340 research outputs found

    Applying machine learning: a multi-role perspective

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    Machine (and deep) learning technologies are more and more present in several fields. It is undeniable that many aspects of our society are empowered by such technologies: web searches, content filtering on social networks, recommendations on e-commerce websites, mobile applications, etc., in addition to academic research. Moreover, mobile devices and internet sites, e.g., social networks, support the collection and sharing of information in real time. The pervasive deployment of the aforementioned technological instruments, both hardware and software, has led to the production of huge amounts of data. Such data has become more and more unmanageable, posing challenges to conventional computing platforms, and paving the way to the development and widespread use of the machine and deep learning. Nevertheless, machine learning is not only a technology. Given a task, machine learning is a way of proceeding (a way of thinking), and as such can be approached from different perspectives (points of view). This, in particular, will be the focus of this research. The entire work concentrates on machine learning, starting from different sources of data, e.g., signals and images, applied to different domains, e.g., Sport Science and Social History, and analyzed from different perspectives: from a non-data scientist point of view through tools and platforms; setting a problem stage from scratch; implementing an effective application for classification tasks; improving user interface experience through Data Visualization and eXtended Reality. In essence, not only in a quantitative task, not only in a scientific environment, and not only from a data-scientist perspective, machine (and deep) learning can do the difference

    Proceedings XXIII Congresso SIAMOC 2023

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    Il congresso annuale della Società Italiana di Analisi del Movimento in Clinica (SIAMOC), giunto quest’anno alla sua ventitreesima edizione, approda nuovamente a Roma. Il congresso SIAMOC, come ogni anno, è l’occasione per tutti i professionisti che operano nell’ambito dell’analisi del movimento di incontrarsi, presentare i risultati delle proprie ricerche e rimanere aggiornati sulle più recenti innovazioni riguardanti le procedure e le tecnologie per l’analisi del movimento nella pratica clinica. Il congresso SIAMOC 2023 di Roma si propone l’obiettivo di fornire ulteriore impulso ad una già eccellente attività di ricerca italiana nel settore dell’analisi del movimento e di conferirle ulteriore respiro ed impatto internazionale. Oltre ai qualificanti temi tradizionali che riguardano la ricerca di base e applicata in ambito clinico e sportivo, il congresso SIAMOC 2023 intende approfondire ulteriori tematiche di particolare interesse scientifico e di impatto sulla società. Tra questi temi anche quello dell’inserimento lavorativo di persone affette da disabilità anche grazie alla diffusione esponenziale in ambito clinico-occupazionale delle tecnologie robotiche collaborative e quello della protesica innovativa a supporto delle persone con amputazione. Verrà infine affrontato il tema dei nuovi algoritmi di intelligenza artificiale per l’ottimizzazione della classificazione in tempo reale dei pattern motori nei vari campi di applicazione

    2023- The Twenty-seventh Annual Symposium of Student Scholars

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    The full program book from the Twenty-seventh Annual Symposium of Student Scholars, held on April 18-21, 2023. Includes abstracts from the presentations and posters.https://digitalcommons.kennesaw.edu/sssprograms/1027/thumbnail.jp

    Human Gait Analysis using Spatiotemporal Data Obtained from Gait Videos

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    Mit der Entwicklung von Deep-Learning-Techniken sind Deep-acNN-basierte Methoden zum Standard für Bildverarbeitungsaufgaben geworden, wie z. B. die Verfolgung menschlicher Bewegungen und Posenschätzung, die Erkennung menschlicher Aktivitäten und die Erkennung von Gesichtern. Deep-Learning-Techniken haben den Entwurf, die Implementierung und den Einsatz komplexer und vielfältiger Anwendungen verbessert, die nun in einer Vielzahl von Bereichen, einschließlich der Biomedizintechnik, eingesetzt werden. Die Anwendung von Computer-Vision-Techniken auf die medizinische Bild- und Videoanalyse hat zu bemerkenswerten Ergebnissen bei der Erkennung von Ereignissen geführt. Die eingebaute Fähigkeit von convolutional neural network (CNN), Merkmale aus komplexen medizinischen Bildern zu extrahieren, hat in Verbindung mit der Fähigkeit von long short term memory network (LSTM), die zeitlichen Informationen zwischen Ereignissen zu erhalten, viele neue Horizonte für die medizinische Forschung geschaffen. Der Gang ist einer der kritischen physiologischen Bereiche, der viele Störungen im Zusammenhang mit Alterung und Neurodegeneration widerspiegeln kann. Eine umfassende und genaue Ganganalyse kann Einblicke in die physiologischen Bedingungen des Menschen geben. Bestehende Ganganalyseverfahren erfordern eine spezielle Umgebung, komplexe medizinische Geräte und geschultes Personal für die Erfassung der Gangdaten. Im Falle von tragbaren Systemen kann ein solches System die kognitiven Fähigkeiten beeinträchtigen und für die Patienten unangenehm sein. Außerdem wurde berichtet, dass die Patienten in der Regel versuchen, während des Labortests bessere Leistungen zu erbringen, was möglicherweise nicht ihrem tatsächlichen Gang entspricht. Trotz technologischer Fortschritte stoßen wir bei der Messung des menschlichen Gehens in klinischen und Laborumgebungen nach wie vor an Grenzen. Der Einsatz aktueller Ganganalyseverfahren ist nach wie vor teuer und zeitaufwändig und erschwert den Zugang zu Spezialgeräten und Fachwissen. Daher ist es zwingend erforderlich, über Methoden zu verfügen, die langfristige Daten über den Gesundheitszustand des Patienten liefern, ohne doppelte kognitive Aufgaben oder Unannehmlichkeiten bei der Verwendung tragbarer Sensoren. In dieser Arbeit wird daher eine einfache, leicht zu implementierende und kostengünstige Methode zur Erfassung von Gangdaten vorgeschlagen. Diese Methode basiert auf der Aufnahme von Gehvideos mit einer Smartphone-Kamera in einer häuslichen Umgebung unter freien Bedingungen. Deep neural network (NN) verarbeitet dann diese Videos, um die Gangereignisse zu extrahieren. Die erkannten Ereignisse werden dann weiter verwendet, um verschiedene räumlich-zeitliche Parameter des Gangs zu quantifizieren, die für jedes Ganganalysesystem wichtig sind. In dieser Arbeit wurden Gangvideos verwendet, die mit einer Smartphone-Kamera mit geringer Auflösung außerhalb der Laborumgebung aufgenommen wurden. Viele Deep- Learning-basierte NNs wurden implementiert, um die grundlegenden Gangereignisse wie die Fußposition in Bezug auf den Boden aus diesen Videos zu erkennen. In der ersten Studie wurde die Architektur von AlexNet verwendet, um das Modell anhand von Gehvideos und öffentlich verfügbaren Datensätzen von Grund auf zu trainieren. Mit diesem Modell wurde eine Gesamtgenauigkeit von 74% erreicht. Im nächsten Schritt wurde jedoch die LSTM-Schicht in dieselbe Architektur integriert. Die eingebaute Fähigkeit von LSTM in Bezug auf die zeitliche Information führte zu einer verbesserten Vorhersage der Etiketten für die Fußposition, und es wurde eine Genauigkeit von 91% erreicht. Allerdings gibt es Schwierigkeiten bei der Vorhersage der richtigen Bezeichnungen in der letzten Phase des Schwungs und der Standphase jedes Fußes. Im nächsten Schritt wird das Transfer-Lernen eingesetzt, um die Vorteile von bereits trainierten tiefen NNs zu nutzen, indem vortrainierte Gewichte verwendet werden. Zwei bekannte Modelle, inceptionresnetv2 (IRNV-2) und densenet201 (DN-201), wurden mit ihren gelernten Gewichten für das erneute Training des NN auf neuen Daten verwendet. Das auf Transfer-Lernen basierende vortrainierte NN verbesserte die Vorhersage von Kennzeichnungen für verschiedene Fußpositionen. Es reduzierte insbesondere die Schwankungen in den Vorhersagen in der letzten Phase des Gangschwungs und der Standphase. Bei der Vorhersage der Klassenbezeichnungen der Testdaten wurde eine Genauigkeit von 94% erreicht. Da die Abweichung bei der Vorhersage des wahren Labels hauptsächlich ein Bild betrug, konnte sie bei einer Bildrate von 30 Bildern pro Sekunde ignoriert werden. Die vorhergesagten Markierungen wurden verwendet, um verschiedene räumlich-zeitliche Parameter des Gangs zu extrahieren, die für jedes Ganganalysesystem entscheidend sind. Insgesamt wurden 12 Gangparameter quantifiziert und mit der durch Beobachtungsmethoden gewonnenen Grundwahrheit verglichen. Die NN-basierten räumlich-zeitlichen Parameter zeigten eine hohe Korrelation mit der Grundwahrheit, und in einigen Fällen wurde eine sehr hohe Korrelation erzielt. Die Ergebnisse belegen die Nützlichkeit der vorgeschlagenen Methode. DerWert des Parameters über die Zeit ergab eine Zeitreihe, eine langfristige Darstellung des Ganges. Diese Zeitreihe konnte mit verschiedenen mathematischen Methoden weiter analysiert werden. Als dritter Beitrag in dieser Dissertation wurden Verbesserungen an den bestehenden mathematischen Methoden der Zeitreihenanalyse von zeitlichen Gangdaten vorgeschlagen. Zu diesem Zweck werden zwei Verfeinerungen bestehender entropiebasierter Methoden zur Analyse von Schrittintervall-Zeitreihen vorgeschlagen. Diese Verfeinerungen wurden an Schrittintervall-Zeitseriendaten von normalen und neurodegenerativen Erkrankungen validiert, die aus der öffentlich zugänglichen Datenbank PhysioNet heruntergeladen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die von uns vorgeschlagene Methode eine klare Trennung zwischen gesunden und kranken Gruppen ermöglicht. In Zukunft könnten fortschrittliche medizinische Unterstützungssysteme, die künstliche Intelligenz nutzen und von den hier vorgestellten Methoden abgeleitet sind, Ärzte bei der Diagnose und langfristigen Überwachung des Gangs von Patienten unterstützen und so die klinische Arbeitsbelastung verringern und die Patientensicherheit verbessern

    Brain Computations and Connectivity [2nd edition]

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    This is an open access title available under the terms of a CC BY-NC-ND 4.0 International licence. It is free to read on the Oxford Academic platform and offered as a free PDF download from OUP and selected open access locations. Brain Computations and Connectivity is about how the brain works. In order to understand this, it is essential to know what is computed by different brain systems; and how the computations are performed. The aim of this book is to elucidate what is computed in different brain systems; and to describe current biologically plausible computational approaches and models of how each of these brain systems computes. Understanding the brain in this way has enormous potential for understanding ourselves better in health and in disease. Potential applications of this understanding are to the treatment of the brain in disease; and to artificial intelligence which will benefit from knowledge of how the brain performs many of its extraordinarily impressive functions. This book is pioneering in taking this approach to brain function: to consider what is computed by many of our brain systems; and how it is computed, and updates by much new evidence including the connectivity of the human brain the earlier book: Rolls (2021) Brain Computations: What and How, Oxford University Press. Brain Computations and Connectivity will be of interest to all scientists interested in brain function and how the brain works, whether they are from neuroscience, or from medical sciences including neurology and psychiatry, or from the area of computational science including machine learning and artificial intelligence, or from areas such as theoretical physics

    Evaluating footwear “in the wild”: Examining wrap and lace trail shoe closures during trail running

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    Trail running participation has grown over the last two decades. As a result, there have been an increasing number of studies examining the sport. Despite these increases, there is a lack of understanding regarding the effects of footwear on trail running biomechanics in ecologically valid conditions. The purpose of our study was to evaluate how a Wrap vs. Lace closure (on the same shoe) impacts running biomechanics on a trail. Thirty subjects ran a trail loop in each shoe while wearing a global positioning system (GPS) watch, heart rate monitor, inertial measurement units (IMUs), and plantar pressure insoles. The Wrap closure reduced peak foot eversion velocity (measured via IMU), which has been associated with fit. The Wrap closure also increased heel contact area, which is also associated with fit. This increase may be associated with the subjective preference for the Wrap. Lastly, runners had a small but significant increase in running speed in the Wrap shoe with no differences in heart rate nor subjective exertion. In total, the Wrap closure fit better than the Lace closure on a variety of terrain. This study demonstrates the feasibility of detecting meaningful biomechanical differences between footwear features in the wild using statistical tools and study design. Evaluating footwear in ecologically valid environments often creates additional variance in the data. This variance should not be treated as noise; instead, it is critical to capture this additional variance and challenges of ecologically valid terrain if we hope to use biomechanics to impact the development of new products

    A Multi-Stakeholder Information Model to Drive Process Connectivity In Smart Buildings

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    Smart buildings utilise IoT technology to provide stakeholders with efficient, comfortable, and secure experiences. However, previous studies have primarily focused on the technical aspects of it and how it can address specific stakeholder requirements. This study adopts socio-technical theory principles to propose a model that addresses stakeholders' needs by considering the interrelationship between social and technical subsystems. A systematic literature review and thematic analysis of 43 IoT conceptual frameworks for smart building studies informed the design of a comprehensive conceptual model and IoT framework for smart buildings. The study's findings suggest that addressing stakeholder requirements is essential for developing an information model in smart buildings. A multi-stakeholder information model integrating multiple stakeholders' perspectives enhances information sharing and improves process connectivity between various systems and subsystems. The socio-technical systems framework emphasises the importance of considering technical and social aspects while integrating smart building systems for seamless operation and effectiveness. The study's findings have significant implications for enhancing stakeholders' experience and improving operational efficiency in commercial buildings. The insights from the study can inform smart building systems design to consider all stakeholder requirements holistically, promoting process connectivity in smart buildings. The literature analysis contributed to developing a comprehensive IoT framework, addressing the need for holistic thinking when proposing IoT frameworks for smart buildings by considering different stakeholders in the building
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