The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code

The mammalian visual system has a remarkable capacity of processing a large amount of information within milliseconds under widely varying conditions into invariant representations. Recently a model of the primary visual system exploited the unique feature of dense local excitatory connectivity of t...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Luvizotto, André Luiz
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2012
País:España
Institución:CBUC, CESCA
Repositorio:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/94143
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/10803/94143
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Temporal Population Code
Wavelets
Face Recognition
Vision
Reconocimiento de Caras
Visión
62
id ES_2f53583ccbb85e38dcd3952f5b3432c3
oai_identifier_str oai:www.tdx.cat:10803/94143
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
title The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
spellingShingle The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
Luvizotto, André Luiz
Temporal Population Code
Wavelets
Face Recognition
Vision
Temporal Population Code
Wavelets
Reconocimiento de Caras
Visión
62
title_short The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
title_full The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
title_fullStr The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
title_full_unstemmed The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
title_sort The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population code
dc.creator.none.fl_str_mv Luvizotto, André Luiz
author Luvizotto, André Luiz
author_facet Luvizotto, André Luiz
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Verschure, Paul F. M. J.
Universitat Pompeu Fabra. Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions
dc.subject.none.fl_str_mv Temporal Population Code
Wavelets
Face Recognition
Vision
Temporal Population Code
Wavelets
Reconocimiento de Caras
Visión
62
topic Temporal Population Code
Wavelets
Face Recognition
Vision
Temporal Population Code
Wavelets
Reconocimiento de Caras
Visión
62
description The mammalian visual system has a remarkable capacity of processing a large amount of information within milliseconds under widely varying conditions into invariant representations. Recently a model of the primary visual system exploited the unique feature of dense local excitatory connectivity of the neo-cortex to match these criteria. The model rapidly generates invariant representations integrating the activity of spatially distributed modeled neurons into a so-called Temporal Population Code (TPC). In this thesis, we first investigate an issue that has persisted TPC since its introduction: to extend the concept to a biologically compatible readout stage. We propose a novel neural readout circuit based on wavelet transform that decodes the TPC over different frequency bands. We show that, in comparison with pure linear readouts used previously, the proposed system provides a robust, fast and highly compact representation of visual input. We then generalized this optimized encoding-decoding paradigm to deal with a number of robotics application in real-world tasks to investigate its robustness. Our results show that complex stimuli such as human faces, hand gestures and environmental cues can be reliably encoded by TPC which provides a powerful biologically plausible framework for real-time object recognition. In addition, our results suggest that the representation of sensory input can be built into a spatial-temporal code interpreted and parsed in series of wavelet like components by higher visual areas.
publishDate 2012
dc.date.none.fl_str_mv 2012
2012
2012
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10803/94143
url http://hdl.handle.net/10803/94143
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 158 p.
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat Pompeu Fabra
publisher.none.fl_str_mv Universitat Pompeu Fabra
dc.source.none.fl_str_mv TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red
instname:CBUC, CESCA
instname_str CBUC, CESCA
reponame_str TDR. Tesis Doctorales en Red
collection TDR. Tesis Doctorales en Red
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869405470218780672
spelling The Encoding and decoding of complex visual stimuli : a neural model to optimize and read out a temporal population codeLuvizotto, André LuizTemporal Population CodeWaveletsFace RecognitionVisionTemporal Population CodeWaveletsReconocimiento de CarasVisión62The mammalian visual system has a remarkable capacity of processing a large amount of information within milliseconds under widely varying conditions into invariant representations. Recently a model of the primary visual system exploited the unique feature of dense local excitatory connectivity of the neo-cortex to match these criteria. The model rapidly generates invariant representations integrating the activity of spatially distributed modeled neurons into a so-called Temporal Population Code (TPC). In this thesis, we first investigate an issue that has persisted TPC since its introduction: to extend the concept to a biologically compatible readout stage. We propose a novel neural readout circuit based on wavelet transform that decodes the TPC over different frequency bands. We show that, in comparison with pure linear readouts used previously, the proposed system provides a robust, fast and highly compact representation of visual input. We then generalized this optimized encoding-decoding paradigm to deal with a number of robotics application in real-world tasks to investigate its robustness. Our results show that complex stimuli such as human faces, hand gestures and environmental cues can be reliably encoded by TPC which provides a powerful biologically plausible framework for real-time object recognition. In addition, our results suggest that the representation of sensory input can be built into a spatial-temporal code interpreted and parsed in series of wavelet like components by higher visual areas.El sistema visual dels mamífers té una remarcable capacitat per processar informació en intervals de temps de mili-segons sota condicions molt variables i adquirir representacions invariants d'aquesta informació. Recentment un model del còrtex primari visual explota les característiques d'alta connectivitat excitatriu local del neocortex per modelar aquestes capacitats. El model integra ràpidament l'activitat repartida espaialment de les neurones i genera codificacions invariants que s'anomenen Temporal Population Codes (TPC). Aquí investiguem una qüestió que ha persistit des de la introducció del TPC: estudiar un procés biològicament possible capaç de fer la lectura d'aquestes codificacions. Nosaltres proposem un nou circuit neuronal de lectura basat en la Wavelet Transform que decodifica la senyal TPC en diferents intervals de freqüència. Monstrem que, comparat amb lectures purament lineals utilitzades previament, el sistema proposat proporciona una representació robusta, ràpida i compacta de l'entrada visual. També presentem una generalització d'aquest paradigma de codificació-decodificació optimitzat que apliquem a diferents tasques de visió per computador i a la visió dins del context de la robòtica. Els resultats del nostre estudi suggereixen que la representació d'escenes visuals complexes, com cares humanes, gestos amb les mans i senyals del medi ambient podrien ser codificades pel TPC el qual es pot considerar un poderós marc biològic per reconeixement d'objectes en temps real. A més a més, els nostres resultats suggereixen que la representació de l'entrada sensorial pot ser integrada en un codi espai-temporal interpretat i analitzat en una serie de components Wavelet per àrees visuals superiors.Programa de doctorat en Tecnologies de la Informació i les ComunicacionsUniversitat Pompeu FabraVerschure, Paul F. M. J.Universitat Pompeu Fabra. Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions201220122012info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion158 p.application/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/94143TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/941432026-06-14T12:46:07Z
score 15,301629

Similares en LA Referencia