Born to learn: The inspiration, progress, and future of evolved plastic artificial neural networks

Biological plastic neural networks are systems of extraordinary computational capabilities shaped by evolution, development, and lifetime learning. The interplay of these elements leads to the emergence of adaptive behavior and intelligence. Inspired by such intricate natural phenomena, Evolved Plastic Artificial Neural Networks (EPANNs) use simulated evolution in-silico to breed plastic neural networks with a large variety of dynamics, architectures, and plasticity rules: these artificial systems are composed of inputs, outputs, and plastic components that change in response to experiences in an environment. These systems may autonomously discover novel adaptive algorithms, and lead to hypotheses on the emergence of biological adaptation. EPANNs have seen considerable progress over the last two decades. Current scientific and technological advances in artificial neural networks are now setting the conditions for radically new approaches and results. In particular, the limitations of hand-designed networks could be overcome by more flexible and innovative solutions. This paper brings together a variety of inspiring ideas that define the field of EPANNs. The main methods and results are reviewed. Finally, new opportunities and developments are presented

Automation, algorithms, and politics| bots and political influence: a sociotechnical investigation of social network capital

This study explains how bots interact with human users and influence conversational networks on Twitter. We analyze a high-stakes political environment, the UK general election of May 2015, asking human volunteers to tweet from purpose-made Twitter accounts—half of which had bots attached—during three events: the last Prime Minister’s Question Time before Parliament was dissolved (#PMQs), the first leadership interviews of the campaign (#BattleForNumber10), and the BBC Question Time broadcast of the same evening (#BBCQT). Based on previous work, our expectation was that our intervention would make a significant difference to the evolving network, but we found that the bots we used had very little effect on the conversation network at all. There are economic, social, and temporal factors that impact how a user of bots can influence political conversations. Future research needs to account for these forms of capital when assessing the impact of bots on political discussions

Evaluation in natural language processing

quot; European Summer School on Language Logic and Information(ESSLLI 2007)(Trinity College Dublin Ireland 6-17 August 2007

Final Report for the DARPA/NSF Interdisciplinary Study on Human–Robot Interaction

As part of a Defense Advanced Research Projects Agency/National Science Foundation study on human–robot interaction (HRI), over sixty representatives from academia, government, and industry participated in an interdisciplinary workshop, which allowed roboticists to interact with psychologists, sociologists, cognitive scientists, communication experts and human–computer interaction specialists to discuss common interests in the field of HRI, and to establish a dialogue across the disciplines for future collaborations. We include initial work that was done in preparation for the workshop, links to keynote and other presentations, and a summary of the findings, outcomes, and recommendations that were generated by the participants. Findings of the study include— the need for more extensive interdisciplinary interaction, identification of basic taxonomies and research issues, social informatics, establishment of a small number of common application domains, and field experience for members of the HRI community. An overall conclusion of the workshop was expressed as the following— HRI is a cross-disciplinary area, which poses barriers to meaningful research, synthesis, and technology transfer. The vocabularies, experiences, methodologies, and metrics of the communities are sufficiently different that cross-disciplinary research is unlikely to happen without sustained funding and an infrastructure to establish a new HRI community

Speech-to-speech translation to support medical interviews

Projeto de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Este relatório apresenta a criação de um sistema de tradução fala-para-fala. O sistema consiste na captação de voz na forma de sinal áudio que de seguida é interpretado, traduzido e sintetizado para voz. Tendo como entrada um enunciado numa linguagem de origem e como saída um enunciado numa linguagem destino. O sistema implementado tem como âmbito do seu funcionamento o domínio médico, tendo em vista apoiar o diálogo entre médico e utente em linguagens diferentes durante consultas médicas. No caso do presente trabalho, foram escolhidos o português e inglês, sendo possível a tradução fala-para-fala nos dois sentidos. A escolha destas duas línguas resulta sobretudo da disponibilidade de recursos para o desenvolvimento do sistema. Ao longo dos anos tem existido um esforço de pesquisa e desenvolvimento em tecnologia que permite quebrar as barreiras do multilinguismo. Uma dessas tecnologias, com resultados de qualidade crescentemente aceitável, são os sistemas de tradução fala-para-fala. Em geral, estes sistemas são compostos por três componentes: reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz. Neste projecto foram implementadas as três componentes. No entanto, uma vez que face às tecnologias disponíveis, a componente de tradução tem um maior impacto no desempenho final do sistema, a esta foi conferida uma maior atenção. Embora nós, como humanos, compreendamos facilmente a linguagem falada, isto é algo extremamente difícil e complexo de um ponto de vista computacional. O objectivo do reconhecimento de fala é abordar esta tarefa computacionalmente através da construção de sistemas que mapeiam um sinal acústico para uma sequência de caracteres. Os modelos actuais para reconhecimento de fala fazem uso de modelos estatísticos. Nestes, a fala é reconhecida através do uso de modelos de linguagem que possibilitam a estimativa das probabilidades para as palavras, independentemente do sinal de entrada, e de um modelo acústico onde as propriedades acústicas da fala estão contempladas. Os modelos actuais de tradução automática, assim como os de reconhecimento de fala, são na sua larga maioria estatísticos. Actualmente os modelos de tradução baseados em unidades frásicas de input são os que obtém os resultados com melhor qualidade. Esta abordagem consiste na tradução de pequenos segmentos de palavras, onde existe uma tradução lexical e um modelo de alinhamento. Os modelos estatísticos fazem uso de textos de duas línguas alinhados, tendo como princípio o facto de que através da frequência de cada segmento de palavras, em relação à outra linguagem, seja obtida uma distribuição probabilística. Deste modo torna-se possível calcular qual a palavra ou conjunto de palavras mais prováveis de ocorrer como tradução para determinado texto que se pretenda traduzir. A sintetização de voz consiste na geração de fala na forma de onda acústica tendo como ponto de partida uma palavra ou uma sequência de palavras. Envolve o processamento de linguagens naturais e processamento de sinal. O primeiro converte o texto numa representação fonética e o último converte essa representação em sinal acústico. Neste documento é apresentado o estado da arte das três áreas envolvidas. São também apresentados os sistemas de tradução fala-para-fala, fazendo ou não uso do domínio médico, e também os processos existentes para a avaliação de cada uma das componentes. Tendo em vista a implementação de um sistema com as diversas componentes, foi necessário efectuar um levantamento da tecnologia existente. O levantamento teve por objectivo a implementação de duas soluções aplicacionais. Uma aplicação disponível pela internet como página web e outra através de uma aplicação móvel, ambas permitindo o reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz em ambas as linguagens e direcções. Dois sistemas de reconhecimento de fala foram escolhidos, o Microsoft Speech Platform para a aplicação móvel e o reconhecimento de fala disponível pelo Google nos browsers Google Chrome. O primeiro a ser usado na aplicação móvel e o segundo na aplicação web. O sistema de tradução automática escolhido foi o Moses. Sendo um sistema de tradução estatístico que permite a criação de modelos de tradução diversos, como os modelos baseados em frase e os modelos baseados em fatores. O sistema de sintetização de voz escolhido foi o Microsoft Speech Platform. A aplicação móvel foi desenvolvida para a plataforma iOS da Apple tendo em vista o uso de um telemóvel iPhone. A integração dos componentes pelas diversas arquitecturas foi assegurada pela implementação de web services. O reconhecimento de fala na aplicação web foi desenvolvido recorrendo ao uso da W3C Speech Input API Specifications, onde a programação através de HTML permite a captação de áudio no Google Chrome. Para a implementação do sistema tradução fala-para-fala foi necessário a obtenção de corpora paralelos de forma a se poder treinar os modelos estatísticos, sendo este um dos factores cruciais para o bom desempenho dos componentes. Uma vez que o sistema tem como domínio de aplicação o diálogo médico, corpora neste domínio seria o mais vantajoso. No entanto, a inexistência de tais corpora para o par Inglês-Português levou à aquisição de corpora alternativos. Através de uma experiência exploratória foi abordado o tipo de implementação mais adequado da componente de reconhecimento de fala, tendo como foco o modelo de linguagem. Três experiências foram então conduzidas de forma a decidir entre a aplicação de um modelo de linguagem baseado em regras ou um modelo estatístico. Para implementar um modelo de linguagem baseado em regras foi necessário a criação de um corpus médico que reflectisse um diálogo entre médico e paciente. Para tal, com a ajuda de um médico, criei um diálogo de um caso hipotético de lesão num braço devido a um acidente de carro. Este diálogo teve como base para a sua estruturação a aplicação do processo de anamnesis. A anamnesis consiste numa metodologia médica que através de um conjunto de perguntas chave permite adquirir a informação necessária para a formulação de um diagnóstico médico e decisão sobre o tratamento necessário. O corpus médico foi também transformado num corpus de fala de forma a este ser avaliado ao longo das experiências. Numa primeira experiência foi criada uma gramática básica cuja implementação foi obtida recorrendo à Speech Recognition Grammar Specification de forma a ser usada como modelo de linguagem pela componente de reconhecimento de fala. A segunda experiência tinha como objectivo a criação de uma gramática mais complexa que a primeira. Para tal foi criada uma gramática livre de contexto. Após a criação da gramática livre de contexto esta foi convertida manualmente para uma gramática SRGS. Na terceira experiência foram criados dois modelo de linguagem estatísticos, o primeiro fazendo uso do mesmo corpus que o usado nas experiências anteriores e o segundo composto por 30.000 frases independentes. Obteve-se melhores resultados com o modelo de linguagem estatístico e este ficou como a escolha para a implementação do componente de reconhecimento de fala. No treino da componente de tradução automática foram usados dois modelos estatísticos, baseados em frases e em factores. Pretendeu-se comparar os resultados entre os dois modelos de forma a escolher o modelo mais vantajoso. Para fazer uso do modelo baseado em factores foi necessária a preparação de corpora. Com os corpora já adquiridos foi concretizada a sua anotação para ambas as linguagens. Recorrendo ao LX-Suite e ao CoreNLP, foram criados corpora anotados com lemmas e informação morfossintáctica, com a primeira ferramenta para o português e a última para o inglês. Uma vez que a componente de sintetização de voz permitia uma implementação célere, esta foi implementada recorrendo aos modelos já existentes para ambas as linguagens e disponibilizados pela ferramenta. Por fim, são apresentados os resultados obtidos e a sua avaliação. Tanto a avaliação do sistema de reconhecimento de fala como o de tradução automática demonstraram um desempenho muito competitivo, do nível do estado da arte. A componente de reconhecimento de fala, assim como a componente de tradução automática, obtiveram melhores resultados fazendo-se uso de modelos de linguagem estatístico.This report presents the development of a speech-to-speech translation system. The system consists in the capture of voice as an audio signal that is then interpreted, translated and synthesized to voice for a target language. The three main components of the system, speech recognition, machine translation and speech synthesis, make use of statistical models, such as hidden Markov models. Given the technology available, the machine translation component has a greater impact on the performance of the system, a greater attention has thus been given to it. The system assumes the support to medical interviews between doctor and patient in different languages as its applicational domain. Two application solutions were developed: an online service on a website and a mobile application. This report begins by presenting the general concepts of the relevant areas involved. It proceeds with an overview of the state of the art relating to each area as well as to the methods used for the evaluation of the different components. It provides also an overview of existing technology and the criteria for choosing the tools to be used in the development of the system. It explains the acquisition and creation of the corpora used, and the process of development and integration of the components: speech recognition, machine translation and text-to-speech. Finally, the evaluation results are presented, as well as the final conclusions

Development of an Electromagnetic Glottal Waveform Sensor for Applications in High Acoustic Noise Environments

The challenges of measuring speech signals in the presence of a strong background noise cannot be easily addressed with traditional acoustic technology. A recent solution to the problem considers combining acoustic sensor measurements with real-time, non-acoustic detection of an aspect of the speech production process. While significant advancements have been made in that area using low-power radar-based techniques, drawbacks inherent to the operation of such sensors are yet to be surmounted. Therefore, one imperative scientific objective is to devise new, non-invasive non-acoustic sensor topologies that offer improvements regarding sensitivity, robustness, and acoustic bandwidth. This project investigates a novel design that directly senses the glottal flow waveform by measuring variations in the electromagnetic properties of neck tissues during voiced segments of speech. The approach is to explore two distinct sensor configurations, namely the“six-element and the“parallel-plate resonator. The research focuses on the modeling aspect of the biological load and the resonator prototypes using multi-transmission line (MTL) and finite element (FE) simulation tools. Finally, bench tests performed with both prototypes on phantom loads as well as human subjects are presented

Probabilistic machine learning and artificial intelligence.

How can a machine learn from experience? Probabilistic modelling provides a framework for understanding what learning is, and has therefore emerged as one of the principal theoretical and practical approaches for designing machines that learn from data acquired through experience. The probabilistic framework, which describes how to represent and manipulate uncertainty about models and predictions, has a central role in scientific data analysis, machine learning, robotics, cognitive science and artificial intelligence. This Review provides an introduction to this framework, and discusses some of the state-of-the-art advances in the field, namely, probabilistic programming, Bayesian optimization, data compression and automatic model discovery.The author acknowledges an EPSRC grant EP/I036575/1, the DARPA PPAML programme, a Google Focused Research Award for the Automatic Statistician and support from Microsoft Research.This is the author accepted manuscript. The final version is available from NPG at http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14541.html#abstract