SPINS - um simulador neural para visualização de aspectos de aprendizado utilizando neurônios spiking

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação.Os artefatos inteligentes podem ser considerados mecanismos inspirados biologicamente. Estes artefatos possuem a capacidade de simular características e comportamentos semelhantes ao dos seres vivos, através da modelagem biológica de seus sistemas neurais. Para obter um maior grau de fidelidade, o sistema nervoso destes artefatos deve implementar modelos neurais que se assemelhem ao modelo de neurônio biológico. Assim, acredita-se que a utilização de neurônios artificiais do tipo spiking - que são definidos como neurônios que apresentam como saída potenciais de ação - são os modelos mais recomendados para simular os neurônios biológicos. Para a visualização do sistema nervoso, que na área de Inteligência Artificial é representada pela rede neural do artefato, foi proposto neste trabalho um simulador neural chamado SPINS (Spiking Neurons Simulator). Este simulador foi desenvolvido para fins didáticos, possibilitando a visualização da rede neural como um todo, na qual são mostradas as ativações de cada neurônio e os estados em que o mesmo se apresenta, sendo que o estado é definido pelo seu potencial de membrana atual. Biologicamente, o aprendizado ocorre através de mudanças estruturais nas sinapses. Assim, através da organização de conexões sinápticas específicas, o simulador proposto permite visualizar aspectos de aprendizado, tais como habituação, sensibilização e condicionamento clássico. A teoria biológica que fundamenta este trabalho, bem como as estruturas computacionais que representam os modelos biológicos, é apresentada para dar um maior embasamento teórico. Por fim, o simulador proposto é validado através de um caso de uso o qual é implementada uma rede neural de um robô inspirado biologicamente

The effect of dendritic morphology on pattern recognition in the presence of active conductances

© 2011 de Sousa et al; licensee BioMed Central Ltd. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.Poster presented at CNS 2011Peer reviewe

Optimization of neuronal morphologies for pattern recognition

© 2010 de Sousa et al; licensee BioMed Central Ltd.Poster presented at CNS 2010Peer reviewe

Association between cardiorespiratory fitness and body fat in girls

AbstractObjectiveTo estimate the prevalence of low cardiorespiratory fitness and its association with excess body fat, considering the sexual maturation and economic level in female adolescents.MethodsCross-sectional, epidemiological study of 1223 adolescents (10–17 years) from the public school system of Cascavel, PR, Brazil, in 2006. We analyzed the self-assessed sexual maturation level (prepubertal, pubertal and post-pubertal), the economic level (high and low) through a questionnaire and body fat (normal and high) through triceps and subscapular skinfolds. The 20-meter back-and-forth test was applied to estimate maximum oxygen consumption. Cardiorespiratory fitness was assessed according to reference criteria and considered low when the minimum health criterion for age and sex was not met. Chi-square test and logistic regression were applied, with a significance level of 5%.ResultsThe prevalence of low cardiorespiratory fitness was 51.3%, being associated with all study variables (p<0.001). At the crude analysis, adolescents with high body fat were associated with low cardiorespiratory fitness, when compared to those with normal body fat (OR=2.76; 95%CI: 2.17–3.52). After adjustment by sexual maturation, this association remained valid and showed an effect that was 1.8-fold higher (95%CI: 1.39–2.46) and after adjusting by economic level, the effect was 1.9-fold higher (95%CI: 1.45–2.61).ConclusionsApproximately half of the assessed girls showed unsatisfactory levels of cardiorespiratory fitness for health, which was associated with high body fat, regardless of sexual maturation level and economic level. Effective public health measures are needed, with particular attention to high-risk groups

Estado nutricional de crianças do baixo Amazonas: concordância entre três critérios de classificação

Introduction: The knowledge of adequate methods to monitor growth and nutritional status during childhood and adolescence makes possible an early diagnosis of possible problems, such as malnutrition, overweight or obesity in adult life.  Objective: To determine the agreement between three methods of nutritional assessment status of children 2 to 6 years old from Lower Amazonas region, Brazil. Methods: Exploratory, epidemiological, and cross-sectional school-based study conducted in 2014 with children of Child Education in the city of Parintins. We assessed the nutritional status, body mass index, according to three criteria: Conde and Monteiro, Cole et al, and World Health Organization (WHO). We used the Kappa coefficient to investigate the agreement between three criteria. Results: Participants were 1.387 children (714 boys) with a mean age of 5 years. The boys had a higher prevalence of overweight than girls by the WHO classification, but higher proportion of girls with low weight, according to the national criteria. The best levels of agreement were for females and national protocol showed good agreement with the international use of protocols, highlighting proposed by the WHO. Conclusion: We concluded that there was agreement among the criteria for assessing the nutritional status of children in the Lower Amazonas.Introdução: A avaliação do estado nutricional é fundamental na infância, pois a desnutrição, o sobrepeso e a obesidade são estágios indicativos de desequilíbrios que podem influenciar o adequado desenvolvimento infantil e interferir nos processos de saúde/doença. Objetivo: Determinar a concordância entre três métodos de avaliação do estado nutricional de crianças de 2 a 6 anos de idade da região do Baixo Amazonas, Brasil. Método: Estudo exploratório, epidemiológico com desenho transversal de base escolar realizado em 2014 com crianças do Ensino Infantil da cidade de Parintins. Foi avaliado o estado nutricional, pelo índice de massa corporal, segundo três critérios de avaliação: Conde e Monteiro, Cole et al. e Organização Mundial da Saúde (OMS). Aplicaram-se testes descritivos e de associação para análise do comportamento das variáveis e o coeficiente de Kappa para investigar a concordância dos resultados entre os três critérios.Resultados: Participaram da pesquisa 1.387 crianças (714 meninos) com idade média de 5 anos. Os meninos apresentaram maior prevalência de sobrepeso em relação às meninas pela classificação da OMS, em contrapartida maior proporção de meninas com baixo peso, segundo o critério nacional. Os melhores níveis de concordância foram para o sexo feminino e o protocolo nacional apresentou satisfatória concordância com os protocolos de uso internacional, com destaque para o proposto pela OMS. Conclusão: Desse modo, conclui-se que houve concordância entre os critérios de avaliação do estado nutricional em crianças do Baixo Amazonas.  

Dendritic Morphology Predicts Pattern Recognition Performance in Multi-compartmental Model Neurons with and without Active Conductances

This is an Open Access article published under the Creative Commons Attribution license CC BY 4.0 which allows users to read, copy, distribute and make derivative works, as long as the author of the original work is citedIn this paper we examine how a neuron’s dendritic morphology can affect its pattern recognition performance. We use two different algorithms to systematically explore the space of dendritic morphologies: an algorithm that generates all possible dendritic trees with 22 terminal points, and one that creates representative samples of trees with 128 terminal points. Based on these trees, we construct multi-compartmental models. To assess the performance of the resulting neuronal models, we quantify their ability to discriminate learnt and novel input patterns. We find that the dendritic morphology does have a considerable effect on pattern recognition performance and that the neuronal performance is inversely correlated with the mean depth of the dendritic tree. The results also reveal that the asymmetry index of the dendritic tree does not correlate with the performance for the full range of tree morphologies. The performance of neurons with dendritic tapering is best predicted by the mean and variance of the electrotonic distance of their synapses to the soma. All relationships found for passive neuron models also hold, even in more accentuated form, for neurons with active membranesPeer reviewedFinal Published versio

Optimization of Neuronal Morphologies for Pattern Recognition

This thesis addresses the problem of how the dendritic structure and other morphological properties of the neuron can determine its pattern recognition performance. The techniques used in this work for generating dendritic trees with different morphologies included the following three methods. Firstly, dendritic trees were produced by exhaustively generating every possible morphology. Where this was not possible due to the size of morphological space, I sampled systematically from the possible morphologies. Lastly, dendritic trees were evolved using an evolutionary algorithm, which varied existing morphologies using selection, mutation and crossover. From these trees, I constructed full compartmental conductance-based models of neurons. I then assessed the performance of the resulting neuronal models by quantifying their ability to discriminate between learned and novel input patterns. The morphologies generated were tested in the presence and absence of active conductances. The results have shown that the morphology does have a considerable effect on pattern recognition performance. In fact, neurons with a small mean depth of their dendritic tree are the best pattern recognizers. Moreover, the performance of neurons is anti-correlated with mean depth. Interestingly, the symmetry of the neuronal morphology does not correlate with performance. This research has also revealed that the evolutionary algorithm could find effective morphologies for both passive models and models with active conductances. In the active model, there was a considerable change in the performance of the original population of neurons, which largely resulted from changes in the morphological parameters such as dendritic compartmental length and tapering. However, no single parameter setting guaranteed good neuronal performance; in three separate runs of the evolutionary algorithm, different sets of well performing parameters were found. In fact, the evolved neurons performed at least five times better than the original hand-tuned neurons. In summary, the combination of morphological parameters plays a key role in determining the performance of neurons in the pattern recognition task and the right combination produces very well performing neurons

Optimization of neuronal morphologies for pattern recognition

This thesis addresses the problem of how the dendritic structure and other morphological properties of the neuron can determine its pattern recognition performance. The techniques used in this work for generating dendritic trees with different morphologies included the following three methods. Firstly, dendritic trees were produced by exhaustively generating every possible morphology. Where this was not possible due to the size of morphological space, I sampled systematically from the possible morphologies. Lastly, dendritic trees were evolved using an evolutionary algorithm, which varied existing morphologies using selection, mutation and crossover. From these trees, I constructed full compartmental conductance-based models of neurons. I then assessed the performance of the resulting neuronal models by quantifying their ability to discriminate between learned and novel input patterns. The morphologies generated were tested in the presence and absence of active conductances. The results have shown that the morphology does have a considerable effect on pattern recognition performance. In fact, neurons with a small mean depth of their dendritic tree are the best pattern recognizers. Moreover, the performance of neurons is anti-correlated with mean depth. Interestingly, the symmetry of the neuronal morphology does not correlate with performance. This research has also revealed that the evolutionary algorithm could find effective morphologies for both passive models and models with active conductances. In the active model, there was a considerable change in the performance of the original population of neurons, which largely resulted from changes in the morphological parameters such as dendritic compartmental length and tapering. However, no single parameter setting guaranteed good neuronal performance; in three separate runs of the evolutionary algorithm, different sets of well performing parameters were found. In fact, the evolved neurons performed at least five times better than the original hand-tuned neurons. In summary, the combination of morphological parameters plays a key role in determining the performance of neurons in the pattern recognition task and the right combination produces very well performing neurons.EThOS - Electronic Theses Online ServiceGBUnited Kingdo

A diversidade étnica na educação infantil: minimizando desigualdades ou difundindo estereótipos?

A diversidade étnica na educação infantil: minimizando desigualdades ou difundindo estereótipos? A importância do trabalho com a diversidade étnica na educação infantil mostra-se pela necessidade de apresentar ás crianças pequenas as diferentes etnias que historicamente compõem o Brasil e como a variação existente dentro da sala de aula ou fora dela deriva disso. É natural as crianças questionarem porque são diferentes das outras, cabe ao professor saber como trabalhar esse tema, que se trabalhado de forma equivocada pode trazer consequências como a discriminação e o preconceito. Nesse contexto, o RCNEI (Referencial Curricular Nacional para a Educação Infantil) mostra-se de grande valia, propondo metodologias e recursos a serem utilizados referente ao tema diversidade étnica. Não instigar a criança a percorrer pelo campo que este eixo proporciona é subestimar sua capacidade de compreensão do meio em que vive. Precisamos enxergar de que forma o modo pensar e agir dos educadores e da escola está afetando a compensação de desigualdade dentro da nossa sociedade. Os profissionais da educação tem que ter claro o seu papel pedagógico de valorizar e ajudar a criança a valorizar o outro como ele é.FAPEA

O Ensino De Matemática Nas Escolas Municipais Indígenas.

Nos dias atuais, a Matemática é indispensável aos indígenas visto que contribui para as diversas atividades realizadas na comunidade e na proteção dela, assim, o currículo das escolas indígenas, devem abarcar essa área do conhecimento de modo que garanta a aprendizagem de conhecimentos que correspondam as necessidades e interesses da própria comunidade. Nesse sentido, os projetos pedagógicos mostram-se de grande valia, visto que os mesmos contribuem para assegurar os princípios e práticas educativas interculturais, multilíngues, específicas, comunitárias e diferenciadas da educação escolar indígena. Assim, os objetivos da referida pesquisa são analisar as relações entre as propostas pedagógicas da SEMED-MANAUS para a educação escolar indígena e sua implementação nas escolas indígenas para o ensino de Matemática; conhecer as propostas pedagógicas da SEMED-MANAUS para a educação escolar indígena; avaliar se as metodologias utilizadas estão adequadas para o trabalho com a Matemática nessas instituições; e identificar a visão dos professores com relação às propostas pedagógicas da SEMED com relação ao ensino da Matemática para as Escolas Indígenas, pois constatamos que as pessoas responsáveis pela formação e o trabalho dos professores indígenas do município de Manaus, não sabiam afirmar se o ensino de Matemática estava sendo efetivo nas escolas indígenas. O estudo será realizado em uma escola indígena da cidade de Manaus ¿ Brasil. Embasaremos a pesquisa na concepção dialética, no conceito de etnomatemática, nos documentos oficiais etc. Os instrumentos utilizados serão a observação sistemática e a entrevista não estruturada.FAPEA