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Other titre : Neural decoding in the central auditory system using bio-inspired spectro-temporal representations and a generalized bilinear model

dc.contributor.advisorPlourde, Éric
dc.contributor.advisorRouat, Jean
dc.contributor.authorSiahpoush, Shadifr
dc.date.accessioned2015-11-06T22:15:20Z
dc.date.available2015-11-06T22:15:20Z
dc.date.created2015fr
dc.date.issued2015-11-06
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/8027
dc.description.abstractRésumé : Dans ce projet, un décodage neuronal bayésien est effectué sur le colliculus inférieur du cochon d'Inde. Premièrement, On lit les potentiels évoqués grâce aux électrodes et ensuite on en déduit les potentiels d'actions à l'aide de technique de classification des décharges des neurones. Ensuite, un modèle linéaire généralisé (GLM) est entraîné en associant un stimulus acoustique en même temps que les mesures de potentiel qui sont effectuées. Enfin, nous faisons le décodage neuronal de l'activité des neurones en utilisant une méthode d'estimation statistique par maximum à posteriori afin de reconstituer la représentation spectro-temporelle du signal acoustique qui correspond au stimulus acoustique. Dans ce projet, nous étudions l'impact de différents modèles de codage neuronal ainsi que de différentes représentations spectro-temporelles (qu'elles sont supposé représenter le stimulus acoustique équivalent) sur la précision du décodage bayésien de l'activité neuronale enregistrée par le système auditif central. En fait, le modèle va associer une représentation spectro-temporelle équivalente au stimulus acoustique à partir des mesures faites dans le cerveau. Deux modèles de codage sont comparés: un GLM et un modèle bilinéaire généralisé (GBM), chacun avec trois différentes représentations spectro-temporelles des stimuli d'entrée soit un spectrogramme ainsi que deux représentations bio-inspirées: un banc de filtres gammatones et un spikegramme. Les paramètres des GLM et GBM, soit le champ récepteur spectro-temporel, le filtre post décharge et l'entrée non linéaire (seulement pour le GBM) sont adaptés en utilisant un algorithme d'optimisation par maximum de vraisemblance (ML). Le rapport signal sur bruit entre la représentation reconstruite et la représentation originale est utilisé pour évaluer le décodage, c'est-à-dire la précision de la reconstruction. Nous montrons expérimentalement que la précision de la reconstruction est meilleure avec une représentation par spikegramme qu'avec une représentation par spectrogramme et, en outre, que l'utilisation d'un GBM au lieu d'un GLM augmente la précision de la reconstruction. En fait, nos résultats montrent que le rapport signal à bruit de la reconstruction d'un spikegramme avec le modèle GBM est supérieur de 3.3 dB au rapport signal à bruit de la reconstruction d'un spectrogramme avec le modèle GLM.fr
dc.description.abstractAbstract : In this project, Bayesian neural decoding is performed on the neural activity recorded from the inferior colliculus of the guinea pig following the presentation of a vocalization. In particular, we study the impact of different encoding models on the accuracy of reconstruction of different spectro-temporal representations of the input stimulus. First voltages recorded from the inferior colliculus of the guinea pig are read and the spike trains are obtained. Then, we fit an encoding model to the stimulus and associated spike trains. Finally, we do neural decoding on the pairs of stimuli and neural activities using the maximum a posteriori optimization method to obtain the reconstructed spectro-temporal representation of the signal. Two encoding models, a generalized linear model (GLM) and a generalized bilinear model (GBM), are compared along with three different spectro-temporal representations of the input stimuli: a spectrogram and two bio-inspired representations, i.e. a gammatone filter bank (GFB) and a spikegram. The parameters of the GLM and GBM including spectro-temporal receptive field, post spike filter and input non linearity (only for the GBM) are fitted using the maximum likelihood optimization (ML) algorithm. Signal to noise ratios between the reconstructed and original representations are used to evaluate the decoding, or reconstruction accuracy. We experimentally show that the reconstruction accuracy is better with the spikegram representation than with the spectrogram and GFB representation. Furthermore, using a GBM instead of a GLM significantly increases the reconstruction accuracy. In fact, our results show that the spikegram reconstruction accuracy with a GBM fitting yields an SNR that is 3.3 dB better than when using the standard decoding approach of reconstructing a spectrogram with GLM fitting.fr
dc.language.isofrefr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Shadi Siahpoushfr
dc.subjectDécodage neuronal bayésienfr
dc.subjectCodage neuronalfr
dc.subjectColliculus inférieurfr
dc.subjectApprentissage de maximum de vraisemblancefr
dc.subjectModèle linéaire généraliséfr
dc.subjectModèle bilinéaire généraliséfr
dc.subjectSpikegramfr
dc.subjectBanc de filtres gammatonesfr
dc.subjectBayesian neural decodingfr
dc.subjectNeural encodingfr
dc.subjectInferior colliculusfr
dc.subjectMaximum likelihood fittingfr
dc.subjectGeneralized linear modelfr
dc.subjectGeneralized bilinear modelfr
dc.subjectSpikegram representationfr
dc.subjectGammatone filter bankfr
dc.titleDécodage neuronal dans le système auditif central à l'aide d'un modèle bilinéaire généralisé et de représentations spectro-temporelles bio-inspiréesfr
dc.title.alternativeNeural decoding in the central auditory system using bio-inspired spectro-temporal representations and a generalized bilinear modelfr
dc.typeMémoirefr
tme.degree.disciplineGénie électriquefr
tme.degree.grantorFaculté de géniefr
tme.degree.levelMaîtrisefr
tme.degree.nameM. Sc. A.fr


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