Speech enhancement algorithms for audiological applications

Texto en inglés y resumen en inglés y españolPremio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2013-2014La mejora de la calidad de la voz es un problema que, aunque ha sido abordado durante muchos años, aún sigue abierto. El creciente auge de aplicaciones tales como los sistemas manos libres o de reconocimiento de voz automático y las cada vez mayores exigencias de las personas con pérdidas auditivas han dado un impulso definitivo a este área de investigación. Esta tesis doctoral se centra en la mejora de la calidad de la voz en aplicaciones audiológicas. La mayoría del trabajo de investigación desarrollado en esta tesis está dirigido a la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos digitales, teniendo en cuenta las limitaciones de este tipo de dispositivos. La combinación de técnicas de separación de fuentes y filtrado espacial con técnicas de aprendizaje automático y computación evolutiva ha originado novedosos e interesantes algoritmos que son incluidos en esta tesis. La tesis esta dividida en dos grandes bloques. El primer bloque contiene un estudio preliminar del problema y una exhaustiva revisión del estudio del arte sobre algoritmos de mejora de la calidad de la voz, que sirve para definir los objetivos de esta tesis. El segundo bloque contiene la descripción del trabajo de investigación realizado para cumplir los objetivos de la tesis, así como los experimentos y resultados obtenidos. En primer lugar, el problema de mejora de la calidad de la voz es descrito formalmente en el dominio tiempo-frecuencia. Los principales requerimientos y restricciones de los audífonos digitales son definidas. Tras describir el problema, una amplia revisión del estudio del arte ha sido elaborada. La revisión incluye algoritmos de mejora de la calidad de la voz mono-canal y multi-canal, considerando técnicas de reducción de ruido y técnicas de separación de fuentes. Además, la aplicación de estos algoritmos en audífonos digitales es evaluada. El primer problema abordado en la tesis es la separación de fuentes sonoras en mezclas infra-determinadas en el dominio tiempo-frecuencia, sin considerar ningún tipo de restricción computacional. El rendimiento del famoso algoritmo DUET, que consigue separar fuentes de voz con solo dos mezclas, ha sido evaluado en diversos escenarios, incluyendo mezclas lineales y binaurales no reverberantes, mezclas reverberantes, y mezclas de voz con otro tipo de fuentes tales como ruido y música. El estudio revela la falta de robustez del algoritmo DUET, cuyo rendimiento se ve seriamente disminuido en mezclas reverberantes, mezclas binaurales, y mezclas de voz con música y ruido. Con el objetivo de mejorar el rendimiento en estos casos, se presenta un novedoso algoritmo de separación de fuentes que combina la técnica de clustering mean shift con la base del algoritmo DUET. La etapa de clustering del algoritmo DUET, que esta basada en un histograma ponderado, es reemplazada por una modificación del algoritmo mean shift, introduciendo el uso de un kernel Gaussiano ponderado. El análisis de los resultados obtenidos muestran una clara mejora obtenida por el algoritmo propuesto en relación con el algoritmo DUET original y una modificación que usa k-means. Además, el algoritmo propuesto ha sido extendido para usar un array de micrófonos de cualquier tamaño y geometría. A continuación se ha abordado el problema de la enumeración de fuentes de voz, que esta relacionado con el problema de separación de fuentes. Se ha propuesto un novedoso algoritmo basado en un criterio de teoría de la información y en la estimación de los retardos relativos causados por las fuentes entre un par de micrófonos. El algoritmo ha obtenido excelente resultados y muestra robustez en la enumeración de mezclas no reverberantes de hasta 5 fuentes de voz. Además se demuestra la potencia del algoritmo para la enumeración de fuentes en mezclas reverberantes. El resto de la tesis esta centrada en audífonos digitales. El primer problema tratado es el de la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos monoaurales. En primer lugar, se realiza un estudio de los recursos computacionales disponibles en audífonos digitales de ultima generación. Los resultados de este estudio se han utilizado para limitar el coste computacional de los algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos propuestos en esta tesis. Para resolver este primer problema se propone un algoritmo mono-canal de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional. El objetivo es la estimación de una mascara tiempo-frecuencia continua para obtener el mayor parámetro PESQ de salida. El algoritmo combina una versión generalizada del estimador de mínimos cuadrados con un algoritmo de selección de características a medida, utilizando un novedoso conjunto de características. El algoritmo ha obtenido resultados excelentes incluso con baja relación señal a ruido. El siguiente problema abordado es el diseño de algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Estos sistemas tienen un problema adicional, y es que la conexión inalámbrica aumenta el consumo de potencia. El objetivo en esta tesis es diseñar algoritmos de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional que incrementen la eficiencia energética en audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Se han propuesto dos soluciones. La primera es un algoritmo de extremado bajo coste computacional que maximiza el parámetro WDO y esta basado en la estimación de una mascara binaria mediante un discriminante cuadrático que utiliza los valores ILD e ITD de cada punto tiempo-frecuencia para clasificarlo entre voz o ruido. El segundo algoritmo propuesto, también de bajo coste, utiliza además la información de puntos tiempo-frecuencia vecinos para estimar la IBM mediante una versión generalizada del LS-LDA. Además, se propone utilizar un MSE ponderado para estimar la IBM y maximizar el parámetro WDO al mismo tiempo. En ambos algoritmos se propone un esquema de transmisión eficiente energéticamente, que se basa en cuantificar los valores de amplitud y fase de cada banda de frecuencia con un numero distinto de bits. La distribución de bits entre frecuencias se optimiza mediante técnicas de computación evolutivas. El ultimo trabajo incluido en esta tesis trata del diseño de filtros espaciales para audífonos personalizados a una persona determinada. Los coeficientes del filtro pueden adaptarse a una persona siempre que se conozca su HRTF. Desafortunadamente, esta información no esta disponible cuando un paciente visita el audiólogo, lo que causa perdidas de ganancia y distorsiones. Con este problema en mente, se han propuesto tres métodos para diseñar filtros espaciales que maximicen la ganancia y minimicen las distorsiones medias para un conjunto de HRTFs de diseño

Speech enhancement algorithms for audiological applications

Texto en inglés y resumen en inglés y españolPremio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2013-2014La mejora de la calidad de la voz es un problema que, aunque ha sido abordado durante muchos años, aún sigue abierto. El creciente auge de aplicaciones tales como los sistemas manos libres o de reconocimiento de voz automático y las cada vez mayores exigencias de las personas con pérdidas auditivas han dado un impulso definitivo a este área de investigación. Esta tesis doctoral se centra en la mejora de la calidad de la voz en aplicaciones audiológicas. La mayoría del trabajo de investigación desarrollado en esta tesis está dirigido a la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos digitales, teniendo en cuenta las limitaciones de este tipo de dispositivos. La combinación de técnicas de separación de fuentes y filtrado espacial con técnicas de aprendizaje automático y computación evolutiva ha originado novedosos e interesantes algoritmos que son incluidos en esta tesis. La tesis esta dividida en dos grandes bloques. El primer bloque contiene un estudio preliminar del problema y una exhaustiva revisión del estudio del arte sobre algoritmos de mejora de la calidad de la voz, que sirve para definir los objetivos de esta tesis. El segundo bloque contiene la descripción del trabajo de investigación realizado para cumplir los objetivos de la tesis, así como los experimentos y resultados obtenidos. En primer lugar, el problema de mejora de la calidad de la voz es descrito formalmente en el dominio tiempo-frecuencia. Los principales requerimientos y restricciones de los audífonos digitales son definidas. Tras describir el problema, una amplia revisión del estudio del arte ha sido elaborada. La revisión incluye algoritmos de mejora de la calidad de la voz mono-canal y multi-canal, considerando técnicas de reducción de ruido y técnicas de separación de fuentes. Además, la aplicación de estos algoritmos en audífonos digitales es evaluada. El primer problema abordado en la tesis es la separación de fuentes sonoras en mezclas infra-determinadas en el dominio tiempo-frecuencia, sin considerar ningún tipo de restricción computacional. El rendimiento del famoso algoritmo DUET, que consigue separar fuentes de voz con solo dos mezclas, ha sido evaluado en diversos escenarios, incluyendo mezclas lineales y binaurales no reverberantes, mezclas reverberantes, y mezclas de voz con otro tipo de fuentes tales como ruido y música. El estudio revela la falta de robustez del algoritmo DUET, cuyo rendimiento se ve seriamente disminuido en mezclas reverberantes, mezclas binaurales, y mezclas de voz con música y ruido. Con el objetivo de mejorar el rendimiento en estos casos, se presenta un novedoso algoritmo de separación de fuentes que combina la técnica de clustering mean shift con la base del algoritmo DUET. La etapa de clustering del algoritmo DUET, que esta basada en un histograma ponderado, es reemplazada por una modificación del algoritmo mean shift, introduciendo el uso de un kernel Gaussiano ponderado. El análisis de los resultados obtenidos muestran una clara mejora obtenida por el algoritmo propuesto en relación con el algoritmo DUET original y una modificación que usa k-means. Además, el algoritmo propuesto ha sido extendido para usar un array de micrófonos de cualquier tamaño y geometría. A continuación se ha abordado el problema de la enumeración de fuentes de voz, que esta relacionado con el problema de separación de fuentes. Se ha propuesto un novedoso algoritmo basado en un criterio de teoría de la información y en la estimación de los retardos relativos causados por las fuentes entre un par de micrófonos. El algoritmo ha obtenido excelente resultados y muestra robustez en la enumeración de mezclas no reverberantes de hasta 5 fuentes de voz. Además se demuestra la potencia del algoritmo para la enumeración de fuentes en mezclas reverberantes. El resto de la tesis esta centrada en audífonos digitales. El primer problema tratado es el de la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos monoaurales. En primer lugar, se realiza un estudio de los recursos computacionales disponibles en audífonos digitales de ultima generación. Los resultados de este estudio se han utilizado para limitar el coste computacional de los algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos propuestos en esta tesis. Para resolver este primer problema se propone un algoritmo mono-canal de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional. El objetivo es la estimación de una mascara tiempo-frecuencia continua para obtener el mayor parámetro PESQ de salida. El algoritmo combina una versión generalizada del estimador de mínimos cuadrados con un algoritmo de selección de características a medida, utilizando un novedoso conjunto de características. El algoritmo ha obtenido resultados excelentes incluso con baja relación señal a ruido. El siguiente problema abordado es el diseño de algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Estos sistemas tienen un problema adicional, y es que la conexión inalámbrica aumenta el consumo de potencia. El objetivo en esta tesis es diseñar algoritmos de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional que incrementen la eficiencia energética en audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Se han propuesto dos soluciones. La primera es un algoritmo de extremado bajo coste computacional que maximiza el parámetro WDO y esta basado en la estimación de una mascara binaria mediante un discriminante cuadrático que utiliza los valores ILD e ITD de cada punto tiempo-frecuencia para clasificarlo entre voz o ruido. El segundo algoritmo propuesto, también de bajo coste, utiliza además la información de puntos tiempo-frecuencia vecinos para estimar la IBM mediante una versión generalizada del LS-LDA. Además, se propone utilizar un MSE ponderado para estimar la IBM y maximizar el parámetro WDO al mismo tiempo. En ambos algoritmos se propone un esquema de transmisión eficiente energéticamente, que se basa en cuantificar los valores de amplitud y fase de cada banda de frecuencia con un numero distinto de bits. La distribución de bits entre frecuencias se optimiza mediante técnicas de computación evolutivas. El ultimo trabajo incluido en esta tesis trata del diseño de filtros espaciales para audífonos personalizados a una persona determinada. Los coeficientes del filtro pueden adaptarse a una persona siempre que se conozca su HRTF. Desafortunadamente, esta información no esta disponible cuando un paciente visita el audiólogo, lo que causa perdidas de ganancia y distorsiones. Con este problema en mente, se han propuesto tres métodos para diseñar filtros espaciales que maximicen la ganancia y minimicen las distorsiones medias para un conjunto de HRTFs de diseño

Control glucémico, no glucémico y deserción en pacientes con DM2, que siguieron el programa de atención de la clínica de diabetes del Hospital Regional “Gral. Ignacio Zaragoza”, ISSSTE en los años 2013 y 2014

ANTECENDENTES. El programa de atención de la Clínica de Diabetes del HRGIZ (CDHRGIZ), ISSSTE, en el que se incluyen a todos los pacientes que solicitan cita, y que consiste en una intervención multifactorial, farmacológica intensiva, semintensiva en dieta y solo consejo para ejercicio, y se dispensa en 7 citas al año; demostró en un estudio controlado, a 3 meses, mejorar el control glucémico en el 70 % de los pacientes, pero con una deserción del 30 %. OBJETIVO: Evaluar el porcentaje de pacientes que logran control glucémico, no glucémico y el porcentaje de deserción en los pacientes con DM2 que siguieron el programa de atención de la CDHRGIZ, ISSSTE en los años 2013 y 2014. METODO: De los 241 pacientes con DM2 que ingresaron a la CDHRGIZ en los años 2013 y 2014, con un promedio de edad 55.8 años, duración de DM2 de 11 años, HbA1c de 10.28 ± 2.5 % y un 65.4 y 7.5 % de pacientes con HbA1c ≥9 y ≤7, respectivamente, se hizo un estudio retrospectivo, observacional y comparativo formando 2 grupos de acuerdo a su año de ingreso con los todos los pacientes, hubieran o no concluido el programa: G13 con 123 y G14 con 115 pacientes, y 2 grupos más, con los que lo completaron: CP13 con 34 y CP14 con 35 pacientes, para evaluar solo a los pacientes que acudieron a la citas: control glucémico definido como HbA1c ≥7 %, control no glucémico definido con las metas terapéuticas para pérdida de peso, presión arterial, c-HDL, c-LDL y triglicéridos de la NOM015, adherencia a al ejercicio definida como la práctica de 150 minutos a la semana, adherencia a dieta definido con criterios desarrollados en este estudio y deserción definida por el abandono definitivo de la atención en cualquier cita, evaluándose al ingreso al estudio y luego cada 3 meses por 1 año. Se expresaron como X trimestral de cada variable y % de individuos que alcanzaron la meta, se adherían a la dieta y ejercicio y desertaban del programa. RESULTADOS: El X HbA1c basal que fue ≥9 % en los 4 grupos descendió desde el 3er mes hasta el mes 12 en relación con su valor basal en ̴ 2 puntos porcentuales, presentando fluctuaciones a lo largo del estudio, sin llegar ≤7 % en ningún trimestre en ningún grupo y solo en 1 o 2 mediciones de las 4 trimestrales esta meta se alcanzó en el 50 % de los pacientes. XHbA1c ≤8 % se alcanzó en el ≥50 % en G13 en 3 mediciones y en los otros 3 grupos en las 4 mediciones trimestrales. Solo se encontró diferencia significativa entre los promedios trimestrales en G13 y G14 al mes 3 y entre el promedio anual de los mismos grupos, pero no hubo diferencias en CP13 y CP14. En el control no glucémico, expresado en X de peso, TAS, TAD, triglicéridos, LDL disminuyó y el % de pacientes que alcanzaron la meta se incrementó a partir del mes 3, en todos los grupos y se mantuvo así hasta el mes 12, aunque con variaciones. La TAS y TAD se mantuvo en meta en todas las citas y en todas ≥50 % de los pacientes la consiguieron. El peso no consiguió la pérdida de ≥5 % en ningún grupo. El 50 % de los pacientes alcanzó la meta en c-LDL 2 o más citas en los 4 grupos, y los triglicéridos en 1-2 citas. Se encontró una moderada o fuerte asociación entre el control glucémico y no glucémico de los 3 meses con el X de los 6, 9 y 12 mes. El % de pacientes con adherencia a dieta y ejercicio se incrementó en los 4 grupos a partir del mes 3. La deserción a los 3 meses fue del 61.8 % y el 43.5 % de los pacientes, en G13 y G14, respectivamente y la incidencia acumulada del 50 % en aquellos con HbA1c ≥7 % y ≤7 % ocurrió a los 3 meses en los dos grupos y a los 6 y a los 9 meses en G13 y G14 (Log Rank= 0.000 en ambos grupos) en el mismo orden. El número de citas varió entre 1 y 7 para G13 y G14 y entre 5 y 7 para CP13 y CP14, y a mayor número de citas, menor promedio de HbA1c anual en todos los grupos. El cambio del promedio anual de HbA1c de los pacientes que tuvieron de 4-7 citas en relación a los que tuvieron 1-3 para G13 fue de -0.37 y -3.39 puntos porcentuales (p=.000), para G14 de -0.27 y -2.56 puntos porcentuales (p=.000); para CP13 y CP14 el cambio del X anual de HbA1c de los pacientes que tuvieron 7 citas en relación a los que tuvieron 5 fue de -2.24 (p=.051) y para CP14 -2.37 (p=.014). En el total de los pacientes La probabilidad de conseguir HbA1c ≤7 con ≥5 citas fue 5.29 (IC 2.37-11.81). CONCLUSIÓN: Con el programa de atención se mejora control glucémico y no glucémico a los 3 meses y se mantiene hasta los 12 meses, pero para lograr la meta en HbA1c, tanto por X como en el 50 % de pacientes, se necesitan ≥5 citas al año. Sin embargo, el 50 % de los pacientes deserta a los 3 meses (4 citas)

Challenges in confirming eradication success of invasive red-eared sliders

12 páginas, 4 figuras, 3 tablasConfirming eradication success can be notoriously difficult and costly, especially when the species is still present but remains undetected, due to very low population densities and imperfect detection methods. There has been a lack of research on appropriate guidelines and estimation procedures for declaring eradication success for programs aimed at eradicating alien reptiles. Here we develop quantitative rules for confirmation monitoring in eradication campaigns of the red-eared slider turtle (Trachemys scripta elegans). We used a database of slider trapping data from control and eradication campaigns conducted in localities across the Iberian Peninsula and southern France to construct models for inferring appropriate trapping efforts for confirming slider turtle eradication. Basking traps were slightly more efficient than net traps in capturing sliders, although trapping was an inefficient monitoring method given the low capture probabilities estimated. The results of our spatially-explicit eradication scenarios revealed the importance of habitat configuration in declaring eradication success. Declaration of eradication success is contingent on the thresholds set to minimise false positives (i.e., falsely declaring eradication successful), but in any scenario large trapping efforts were required to confirm eradication. Given the low estimated capture probabilities, alternative methods such as eDNA and visual surveys should be considered for monitoring sliders. We suggest that if the costs associated with the impact of alien sliders can be adequately estimated, then eradication can be confirmed by rules minimising both false positive and negative error rates. Otherwise., rules minimising false positive errors would be more appropriate.This research was conducted thanks to the Department of Economic Development, Jobs, Transport and Resources Invasive Plants and Animals Research Project When to stop: Defining rules for surveillance of red-eared slider turtles (Victoria State Government, Australia).Peer reviewe

Autologous stem cell transplantation and immunomodulation to treat amyotrophic lateral sclerosis (ALS).

Background: Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a rare chronic degenerative disease. The only approved treatment, Riluzole, is not available and is not economically affordable for most patients. Objective: To report here a case of a pregnant woman 27 years of age with ALS, confirmed through electromyography. After spontaneous abortion and 88 days without clinical improvement and dependent on mechanical ventilation, treatment with autologous stem cell transplantation and immunomodulation was decided upon for the patient. Methods: The patient received a daily subcutaneous (s.c.) dose of 300 μg human Granulocyte-Colony stimulating factor for a period of 3 days. Peripheral blood mononuclear cells were isolated by leukapheresis. These cells were self-transplanted to the patient 5 cc via lumbar puncture and 5 cc intravenously (i.v.). The immunomodulation treatment was based on the surface-fixation method. Results: The patient remained hospitalized for an additional 249 days, at which time when she was contrareferred to a secondary-level health institution. Conclusion: A treatment scheme combining ASCT (Autologous Stem Cell Transplantation) and immunomodulation, based on the surface-fixation method, could be an option to get a large period of no progression stage in ALS

A General Equilibrium Model to Study Intracellular Calcium Homeostasis. New Insights on Ventricular Function

Peer Reviewe

Two-variable nullcline analysis of ionic general equilibrium predicts calcium homeostasis in ventricular myocytes

Ventricular contraction is roughly proportional to the amount of calcium released from the Sarcoplasmic Reticulum (SR) during systole. While it is rather straightforward to measure calcium levels and contractibility under different physiological conditions, the complexity of calcium handling during systole and diastole has made the prediction of its release at steady state impossible. Here we approach the problem analyzing the evolution of intracellular and extracellular calcium fluxes during a single beat which is away from homeostatic balance. Using an in-silico subcellular model of rabbit ventricular myocyte, we show that the high dimensional nonlinear problem of finding the steady state can be reduced to a two-variable general equilibrium condition where pre-systolic calcium level in the cytosol and in the SR must fulfill simultaneously two different equalities. This renders calcium homeostasis as a problem that can be studied in terms of its equilibrium structure, leading to precise predictions of steady state from single-beat measurements. We show how changes in ion channels modify the general equilibrium, as shocks would do in general equilibrium macroeconomic models. This allows us to predict when an enhanced entrance of calcium in the cell reduces its contractibility and explain why SERCA gene therapy, a change in calcium handling to treat heart failure, might fail to improve contraction even when it successfully increases SERCA expression.Peer ReviewedPostprint (published version

A General Equilibrium Model to Study Intracellular Calcium Homeostasis. New Insights on Ventricular Function

Peer Reviewe

Candados y contrapesos : la protección de los programas, políticas y derechos sociales en México y América Latina

Candados y contrapesos es una obra novedosa por las distintas perspectivas analíticas que abordan destacados especialistas, investigadores y académicos sobre un tema que ha sido el centro del debate en las políticas públicas y se ha convertido en una creciente preocupación en la opinión pública: el uso político de los recursos públicos, en particular los dirigidos al desarrollo social. Si bien existen prácticas, normas y políticas que tienden a proteger este uso en los países latinoamericanos, lo cierto es que aún no existe una conceptualización rigurosa y exhaustiva sobre este hecho, de ahí que el propósito central de este libro sea ofrecer un marco conceptual y analítico del fenómeno del uso político–clientilista de las políticas, los programas y los gastos sociales en —y fuera de— los contextos electorales. Además, esta obra es un valioso repertorio de propuestas, recomendaciones concretas de política pública y experiencias internacionales, dirigida a funcionarios públicos, directores de organizaciones sociales, especialistas e investigadores