Generalized Sparse Discriminant Analysis for Event-Related Potential Classification

A brain computer interface (BCI) is a system which provides direct communication between the mind of a person and the outside world by using only brain activity (EEG). The event-related potential (ERP)-based BCI problem consists of a binary pattern recognition. Linear discriminant analysis (LDA) is widely used to solve this type of classification problems, but it fails when the number of features is large relative to the number of observations. In this work we propose a penalized version of the sparse discriminant analysis (SDA), called generalized sparse discriminant analysis (GSDA), for binary classification. This method inherits both the discriminative feature selection and classification properties of SDA and it also improves SDA performance through the addition of Kullback-Leibler class discrepancy information. The GSDA method is designed to automatically select the optimal regularization parameters. Numerical experiments with two real ERP-EEG datasets show that, on one hand, GSDA outperforms standard SDA in the sense of classification performance, sparsity and required computing time, and, on the other hand, it also yields better overall performances, compared to well-known ERP classification algorithms, for single-trial ERP classification when insufficient training samples are available. Hence, GSDA constitute a potential useful method for reducing the calibration times in ERP-based BCI systems.Fil: Peterson, Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Spies, Ruben Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Matemática Aplicada del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Matemática Aplicada del Litoral; Argentina. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentin

Post-training discriminative pruning for RBMs

One of the major challenges in the area of artificial neural networks is the identification of a suitable architecture for a specific problem. Choosing an unsuitable topology can exponentially increase the training cost, and even hinder network convergence. On the other hand, recent research indicates that larger or deeper nets can map the problem features into a more appropriate space, and thereby improve the classification process, thus leading to an apparent dichotomy. In this regard, it is interesting to inquire whether independent measures, such as mutual information, could provide a clue to finding the most discriminative neurons in a network. In the present work we explore this question in the context of Restricted Boltzmann Machines, by employing different measures to realize post-training pruning. The neurons which are determined by each measure to be the most discriminative, are combined and a classifier is applied to the ensuing network to determine its usefulness. We find that two measures in particular seem to be good indicators of the most discriminative neurons, producing savings of generally more than 50% of the neurons, while maintaining an acceptable error rate. Further, it is borne out that starting with a larger network architecture and then pruning is more advantageous than using a smaller network to begin with. Finally, a quantitative index is introduced which can provide information on choosing a suitable pruned network.Fil: Sánchez Gutiérrez, Máximo. Universidad Autónoma Metropolitana; MéxicoFil: Albornoz, Enrique Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos; ArgentinaFil: Close, John Goddard. Universidad Autónoma Metropolitana; Méxic

Mejoramiento de la relación señal a ruido en potenciales evocados mediante métodos de regularización

Los potenciales evocados presentan la dificultad de tener una baja relación de señal a ruido. La técnica habitual para estimar la señal inmersa en ruido es la promediación coherente, la cual asume una serie de condiciones que en la realidad son difíciles de cumplir, por este motivo es de interés evaluar alternativas a esta técnica. En este trabajo, se aborda el mejoramiento de la relación señal a ruido mediante un enfoque de problema inverso utilizando métodos de regularización. Se utilizaron registros simulados y reales de potenciales evocados relacionados con eventos. Se comparó el desempeño del método de descomposición en valores singulares truncada (TSVD) con la promediación coherente. Los índices de desempeño utilizados fueron el coeficiente de correlación y el error cuadrático medio. En todos los casos, el método TSVD tuvo un desempeño superior a la promediación coherente. En trabajos futuros se propone evaluar otros parámetros como la base elegida para la descomposición y una manera objetiva para fijar los parámetros del método.Fil: Larrazabal, Agostina Juliana. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Acevedo, Rubén. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe; Argentin

Estimación del consumo en rumiantes en pastoreo utilizando redes neuronales artificiales

edir con precisión y rapidez el consumo de forrajeenrumiantes es importante para la gestión eficiente del rodeo y los recursos alimenticios, así como para la salud y bienestar animal en los sistemas de producción. Eluso de algoritmos de procesamiento inteligente de señales que extraiganinformación relevante de los sonidos que emiten losrumiantes es una opción prometedorapara predecir el consumo de rumiantes en condicionesde pastoreo. En este trabajo se aplican perceptrones multicapa y máquinas de aprendizaje extremo como modelos de regresión no lineales multivariadapara la estimación del consumo. Los resultados muestran que éstastécnicasde regresión no lineal para pueden reducir significativamente el error de estimación delacantidad demateria seca consumida porrumiantes.Accurate and rapid measurement of forage intake in ruminants is important for efficient management livestock and forage resources, as well as for animal health and welfare in production systems. The use of intelligent signal processing algorithms to extract relevant information from the sound emitted by ruminants is a promising method to predict the intake of ruminants in grazing conditions. In this work, multilayer perceptrons and extreme learning machines, are used as non-linear multivariate regression models to predict intake. The results show that these non-linear regression techniques can significantly reduce the error in the estimation of forage intake in ruminants.Fil: Uhrig, Mariela Noelia. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Galli, Julio Ricardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

Classification of ASR Word Hypotheses using prosodic information and resampling of training data

In this work, we propose a novel re-sampling method based on word lattice information and we use prosodic cues with support vector machines for classification. The idea is to consider word recognition as a two-class classification problem, which considers the word hypotheses in the lattice of a standard recognizer either as True or False employing prosodic information. The technique developed in this paper was applied to set of words extracted from a continuous speech database. Our experimental results show that the method allows obtaining average word hypotheses recognition rate of 82%.Fil: Albornoz, Enrique Marcelo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: López-Cózar, R.. Escuela Técnica Superior en Ingeniería Informática y de Telecomunicación. Universidad de Granada; España

Coherent averaging estimation autoencoders applied to evoked potentials processing

The success of machine learning algorithms strongly depends on the feature extraction and data representation stages. Classification and estimation of small repetitive signals masked by relatively large noise usually requires recording and processing several different realizations of the signal of interest. This is one of the main signal processing problems to solve when estimating or classifying P300 evoked potentials in brain-computer interfaces. To cope with this issue we propose a novel autoencoder variation, called Coherent Averaging Estimation Autoencoder with a new multiobjective cost function. We illustrate its use and analyze its performance in the problem of event related potentials processing. Experimental results showing the advantages of the proposed approach are finally presented.Fil: Gareis, Iván Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos; ArgentinaFil: Vignolo, Leandro Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Spies, Ruben Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Matemática Aplicada del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Matemática Aplicada del Litoral; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos; Argentin

A bioinspired spectro-temporal domain for sound denoising

The representation of sound signals at the cochlea and au- ditory cortical level has been studied as an alternative to classical anal- ysis methods. In this work, we put forward a recently proposed feature extraction method called approximate auditory cortical representation, based on an approximation to the statistics of discharge patterns at the primary auditory cortex. The approach here proposed estimates a non- negative sparse coding with a combined dictionary of atoms calculated from clean signal and noise. The denoising is carried out on noisy signals by the reconstruction of the signal discarding the atoms corresponding to the noise. Results on synthetic and real data show that the proposed method improves the quality of the signals, mainly under severe degra- dation. This communication corresponds to a journal paper published in 2015 in DSP (Elsevier).Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Denoising sound signals in a bioinspired non-negative spectro-temporal domain

The representation of sound signals at the cochlea and auditory cortical level has been studied as an alternative to classical analysis methods. In this work, we put forward a recently proposed feature extraction method called approximate auditory cortical representation, based on an approximation to the statistics of discharge patterns at the primary auditory cortex. The approach here proposed estimates a non-negative sparse coding with a combined dictionary of atoms. These atoms represent the spectro-temporal receptive fields of the auditory cortical neurons, and are calculated from the auditory spectrograms of clean signal and noise. The denoising is carried out on noisy signals by the reconstruction of the signal discarding the atoms corresponding to the noise. Experiments are presented using synthetic (chirps) and real data (speech), in the presence of additive noise. For the evaluation of the new method and its variants, we used two objective measures: the perceptual evaluation of speech quality and the segmental signal-to-noise ratio. Results show that the proposed method improves the quality of the signals, mainly under severe degradation.Fil: Martínez, César Ernesto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Goddard, J.. Universidad Autónoma Metropolitana; MéxicoFil: Di Persia, Leandro Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentin

Desarrollo e implementación de un dispositivo de adquisición y almacenamiento de sonidos para ganadería de precisión

El monitoreo preciso de las actividades alimentarias de los rumiantes (rumia y pastoreo) es un importante indicador de su salud y bienestar. Un buen seguimiento en la dieta repercute de manera directa en la calidad y cantidad de la leche y carne producidas por el animal. En este trabajo se describe el desarrollo e implementación de un dispositivo de adquisición y almacenamiento de señales para el monitoreo de actividades alimentarias en ganado bovino. Dicho dispositivo tiene por objetivo captar los sonidos producidos por los animales durante su alimentación, sin interferir en su comportamiento normal y sin intervención del operador. El sistema propuesto consta de tres módulos: i) un módulo de adquisición y limpieza del sonido producido por el animal, ii) un módulo de compresión de la señal resultante, organización y almacenamiento de los datos y iii) un módulo de administración de la energía. El sistema fue diseñado para tener una autonomía de una semana y soportar las condiciones operacionales presentes en el campo de aplicación, como son la presencia de ruidos y condiciones climáticas adversas.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Red pulsante con aprendizaje hebbiano para clasificación de patrones ralos

En las ultimas décadas se ha intentado desarrollar Redes Neuronales Artificiales más realistas que intenten imitar con mayor precisión el funcionamiento de sus contrapartes biológicas. Es así como nacieron las Redes Neuronales Pulsantes. Uno de los principales usos de estas redes es la clasificación de patrones. Sin embargo su aplicabilidad en el mundo real ha sido limitada debido a la falta de métodos de entrenamiento eficientes. En este trabajo se presenta un nuevo modelo de red pulsante pensado para clasificar patrones ralos. El mismo puede entrenarse mediante reglas de aprendizaje hebbiano no supervisado. Se describe su estructura, funcionamiento y el algoritmo propuesto para su entrenamiento. Ademas, se reportan resultados de prueba con patrones generados artificialmente y se discute la factibilidad de su implementación en un dispositivo lógico programable tipo FPGA.XIV Workshop agentes y sistemas inteligentes.Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI