Modelo computacional de lectura cognitiva para la representación automática de textos

El modelado del lenguaje natural en los ordenadores conlleva ciertas restricciones debido a la estructura lógica y a las limitaciones de tiempo y espacio de las máquinas, además de la complejidad intrínseca del lenguaje. Uno de los mayores problemas de dicho modelado es la representación de la semántica. Los primeros modelos conexionistas del lenguaje se situaban próximos a la cognición humana pero no eran lo suficientemente generales y eficientes para aplicaciones reales. Estos primeros sistemas de procesamiento de lenguaje natural hacían uso de redes de asociación como formalismo de representación. Debido a las limitaciones de almacenamiento y procesamiento de los ordenadores de aquella época, y al crecimiento de la información textual almacenada electrónicamente, los sistemas de procesamiento del lenguaje adoptaron formalismos matemáticos y estadísticos. Hoy en día, a causa de esa cantidad creciente de información textual los sistemas que son capaces de procesar textos son de extrema utilidad. Hasta hace r lativamente poco tiempo, la mayoría de estos sistemas utilizaban la clásica representación de los textos como “bolsa de palabras”, un formalismo de tipo vectorial que sólo tiene en cuenta las apariciones de las palabras de manera independiente. A mediados de los noventa, surgen los hiperespacios de palabras como un formalismo de representación alternativo al de “bolsa de palabras” tradicional. LSA (Análisis de Semántica Latente) fue el precursor de todos ellos, seguido por HAL (Hiperespacio Análogo al Lenguaje), PMI-IR, Indexado Aleatorio, WAS (Espacio de Asociación de Palabras) o ICAN (Construcción Incremental de una Red Asociativa), entre otros. Este tipo de sistemas construyen una representación en forma de matriz del conocimiento semántico lingüístico almacenado en una colección de textos dada. Este hiperespacio tiene en cuenta las relaciones entre las palabras y el contexto sintáctico y semántico en el que aparecen. Sin embargo, estos sistemas también representan los textos como vectores, llevando a cabo peraciones con las filas y las columnas de la matriz correspondientes a las palabras de los documentos. Aunque la representación mediante hiperespacios contiene mucha más información que la representación tradicional, puesto que los valores de los vectores son el resultado de la interacción entre las palabras y el contexto, los textos siguen siendo presentados como un conjunto de números sin estructura. A pesar de ello, los sistemas basados en hiperespacios han aportado una mejora significativa con respecto a los sistemas basados en la representación clásica. De los sistemas anteriormente mencionados, sólo ICAN introduce una representación estructural, almacenando el conocimiento en forma de red contextual asociativa de palabras y no como una matriz. Este modelo, a diferencia del resto de sistemas mencionados, hace posible la actualización del conocimiento sin necesidad de la reconstrucción total del mismo. A pesar del progreso realizado utilizando los hiperespacios de palabras, los seres humanos continúan r alizando tareas de procesamiento de lenguaje natural, como la clasificación de textos o la recuperación de información, de manera mucho más precisa que los ordenadores aunque, por supuesto, más despacio. Es difícil concebir el conocimiento lingüístico representado como una matriz en el cerebro humano, así como que la lectura suponga realizar operaciones matemáticas sobre dicha matriz. La lectura es un proceso secuencial de percepción en el tiempo, durante el cual los mecanismos mentales construyen imágenes e inferencias que se van reforzando, actualizando o descartando hasta la conclusión de la lectura del texto, momento en el que la imagen mental generada permite a los seres humanos resumir o clasificar el texto, recuperar documentos similares o simplemente expresar opiniones sobre el mismo. Esta es la filosofía que subyace en el sistema presentado en esta tesis. Este sistema, denominado SILC (Sistema de Indexación por Lectura Cognitiva), está ligeramente inspirado en el formalismo que sugiere el sistema ICA . Lo que se propone en este trabajo de tesis doctoral es un modelo computacional de lectura que construye una representación de la semántica de un texto como resultado de un proceso en el tiempo. Dicha representación posee una estructura que posibilita la descripción de las relaciones entre los conceptos leídos y su nivel de significación en cada momento del proceso de lectura. Existen otros modelos computacionales de lectura cuyo objetivo es más teórico que aplicado. La mayoría de ellos parten del modelo conexionista de Construcción-Integración y se centran en diferentes fases u objetivos de la lectura. Todos estos sistemas ponen de manifiesto la gran variedad y complejidad de los procesos cognitivos implicados en la lectura. El modelo propuesto en esta tesis, SILC, es un método sencillo que incluye sólo algunos de dichos procesos cognitivos y, aunque trata de ser útil en aplicaciones prácticas, está inspirado en los seres humanos tratando de asemejarse más a su proceder que el resto de sistemas del mismo ca po de aplicación. El modelo que implementa SILC intenta simular, en parte, procesos cognitivos de alto nivel que operan en el tiempo. Primero, el sistema construye una red de asociación conceptual como una memoria lingüística base a partir de una colección de textos que representan el espacio de conocimiento semántico. A continuación, el modelo genera representaciones de los textos de entrada como redes de conceptos con niveles de activación, que recogen el nivel de significación semántica de los mismos. Para ello, el modelo utiliza el conocimiento semántico lingüístico previamente construido realizando inferencias sobre el mismo mediante la propagación por la red de la activación de los conceptos leídos en orden secuencial. La representación generada se usa posteriormente para indexar documentos con el fin de clasificarlos automáticamente. Los métodos de indexación tradicionales representan los textos como resultado de procesos matemáticos. Puesto que los seres humanos superan ampliamente a los ordenadores e tareas de procesamiento de lenguaje natural, el modelo de SILC se inspira en la cognición humana para mejorar su eficacia en dichas tareas. Se han realizado experimentos para comparar el modelo con sujetos humanos, tanto durante la lectura, mediante la predicción o inferencia de conceptos, como al final de la misma, mediante la comparación con resúmenes generados por los sujetos. Los resultados muestran que el sistema es adecuado para modelar de manera aproximada el proceder humano en la lectura y sustentan la hipótesis de partida de SILC: cuanto más se asemeje el sistema a los seres humanos, mejor realizará las tareas prácticas del lenguaje. Los resultados también demuestran que el sistema es adecuado como marco experimental de validación de hipótesis relacionadas con aspectos cognitivos de la lectura. Otros experimentos de aplicación práctica han mostrado que, una vez que los parámetros del modelo han sido optimizados, la representación generada obtiene mejores resultados en clasificación de textos que otr representaciones generadas por los sistemas existentes. Se han definido tres medidas de similitud semántica entre textos a partir de las representaciones generadas por SILC. Los resultados experimentales muestran que la mejor de ellas es más eficaz y eficiente que otras medidas de similitud existentes. Además, la sinergia de dicha medida con el modelo de lectura implementado hace a SILC apropiado para su aplicación a tareas reales de procesamiento de lenguaje natural

A multistrategy approach for digital text

The goal of the research described here is to develop a multistrategy classifier system that can be used for document categorization. The system automatically discovers classification patterns by applying several empirical learning methods to different representations for preclassified documents. The learners work in a parallel manner, where each learner carries out its own feature selection based on evolutionary techniques and then obtains a classification model. In classifying documents, the system combines the predictions of the learners by applying evolutionary techniques as well. The system relies on a modular, flexible architecture that makes no assumptions about the design of learners or the number of learners available and guarantees the independence of the thematic domain

Evolutionary learning of document categories

This paper deals with a supervised learning method devoted to producing categorization models of text documents. The goal of the method is to use a suitable numerical measurement of example similarity to find centroids describing different categories of examples. The centroids are not abstract or statistical models, but rather consist of bits of examples. The centroid-learning method is based on a Genetic Algorithm for Texts (GAT). The categorization system using this genetic algorithm infers a model by applying the genetic algorithm to each set of preclassified documents belonging to a category. The models thus obtained are the category centroids that are used to predict the category of a test document. The experimental results validate the utility of this approach for classifying incoming documents.Peer reviewe

First ground penetrating radar survey on Monte Perdido glacier (Pyrenees)

Producción CientíficaThe project “The Monte Perdido Glacier: Monitoring the glacial dynamic and the associated cryospheric processes as indicators of global change” (National Park´s 2013 Fund) aims to study the recent dynamic and degradation of this ice mass, using geomatic and geophysical techniques in order to estimate thickness and potential volumetric variations. We present the first ground penetrating radar survey, carried out on the northwest section of the lower Monte Perdido Glacier. The survey was conducted along a 270 m transect, using three antennas of different frequencies -500, 200 and 50 MHz- that enabled us to study the glacier´s structure at various maximum depths and spatial resolutions. The results show a first section composed by several seasonal snow layers (2015-2016 winter and spring), a clear snow/ice transition layer, an ice layer and a final basal zone characterised by typical sub-glacial till sediments.Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente (project 844/2013)Junta de Extremadura - Fondo Europeo de Desarrollo Regional (grant GR15107

Crecimiento longitudinal en poblaciones de altura andinas. ¿Existe un patrón propio de estos ecosistemas?

The objective of the present study is to verify if the classical growth pattern described for Andean highaltitude populations is equally applicable to all of them. Stature and longitudinal growth pattern is analyzed in scholars between 6 and 18 years old belonging to three human groups of the province of Jujuy, located in the Argentine noroccidental furthest end. One of these groups is Susques (3675 m.s.n.m.) and the other two, ubicated in San Salvador de Jujuy (1250m.s.n.m.), differs in socioeconomic level and genetic background. These populations are also compared with neighboring countries other ones. The results show that socioeconomic level or autochthony degree has more relative importance than geographic altitude per sé as childhood and youth growth determinants. Consequently, it does’nt seem appropriate to talk about a specific high altitude peoples morphophysiology.El objetivo del presente trabajo es comprobar si el patrón de crecimiento clásicamente descrito para las poblaciones andinas de altura es igualmente aplicable a todas ellas. Se analiza la estatura y el modelo de crecimiento longitudinal en escolares entre 6 y 18 años pertenecientes a tres grupos humanos de la provincia de Jujuy, situada en el extremo noroccidental argentino. Uno de Susques (3675 m.s.n.m.) y dos de San Salvador de Jujuy (1250m.s.n.m.), capital de la provincia, que difieren en nivel socioeconómico y composición genética. Así mismo se comparan estas poblaciones con otras de países vecinos. Los resultados muestran que el nivel socioeconómico o grado de autoctonía tienen más importancia relativa como determinantes del crecimiento infantil y juvenil que la altitud geográfica per sé. En consecuencia, no parece apropiado hablar de una morfofisiología específica para las poblaciones humanas de altitud elevada

A Comparison of Hybrid Decision Making Methods for Emergency Support

Abstract A situation consisting in evaluating and choosing among alternative actions can be managed from the point of view of Decision Making (DM). This paper presents an approach to design and develop Decision Support Systems (DSS) to be applied in emergency situations. In these situations the decision maker is under heavy stress because each different decision implies different important outcomes related with human and economic losses. First of all, a domain knowledge base has to be built from both the properties of emergency situations and the actions devoted to counteract them. From this knowledge, three different DM methods, based on the Probability Theory and the Possibility Theory, process the incoming emergency information and choose the best action for putting out the emergency situation. The resulting decisions of each method over a set of plausible emergency situations can be evaluated by a domain expert and the method with the best average performance can be built in the DSS. This DSS can help a decision maker find out an optimal decision in a short period of time maximizing security and minimizing stress.Peer reviewe

Development of EEG-based technologies for the characterization and treatment of neurological diseases affecting the motor function

This thesis presents a set of studies applying signal processing and data mining techniques in real-time working systems to register, characterize and condition the movement-related cortical activity of healthy subjects and of patients with neurological disorders affecting the motor function. Patients with two of the most widespread neurological affections impairing the motor function are considered here: patients with essential tremor and patients who have suffered a cerebro-vascular accident. The different chapters in the presented thesis show results regarding the normal cortical activity associated with the planning and execution of motor actions with the upper-limb, and the pathological activity related to the patients' motor dysfunction (measurable with muscle electrodes or movement sensors). The initial chapters of the book present i) a revision of the basic concepts regarding the role of the cerebral cortex in the motor control and the way in which the electroencephalographic activity allows its analysis and conditioning, ii) a study on the cortico-muscular interaction at the tremor frequency in patients with essential tremor under the effects of a drug reducing their tremor, and finally iii) a study based on evolutionary algorithms that aims to identify cortical patterns related to the planning of a number of motor tasks performed with a single arm. In the second half of the thesis book, two brain-computer interface systems to be used in rehabilitation scenarios with essential tremor patients and with patients with a stroke are proposed. In the first system, the electroencephalographic activity is used to anticipate voluntary movement actions, and this information is integrated in a multimodal platform estimating and suppressing the pathological tremors. In the second case, a conditioning paradigm for stroke patients based on the identification of the motor intention with temporal precision is presented and tested with a cohort of four patients along a month during which the patients undergo eight intervention sessions. The presented thesis has yielded advances from both the technological and the scientific points of view in all studies proposed. The main contributions from the technological point of view are: ¿ The design of an integrated upper-limb platform working in real-time. The platform was designed to acquire information from different types of noninvasive sensors (EEG, EMG and gyroscopic sensors) characterizing the planning and execution of voluntary movements. The platform was also capable of processing online the acquired data and generating an electrical feedback. ¿ The development of signal processing and classifying techniques adapted to the kind of signal recorded in the two kinds of patients considered in this thesis (patients with essential tremor and patients with a stroke) and to the requirements of online processing and real-time single-trial function desired for BCI applications. Especially in this regard, an original methodology to detect onsets of voluntary movements using slow cortical potentials and cortical rhythms has been presented. ¿ The design and validation in real-time of asynchronous BCI systems using motor planning EEG segments to anticipate or detect when patients begin a voluntary movement with the upper-limb. ¿ The proof of concept of the advantages of an EEG system integrated in a multimodal human-robot interface architecture that constitutes the first multimodal interface using the combined acquisition of EEG, EMG and gyroscopic data, which allows the concurrent characterization of different parts of the body associated with the execution of a movement. The main scientific contributions of this thesis are: ¿ The study of the EEG-based anticipation of voluntary movements presented in Chapter 5 of the thesis was the first demonstration (to the author's knowledge) of the capacity of the EEG signal to provide reliable movement predictions based on single-trial classification of online data of healthy subjects and ET patients. This study also provides, for the first time, the results of a BCI system tested in ET patients and it represents an original approach to BCI applications for this group of patients. ¿ It has been presented the first neurophysiological study using EEG and EMG data to analyze the effects of a drug on cortical activity and tremors of patients with ET. In addition, the obtained results have shown for the first time that a significant correlation exists between the dynamics of specific cortical oscillations and pathological tremor manifestation as a consequence of the drug effects. ¿ It has been proposed for the first time an experiment to inspect whether the EEG signal carries enough information to classify up to seven different tasks performed with a single limb. Both the methodology applied and the validation procedure are also innovative in this sort of studies. ¿ It has been demonstrated for the first time the relevance of combining different cortical sources of information (such as BP and ERD) to estimate the initiation of voluntary movements with the upper-limb. In this line, special relevance may be given to the positive results achieved with stroke patients, improving the results presented by similar previous EEG-based studies by other research groups. It has also been proposed for the first time an upper-limb intervention protocol for stroke patients using BP and ERD patterns to provide proprioceptive feedback tightly associated with the patients' expectations of movement. The effects of the proposed intervention have been studied with a small group of patients

Proposal for the deployment of an augmented reality tool for construction safety inspection

The construction site is a hazardous place. The dynamic, complex interaction between workers, machinery, and the environment leads to dangerous risks. In response to such risks, the goal is to fulfill the zero accidents philosophy, which requires the development of safety skills among workers and the provision of tools for risk prevention. In pursuit of that vision, this work studies collective protective equipment (CPE). Traditional methodologies propose visual inspections using checklists, the effectiveness of which depends on the quality of the inspection by the safety advisor (SA). This paper analyses the traditional process of safety inspections in building projects: the traditional methods, main pain points, and bottlenecks are identified, along with the key performance indicators (KPIs) needed to complete these processes correctly. Because of this, a methodology that digitises the CPE inspection process is proposed. Augmented reality (AR) is used as a 3D viewer with an intuitive interface for the SA, and, accordingly, functional requirements are detailed and different information layers and user interfaces for AR applications are proposed. In addition, the workflow and KPIs are shown. To demonstrate the feasibility of the proposal, a proof of concept is developed and evaluated. The relevance of this work lies in providing background for the use of AR in safety inspection processes on construction sites and in offering methodological recommendations for the development and evaluation of these applications.This work has been supported by the Ministry of Science, Innovation and Universities of Spain (MICIU) through the BIMIoTICa project (RTC-2017-6454-7) and by the CONICYT for its economic support to Felipe Muñoz, beneficiary of a pre-doctoral grant (CONICYT—PCHA/International Doctorate/2019-72200306). The authors also acknowledge the financial support from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness, through the “Severo Ochoa Centre of Excellence (2019–2023) under the grant CEX2018-000797-S funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033”.Peer ReviewedPostprint (published version

Moda & Béton Brut. Estilo y estética brutalista en reportajes fotográficos de moda contemporánea.

¿Cómo se relacionan la moda y el Béton Brut? ¿Por qué el Brutalismo se fotografía para la moda? La arquitectura ha ido relacionándose con la moda a lo largo de la historia aunque fue a partir de la Bauhaus cuando estas dos disciplinas tuvieron un mayor acercamiento. Desde entonces, ha habido un proceso evolutivo independiente en cada una con nuevas tendencias y estilos. En la posguerra de la Segunda Guerra Mundial, nace el Brutalismo y tras veinte o treinta años de vida, decae. Ha sido en esta última década cuando se muestra un interés renovado por esta arquitectura, y tanto lo es, que la moda se suma a esta nueva ola. Es cierto que se han elaborado colecciones de moda inspiradas en el Brutalismo pero es en los reportajes fotográficos donde el fotógrafo cose la moda y el Brutalismo, y se percibe una mayor reciprocidad entre estas dos artes. La intención que ha guiado dicha búsqueda ha sido validar qué aspectos del Brutalismo rescata la moda para reforzar su mensaje de campaña, yendo desde los más éticos hasta los más estéticos. Para ello, la investigación se ha introducido con una presentación sobre la relación entre las protagonistas del tema: arquitectura y moda. A continuación, un desarrollo más profundo para conocer el periodo temporal escogido de cada una: moda contemporánea y Brutalismo. Finalmente, en la parte práctica, se han desarrollado los casos de estudio, donde se analiza la presencia escenográfica arquitectónica brutalista para los reportajes fotográficos de las campañas de moda contemporánea (fichas de las campañas en los anexos). Las conclusiones muestran una síntesis de la aportación del estilo arquitectónico a las imágenes de moda, y además comentan cómo la moda u otras disciplinas pueden ser una posible vía de difusión de la arquitectura para aproximarla al conocimiento popular. <br /

Thinning of the Monte Perdido Glacier in the Spanish Pyrenees since 1981

Producción CientíficaThis paper analyzes the evolution of the Monte Perdido Glacier, the third largest glacier in the Pyrenees, from 1981 to the present. We assessed the evolution of the glacier's surface area by analysis of aerial photographs from 1981, 1999, and 2006, and changes in ice volume by geodetic methods with digital elevation models (DEMs) generated from topographic maps (1981 and 1999), airborne lidar (2010) and terrestrial laser scanning (TLS, 2011, 2012, 2013, and 2014) data. We interpreted the changes in the glacier based on climate data from nearby meteorological stations. The results indicate that the degradation of this glacier accelerated after 1999. The rate of ice surface loss was almost three times greater during 1999–2006 than during earlier periods. Moreover, the rate of glacier thinning was 1.85 times faster during 1999–2010 (rate of surface elevation change  = −8.98 ± 1.80 m, glacier-wide mass balance  = −0.73 ± 0.14 m w.e. yr−1) than during 1981–1999 (rate of surface elevation change  = −8.35 ± 2.12 m, glacier-wide mass balance  = −0.42 ± 0.10 m w.e. yr−1). From 2011 to 2014, ice thinning continued at a slower rate (rate of surface elevation change  = −1.93 ± 0.4 m yr−1, glacier-wide mass balance  = −0.58 ± 0.36 m w.e. yr−1). This deceleration in ice thinning compared to the previous 17 years can be attributed, at least in part, to two consecutive anomalously wet winters and cool summers (2012–2013 and 2013–2014), counteracted to some degree by the intense thinning that occurred during the dry and warm 2011–2012 period. However, local climatic changes observed during the study period do not seem sufficient to explain the acceleration of ice thinning of this glacier, because precipitation and air temperature did not exhibit statistically significant trends during the study period. Rather, the accelerated degradation of this glacier in recent years can be explained by a strong disequilibrium between the glacier and the current climate, and likely by other factors affecting the energy balance (e.g., increased albedo in spring) and feedback mechanisms (e.g., heat emitted from recently exposed bedrock and debris covered areas).Ministerio de Economía, Industria y Competitividad - IBERNIEVE (project CGL2014-52599-P)Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente (project 844/2013