脑认知原理——脑与认知知觉

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1、脑认知原理 (Principles of Brain Cognition) 游泽清 与感觉有关的一些概念 模式识别原理 与知觉有关的一些概念 第二讲 脑认知过程中的知觉 (一) 与感觉有关的一些概念 感觉的定义 感觉的生理过程 感觉的种类 有关感觉的一些规律 感觉 (Sensation) 是人脑对客观刺激的 个别（各别）属性 反映 1. 感觉的定义 感觉与知觉同属大脑对客观刺激的反映, 这些反映 不能离开客观刺激（不同于表象） 知觉(perception) 是人脑对客观刺激的 整体反映 (客观刺激: 直接作用于各感觉器官的外界事物、操作) 感觉的任务是, 由特定感觉器官接受刺激, 并通过神经系

2、统传递至大脑的特定部位 包括三个环节： 2. 感觉的生理过程 感觉器官（换能器) 感觉器官（换能器） 将（客观）物理化学刺激转化为 （专门的神经细胞）生物电信号 感觉的任务是, 由特定感觉器官接受刺激, 并通过神经系统传递至大脑的特定部位 包括三个环节： 2. 感觉的生理过程 感觉器官（换能器) 脑神经系统（信道） 脑神经系统（信道） 将生物电形式表征的信息传递到大脑皮层 感觉的任务是, 由特定感觉器官接受刺激, 并通过神经系统传递至大脑的特定部位 包括三个环节： 2. 感觉的生理过程 感觉器官（换能器) 脑神经系统（信道） 大脑皮层的投射区（反映） 大脑皮层的投射区（反映） 不同感觉由各自专

3、用信道(神经), 传送到脑皮层的指定部位）。 刺激 感觉器官 （换能器) 脑神经系统 （信道） 大脑皮层的 指定部位 生物电 形式 物理化学 形式 生物电 形式 反映 感觉侧重于物理、生理过程 (不同感觉的区别, 不是生物电信号, 而是取决于反映该感觉的脑区部位) (人工换能器也能产生相似的感觉) 感觉和知觉的共性： 二者都离不开“客观刺激” - 区别于“表象” 感觉和知觉的区别： 感觉 知觉 反映个别属性 反映整体 （要回答 “这是什么？”） 属物理、生理过程 属生理、心理过程 结论 物理：反映与客观刺激相同 心理：反映与客观刺激不同 3 . 感觉的种类（八种感觉） 外部： 视觉、听觉、嗅觉

4、、味觉、肤觉（触觉） 内部： 运动觉、平衡觉、机体觉 感觉器官： 眼球视网膜上的视(锥、杆)细胞 刺 激： 光（红、绿、兰） 感觉的脑区部位： 枕叶 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 锥细胞：辨色、细节 杆细胞：灵敏度高 亮/暗 Y/B R/G B G R 光刺激 视网膜 （R|G|B) 矩阵 变换 感觉器官： 内耳耳蜗中液体振动刺激感音细胞 刺 激： 声 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 感觉的脑区部位： 颞叶 声音刺激 （振动） （外耳） 鼓膜 （内耳） 蜗牛壳内液体 （基础膜）戈蒂氏器 感音细胞 （中耳） 3块听小骨 基础膜由长度不同的

5、 横纤维组成（共振） 感觉器官： 鼻黏膜中的嗅细胞 刺 激： 气味（挥发性物质） 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 七种气味： 不同气味的分子形状不同 （胡椒、花香、麝香、樟脑、腐烂、酒气、醚样） （视、听、嗅觉都是距离性感觉） 只有能挥发分子的物质才可能带气味 不同物质挥发分子的立体形状不同，七种气味 人的嗅觉器官中有七种形状的槽， 分别为七种气味的感受细胞 感觉器官： 舌头味蕾中的味细胞 刺 激： 液体（水溶性物质） 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 四种味觉：不同味觉处于舌的不同部位 甜、咸、酸、苦 （由前至后） 苦 甜 咸 酸 舌 感

6、觉器官： 皮肤粘膜中的神经末稍 刺 激： 冷热、压力 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 四种肤觉： 分布在皮肤上，互不重叠 （ 温、冷、痛、触） 人的皮肤上分布有温、冷、痛、触四种感受器。 一般每平方厘米内，有 温点 1-2个 冷点 10-15个 痛点 100-200个 触点 25个 （不同部位上的感受器分布不同，如手上痛点少） 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 “动觉”指身体各部分之间位置相对变动 动觉感受器在肌肉、肌腱和关节膜里 自己说话，自己可通过听觉和动觉两个渠道反馈 没有动觉参与，触觉的准确性会很差 感觉器官： 肌肉、肌腱、关节膜中

7、的神经末梢 刺 激： 身体各部分相对位置变化和运动 配合动作: 确保其它感觉准确、顺利实施， 如舌动品味、鼻动吸气、 头和身体动作配合眼、耳判断方位和距离等 感觉器官：内耳中（装有内淋巴的）前庭空腔壁上的毛细胞 刺 激：身体与地球引力方向角度的变化时， 前庭腔内淋巴液流动，通过毛细胞传给神经细胞 （前庭中还有一些微粒：耳石，作用与内淋巴液相同） 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 现 象： 闭眼能感觉飞机升降、轮船颠颇、在床上半躺等 耳内有三个三维“半规管”（内淋巴液） 前庭腔（内淋巴液） 前庭腔（耳石） 毛细胞 感觉器官： 内脏器官壁上的神经末梢 刺 激： 机械刺激、

8、化学刺激 视觉 听觉 嗅觉 味觉 肤觉（触觉）运动觉 平衡觉 机体觉 现 象： 饥、渴及内脏器官疼痛、头涨、（大小）便感等 饥饿感觉：空胃收缩-迷走神经中枢神经 血液中营养成分减少刺激大脑 4 . 有关感觉的一些规律 各种感觉都有适应性 各种感觉都有后效 视觉残留 听觉残留 冷热适应性 味觉适应性、 触觉适应性 听觉适应性 什么是模式识别 模式识别的类型 （二）模式识别原理 1.什么是模式识别? 模式识别中的“模式” ： 将外界输入的全部零星刺激 ，联结成一个整体形象， 这个“整体形象”就叫“模式” 对外界零星刺激的反映，即各种感觉， 这些感觉存放在大脑皮层（叫“短时记忆”）; 由这些感觉中的

9、一些特征或属性联结成的完整形象，叫“模式” 如某个物体、人脸、语言等; “联结”和“识别” 在投射区里进行； 复杂模式可由若干子模式按固定关系集合而成。 可见， “模式” 属于 客观刺激的反映 “识别”的要点： 识别的对象是“模式”，即一些感觉中特征的集合； 识别的方法是比较，和长时记忆中的知识、经验比较 识别的结果是知道了如何看待或对待这个“模式” 模式识别中的“识别” ： 按照输入刺激（模式）的信息，从长时记忆中调出相应 的知识或经验，进行匹配比较，并辨识出该模式是什么。 这个过程就叫“识别” 1.什么是模式识别? 模式识别模型： 长时记忆(库) 刺激感觉登记分析比较决策 一般经历分析、比

10、较、决策三个阶段 长时记忆(库) 刺激感觉登记分析比较决策 感觉登记： 1 将外界刺激送到短时记忆（工作记忆）区， 联结成模式等待识别， 2 识别后将结论送长时记忆。 分析：输入刺激在丘脑处分两路： 一路到干脑的网状结构-选调长时记忆中的经验 另一路到工作记忆中等待识别 分析是指借助注意从刺激和经验中 提取物理特征（或属性） ，为比较作准备。 长时记忆(库) 刺激感觉登记分析比较决策 输入刺激在丘脑处分两路： 一路到干脑的网状结构-选调长时记忆中的“经验” 一路到工作记忆中形成“模式”，等待识别 长时记忆(经验) 刺激丘脑 网状结构 工作记忆 （ ） 识别：借助注意从“模式”中提取物理特征（或

11、属性） 借助注意从“经验”中提取物理特征（或属性） 比较 模式 识别 比较：由“分析”提取特征（或属性）激活长时记忆中 相关的经验、知识及其特征，调出来和刺激的 物理特征（或属性）比较 长时记忆(库) 刺激感觉登记分析比较决策 刺激属性 经验属性时： 修正经验属性 （如见到多年未见的熟人，长相、服装有变化） 刺激属性 经验属性时： 补充经验属性 （如广告牌上的字有错误） 决策：根据比较结果， 若匹配，给识别的刺激赋予模式名称或已知现象 存入长时记忆中； 若不匹配，识别将其归类，以新知识存入认知结构中 。 长时记忆(库) 刺激感觉登记分析比较决策 根据不同的识别目的、刺激类型、精度要求等， 提供

12、不同类型的模式识别： 模板识别 (Template Recognition) 原型识别 （Prototype Recognition） 特征识别 （Feature Recognition） 2. 模式识别的类型 模式识别不仅可用于视、听、嗅等知觉加工， 而且还属人工智能、神经生理学的研究内容。 如面部识别和语言识别等。 认知 科研 场合： 在刺激数量有限，且要求精确识别的场合 特点: 库中存有与外部刺激完全相同的复制品， 比较时要求完全相同,才作出已识别的决定 例子：DAN亲子鉴别、指纹识别等 （生活中例子有条形码识别，身份证号码等） 模板识别 原型识别 特征识别 原型是指 存在于大脑中的，

13、具有某一类事物所共有特征的一种抽象的“事物” 。 （如汽车、公园、演员等） 原型只具有基本（定义性）属性， 具体事物需在基本属性基础上， 再加上一些异化属性。 模板识别 原型识别 特征识别 什么是原型？ 特点：外部刺激只需与原型比较， 便可判断是否归于大脑中的哪一类型 场合：适用于分阶段识别的场合： 前期按基本属性对事物原型进行粗识别；在此基础上 ， 再加上一些异化属性对具体事物进行细识别。 模板识别 原型识别 特征识别 例子：在路上，可以先区分房子、汽车、行人等 （尽管同类中细节各异），然后再细分。 例子：初识某人时，常将其划归于某个类型， 然后在长期深入观察其它性格、学识、爱好等 例子：评比时，首先判断将被评归入哪一档次 （优 秀、一般、出局），然后在档次内在细划分 模板识别 原型识别 特征识别 模式（或事物）是由若干元素按照一定关系组成的结构 这些“元素”可以叫特征，这些“关系”也可以叫特征。 因此，模式可以分解为一些特征（属性）来识别。 客观事物有人造和天然之分： 人造物的属性（特征）是有限的，容