Avaliação de técnicas de classificação para dados desbalanceados

Orientador: Prof. Dr. Luiz Eduardo Soares de OliveiraMonografia (especialização) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Especialização em Data Science e Big DataInclui referênciasResumo: Um conjunto de dados desbalanceado ocorre quando há diferença no número de amostras em diferentes classes. A fase de aprendizagem para a predição do modelo pode ser afetada em caso de dados desbalanceados. Então, neste estudo, foram aplicadas técnicas de oversampling e undesampling para lidar com dados desbalanceados. Os resultados mostraram um melhor desempenho do modelo Random Forest e das técnicas de oversampling para as métricas acurácia e precisão, um melhor desempenho das técnicas de oversampling para a métrica F1 e um melhor desempenho das técnicas de undersampling para as métricas recall e área sob a curva ROCAbstract: An imbalanced data occurs when there is a difference between the distribution of classes within a dataset. Machine learning models can be influenced by imbalanced datasets. So, in this study, it was applied the oversampling and undersampling techniques to deal with imbalanced data. The results show a better model performance for Random Forest and oversampling techniques for accuracy and precision metrics, a better oversampling performance for F1 metric, and a better undersampling performance for recall and ROC curve metric

Interação entre as áreas funcionais do sistema visual e do sistema vestibular: estudo com RMF e EGV

The static body equilibrium is controlled by three sensory systems: the vestibular system, responsible for informing the position and the movements of the head; the visual system, which informs the spatial objects position relative to the body; and the proprioceptive system, which controls posture and body movements. These three systems must always work in harmony, otherwise the individual will present balance problems. Thus, it is important to characterize the cortical regions, as well as their interactions, involved in this process. For this it is necessary to use functional neuroimaging techniques, the functional magnetic resonance imaging (fMRI) is one of the most used techniques in this field nowadays. However, a large fMRI experiments require the use of electronic devices for producing somatosensory stimulation in the human body, where the main difficulty is its hostile environment for electronic circuits. The galvanic vestibular stimulation is one of the most used methods to stimulate the vestibular system. This stimulation consist of applying a low current amplitude directly on vestibular afferents, which acts firing the primary vestibular neurons, affecting the otolithic afferents and the semicircular canals fibers. The objective of this work is to evaluate and analyze the brain areas involved with visual and galvanic vestibular stimulations and their interactions using fMRI. Therefore, as a first step of this research, a galvanic vestibular stimulator was validated in vivo. The electrical stimulator did not interfere in a significance way on magnetic resonance images quality and could be safely used in fMRI experiments. Tests were performed to select an electrode sufficiently comfortable for the volunteer during the galvanic vestibular stimulation and that do not cause artifacts in the images. After completed these steps, 24 subjects were selected to perform three tasks: a purely visual (a flashing checkerboard in the center of the screen), a purely vestibular (with application of galvanic vestibular stimulation) and a simultaneous, presenting the visual and vestibular stimuli together. The purely visual stimulation showed activation of the primary and associative visual cortices, while the purely vestibular stimulation led to activation of areas involved in multimodal function of the vestibular system, such as the parieto-insular vestibular cortex, the inferior parietal lobe, the superior temporal gyrus, the precentral gyrus and the cerebellum. The simultaneous stimulation of visual and vestibular systems resulted in activation of the middle and inferior frontal gyri. In addition to the reciprocal inhibitory visualvestibular interaction pattern had been more evident during the simultaneous condition, it was observed that frontal regions (dorsomedial prefrontal cortex and superior frontal gyrus) are involved with the executive function processing when there is conflicting information of visual and vestibular systems.CAPES, CNPqO equilíbrio estático corporal é comandado por três sistemas sensoriais: o sistema vestibular, responsável pelas informações sobre a posição e os movimentos da cabeça; o sistema visual, que informa a posição espacial dos objetos em relação ao nosso corpo; e o sistema proprioceptivo, que controla a postura e a movimentação corporal. Estes três sistemas devem funcionar sempre em sintonia, caso contrário, o indivíduo apresentará problemas de equilíbrio. Dessa forma, é importante caracterizar as regiões corticais, bem como suas interações, envolvidas neste processo. Para isto, é necessário a utilização de técnicas de neuroimagem funcional, sendo a ressonância magnética funcional (RMf) uma das técnicas mais utilizadas neste campo nos dias de hoje. Entretanto, uma grande parte dos experimentos de RMf requer o uso de aparelhos eletrônicos para produzir estimulações somatosensoriais no corpo humano, onde a principal dificuldade é o seu ambiente hostil aos circuitos eletrônicos. A estimulação galvânica vestibular é um dos métodos mais utilizados para estimular o sistema vestibular. Esta consiste em fornecer uma corrente de baixa amplitude diretamente nas aferências vestibulares, a qual atua no disparo dos neurônios vestibulares primários atingindo principalmente as aferências otolíticas e as fibras dos canais semicirculares. O objetivo deste trabalho é analisar e avaliar as áreas cerebrais envolvidas com as estimulações visual e galvânica vestibular e suas interações, utilizando a técnica de RMf e um estimulador galvânico vestibular. Para tanto, como primeira etapa desta pesquisa, validou-se in vivo um estimulador galvânico vestibular. O estimulador elétrico não interferiu de forma significativa na qualidade das imagens de ressonância magnética e pode ser utilizado com segurança nos experimentos de RMf. Testes foram realizados para determinar um eletrodo suficientemente confortável para o voluntário durante a estimulação galvânica vestibular e que não causasse artefato nas imagens. Após estas etapas concluídas, 24 voluntários foram selecionados para realizarem três tarefas: uma puramente visual (um tabuleiro de xadrez piscante no centro da tela), uma puramente vestibular (pela aplicação da estimulação galvânica vestibular) e uma simultânea, com a apresentação em conjunto dos estímulos visual e vestibular. A estimulação puramente visual mostrou ativação dos córtices visual primário e associativo, enquanto que a estimulação puramente vestibular levou a ativação das principais áreas envolvidas com a função multimodal do sistema vestibular, como o córtex parietoinsular vestibular, o lóbulo parietal inferior, o giro temporal superior, o giro pré-central e o cerebelo. A estimulação simultânea dos sistemas visual e vestibular resultou na ativação dos giros frontal médio e inferior. Além do padrão de interação visual-vestibular inibitório recíproco ter sido mais evidente durante a condição simultânea, observou-se que as regiões frontais (córtex dorsomedial pré-frontal e giro frontal superior) estão envolvidas com o processamento da função executiva quando existem informações conflitantes dos sistemas visual e vestibular

Variability of cerebral activity in response to vestibular and oculomotor stimuli evaluated by fMRI

A avaliação da variabilidade inter-individual da atividade funcional é de grande importância na utilização da ressonância magnética funcional (fMRI) no contexto clínico. O objetivo principal desse estudo é analisar a variabilidade da ativação cerebral dos sistemas vestibular e oculomotor, através da fMRI em resposta à estimulação optocinética horizontal e aos movimentos de rastreio e sacade dos olhos. Para isso, imagens por ressonância magnética foram obtidas de vinte e três voluntários assintomáticos (treze para o estudo optocinético e dez para os estudos rastreio e sacade) em um scanner de 1.5 T Siemens (Magneton Vision) com seqüências do tipo EPI-BOLD. Os mapas estatísticos foram obtidos no programa Brain Voyager, utilizando o método Modelo Geral Linear. Encontramos ativação significante no córtex visual primário, ao longo do giro occipital médio e inferior, no giro temporal médio, superior e inferior, no giro pós- e pré-central, ao longo do giro frontal inferior, superior e médio, no giro supramarginal, no lobo parietal superior e inferior, na ínsula e no cíngulo anterior e posterior. Grupos de atividade também foram encontrados em estruturas subcorticais (putamen, globo pálido, corpo caloso e tálamo), além do cerebelo. A análise da freqüência de ativação revelou uma alta variabilidade entre voluntários. Contudo, as regiões com maior freqüência de ativação foram as áreas frontais e a área que compreende o giro temporal médio e médio superior. Utilizamos dois métodos para a análise dos índices de lateralização, o primeiro admite um valor estatístico fixo e o segundo leva em consideração a dependência do limiar estatístico com o número de pixels ativados, o segundo método mostrou-se mais confiável. Os índices mostraram uma dominância do hemisfério direito para o estudo optocinético. Já, para os estudos rastreio e sacade, não verificamos essa dominância. Esse estudo permitiu a caracterização das mais freqüentemente áreas envolvidas nas tarefas de estimulação optocinética e dos movimentos de rastreio e sacade dos olhos. A combinação dessas tarefas constitui uma grande ferramenta para determinar a lateralização dessas funções e mapear as maiores áreas envolvidas nos sistemas oculomotor e vestibular.Assessing inter-variability of functional activations is of practical importance in the use of functional magnetic resonance imaging (fMRI) in clinical context. The main objective of this study is to analyze the variability of cerebral activation of the vestibular and oculomotor systems through an optokinetic horizontal, a pursuit and saccadic eye movement stimulations by means of fMRI. For this, images of magnetic resonance were acquired of twenty and three asymptomatic volunteers (thirteen for the optokinetic study and ten for the pursuit and saccade stimulations) in scanner of 1.5 T Siemens (Magneton Vision) with EPI-BOLD fMRI sequences. The statistical maps were analyzed in Brain Voyager software, using the method General Linear Model. We find significant activation in primary visual cortex, in middle and inferior occipital gyrus, in middle, superior and inferior temporal gyrus, in postcentral and precentral gyrus, in middle, inferior and superior frontal gyrus, in supramarginal gyrus, in superior and inferior parietal lobule, in insula and in anterior and posterior cingulate gyrus. Groups of activity had been also found in subcorticals structures (putamen, globus pallidus, corpus callosum and thalamus), beyond the cerebellum. The analysis of the activation frequency displays a high variability between volunteers. However, the most frequently activation regions were localized in areas frontals and in regions comprehending the middle and medial superior temporal gyrus. We use two methods for the analysis of the laterality index, the first admits a fixed statistical value and the second takes in consideration the dependence of the statistical threshold within the activated number of pixels, the second method revealed more reliability. The indices had shown a right hemisphere dominance for the optokinetic study but, for the pursuit and saccade stimulations, we do not verify this dominance. Our study allowed the characterization of the most frequently involved foci in tasks of optokinetic and pursuit and saccade eye movement stimulations. The combination of these tasks constitutes a suitable tool for determine the lateralization of these functions and for mapping major areas involved in the oculomotor and vestibular systems

Variability of cerebral activity in response to vestibular and oculomotor stimuli evaluated by fMRI

A avaliação da variabilidade inter-individual da atividade funcional é de grande importância na utilização da ressonância magnética funcional (fMRI) no contexto clínico. O objetivo principal desse estudo é analisar a variabilidade da ativação cerebral dos sistemas vestibular e oculomotor, através da fMRI em resposta à estimulação optocinética horizontal e aos movimentos de rastreio e sacade dos olhos. Para isso, imagens por ressonância magnética foram obtidas de vinte e três voluntários assintomáticos (treze para o estudo optocinético e dez para os estudos rastreio e sacade) em um scanner de 1.5 T Siemens (Magneton Vision) com seqüências do tipo EPI-BOLD. Os mapas estatísticos foram obtidos no programa Brain Voyager, utilizando o método Modelo Geral Linear. Encontramos ativação significante no córtex visual primário, ao longo do giro occipital médio e inferior, no giro temporal médio, superior e inferior, no giro pós- e pré-central, ao longo do giro frontal inferior, superior e médio, no giro supramarginal, no lobo parietal superior e inferior, na ínsula e no cíngulo anterior e posterior. Grupos de atividade também foram encontrados em estruturas subcorticais (putamen, globo pálido, corpo caloso e tálamo), além do cerebelo. A análise da freqüência de ativação revelou uma alta variabilidade entre voluntários. Contudo, as regiões com maior freqüência de ativação foram as áreas frontais e a área que compreende o giro temporal médio e médio superior. Utilizamos dois métodos para a análise dos índices de lateralização, o primeiro admite um valor estatístico fixo e o segundo leva em consideração a dependência do limiar estatístico com o número de pixels ativados, o segundo método mostrou-se mais confiável. Os índices mostraram uma dominância do hemisfério direito para o estudo optocinético. Já, para os estudos rastreio e sacade, não verificamos essa dominância. Esse estudo permitiu a caracterização das mais freqüentemente áreas envolvidas nas tarefas de estimulação optocinética e dos movimentos de rastreio e sacade dos olhos. A combinação dessas tarefas constitui uma grande ferramenta para determinar a lateralização dessas funções e mapear as maiores áreas envolvidas nos sistemas oculomotor e vestibular.Assessing inter-variability of functional activations is of practical importance in the use of functional magnetic resonance imaging (fMRI) in clinical context. The main objective of this study is to analyze the variability of cerebral activation of the vestibular and oculomotor systems through an optokinetic horizontal, a pursuit and saccadic eye movement stimulations by means of fMRI. For this, images of magnetic resonance were acquired of twenty and three asymptomatic volunteers (thirteen for the optokinetic study and ten for the pursuit and saccade stimulations) in scanner of 1.5 T Siemens (Magneton Vision) with EPI-BOLD fMRI sequences. The statistical maps were analyzed in Brain Voyager software, using the method General Linear Model. We find significant activation in primary visual cortex, in middle and inferior occipital gyrus, in middle, superior and inferior temporal gyrus, in postcentral and precentral gyrus, in middle, inferior and superior frontal gyrus, in supramarginal gyrus, in superior and inferior parietal lobule, in insula and in anterior and posterior cingulate gyrus. Groups of activity had been also found in subcorticals structures (putamen, globus pallidus, corpus callosum and thalamus), beyond the cerebellum. The analysis of the activation frequency displays a high variability between volunteers. However, the most frequently activation regions were localized in areas frontals and in regions comprehending the middle and medial superior temporal gyrus. We use two methods for the analysis of the laterality index, the first admits a fixed statistical value and the second takes in consideration the dependence of the statistical threshold within the activated number of pixels, the second method revealed more reliability. The indices had shown a right hemisphere dominance for the optokinetic study but, for the pursuit and saccade stimulations, we do not verify this dominance. Our study allowed the characterization of the most frequently involved foci in tasks of optokinetic and pursuit and saccade eye movement stimulations. The combination of these tasks constitutes a suitable tool for determine the lateralization of these functions and for mapping major areas involved in the oculomotor and vestibular systems