作者：刘洪波、冯士刚
页数：236
出版社：清华大学出版社
出版日期：2021
ISBN：9787302589310
电子书格式：pdf/epub/txt
内容简介
本书介绍了脑与认知及计算相关的基础，主要介绍了方法与技术、神经与信息、视觉与计算、感知与运动、注意与意识、学习与记忆、沟通与语言、情感与计算、发育与可塑、社会与可塑、人工与系统。
本书是作者10年的教学经验和实践成果，全书图文并茂，理论与实践相结合，为人工智能/智能科学与技术专业，脑与神经科学专业学生编写，帮助学生学习人脑机制和应用实践等。
本书可作为理工科本科生、研究生智能类课程教材或参考书，也可作为科技人员智能系统设计与实践的参考手册。
作者简介
刘洪波博士，加州大学圣地亚哥分校神经计算研究所访问学者，二级教授，博导，计算机科学与技术学科带头人，人工智能专业方向带头人，主要研究认知计算、大数据驱动智能等，曾作为项目负责人承担国家自然科学基金、教育部人才计划项目等多个项目；发表CCF A类在内的论文百余篇；曾获省部级科技进步二等奖(排名第一)、行业联合会科技创新奖(排名第一)；大连高新区生态科创产业联盟副理事长，入选教育部新世纪优秀人才。
本书特色
全彩印刷，全程视频讲解，详细阐述脑与认知及计算的基础知识和实践，适合人工智能专业及智能类课程学习的工具书。
人脑+电脑，开启智能新时代！
目录
第 1章认知与计算 ……………………………………………………………………………….. 1
1.1认知
…………………………………………………………………………………………..1
1.2元认知
……………………………………………………………………………………….2
1.3认知计算
…………………………………………………………………………………….2
1.4脑结构与功能
………………………………………………………………………………3
1.5三位一体
…………………………………………………………………………………..10
1.6脑与认知框架
…………………………………………………………………………….11
1.7人类脑计划
………………………………………………………………………………..12
习题 ……………………………………………………………………………………………….13
第 2章方法与技术 ……………………………………………………………………………….15
2.1心理学方法
………………………………………………………………………………..15
2.1.1反应时法
…………………………………………………………………………15
2.
1.2眼动分析法 ………………………………………………………………………15
2.
1.3口语报告分析法 ………………………………………………………………..15
2.
1.4内隐联想测验……………………………………………………………………16
2.
1.5计算机模拟法……………………………………………………………………16
2.2电生理学方法
…………………………………………………………………………….16
2.
2.1膜片钳技术 ………………………………………………………………………16
2.
2.2细胞记录法 ………………………………………………………………………16
2.
2.3脑损伤研究法……………………………………………………………………17
2.3脑成像
……………………………………………………………………………………..17
2.3.1 CT…………………………………………………………………………………17
2.3.2 PET……………………………………………………………………………….17
2.3.3 SPECT…………………………………………………………………………..18
2.3.4 MRI……………………………………………………………………………….18
2.3.5 fMRI………………………………………………………………………………19
2.3.6 TPM………………………………………………………………………………20
2.3.7 EEG ………………………………………………………………………………20
2.3.8 MEG………………………………………………………………………………22
2.4技术比较
…………………………………………………………………………………..22
2.5设计实验范式
…………………………………………………………………………….23
2.6数据处理
…………………………………………………………………………………..25
习题 ……………………………………………………………………………………………….27
第 3章神经与信息 ……………………………………………………………………………….29
3.1神经元
……………………………………………………………………………………..29
3.2神经胶质细胞
…………………………………………………………………………….31
3.3神经信息
…………………………………………………………………………………..33
3.
3.1神经信息产生……………………………………………………………………33
3.
3.2神经信息编码……………………………………………………………………34
3.
3.3神经信息传播……………………………………………………………………35
3.
4神经通路和层级 ………………………………………………………………………….38
3.5人工神经
…………………………………………………………………………………..40
3.
5.1人工神经元 ………………………………………………………………………40
3.
5.2人工神经网络……………………………………………………………………41
3.
5.3深度学习系统……………………………………………………………………42
3.6微观与超微观
…………………………………………………………………………….44
3.6.1分子 ……………………………………………………………………………….44
3.6.2量子
……………………………………………………………………………….44
习题 ……………………………………………………………………………………………….45
第 4章视觉与计算 ……………………………………………………………………………….47
4.1眼睛
…………………………………………………………………………………………47
4.2视觉信息
…………………………………………………………………………………..47
4.
2.1视觉信息感知……………………………………………………………………47
4.
2.2视觉信息传递……………………………………………………………………49
4.
2.3视觉感受机制……………………………………………………………………51
4.
2.4视觉信息编码……………………………………………………………………54
4.3对象识别
…………………………………………………………………………………..56
4.3.1神经机制
…………………………………………………………………………57
4.3.2认知模型
…………………………………………………………………………57
4.3.3眼球运动
…………………………………………………………………………60
4.3.4运动知觉
…………………………………………………………………………60
4.3.5立体视觉
…………………………………………………………………………61
4.3.6颜色视觉
…………………………………………………………………………61
4.
3.7视觉恒常性与脑补 ……………………………………………………………..63
4.4视觉理论
…………………………………………………………………………………..64
4.
4.1马尔计算视觉……………………………………………………………………64
4.
4.2格式塔理论 ………………………………………………………………………65
4.4.3主动视觉
…………………………………………………………………………66
4.5计算机视觉
………………………………………………………………………………..66
4.5.1深度估计
…………………………………………………………………………66
4.5.2行人预测
…………………………………………………………………………68
4.5.3水下视觉
…………………………………………………………………………71
4.6视觉系统比较
…………………………………………………………………………….72
习题 ……………………………………………………………………………………………….72
第 5章感知与运动 ……………………………………………………………………………….75
5.1感觉与知觉
………………………………………………………………………………..75
5.2感受器和编码
…………………………………………………………………………….76
5.
2.1感受器的种类……………………………………………………………………76
5.
2.2感受器的换能作用 ……………………………………………………………..76
5.
2.3感觉信息编码……………………………………………………………………77
5.3听觉与平衡觉
…………………………………………………………………………….79
5.
3.1声音与听觉 ………………………………………………………………………79
5.
3.2耳朵与声音感知 ………………………………………………………………..80
5.3.3人工耳蜗
…………………………………………………………………………82
5.3.4听声辨位
…………………………………………………………………………83
5.3.5平衡觉
…………………………………………………………………………….84
5.4触觉和痛觉
………………………………………………………………………………..85
5.4.1触痛感知
…………………………………………………………………………86
5.4.2触觉
……………………………………………………………………………….87
5.4.3痛觉
……………………………………………………………………………….88
5.4.4痒觉
……………………………………………………………………………….88
5.5嗅觉和味觉
………………………………………………………………………………..89
5.5.1嗅觉
……………………………………………………………………………….89
5.5.2味觉
……………………………………………………………………………….90
5.6联觉和直觉
………………………………………………………………………………..92
5.6.1联觉
……………………………………………………………………………….92
5.6.2直觉
……………………………………………………………………………….93
5.
7初级感觉与运动皮层 ……………………………………………………………………93
5.8运动与控制
………………………………………………………………………………..94
5.8.1下行传导通路……………………………………………………………………95
5.
8.2运动层级与控制 ………………………………………………………………..96
习题 ……………………………………………………………………………………………….97
第 6章注意与意识 ……………………………………………………………………………….99
6.1注意
…………………………………………………………………………………………99
6.2注意与分辨
……………………………………………………………………………… 100
6.3注意网络
………………………………………………………………………………… 100
6.
4注意的生理机制 ……………………………………………………………………….. 101
6.
5注意的信息加工 ……………………………………………………………………….. 102
6.
5.1选择性注意 ……………………………………………………………………. 102
6.5.2注意分配
………………………………………………………………………. 105
6.5.3变化视盲
………………………………………………………………………. 105
6.
5.4外显型与内隐型注意………………………………………………………… 106
6.
5.5特征整合理论…………………………………………………………………. 107
6.6人工注意网络
………………………………………………………………………….. 108
6.7睡眠与梦
………………………………………………………………………………… 108
6.8意识与思维
……………………………………………………………………………… 111
习题 …………………………………………………………………………………………….. 112
第 7章学习与记忆 ……………………………………………………………………………..113
7.1学习
………………………………………………………………………………………. 113
7.
1.1学习认知模型…………………………………………………………………. 113
7.1.2赫布理论
………………………………………………………………………. 115
7.1.3迁移学习
………………………………………………………………………. 115
7.
1.4学习形成记忆…………………………………………………………………. 116
7.2元学习
…………………………………………………………………………………… 117
7.3记忆
………………………………………………………………………………………. 119
7.4记忆模型
………………………………………………………………………………… 120
7.
4.1多重存储记忆模型 …………………………………………………………… 120
7.
4.2工作记忆模型…………………………………………………………………. 121
7.
5记忆的神经基础 ……………………………………………………………………….. 122
7.
5.1记忆相关的脑区 ……………………………………………………………… 122
7.
5.2记忆相关的皮层 ……………………………………………………………… 123
7.
5.3海马与记忆 ……………………………………………………………………. 124
7.6记忆转移
………………………………………………………………………………… 124
7.7遗忘曲线
………………………………………………………………………………… 125
7.8概念与分类
……………………………………………………………………………… 126
7.9知识建构
………………………………………………………………………………… 127
7.
9.1符号网络模型…………………………………………………………………. 128
7.
9.2层次语义网络模型 …………………………………………………………… 129
7.9.3原型模型
………………………………………………………………………. 130
7.
9.4激活扩散模型…………………………………………………………………. 130
7.10知识表征
………………………………………………………………………………. 131
7.
10.1联想记忆模型 ……………………………………………………………… 131
7.
10.2知识图谱……………………………………………………………………. 133
7.11贝叶斯大脑
……………………………………………………………………………. 134
习题 …………………………………………………………………………………………….. 136
第 8章沟通与语言 ……………………………………………………………………………..137
8.1沟通
………………………………………………………………………………………. 137
8.
2人类语言的演化 ……………………………………………………………………….. 137
8.
3人类语言的独特性…………………………………………………………………….. 137
8.
4失语症与语言中枢…………………………………………………………………….. 138
8.5语言处理模型
………………………………………………………………………….. 139
8.5.1
Lichtheim模型 ………………………………………………………………. 139
8.5.2
Wernicke-Geschwind模型…………………………………………………. 140
8.6词脑
………………………………………………………………………………………. 142
8.
7中英语言认知异同…………………………………………………………………….. 146
8.
8脑电到文字转译 ……………………………………………………………………….. 147
8.9自然语言处理
………………………………………………………………………….. 147
8.10对偶学习
………………………………………………………………………………. 148
习题 …………………………………………………………………………………………….. 149
第 9章情感与计算 ……………………………………………………………………………..151
9.1报偿与动机
……………………………………………………………………………… 151
9.2成瘾
………………………………………………………………………………………. 152
9.3人脑经济学
……………………………………………………………………………… 153
9.
3.1经济学现象 ……………………………………………………………………. 153
9.3.2能量函数
………………………………………………………………………. 155
9.4强化学习
………………………………………………………………………………… 156
9.5理性与情绪
……………………………………………………………………………… 158
9.6情绪脑
…………………………………………………………………………………… 160
9.7情感与选择
……………………………………………………………………………… 161
9.8预测与期望
……………………………………………………………………………… 163
9.9期望最大化
……………………………………………………………………………… 164
9.10对抗网络
………………………………………………………………………………. 165
9.
11自律与自监督…………………………………………………………………………. 166
9.12情感计算
………………………………………………………………………………. 166
习题 …………………………………………………………………………………………….. 168
第 10章发育与可塑 ……………………………………………………………………………169
10.1脑功能发育
……………………………………………………………………………. 169
10.
2脑功能可塑性…………………………………………………………………………. 170
10.3脑改进方案
……………………………………………………………………………. 171
10.
4脑区到脑网络…………………………………………………………………………. 173
10.
4.1结构洞与智力 ……………………………………………………………….. 174
10.
4.2复杂性临界点 ……………………………………………………………….. 175
10.5脑网络演化
……………………………………………………………………………. 177
10.
5.1演化动力学 ………………………………………………………………….. 177
10.
5.2图网络学习 ………………………………………………………………….. 179
10.6男女有别
………………………………………………………………………………. 180
10.
7神经架构搜索…………………………………………………………………………. 182
习题 …………………………………………………………………………………………….. 182
第 11章社会与创造 ……………………………………………………………………………183
11.1社会认知
………………………………………………………………………………. 183
11.2归因理论
………………………………………………………………………………. 185
11.3分类与图式
……………………………………………………………………………. 186
11.4同理心
………………………………………………………………………………….. 188
11.
4.1镜像神经元 ………………………………………………………………….. 188
11.
4.2自闭症情绪图谱理论 ………………………………………………………. 188
11.
4.3同理心和道德决策 …………………………………………………………. 189
11.
4.4同理心与公平感…………………………………………………………….. 190
11.5模仿行为
………………………………………………………………………………. 191
11.
6具身认知与元宇宙 …………………………………………………………………… 192
11.7利他行为
………………………………………………………………………………. 193
11.
8智力与创造力…………………………………………………………………………. 194
11.
9人类智力的起源与演化 …………………………………………………………….. 194
11.10弗林效应
……………………………………………………………………………… 195
11.
11社会网络与大数据 …………………………………………………………………. 196
习题 …………………………………………………………………………………………….. 198
第 12章人工与系统 ……………………………………………………………………………199
12.1人工智能
………………………………………………………………………………. 199
12.
2类脑计算与人工脑 …………………………………………………………………… 199
12.3仿真机器人
……………………………………………………………………………. 201
12.4脑机系统
………………………………………………………………………………. 204
12.
5自主无人系统…………………………………………………………………………. 206
12.
6复杂性与奥卡姆剃刀………………………………………………………………… 206
12.7安全和伦理
……………………………………………………………………………. 207
12.7.1可信与安全 ………………………………………………………………….. 207
12.
7.2道德与伦理 ………………………………………………………………….. 209
习题 …………………………………………………………………………………………….. 211
参考文献 ……………………………………………………………………………………………..213
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