腦認知原理——腦與認知-知覺

1、腦認知原理 (Principles of Brain Cognition) 游澤清,與感覺有關的一些概念 模式識別原理 與知覺有關的一些概念,第二講 腦認知過程中的知覺,(一) 與感覺有關的一些概念,感覺的定義 感覺的生理過程 感覺的種類 有關感覺的一些規(guī)律,感覺 (Sensation) 是人腦對客觀刺激的 個別（各別）屬性 反映,1. 感覺的定義,感覺與知覺同屬大腦對客觀刺激的反映, 這些反映 不能離開客觀刺激（不同于表象）,知覺(perception) 是人腦對客觀刺激的 整體反映,(客觀刺激: 直接作用于各感覺器官的外界事物、操作),感覺的任務是, 由特定感覺器官接受刺激, 并通過神經系

2、統(tǒng)傳遞至大腦的特定部位 包括三個環(huán)節(jié)：,2. 感覺的生理過程,感覺器官（換能器),感覺器官（換能器） 將（客觀）物理化學刺激轉化為 （專門的神經細胞）生物電信號,感覺的任務是, 由特定感覺器官接受刺激, 并通過神經系統(tǒng)傳遞至大腦的特定部位 包括三個環(huán)節(jié)：,2. 感覺的生理過程,感覺器官（換能器) 腦神經系統(tǒng)（信道）,腦神經系統(tǒng)（信道） 將生物電形式表征的信息傳遞到大腦皮層,感覺的任務是, 由特定感覺器官接受刺激, 并通過神經系統(tǒng)傳遞至大腦的特定部位 包括三個環(huán)節(jié)：,2. 感覺的生理過程,感覺器官（換能器) 腦神經系統(tǒng)（信道） 大腦皮層的投射區(qū)（反映）,大腦皮層的投射區(qū)（反映） 不同感覺由各自專

3、用信道(神經), 傳送到腦皮層的指定部位）。,反映,感覺側重于物理、生理過程,(不同感覺的區(qū)別, 不是生物電信號, 而是取決于反映該感覺的腦區(qū)部位),(人工換能器也能產生相似的感覺),感覺和知覺的共性： 二者都離不開“客觀刺激” - 區(qū)別于“表象”,感覺和知覺的區(qū)別： 感覺 知覺 反映個別屬性 反映整體 （要回答 “這是什么？”） 屬物理、生理過程 屬生理、心理過程,結論,3 . 感覺的種類（八種感覺）,外部： 視覺、聽覺、嗅覺、味覺、膚覺（觸覺） 內部： 運動覺、平衡覺、機體覺,感覺器官： 眼球視網膜上的視(錐、桿)細胞 刺 激： 光（紅、綠、蘭）,感覺的腦區(qū)部位： 枕葉,視覺 聽覺 嗅覺

4、味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體覺,感覺器官： 內耳耳蝸中液體振動刺激感音細胞 刺 激： 聲,視覺 聽覺 嗅覺 味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體覺,感覺的腦區(qū)部位： 顳葉,基礎膜由長度不同的 橫纖維組成（共振）,感覺器官： 鼻黏膜中的嗅細胞 刺 激： 氣味（揮發(fā)性物質）,視覺 聽覺 嗅覺 味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體覺,七種氣味： 不同氣味的分子形狀不同 （胡椒、花香、麝香、樟腦、腐爛、酒氣、醚樣）,（視、聽、嗅覺都是距離性感覺）,只有能揮發(fā)分子的物質才可能帶氣味 不同物質揮發(fā)分子的立體形狀不同，七種氣味 人的嗅覺器官中有七種形狀的槽， 分別為七種氣味的感受細胞,感覺器官

5、： 舌頭味蕾中的味細胞 刺 激： 液體（水溶性物質）,視覺 聽覺 嗅覺 味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體覺,四種味覺：不同味覺處于舌的不同部位 甜、咸、酸、苦 （由前至后）,舌,感覺器官： 皮膚粘膜中的神經末稍 刺 激： 冷熱、壓力,視覺 聽覺 嗅覺 味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體覺,四種膚覺： 分布在皮膚上，互不重疊 （ 溫、冷、痛、觸）,人的皮膚上分布有溫、冷、痛、觸四種感受器。 一般每平方厘米內，有 溫點 1-2個 冷點 10-15個 痛點 100-200個 觸點 25個,（不同部位上的感受器分布不同，如手上痛點少）,視覺 聽覺 嗅覺 味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體

6、覺,“動覺”指身體各部分之間位置相對變動 動覺感受器在肌肉、肌腱和關節(jié)膜里 自己說話，自己可通過聽覺和動覺兩個渠道反饋 沒有動覺參與，觸覺的準確性會很差,感覺器官： 肌肉、肌腱、關節(jié)膜中的神經末梢 刺 激： 身體各部分相對位置變化和運動,配合動作: 確保其它感覺準確、順利實施， 如舌動品味、鼻動吸氣、 頭和身體動作配合眼、耳判斷方位和距離等,感覺器官：內耳中（裝有內淋巴的）前庭空腔壁上的毛細胞 刺 激：身體與地球引力方向角度的變化時， 前庭腔內淋巴液流動，通過毛細胞傳給神經細胞 （前庭中還有一些微粒：耳石，作用與內淋巴液相同）,視覺 聽覺 嗅覺 味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體覺,現 象

7、： 閉眼能感覺飛機升降、輪船顛頗、在床上半躺等,耳內有三個三維“半規(guī)管”（內淋巴液） 前庭腔（內淋巴液） 前庭腔（耳石）,毛細胞,感覺器官： 內臟器官壁上的神經末梢 刺 激： 機械刺激、化學刺激,視覺 聽覺 嗅覺 味覺 膚覺（觸覺）運動覺 平衡覺 機體覺,現 象： 饑、渴及內臟器官疼痛、頭漲、（大?。┍愀械?饑餓感覺：空胃收縮-迷走神經中樞神經 血液中營養(yǎng)成分減少刺激大腦,4 . 有關感覺的一些規(guī)律,各種感覺都有適應性 各種感覺都有后效,什么是模式識別 模式識別的類型,（二）模式識別原理,1.什么是模式識別?,對外界零星刺激的反映，即各種感覺， 這些感覺存放在大腦皮層（叫“短時記憶”）; 由這

8、些感覺中的一些特征或屬性聯(lián)結成的完整形象，叫“模式” 如某個物體、人臉、語言等; “聯(lián)結”和“識別” 在投射區(qū)里進行； 復雜模式可由若干子模式按固定關系集合而成。,“識別”的要點： 識別的對象是“模式”，即一些感覺中特征的集合； 識別的方法是比較，和長時記憶中的知識、經驗比較 識別的結果是知道了如何看待或對待這個“模式”,模式識別中的“識別” ： 按照輸入刺激（模式）的信息，從長時記憶中調出相應 的知識或經驗，進行匹配比較，并辨識出該模式是什么。 這個過程就叫“識別”,1.什么是模式識別?,模式識別模型：,感覺登記： 1 將外界刺激送到短時記憶（工作記憶）區(qū)， 聯(lián)結成模式等待識別， 2 識別后

9、將結論送長時記憶。,分析：輸入刺激在丘腦處分兩路： 一路到干腦的網狀結構-選調長時記憶中的經驗 另一路到工作記憶中等待識別 分析是指借助注意從刺激和經驗中 提取物理特征（或屬性） ，為比較作準備。,輸入刺激在丘腦處分兩路： 一路到干腦的網狀結構-選調長時記憶中的“經驗” 一路到工作記憶中形成“模式”，等待識別,長時記憶(經驗),刺激,丘腦,網狀結構,工作記憶 （ ）,識別：借助注意從“模式”中提取物理特征（或屬性） 借助注意從“經驗”中提取物理特征（或屬性）,模式,識別,比較：由“分析”提取特征（或屬性）激活長時記憶中 相關的經驗、知識及其特征，調出來和刺激的 物理特征（或屬性）比較,刺激屬性

10、 經驗屬性時： 修正經驗屬性 （如見到多年未見的熟人，長相、服裝有變化） 刺激屬性 經驗屬性時： 補充經驗屬性 （如廣告牌上的字有錯誤）,決策：根據比較結果， 若匹配，給識別的刺激賦予模式名稱或已知現象 存入長時記憶中； 若不匹配，識別將其歸類，以新知識存入認知結構中 。,根據不同的識別目的、刺激類型、精度要求等， 提供不同類型的模式識別：,模板識別 (Template Recognition) 原型識別 （Prototype Recognition） 特征識別 （Feature Recognition）,2. 模式識別的類型,模式識別不僅可用于視、聽、嗅等知覺加工， 而且還屬人工智能、神經生

11、理學的研究內容。 如面部識別和語言識別等。,場合： 在刺激數量有限，且要求精確識別的場合,特點: 庫中存有與外部刺激完全相同的復制品， 比較時要求完全相同,才作出已識別的決定,例子：DAN親子鑒別、指紋識別等 （生活中例子有條形碼識別，身份證號碼等）,模板識別 原型識別 特征識別,原型是指 存在于大腦中的， 具有某一類事物所共有特征的一種抽象的“事物” 。 （如汽車、公園、演員等） 原型只具有基本（定義性）屬性， 具體事物需在基本屬性基礎上， 再加上一些異化屬性。,模板識別 原型識別 特征識別,什么是原型？,場合：適用于分階段識別的場合： 前期按基本屬性對事物原型進行粗識別；在此基礎上 ， 再

12、加上一些異化屬性對具體事物進行細識別。,模板識別 原型識別 特征識別,例子：在路上，可以先區(qū)分房子、汽車、行人等 （盡管同類中細節(jié)各異），然后再細分。,例子：初識某人時，常將其劃歸于某個類型， 然后在長期深入觀察其它性格、學識、愛好等,例子：評比時，首先判斷將被評歸入哪一檔次 （優(yōu) 秀、一般、出局），然后在檔次內在細劃分,模板識別 原型識別 特征識別,模式（或事物）是由若干元素按照一定關系組成的結構 這些“元素”可以叫特征，這些“關系”也可以叫特征。 因此，模式可以分解為一些特征（屬性）來識別。 客觀事物有人造和天然之分： 人造物的屬性（特征）是有限的，容易識別（如汽車） 天然物的屬性（特征）

13、十分復雜（如鳥）,關于“特征”：,場合：適用于特征較為突出、較為典型的事物， 或幫助別人識別事物、概念的場合。 特點：只需依序比較特征（屬性）， 由基本、典型的特征（屬性）， 到細微、具體的特征（屬性）， 這種識別符合人的知覺習慣。,什么場合用到特征識別？如何用？,例子： 到站口接人時，先按大人、孩子、男女、衣著、走 路姿態(tài)等預期特征選擇，如有必要，還可進而觀察 臉面和說話聲音,例子：鑒別珠寶、古玩、字畫及貨幣真?zhèn)螘r，也是 依序 對基本特征到細微特征進行比較,例子：模仿名藝術家的表演，或名人像的漫畫， 都是抓 該事物的典型特征,例子：明確概念（或定義范疇）時，也是用一些 關鍵特征來界定的。如“

14、多媒體畫面語言”。,例子： 指路找住處時，在 xx 路到頭左拐100米過橋 后，見交通燈右拐走到 xx 標志的對過有一個 三 層樓，進樓后上第二層右邊門即是。（識 別特征）,“語言”,“畫面語言”,“多媒體畫面語言”,能否指出飛機的基本屬性 通過比較火箭、衛(wèi)星、各種動力（噴氣或螺旋槳）飛機、 直升飛機以及形狀風箏、玩具飛機， 在人們心目中，“飛機”的原型是什么樣的？,思考,在“西瓜”的原型中， 下列屬性（特征）是基本的還是異化的：,圓球形 外皮里瓤 含水份 脆甜口感 有瓜子 黑皮紅瓤,知覺的定義 知覺的特點 知覺的種類,（三）與知覺有關的一些概念,1. 知覺的定義,討論： “整體的認識”是指，

15、 知覺是對當前事物的各個部分、各種屬性 以及它們之間關系的綜合的反映；,定義: 知覺是在大腦皮層中, 對各感官輸入的信息進行 “經驗加工”, 以形成對客觀事物整體的認識,定義: 知覺是在大腦皮層中, 對各感官輸入的信息進行 “經驗加工”, 以形成對客觀事物整體的認識,1. 知覺的定義,討論： “經驗加工”是指， 知覺中還有已存貯大腦的知識、經驗參與比較， 識別的結果中還會有輸入刺激以外的“新質”出現；,“形成整體”和“經驗加工” 都是在大腦皮層的 “工作記憶區(qū)”中進行的，能被意識察覺和控制的；,定義: 知覺是在大腦皮層中, 對各感官輸入的信息進行“聯(lián)結”和“經驗加工”, 以形成對客觀事物整體的

16、認識,1. 知覺的定義,討論：,知覺需要對客觀刺激進行解釋， 將各感覺到的信息組成有意義的對象 （“解釋”可用詞語，也可不用）,知覺的恒常性 知覺的選擇性 知覺的整體性,2. 知覺的特點,( 1 ) 知覺的恒常性,知覺的恒常性是指， 對同一客觀事物的知覺， 不會因不同的感覺刺激而變化,知覺恒常性表現在 亮度、形狀、大小、聲音,煤塊是黑色的 在陽光照耀煤塊有反光，但仍會形成黑色知覺 舞臺上著靚麗服裝的演員表演，即使燈光變色， 仍不影響原先形成的服裝色彩知覺,亮度恒常性,汽車從遠處駛來，網膜上投影大小變化， 但對汽車大小的知覺不變 畫面上呈現的房、車，或者特寫的臉部， 不管在畫面上占的面積大小，但

17、是對這些 實物大小的知覺不變,大小恒常性,關門時，網膜上成像為變化的平行四邊形， 而對“門”的知覺仍為長方形,形狀恒常性,文字書寫各異，但都能識別， 因為人對字形的知覺具有恒常性,關窗聽到的雷聲可能比說話聲還小, 但并不影響對雷聲響度的知覺,聲音恒常性,正因為人具有聲音恒常性， 所以對小說中 “鼾聲如雷”、 “細聲細語” 等描寫，能夠體會。,對知覺恒常性的解釋,人的生活經驗在長時記憶（庫）中積累了 大量客觀事物的原型，并建立了物體形狀 與觀察角度和距離的關系。 在模式識別中，由于環(huán)境變化或感覺位置 不同只是改變了感覺刺激的非基本屬性 在識別中進行無意識推理：從觀察角度和 距離的變化中推導出物體

18、的形狀。,知覺是對眼前和過去客觀事物全部的反映， 知覺的反映 事物的全部、,知覺恒常性說明了,感覺還是介于心理與物理、生理之間的現象 知覺則已是純粹的心理現象,感覺是對眼前客觀事物的局部的反映， 雖不是事物的全部，但是感覺的反映 =事物的局部,( 2 ) 知覺的選擇性,人們面對眾多刺激時，（刺激本身并無輕重之分） 總能夠把其中一些作為知覺對象， 而把另一些作為背景。 （這是“選擇”的主觀屬性） 雖然知覺的選擇性是主觀的， 但是選擇的條件仍需隨環(huán)境需要或條件而變化 （這是“選擇”的客觀屬性）,( 2 ) 知覺的選擇性,例如，課堂黑板上寫滿了字， 學生能夠從中選出老師正在講的內容 例如，看戲時，觀眾能夠分清舞臺上的主體和背景， 在眾多演員中分清主角和配角 例如，看書時，習慣將正在看的內容作主體， 而將已看過的內容作背景,( 3 ) 知覺的整體性,知覺的整體性有以下兩方面內涵：,對于熟悉的客觀事物，盡管提供的感覺刺激不完備， 卻可以形成該事物的完整知覺,如看到標語“北京歡 您！”，能判斷出丟了“迎”字,看一眼蘋果的形狀和顏色，便會形成該蘋果的 硬度、內部結構、味道等完整知覺。,例如,( 3 ) 知覺的整體性,能夠將客觀刺激以及由這些刺激產生的主觀感覺 （“新質”或“格式塔質”）一起形成該刺激的完整知覺。 即所謂格