Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pessoa, Diogo Rafael Mendes
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10316/87998
Resumo: Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia
id RCAP_45e95872be4570418bb9c56e6d22f9d9
oai_identifier_str oai:estudogeral.uc.pt:10316/87998
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental StudyClassificação Automática de Vocalizações Ultrasónicas em Roedores: Um Estudo de Desenvolvimento NeurológicoSegmentação de Vocalizações UltrassónicasClassificação de Vocalizações UltrassónicasUltrassonsProcessamento de Bio-SinaisModelos Animais de AutismoUSV SegmentationUSV ClassificationUltrasoundsBio-Signals ProcessingAutism Rodent ModelsTrabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe evolution of technology led to an exponential increase in the amount of data being collected and stored in the most diverse areas. This is also true regarding bioacoustic studies, namely in rodents. These bioacoustic studies have recently drawn increasing attention since they present a simple and flexible tool to access animal models.Over the years, several studies have emphasized the importance of studying the sounds produced by rodents from the point of view of being used as a biomarker to evaluate the interaction between animals, mainly in social related studies. Thus, the study of Ultrasonic Vocalizations has been used on multiple occasions in order to characterize reduced social interaction. However, the true meaning of the ultrasonic vocalizations produced by mouse and which circumstances led the animals to vocalize certain sounds to the detriment of others, still remains largely unknown.During social experiments, the number of vocalizations acquired is typically in the order of the tens or hundreds per minute, which makes it harder to process them manually. Thus, in order to process such a big throughput of data, computer software is required. For this reason, the need for computational software capable of process Ultrasonic Vocalizations, namely recognize and categorize them, is the main motivation behind this work.This thesis project presents a novel algorithm, based on spectral entropy, capable of segmenting ultrasonic vocalizations, with a recall value up to 97%, as well as several classification methods capable of discriminate among ten different vocalizations with 81.1% accuracy. This presents a significant step forward in relation to the state of the art classification methodologies, which only can classify five different classes. As the final product, a software application was developed in MATLAB, integrating the proposed segmentation and classification solutions in the same fully automated pipeline, capable of processing raw audio files and extract meaningful information.A evolução da tecnologia levou a um aumento exponencial da quantidade de dados recolhidos e armazenados nas mais diversas áreas. No que diz respeito a estudos bioacústicos, a tendência observada é semelhante, nomeadamente nos estudos desenvolvidos com roedores. Para além disso, neste tipo de estudos tem-se feito sentir um crescente interesse, visto que estes se apresentam como uma ferramenta simples e flexível que permite a avaliação de modelos animais.Ao longo dos anos, diversos estudos têm salientado a importância do estudo dos sons produzidos por roedores sob o ponto de vista de serem usados como um biomarcador que permita a avaliação da interação entre os animais, nomeadamente em estudos de índole social. Assim, o estudo das vocalizações ultrassónicas tem sido utilizado por diversas ocasiões como meio para caracterizar interação social. Contudo, o verdadeiro significado dos sons produzidos pelos animais assim como que tipo de circunstâncias os levam a produzir certos tipos de sons em detrimento de outros, permanecem desconhecidos.Tipicamente, o número de vocalizações adquiridas em experiências de ´índole social atinge facilmente a ordem das dezenas ou centenas por minuto, o que torna a tarefa de as processar manualmente extremamente difícil. Desta forma, a fim de processar tamanhas quantidades de dados em tempo útil, torna-se imperativo o desenvolvimento de software computacional capaz de fazer esse processamento, sendo que deve ser capaz de reconhecer e classificar as vocalizações dos sinais a processar. Desta forma, a principal motivação desta tese está relacionada com necessidade de desenvolvimento de software com as características anteriormente mencionadas.Nesta tese uma nova metodologia, baseada na entropia espectral, capaz de segmentar vocalizações ultrassónicas foi desenvolvida, sendo capaz de obter valores de recall de 97%. Para além disso, foram também construídos diversos modelos de classificação capazes de discriminar entre dez classes diferentes de vocalizações, com 81.1% de taxa de acerto. Tal facto constitui um avanço significativo que diz respeito ao estado da arte, em que são apenas distinguidas cinco classes. Do trabalho desenvolvido neste projeto, resultou como produto final uma aplicação desenvolvida em MATLAB que integra, quer os algoritmos de segmentação desenvolvidos quer os de classificação. Assim, o software desenvolvido permite o completo processamento de sinais áudio não processados, desde a extração de informação relevante, passando pela classificação e reconhecimento de vocalizações. Todo o processo funciona de forma automática.2019-07-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/10316/87998http://hdl.handle.net/10316/87998TID:202308723engPessoa, Diogo Rafael Mendesinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2021-06-16T10:40:04Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/87998Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:08:48.231308Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
Classificação Automática de Vocalizações Ultrasónicas em Roedores: Um Estudo de Desenvolvimento Neurológico
title Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
spellingShingle Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
Pessoa, Diogo Rafael Mendes
Segmentação de Vocalizações Ultrassónicas
Classificação de Vocalizações Ultrassónicas
Ultrassons
Processamento de Bio-Sinais
Modelos Animais de Autismo
USV Segmentation
USV Classification
Ultrasounds
Bio-Signals Processing
Autism Rodent Models
title_short Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
title_full Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
title_fullStr Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
title_full_unstemmed Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
title_sort Automatic Classification of Ultrasonic Vocalizations in Rodents: a Neurodevelopmental Study
author Pessoa, Diogo Rafael Mendes
author_facet Pessoa, Diogo Rafael Mendes
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Pessoa, Diogo Rafael Mendes
dc.subject.por.fl_str_mv Segmentação de Vocalizações Ultrassónicas
Classificação de Vocalizações Ultrassónicas
Ultrassons
Processamento de Bio-Sinais
Modelos Animais de Autismo
USV Segmentation
USV Classification
Ultrasounds
Bio-Signals Processing
Autism Rodent Models
topic Segmentação de Vocalizações Ultrassónicas
Classificação de Vocalizações Ultrassónicas
Ultrassons
Processamento de Bio-Sinais
Modelos Animais de Autismo
USV Segmentation
USV Classification
Ultrasounds
Bio-Signals Processing
Autism Rodent Models
description Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-07-22
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10316/87998
http://hdl.handle.net/10316/87998
TID:202308723
url http://hdl.handle.net/10316/87998
identifier_str_mv TID:202308723
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799133981010034688

Registros relacionados