensemble originel de HRTFs une fois les prothèses enlevées. Les résultats démontrent que les participants s’adaptent aux nouveaux HRTFs à l’intérieur de quatre séances d’entraînement. Dès le retrait des prothèses, les participants reviennent à leur performance originale. Il n’est pas possible de conclure avec les données présentes si le changement d’un ensemble de HRTFs à un autre est influencé par un des mécanismes de rétroaction perceptuelle étudié. L’adaptation aux prothèses perdure jusqu’à quatre semaines après leur retrait.

L’information de localisation à Montréal : une exploration

Ce mémoire de maîtrise est une recherche exploratoire sur les expériences de localisation vécues dans l’espace urbain montréalais par des sujets en relation à l’information dite « de localisation ». La localisation est un processus d’orientation spatiale où l’emplacement d’un lieu dans l’espace est un problème à résoudre. Cette exploration est basée sur la théorisation de l’information proposée par Bateson (1972) et le développement du concept de dispositif par Belin (2002) et Agamben (2007) à la suite de Foucault, la localisation étant le concept empirique exploratoire. Le processus de localisation est investigué quant à son caractère médiatique : l’information de localisation est le medium qui, en étant un résultat et une cause de l’action, donne forme à ce processus mené par l’effort. Un travail de terrain ethnométhodologique déployé par le biais d’observations empiriques et d’entrevues qualitatives permet d’identifier certaines conditions qui rendent possibles, dans la vie quotidienne, les relations entre l’information de localisation, l’espace urbain et un sujet. Étant majoritairement vécue lors de déplacements présents, futurs ou passés, la localisation est ainsi conceptualisée en tant que wayfinding : l’action de déterminer quelles voies ou trajets emprunter pour se rendre d’un point A à un point B. Ce mémoire est en réalité une problématisation ouverte qui vise à explorer et identifier certains enjeux qui sont au cœur des processus de localisation dans l’espace urbain montréalais. Si « [l]e fait humain par excellence », comme le souligne Leroi-Gouhran (1965) « est peut-être moins la création de l’outil que la domestication du temps et de l’espace » (p. 139), le fait d’habiter en un certain temps et en un certain espace est en soi une relation problématique de confiance. Le vivant et le non-vivant habitent des espaces aménagés qui sont continuellement transformés par leur détermination mutuelle. En partant du constat que l’environnement construit se déploie en étant produit et aménagé dans des dispositions où certains de nos gestes sont délégués, peut-on envisager être libre sans (se) faire confiance ?

Caractérisation spatiale des événements dans les détecteurs PICASSO

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Suivi des changements des utilisations/occupations du sol en milieu urbain par imagerie satellitale de résolution spatiale moyenne : le cas de la région métropolitaine de Montréal

De nos jours les cartes d’utilisation/occupation du sol (USOS) à une échelle régionale sont habituellement générées à partir d’images satellitales de résolution modérée (entre 10 m et 30 m). Le National Land Cover Database aux États-Unis et le programme CORINE (Coordination of information on the environment) Land Cover en Europe, tous deux fondés sur les images LANDSAT, en sont des exemples représentatifs. Cependant ces cartes deviennent rapidement obsolètes, spécialement en environnement dynamique comme les megacités et les territoires métropolitains. Pour nombre d’applications, une mise à jour de ces cartes sur une base annuelle est requise. Depuis 2007, le USGS donne accès gratuitement à des images LANDSAT ortho-rectifiées. Des images archivées (depuis 1984) et des images acquises récemment sont disponibles. Sans aucun doute, une telle disponibilité d’images stimulera la recherche sur des méthodes et techniques rapides et efficaces pour un monitoring continue des changements des USOS à partir d’images à résolution moyenne. Cette recherche visait à évaluer le potentiel de telles images satellitales de résolution moyenne pour obtenir de l’information sur les changements des USOS à une échelle régionale dans le cas de la Communauté Métropolitaine de Montréal (CMM), une métropole nord-américaine typique. Les études précédentes ont démontré que les résultats de détection automatique des changements dépendent de plusieurs facteurs tels : 1) les caractéristiques des images (résolution spatiale, bandes spectrales, etc.); 2) la méthode même utilisée pour la détection automatique des changements; et 3) la complexité du milieu étudié. Dans le cas du milieu étudié, à l’exception du centre-ville et des artères commerciales, les utilisations du sol (industriel, commercial, résidentiel, etc.) sont bien délimitées. Ainsi cette étude s’est concentrée aux autres facteurs pouvant affecter les résultats, nommément, les caractéristiques des images et les méthodes de détection des changements. Nous avons utilisé des images TM/ETM+ de LANDSAT à 30 m de résolution spatiale et avec six bandes spectrales ainsi que des images VNIR-ASTER à 15 m de résolution spatiale et avec trois bandes spectrales afin d’évaluer l’impact des caractéristiques des images sur les résultats de détection des changements. En ce qui a trait à la méthode de détection des changements, nous avons décidé de comparer deux types de techniques automatiques : (1) techniques fournissant des informations principalement sur la localisation des changements et (2)techniques fournissant des informations à la fois sur la localisation des changements et sur les types de changement (classes « de-à »). Les principales conclusions de cette recherche sont les suivantes : Les techniques de détection de changement telles les différences d’image ou l’analyse des vecteurs de changements appliqués aux images multi-temporelles LANDSAT fournissent une image exacte des lieux où un changement est survenu d’une façon rapide et efficace. Elles peuvent donc être intégrées dans un système de monitoring continu à des fins d’évaluation rapide du volume des changements. Les cartes des changements peuvent aussi servir de guide pour l’acquisition d’images de haute résolution spatiale si l’identification détaillée du type de changement est nécessaire. Les techniques de détection de changement telles l’analyse en composantes principales et la comparaison post-classification appliquées aux images multi-temporelles LANDSAT fournissent une image relativement exacte de classes “de-à” mais à un niveau thématique très général (par exemple, bâti à espace vert et vice-versa, boisés à sol nu et vice-versa, etc.). Les images ASTER-VNIR avec une meilleure résolution spatiale mais avec moins de bandes spectrales que LANDSAT n’offrent pas un niveau thématique plus détaillé (par exemple, boisés à espace commercial ou industriel). Les résultats indiquent que la recherche future sur la détection des changements en milieu urbain devrait se concentrer aux changements du couvert végétal puisque les images à résolution moyenne sont très sensibles aux changements de ce type de couvert. Les cartes indiquant la localisation et le type des changements du couvert végétal sont en soi très utiles pour des applications comme le monitoring environnemental ou l’hydrologie urbaine. Elles peuvent aussi servir comme des indicateurs des changements de l’utilisation du sol. De techniques telles l’analyse des vecteurs de changement ou les indices de végétation son employées à cette fin.

Localisation des aires cérébrales impliquées dans le rappel de mots : validation d’un protocole d’imagerie optique

Jusqu'à récemment, les patients souffrant d'épilepsie réfractaire aux traitements médicamenteux étaient destinés à un avenir incertain. Le recours à la chirurgie comme traitement alternatif offre l'espoir de mener un jour une vie normale. Pour déterminer si un patient peut bénéficier d’une intervention chirurgicale, une évaluation complète est cruciale. Les méthodes d’évaluation préchirurgicale ont connu des progrès importants au cours des dernières décennies avec le perfectionnement des techniques d’imagerie cérébrale. Parmi ces techniques, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR), aussi connue sous le nom d’imagerie optique, présente de nombreux avantages (coût, mobilité du participant, résolution spatiale et temporelle, etc.). L’objectif principal de cette étude est de développer un protocole d'évaluation préchirurgicale de la mémoire. Une tâche de mémoire verbale incluant l’encodage, le rappel immédiat et le rappel différé de listes de mots a été administrée à dix adultes sains lors d’un enregistrement en imagerie optique. Les résultats obtenus suggèrent l’activation bilatérale des aires préfrontales antérieures et dorsolatérales ainsi que des aires temporales antérieures et moyennes. Les aires préfrontales et temporales antérieures semblent modulées par les différents processus mnésiques et la position du rappel dans le temps. La première fois qu’une liste est rappelée, l’activité hémodynamique est plus élevée que lors des rappels subséquents, et ce, davantage dans l’hémisphère gauche que dans l’hémisphère droit. Cette étude constitue la première étape dans le processus de validation du protocole à des fins cliniques auprès de patients épileptiques.

Étude des mécanismes de localisation auditive et de leur plasticité dans le cortex auditif humain.

Pouvoir déterminer la provenance des sons est fondamental pour bien interagir avec notre environnement. La localisation auditive est une faculté importante et complexe du système auditif humain. Le cerveau doit décoder le signal acoustique pour en extraire les indices qui lui permettent de localiser une source sonore. Ces indices de localisation auditive dépendent en partie de propriétés morphologiques et environnementales qui ne peuvent être anticipées par l'encodage génétique. Le traitement de ces indices doit donc être ajusté par l'expérience durant la période de développement. À l’âge adulte, la plasticité en localisation auditive existe encore. Cette plasticité a été étudiée au niveau comportemental, mais on ne connaît que très peu ses corrélats et mécanismes neuronaux. La présente recherche avait pour objectif d'examiner cette plasticité, ainsi que les mécanismes d'encodage des indices de localisation auditive, tant sur le plan comportemental, qu'à travers les corrélats neuronaux du comportement observé. Dans les deux premières études, nous avons imposé un décalage perceptif de l’espace auditif horizontal à l’aide de bouchons d’oreille numériques. Nous avons montré que de jeunes adultes peuvent rapidement s’adapter à un décalage perceptif important. Au moyen de l’IRM fonctionnelle haute résolution, nous avons observé des changements de l’activité corticale auditive accompagnant cette adaptation, en termes de latéralisation hémisphérique. Nous avons également pu confirmer l’hypothèse de codage par hémichamp comme représentation de l'espace auditif horizontal. Dans une troisième étude, nous avons modifié l’indice auditif le plus important pour la perception de l’espace vertical à l’aide de moulages en silicone. Nous avons montré que l’adaptation à cette modification n’était suivie d’aucun effet consécutif au retrait des moulages, même lors de la toute première présentation d’un stimulus sonore. Ce résultat concorde avec l’hypothèse d’un mécanisme dit de many-to-one mapping, à travers lequel plusieurs profils spectraux peuvent être associés à une même position spatiale. Dans une quatrième étude, au moyen de l’IRM fonctionnelle et en tirant profit de l’adaptation aux moulages de silicone, nous avons révélé l’encodage de l’élévation sonore dans le cortex auditif humain.

Étude des mécanismes de localisation auditive et de leur plasticité dans le cortex auditif humain

Pouvoir déterminer la provenance des sons est fondamental pour bien interagir avec notre environnement. La localisation auditive est une faculté importante et complexe du système auditif humain. Le cerveau doit décoder le signal acoustique pour en extraire les indices qui lui permettent de localiser une source sonore. Ces indices de localisation auditive dépendent en partie de propriétés morphologiques et environnementales qui ne peuvent être anticipées par l'encodage génétique. Le traitement de ces indices doit donc être ajusté par l'expérience durant la période de développement. À l’âge adulte, la plasticité en localisation auditive existe encore. Cette plasticité a été étudiée au niveau comportemental, mais on ne connaît que très peu ses corrélats et mécanismes neuronaux. La présente recherche avait pour objectif d'examiner cette plasticité, ainsi que les mécanismes d'encodage des indices de localisation auditive, tant sur le plan comportemental, qu'à travers les corrélats neuronaux du comportement observé. Dans les deux premières études, nous avons imposé un décalage perceptif de l’espace auditif horizontal à l’aide de bouchons d’oreille numériques. Nous avons montré que de jeunes adultes peuvent rapidement s’adapter à un décalage perceptif important. Au moyen de l’IRM fonctionnelle haute résolution, nous avons observé des changements de l’activité corticale auditive accompagnant cette adaptation, en termes de latéralisation hémisphérique. Nous avons également pu confirmer l’hypothèse de codage par hémichamp comme représentation de l'espace auditif horizontal. Dans une troisième étude, nous avons modifié l’indice auditif le plus important pour la perception de l’espace vertical à l’aide de moulages en silicone. Nous avons montré que l’adaptation à cette modification n’était suivie d’aucun effet consécutif au retrait des moulages, même lors de la toute première présentation d’un stimulus sonore. Ce résultat concorde avec l’hypothèse d’un mécanisme dit de many-to-one mapping, à travers lequel plusieurs profils spectraux peuvent être associés à une même position spatiale. Dans une quatrième étude, au moyen de l’IRM fonctionnelle et en tirant profit de l’adaptation aux moulages de silicone, nous avons révélé l’encodage de l’élévation sonore dans le cortex auditif humain.

Vision-based topological mapping and localisation

Competent navigation in an environment is a major requirement for an autonomous mobile robot to accomplish its mission. Nowadays, many successful systems for navigating a mobile robot use an internal map which represents the environment in a detailed geometric manner. However, building, maintaining and using such environment maps for navigation is difficult because of perceptual aliasing and measurement noise. Moreover, geometric maps require the processing of huge amounts of data which is computationally expensive. This thesis addresses the problem of vision-based topological mapping and localisation for mobile robot navigation. Topological maps are concise and graphical representations of environments that are scalable and amenable to symbolic manipulation. Thus, they are well-suited for basic robot navigation applications, and also provide a representational basis for the procedural and semantic information needed for higher-level robotic tasks. In order to make vision-based topological navigation suitable for inexpensive mobile robots for the mass market we propose to characterise key places of the environment based on their visual appearance through colour histograms. The approach for representing places using visual appearance is based on the fact that colour histograms change slowly as the field of vision sweeps the scene when a robot moves through an environment. Hence, a place represents a region of the environment rather than a single position. We demonstrate in experiments using an indoor data set, that a topological map in which places are characterised using visual appearance augmented with metric clues provides sufficient information to perform continuous metric localisation which is robust to the kidnapped robot problem. Many topological mapping methods build a topological map by clustering visual observations to places. However, due to perceptual aliasing observations from different places may be mapped to the same place representative in the topological map. A main contribution of this thesis is a novel approach for dealing with the perceptual aliasing problem in topological mapping. We propose to incorporate neighbourhood relations for disambiguating places which otherwise are indistinguishable. We present a constraint based stochastic local search method which integrates the approach for place disambiguation in order to induce a topological map. Experiments show that the proposed method is capable of mapping environments with a high degree of perceptual aliasing, and that a small map is found quickly. Moreover, the method of using neighbourhood information for place disambiguation is integrated into a framework for topological off-line simultaneous localisation and mapping which does not require an initial categorisation of visual observations. Experiments on an indoor data set demonstrate the suitability of our method to reliably localise the robot while building a topological map.

Hippocampal models for simultaneous localisation and mapping on an autonomous robot

To navigate successfully in a novel environment a robot needs to be able to Simultaneously Localize And Map (SLAM) its surroundings. The most successful solutions to this problem so far have involved probabilistic algorithms, but there has been much promising work involving systems based on the workings of part of the rodent brain known as the hippocampus. In this paper we present a biologically plausible system called RatSLAM that uses competitive attractor networks to carry out SLAM in a probabilistic manner. The system can effectively perform parameter self-calibration and SLAM in one dimension. Tests in two dimensional environments revealed the inability of the RatSLAM system to maintain multiple pose hypotheses in the face of ambiguous visual input. These results support recent rat experimentation that suggest current competitive attractor models are not a complete solution to the hippocampal modelling problem.

Simultaneous localisation and mapping from natural landmarks using RatSLAM

This paper describes the current state of RatSLAM, a Simultaneous Localisation and Mapping (SLAM) system based on models of the rodent hippocampus. RatSLAM uses a competitive attractor network to fuse visual and odometry information. Energy packets in the network represent pose hypotheses, which are updated by odometry and can be enhanced or inhibited by visual input. This paper shows the effectiveness of the system in real robot tests in unmodified indoor environments using a learning vision system. Results are shown for two test environments; a large corridor loop and the complete floor of an office building.

Visual localisation in outdoor industrial building environments

This paper presents a vision-based method of vehicle localisation that has been developed and tested on a large forklift type robotic vehicle which operates in a mainly outdoor industrial setting. The localiser uses a sparse 3D edgemap of the environment and a particle filter to estimate the pose of the vehicle. The vehicle operates in dynamic and non-uniform outdoor lighting conditions, an issue that is addressed by using knowledge of the scene to intelligently adjust the camera exposure and hence improve the quality of the information in the image. Results from the industrial vehicle are shown and compared to another laser-based localiser which acts as a ground truth. An improved likelihood metric, using peredge calculation, is presented and has shown to be 40% more accurate in estimating rotation. Visual localization results from the vehicle driving an arbitrary 1.5km path during a bright sunny period show an average position error of 0.44m and rotation error of 0.62deg.