Thesis--Göteberg. / Extra t.p. with thesis statement inserted. Includes bibliographical references (p. 186-195).

Thèse (M.Ps.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. 39-45. Publié aussi en version électronique.

La recherche dans le domaine de l'informatique neuro-inspirée suscite beaucoup d'intérêt depuis quelques années. Avec des applications potentielles dans des domaines tels que le traitement de données à grande échelle, la robotique ou encore les systèmes autonomes intelligents pour ne citer qu'eux, des paradigmes de calcul bio-inspirés sont étudies pour la prochaine génération solutions informatiques (post-Moore, non-Von Neumann) ultra-basse consommation. Dans ce travail, nous discutons les rôles que les différentes technologies de mémoire résistive non-volatiles émergentes (RRAM), notamment (i) Phase Change Memory (PCM), (ii) Conductive-Bridge Memory (CBRAM) et de la mémoire basée sur une structure Metal-Oxide (OXRAM) peuvent jouer dans des dispositifs neuromorphiques dédies. Nous nous concentrons sur l'émulation des effets de plasticité synaptique comme la potentialisation à long terme (Long Term Potentiation, LTP), la dépression à long terme (Long Term Depression, LTD) et la théorie STDP (Spike-Timing Dependent Plasticity) avec des synapses RRAM. Nous avons développé à la fois de nouvelles architectures de faiblement énergivore, des méthodologies de programmation ainsi que des règles d'apprentissages simplifiées inspirées de la théorie STDP spécifiquement optimisées pour certaines technologies RRAM. Nous montrons l'implémentation de systèmes neuromorphiques a grande échelle et efficace énergétiquement selon deux approches différentes: (i) des synapses multi-niveaux déterministes et (ii) des synapses stochastiques binaires. Des prototypes d'applications telles que l'extraction de schéma visuel et auditif complexe sont également montres en utilisant des réseaux de neurones impulsionnels (Feed-forward Spiking Neural Network, SNN). Nous introduisons également une nouvelle méthodologie pour concevoir des neurones stochastiques très compacts qui exploitent les caractéristiques physiques intrinsèques des appareils CBRAM.

The perception of our environment and processing situation- or task-relevant information guides us through our everyday life. For example, in sports, the perception of situation-relevant information can be crucial for success or defeat. Different studies show that auditory and visual information interacts in the perception of complex stimuli (Allerdissen et al., 2017; Ca˜nal-Bruland et al., 2018). Furthermore, the combination of auditory and visual stimuli seems to lead to an increase in the precision of perception (Effenberg, 2005). So far, many studies have investigated the influence of (motor) experiences on the perception and evaluation of complex skills (Heinen et al., 2012; Pizzera & Raab, 2012). This dissertation investigates the role of visual and auditory information in the perception, assessment, and evaluation of complex gymnastic skills. Furthermore, it attempts to approach the role of auditory and visual information in motor control of complex skills. The publication-based dissertation includes five different studies. The first two studies (chapters four and five) deal with expert-novice comparisons regarding the quality of movement perception in gymnastics under three different conditions (audiovisual, visual, and auditory). Here, a three-part acrobatic element sequence (round-off, followed by a back handspring and straight back somersault) on the floor was chosen as the object of investigation. Based on the results of the first study, the second investigation takes up the three-part acrobatic series again. The focus here is on the auditory perception of the natural movement sounds through manipulations. The results of the second study lay the foundation for subsequent investigations. The third study investigated whether and to what extent auditory and visual information processing affect the execution of complex skills in trampoline gymnastics. The fourth study takes up the acrobatic series again. Here, music is examined as a possible influencing factor that can play an essential role in female gymnastics on the floor. The fifth and final study attempts to replicate the results of the fourth study for another component of floor routines in female gymnastics female (gymnastic series). Within the dissertation project studies, previous study results regarding the perception of complex skills could be confirmed for the field of gymnastics. On the one hand, it could be shown that more accurate estimations of complex skills are made when visual and auditory information is available and that current gymnasts use auditory information differently than persons without previous experience and persons with visual experience. On the other hand, it could be shown within a synchronization task in trampoline gymnastics that the availability of information affects the speed of movement regulation. It could also be observed that music adapted to the speed of movement leads to higher scores in evaluating the shown gymnastics skills.:Versicherung I List of Publications II Summary III Zusammenfassung IV 1 Introduction 2 Theoretical Background 2.1 Motion Perception in Gymnastics 2.2 Sensory Contributions to Motion Perception 2.3 Neurophysiological Processes in Motion Perception 2.4 Behavioral and Cognitive Approaches to Motion Perception 2.5 Summary 3 Research Program 4 Publication I - The Role of Visual and Auditory Information in the Observation and Evaluation of Complex Skills in Gymnastics 5 Publication II - How does Auditory Information Influence Observers’ Perception during the Evaluation of Complex Skills? 6 Publication III (accepted) - The Role of Auditory and Visual Information in Interpersonal Coordination in Trampoline Gymnastics 7 Publication IV - Does Jumping to the Beat Result in Better Ratings from Gymnastics Experts? 8 Publication V - The Influence of Music on Judges’ Evaluation of Complex Skills in Gymnastics 9 General Discussion 9.1 Theoretical Discussion 9.2 Methodological Discussion 9.3 Practical Implications 10 Conclusions References Appendix / Die Wahrnehmung unserer Umwelt und die Verarbeitung der situations- oder auf- gabenrelevanten Informationen leitet uns durch unseren Alltag. Im Sport kann die Wahrnehmung von situationsrelevanten Informationen ausschlaggebend für Erfolg oder Niederlage sein. Dabei zeigen unterschiedliche Studien, dass auditive und visuelle Informationen bei der Wahrnehmung komplexer Stimuli interagieren (Allerdissen et al., 2017; Cañal-Bruland et al., 2018). Des Weiteren scheint die Kombination von auditiven und visuellen Reizen zu einer präziseren Wahrnehmung zu führen (Effenberg, 2005). Bisher wurde vielfach untersucht, welchen Einfluss (Bewegungs-) Erfahrungen auf die Wahrnehmung und die Bewertung von Bewegungen hat (Heinen et al., 2012; Pizzera & Raab, 2012). Das Ziel des Dissertationsprojektes ist es die Rolle von visuellen und auditiven Informationen bei der Wahrnehmung, Einschätzung und Bewertung von komplexen turnerischen Elementen zu untersuchen. Des Weiteren wird versucht sich der Rolle von auditiven und visuellen Informationen bei der motorischen Kontrolle komplexer Bewegungen zu nähern. Die publikationsbasierte Arbeit umfasst fünf Studien. Die ersten beiden Untersuchungen (Kapitel vier und fünf) befassen sich mit Experten-Novizen-Vergleichen hinsichtlich der Qualität der Bewegungswahrnehmung im Gerätturnen unter drei verschiedenen Bedingungen (audio-visuell, visuell, auditiv). Hierbei wurde eine dreiteilige akrobatische Elementabfolge (Rondat, Flick-Flack, Salto rückwärts gestreckt) am Gerät Boden als Untersuchungsgegenstand gewählt. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Studie greift die zweite Untersuchung die dreiteilige Bewegungsfolge erneut auf. Der Fokus wird hierbei auf die natürlichen Bewegungsgeräusche gelegt, deren Informationen durch Manipulationen verändert werden. Die Ergebnisse der zweiten Studie legen die Grundlage für die darauf folgenden Untersuchungen. In der dritten Studie wurde untersucht, ob und inwiefern sich die Verarbeitung von auditiven und visuellen Informationen auf die Ausführung von komplexen Bewegungen auswirkt. Die vierte Studie greift erneut die akrobatische Elementabfolge auf. Hierbei wird Musik als möglicher Einflussfaktor untersucht, der im Gerätturnen weiblich am Boden eine wichtige Rollen spielen kann. Die fünfte und abschließende Studie versucht die Ergebnisse der vierten Studie für einen anderen Bestandteil der Bodenübung im Gerätturnen weiblich (gymnastische Reihen) zu replizieren. Innerhalb des Dissertationsprojektes konnten bisherige Studienergebnisse bezüglich der Wahrnehmung von komplexen Bewegungen für den Bereich des Turnens bestätigt werden. Einerseits konnte gezeigt werden, dass genauere Einschätzungen von Bewegungen erfolgen, wenn visuelle und auditive Informationen verfügbar sind und aktive Sportler:innen auditive Informationen anders nutzen, als Personen ohne Vorerfahrung oder mit visuellen Erfahrungen. Andererseits konnte innerhalb einer Synchronisationsaufgabe im Trampolinturnen gezeigt werden, dass sich die Verfügbarkeit der Informationen auf die Geschwindigkeit der Bewegungsregulation auswirkt. Es konnte außer- dem beobachtet werden, dass an die Bewegungsgeschwindigkeit angepasste Musik zu höheren Werten bei der Bewertung der gezeigten Bewegungen führt.:Versicherung I List of Publications II Summary III Zusammenfassung IV 1 Introduction 2 Theoretical Background 2.1 Motion Perception in Gymnastics 2.2 Sensory Contributions to Motion Perception 2.3 Neurophysiological Processes in Motion Perception 2.4 Behavioral and Cognitive Approaches to Motion Perception 2.5 Summary 3 Research Program 4 Publication I - The Role of Visual and Auditory Information in the Observation and Evaluation of Complex Skills in Gymnastics 5 Publication II - How does Auditory Information Influence Observers’ Perception during the Evaluation of Complex Skills? 6 Publication III (accepted) - The Role of Auditory and Visual Information in Interpersonal Coordination in Trampoline Gymnastics 7 Publication IV - Does Jumping to the Beat Result in Better Ratings from Gymnastics Experts? 8 Publication V - The Influence of Music on Judges’ Evaluation of Complex Skills in Gymnastics 9 General Discussion 9.1 Theoretical Discussion 9.2 Methodological Discussion 9.3 Practical Implications 10 Conclusions References Appendix

La recherche dans le domaine de l’informatique neuro-inspirée suscite beaucoup d'intérêt depuis quelques années. Avec des applications potentielles dans des domaines tels que le traitement de données à grande échelle, la robotique ou encore les systèmes autonomes intelligents pour ne citer qu'eux, des paradigmes de calcul bio-inspirés sont étudies pour la prochaine génération solutions informatiques (post-Moore, non-Von Neumann) ultra-basse consommation. Dans ce travail, nous discutons les rôles que les différentes technologies de mémoire résistive non-volatiles émergentes (RRAM), notamment (i) Phase Change Memory (PCM), (ii) Conductive-Bridge Memory (CBRAM) et de la mémoire basée sur une structure Metal-Oxide (OXRAM) peuvent jouer dans des dispositifs neuromorphiques dédies. Nous nous concentrons sur l'émulation des effets de plasticité synaptique comme la potentialisation à long terme (Long Term Potentiation, LTP), la dépression à long terme (Long Term Depression, LTD) et la théorie STDP (Spike-Timing Dependent Plasticity) avec des synapses RRAM. Nous avons développé à la fois de nouvelles architectures de faiblement énergivore, des méthodologies de programmation ainsi que des règles d’apprentissages simplifiées inspirées de la théorie STDP spécifiquement optimisées pour certaines technologies RRAM. Nous montrons l’implémentation de systèmes neuromorphiques a grande échelle et efficace énergétiquement selon deux approches différentes: (i) des synapses multi-niveaux déterministes et (ii) des synapses stochastiques binaires. Des prototypes d'applications telles que l’extraction de schéma visuel et auditif complexe sont également montres en utilisant des réseaux de neurones impulsionnels (Feed-forward Spiking Neural Network, SNN). Nous introduisons également une nouvelle méthodologie pour concevoir des neurones stochastiques très compacts qui exploitent les caractéristiques physiques intrinsèques des appareils CBRAM. / Research in the field of neuromorphic- and cognitive- computing has generated a lot of interest in recent years. With potential application in fields such as large-scale data driven computing, robotics, intelligent autonomous systems to name a few, bio-inspired computing paradigms are being investigated as the next generation (post-Moore, non-Von Neumann) ultra-low power computing solutions. In this work we discuss the role that different emerging non-volatile resistive memory technologies (RRAM), specifically (i) Phase Change Memory (PCM), (ii) Conductive-Bridge Memory (CBRAM) and Metal-Oxide based Memory (OXRAM) can play in dedicated neuromorphic hardware. We focus on the emulation of synaptic plasticity effects such as long-term potentiation (LTP), long term depression (LTD) and spike-timing dependent plasticity (STDP) with RRAM synapses. We developed novel low-power architectures, programming methodologies, and simplified STDP-like learning rules, optimized specifically for some RRAM technologies. We show the implementation of large-scale energy efficient neuromorphic systems with two different approaches (i) deterministic multi-level synapses and (ii) stochastic-binary synapses. Prototype applications such as complex visual- and auditory- pattern extraction are also shown using feed-forward spiking neural networks (SNN). We also introduce a novel methodology to design low-area efficient stochastic neurons that exploit intrinsic physical effects of CBRAM devices.

Au cours de la dernière décennie, plusieurs études ont montré que le traitement des mots est influencé par leurs caractéristiques orthographiques, lexicales et sémantiques. Les valeurs élevées des variables sémantiques, telles que la familiarité conceptuelle, l’imageabilité, la concrétude et l’expérience sensorielle, sont généralement associées à un traitement plus rapide et plus précis des mots lors d’une tâche de décision lexicale sur présentation écrite. Cependant, les normes relatives à l’une des variables sémantiques cruciales, comme la familiarité conceptuelle, et à une autre nouvelle variable, celle de la force perceptuelle d’une modalité spécifique, ne sont pas disponibles pour une large base de données francophones. Cette thèse présente des normes de familiarité conceptuelle, de force perceptuelle visuelle et auditive pour 3 596 mots en français. Ces normes ont été collectées auprès de 313 participants franco-canadiens, âgés entre 18 et 35 ans. Des statistiques descriptives et des analyses corrélationnelles ont été conduites sur ces normes et sur d’autres variables subjectives déjà publiées (âge d’acquisition, imageabilité, concrétude) et objectives (nombre de lettres, fréquence objective). Les analyses de corrélation ont révélé la nature sémantique de nos variables. Plus spécifiquement, les estimations de la force perceptuelle visuelle et auditive ont montré une relation forte avec les variables sémantiques, d’où l’importance du rôle de l’expérience perceptuelle dans la représentation conceptuelle des mots. Nous avons ensuite démontré l'utilité de ces nouvelles normes, de familiarité conceptuelle et de force perceptuelle, en évaluant leur contribution aux temps de réponse dans une tâche de décision lexicale. En utilisant des analyses de régression par étapes, nous avons démontré l’apport indépendant de la familiarité conceptuelle et de la force perceptuelle au-delà d’autres variables psycholinguistiques bien connues, telles que la longueur des mots, la fréquence, l’imageabilité, l’âge d’acquisition et la concrétude. Nos résultats procurent des données probantes en français sur la connaissance des caractéristiques psycholinguistiques et leurs impacts dans le traitement des mots. Les banques de données développées dans ces études constituent un apport significatif sur les études futures qui éclaireront davantage l'interaction entre les systèmes linguistique, sémantique et perceptuel. Ces études aideront les chercheurs à sélectionner des stimuli en français avec des caractéristiques psycholinguistiques spécifiques pour des expériences dans lesquelles la familiarité conceptuelle et la force perceptuelle doivent être prises en compte. Ces normes auront également un large domaine d’utilisation, comme la recherche sur les sciences humaines de la santé et la création de matériel didactique et des tests d’évaluation du langage. / Over the past decade, research has shown that word processing is influenced by the orthographic, lexical, and semantic features of words. High values of semantic variables, such as conceptual familiarity, imageability, concreteness and sensory experience, are usually associated with faster and more accurate word processing as, for instance, measured with a written lexical decision task. However, norms for crucial semantic variables, such as conceptual familiarity, and another new variable of modality specific perceptual strength, are not available for a large set of French words. This thesis presents norms for conceptual familiarity, visual and auditory perceptual strength for 3,596 French words. We collected these norms from approximately 300 healthy participants, all French-Canadian native speakers, between 18 and 35 years of age. Descriptive statistics and correlational analyses were conducted on these norms and on other known subjective variables (age of acquisition, imageability, concreteness) and objective variables (number of letters, objective frequency). Correlation analyzes revealed the semantic nature of our variables. More specifically, values of visual and auditory perceptual strength have shown a strong relationship with semantic variables. This highlights the importance of the role of perceptual experience in the conceptual representation of words. We then demonstrated the usefulness of these new norms of conceptual familiarity and perceptual strength by evaluating their impact on latencies in a written lexical decision task. Using stepwise regression models, conceptual familiarity and perceptual strength demonstrated independent contribution to latencies, beyond the contribution of other well-known psycholinguistic variables, such as word length, frequency, imageability, age of acquisition and concreteness. The databases developed in these studies are a meaningful contribution to future studies that will shed further light on the interaction between the linguistic, semantic and perceptual systems. These studies will help researchers to select French stimuli with specific psycholinguistic characteristics for experiments in which conceptual familiarity and perceptual strength must be taken into account. These norms will also have a broad area of use, such as research in human health sciences and the creation of teaching materials and language assessment tests.