Prime, Perform, Recover

This thesis examines the formal and conceptual framework of my artistic practice as it culminated in the installation of my thesis exhibition, Prime, Perform, Recover. My exhibition seeks to operate as an analysis and critique of the separation inherent in media presentation and rhetoric surrounding natural disasters. I utilize the aesthetics and vocabulary of disaster capitalism and prepping culture in order to pose direct questions about ecological and social change. I examine the role of images within mass media image production as an all encompassing Now-Time. In this paper I describe frameworks that my practice proposes as potential solutions to these problems, and I position my research in the context of artists and artworks that have influenced me and operate within similar channels as my own

Space for Two to Think: Large, High-Resolution Displays for Co-located Collaborative Sensemaking

Large, high-resolution displays carry the potential to enhance single display groupware collaborative sensemaking for intelligence analysis tasks by providing space for common ground to develop, but it is up to the visual analytics tools to utilize this space effectively. In an exploratory study, we compared two tools (Jigsaw and a document viewer), which were adapted to support multiple input devices, to observe how the large display space was used in establishing and maintaining common ground during an intelligence analysis scenario using 50 textual documents. We discuss the spatial strategies employed by the pairs of participants, which were largely dependent on tool type (data-centric or function-centric), as well as how different visual analytics tools used collaboratively on large, high-resolution displays impact common ground in both process and solution. Using these findings, we suggest design considerations to enable future co-located collaborative sensemaking tools to take advantage of the benefits of collaborating on large, high-resolution displays

Practopoiesis: Or how life fosters a mind

The mind is a biological phenomenon. Thus, biological principles of organization should also be the principles underlying mental operations. Practopoiesis states that the key for achieving intelligence through adaptation is an arrangement in which mechanisms laying a lower level of organization, by their operations and interaction with the environment, enable creation of mechanisms lying at a higher level of organization. When such an organizational advance of a system occurs, it is called a traverse. A case of traverse is when plasticity mechanisms (at a lower level of organization), by their operations, create a neural network anatomy (at a higher level of organization). Another case is the actual production of behavior by that network, whereby the mechanisms of neuronal activity operate to create motor actions. Practopoietic theory explains why the adaptability of a system increases with each increase in the number of traverses. With a larger number of traverses, a system can be relatively small and yet, produce a higher degree of adaptive/intelligent behavior than a system with a lower number of traverses. The present analyses indicate that the two well-known traverses-neural plasticity and neural activity-are not sufficient to explain human mental capabilities. At least one additional traverse is needed, which is named anapoiesis for its contribution in reconstructing knowledge e.g., from long-term memory into working memory. The conclusions bear implications for brain theory, the mind-body explanatory gap, and developments of artificial intelligence technologies.Comment: Revised version in response to reviewer comment

Perspective study: governance for C2C

This perspective study will serve as frame of reference for follow-up activities and exchanges both within and outside the Cradle to Cradle Network (C2CN) and it aims to reflect the current challenges and opportunities associated with implementing a Cradle to Cradle approach. In total, four perspective studies have been written, in the areas on industry, area spatial development, governance and on the build theme

Cognitive visual tracking and camera control

Cognitive visual tracking is the process of observing and understanding the behaviour of a moving person. This paper presents an efficient solution to extract, in real-time, high-level information from an observed scene, and generate the most appropriate commands for a set of pan-tilt-zoom (PTZ) cameras in a surveillance scenario. Such a high-level feedback control loop, which is the main novelty of our work, will serve to reduce uncertainties in the observed scene and to maximize the amount of information extracted from it. It is implemented with a distributed camera system using SQL tables as virtual communication channels, and Situation Graph Trees for knowledge representation, inference and high-level camera control. A set of experiments in a surveillance scenario show the effectiveness of our approach and its potential for real applications of cognitive vision

Intrinsic activity in the fly brain gates visual information during behavioral choices

The small insect brain is often described as an input/output system that executes reflex-like behaviors. It can also initiate neural activity and behaviors intrinsically, seen as spontaneous behaviors, different arousal states and sleep. However, less is known about how intrinsic activity in neural circuits affects sensory information processing in the insect brain and variability in behavior. Here, by simultaneously monitoring Drosophila's behavioral choices and brain activity in a flight simulator system, we identify intrinsic activity that is associated with the act of selecting between visual stimuli. We recorded neural output (multiunit action potentials and local field potentials) in the left and right optic lobes of a tethered flying Drosophila, while its attempts to follow visual motion (yaw torque) were measured by a torque meter. We show that when facing competing motion stimuli on its left and right, Drosophila typically generate large torque responses that flip from side to side. The delayed onset (0.1-1 s) and spontaneous switch-like dynamics of these responses, and the fact that the flies sometimes oppose the stimuli by flying straight, make this behavior different from the classic steering reflexes. Drosophila, thus, seem to choose one stimulus at a time and attempt to rotate toward its direction. With this behavior, the neural output of the optic lobes alternates; being augmented on the side chosen for body rotation and suppressed on the opposite side, even though the visual input to the fly eyes stays the same. Thus, the flow of information from the fly eyes is gated intrinsically. Such modulation can be noise-induced or intentional; with one possibility being that the fly brain highlights chosen information while ignoring the irrelevant, similar to what we know to occur in higher animals

Synaptic Learning for Neuromorphic Vision - Processing Address Events with Spiking Neural Networks

Das Gehirn übertrifft herkömmliche Computerarchitekturen in Bezug auf Energieeffizienz, Robustheit und Anpassungsfähigkeit. Diese Aspekte sind auch für neue Technologien wichtig. Es lohnt sich daher, zu untersuchen, welche biologischen Prozesse das Gehirn zu Berechnungen befähigen und wie sie in Silizium umgesetzt werden können. Um sich davon inspirieren zu lassen, wie das Gehirn Berechnungen durchführt, ist ein Paradigmenwechsel im Vergleich zu herkömmlichen Computerarchitekturen erforderlich. Tatsächlich besteht das Gehirn aus Nervenzellen, Neuronen genannt, die über Synapsen miteinander verbunden sind und selbstorganisierte Netzwerke bilden. Neuronen und Synapsen sind komplexe dynamische Systeme, die durch biochemische und elektrische Reaktionen gesteuert werden. Infolgedessen können sie ihre Berechnungen nur auf lokale Informationen stützen. Zusätzlich kommunizieren Neuronen untereinander mit kurzen elektrischen Impulsen, den so genannten Spikes, die sich über Synapsen bewegen. Computational Neuroscientists versuchen, diese Berechnungen mit spikenden neuronalen Netzen zu modellieren. Wenn sie auf dedizierter neuromorpher Hardware implementiert werden, können spikende neuronale Netze wie das Gehirn schnelle, energieeffiziente Berechnungen durchführen. Bis vor kurzem waren die Vorteile dieser Technologie aufgrund des Mangels an funktionellen Methoden zur Programmierung von spikenden neuronalen Netzen begrenzt. Lernen ist ein Paradigma für die Programmierung von spikenden neuronalen Netzen, bei dem sich Neuronen selbst zu funktionalen Netzen organisieren. Wie im Gehirn basiert das Lernen in neuromorpher Hardware auf synaptischer Plastizität. Synaptische Plastizitätsregeln charakterisieren Gewichtsaktualisierungen im Hinblick auf Informationen, die lokal an der Synapse anliegen. Das Lernen geschieht also kontinuierlich und online, während sensorischer Input in das Netzwerk gestreamt wird. Herkömmliche tiefe neuronale Netze werden üblicherweise durch Gradientenabstieg trainiert. Die durch die biologische Lerndynamik auferlegten Einschränkungen verhindern jedoch die Verwendung der konventionellen Backpropagation zur Berechnung der Gradienten. Beispielsweise behindern kontinuierliche Aktualisierungen den synchronen Wechsel zwischen Vorwärts- und Rückwärtsphasen. Darüber hinaus verhindern Gedächtnisbeschränkungen, dass die Geschichte der neuronalen Aktivität im Neuron gespeichert wird, so dass Verfahren wie Backpropagation-Through-Time nicht möglich sind. Neuartige Lösungen für diese Probleme wurden von Computational Neuroscientists innerhalb des Zeitrahmens dieser Arbeit vorgeschlagen. In dieser Arbeit werden spikende neuronaler Netzwerke entwickelt, um Aufgaben der visuomotorischen Neurorobotik zu lösen. In der Tat entwickelten sich biologische neuronale Netze ursprünglich zur Steuerung des Körpers. Die Robotik stellt also den künstlichen Körper für das künstliche Gehirn zur Verfügung. Auf der einen Seite trägt diese Arbeit zu den gegenwärtigen Bemühungen um das Verständnis des Gehirns bei, indem sie schwierige Closed-Loop-Benchmarks liefert, ähnlich dem, was dem biologischen Gehirn widerfährt. Auf der anderen Seite werden neue Wege zur Lösung traditioneller Robotik Probleme vorgestellt, die auf vom Gehirn inspirierten Paradigmen basieren. Die Forschung wird in zwei Schritten durchgeführt. Zunächst werden vielversprechende synaptische Plastizitätsregeln identifiziert und mit ereignisbasierten Vision-Benchmarks aus der realen Welt verglichen. Zweitens werden neuartige Methoden zur Abbildung visueller Repräsentationen auf motorische Befehle vorgestellt. Neuromorphe visuelle Sensoren stellen einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu hirninspirierten Paradigmen dar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kameras senden diese Sensoren Adressereignisse aus, die lokalen Änderungen der Lichtintensität entsprechen. Das ereignisbasierte Paradigma ermöglicht eine energieeffiziente und schnelle Bildverarbeitung, erfordert aber die Ableitung neuer asynchroner Algorithmen. Spikende neuronale Netze stellen eine Untergruppe von asynchronen Algorithmen dar, die vom Gehirn inspiriert und für neuromorphe Hardwaretechnologie geeignet sind. In enger Zusammenarbeit mit Computational Neuroscientists werden erfolgreiche Methoden zum Erlernen räumlich-zeitlicher Abstraktionen aus der Adressereignisdarstellung berichtet. Es wird gezeigt, dass Top-Down-Regeln der synaptischen Plastizität, die zur Optimierung einer objektiven Funktion abgeleitet wurden, die Bottom-Up-Regeln übertreffen, die allein auf Beobachtungen im Gehirn basieren. Mit dieser Einsicht wird eine neue synaptische Plastizitätsregel namens "Deep Continuous Local Learning" eingeführt, die derzeit den neuesten Stand der Technik bei ereignisbasierten Vision-Benchmarks erreicht. Diese Regel wurde während eines Aufenthalts an der Universität von Kalifornien, Irvine, gemeinsam abgeleitet, implementiert und evaluiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird der visuomotorische Kreis geschlossen, indem die gelernten visuellen Repräsentationen auf motorische Befehle abgebildet werden. Drei Ansätze werden diskutiert, um ein visuomotorisches Mapping zu erhalten: manuelle Kopplung, Belohnungs-Kopplung und Minimierung des Vorhersagefehlers. Es wird gezeigt, wie diese Ansätze, welche als synaptische Plastizitätsregeln implementiert sind, verwendet werden können, um einfache Strategien und Bewegungen zu lernen. Diese Arbeit ebnet den Weg zur Integration von hirninspirierten Berechnungsparadigmen in das Gebiet der Robotik. Es wird sogar prognostiziert, dass Fortschritte in den neuromorphen Technologien und bei den Plastizitätsregeln die Entwicklung von Hochleistungs-Lernrobotern mit geringem Energieverbrauch ermöglicht