脑认知原理――脑与认知-知觉

脑认知原理(PrinciplesofBrainCognition)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、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/BR/GBGR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、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，提供不同类型的模式识别：•模板识别(TemplateRecognition)•原型识别（PrototypeRecognition）•特征识别（FeatureRecognition）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，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，容易识别（如汽车）天然物的属性（特征）十分复杂（如鸟）模板识别原型识别特征识别关于“特征”：场合：适用于特征较为突出、较为典型的事物，或帮助别人识别事物、概念的场合。特点：只需依序比较特征（属性），由基本、典型的特征（属性），到细微、具体的特征（属性），这种识别符合人的知觉习惯。模板识别原型识别特征识别什么场合用到特征识别？如何用？例子：到站口接人时，先按大人、孩子、男女、衣着、走路姿态等预期特征选择，如有必要，还可进而观察脸面和说话声音模板识别原型识别特征识别例子：鉴别珠宝、古玩、字画及货币真伪时，也是依序对基本特征到细微特征进行比较例子：模仿名艺术家的表演，或名人像的漫画，都是抓该事物的典型特征模板识别原型识别特征识别例子：明确概念（或定义范畴）时，也是用一些关键特征来界定的。如“多媒体画面语言”。例子：指路找住处时，在xx路到头左拐100米过桥后，见交通灯右拐走到xx标志的对过有一个三层楼，进楼后上第二层右边门即是。（识别特征）“语言”“画面语言”“多媒体画面语言”能否指出飞机的基本属性通过比较火箭、卫星、各种动力（喷气或螺旋桨）飞机、直升飞机以及形状风筝、玩具飞机，在人们心目中，“飞机”的原型是什么样的？思考在“西瓜”的原型中，下列属性（特征）是基本的还是异化的：圆球形外皮里瓤含水份脆甜口感有瓜子黑皮红瓤•知觉的定义•知觉的特点•知觉的种类（三）与知觉有关的一些概念1.知觉的定义讨论：•“整体的认识”是指，知觉是对当前事物的各个部分、各种属性以及它们之间关系的综合的反映；定义:知觉是在大脑皮层中,对各感官输入的信息进行“经验加工”,以形成对客观事物整体的认识定义:知觉是在大脑皮层中,对各感官输入的信息进行“经验加工”,以形成对客观事物整体的认识1.知觉的定义讨论：•“经验加工”是指，知觉中还有已存贮大脑的知识、经验参与比较，识别的结果中还会有输入刺激以外的“新质”出现；•“形成整体”和“经验加工”都是在大脑皮层的“工作记忆区”中进行的，能被意识察觉和控制的；定义:知觉是在大脑皮层中,对各感官输入的信息进行“联结”和“经验加工”,以形成对客观事物整体的认识1.知觉的定义讨论：•知觉需要对客观刺激进行解释，将各感觉到的信息组成有意义的对象（“解释”可用词语，也可不用）•知觉的恒常性•知觉的选择性•知觉的整体性2.知觉的特点知觉不同于感觉的一些特点(感觉:物理反映；知觉：心理反映）(1)知觉的恒常性知觉的恒常性是指，对同一客观事物的知觉，不会因不同的感觉刺激而变化该事物所处环境变化或者感觉的角度、距离不同产生的感觉刺激将会是不同的知觉恒常性表现在亮度、形状、大小、声音煤块是黑色的在阳光照耀煤块有反光，但仍会形成黑色知觉舞台上着靓丽服装的演员表演，即使灯光变色，仍不影响原先形成的服装色彩知觉亮度恒常性汽车从远处驶来，网膜上投影大小变化，但对汽车大小的知觉不变画面上呈现的房、车，或者特写的脸部，不管在画面上占的面积大小，但是对这些实物大小的知觉不变大小恒常性关门时，网膜上成像为变化的平行四边形，而对“门”的知觉仍为长方形形状恒常性文字书写各异，但都能识别，因为人对字形的