脑与认知科学期末考试

1、脑与认知复习参考资料一，名词解释（4个，每个8分）1,智能：智能是知识和智力的总和，其中知识是一切行为的基础，而智力是获 取知识并运用知识求解问题的能力，是头脑中思维活动的具体体现。2,自然智能：又称为人类智能，就是人类认识世界和改造世界的才智和本领， 是人的智力和能力的总合。主要包括感知能力，思维能力，行为能力3个方面。3,人工智能：也称机器智能。是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的 理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 人工智能是计算机科学的一 个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做 出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识

2、别、自然语言 处理和专家系统等。4, NBIC会聚技术：（Nano-Bio-Info-Cogn市on ）是指当前四个迅速发展的科学 技术领域的协同和融合。这四个领域是纳米科技 （Nano-technology）,生物技术 （Biotechnology, 包括生物制药及基因工程），信 息技术（Information Technology包括先进计算机和通信），认知科学（Cognitive Science包括认知神 经科学）。5,神经系统（NerVous Syatem）:由中枢神经系统 和周围神经系统 两大部分组成。 其中脑和脊髓构成中枢神经系统，脑神经，脊神经和内脏神经系统 组成周围神经 系统。

3、是机体内起主导作用的系统，它在维持机体内环境稳态 ，保持机体内完整 统一性及其与外环境的协调平衡中起着主导作用。6,学习：由日常生活经验引起的相对持久的行为变化。这个定义里不包括因为 动机，疲劳，成熟，疾病，受伤或者药物产生的暂时性的行为变化。7,快速眼动睡眠（Rapid Eye Movement, REM：是一个睡眠的阶段，又称快速 眼动睡眠。眼球在此阶段时会快速移动。在这个阶段，大脑的神经元的活动与清 醒的时候相同。多数在醒来后能回忆的栩栩如生的梦都是在REM垂眠发生的。它是全部睡眠阶段中最浅的,在REMB眠时醒过来的人会不同于在其他睡眠阶段 的情形，而是充满警觉心并且精神饱满。8,失语症

4、：是指当损坏了大脑中的布洛卡区或者威尔尼克区时，语言能力受损 的症状。比如布洛卡区受损伤的病人能够阅读和理解其他人的言语，但是自己说话和写东西极为困难，威尔尼克区受损伤的病人会在对一些词语的表达上有困 难。9,意识：是人们对自身以及周围世界感知的心理现象。人的意识总是处于不同 的状态，这与注意程度有关。10,人工大脑：人类以高超的智慧，通过科学技术造出的类似于人脑的智能机器 脑袋。即是人工器官的一种，是人脑的模型，延伸和扩展，是具有人脑的现象， 行为和特性，功能的人造系统。11,人工器官：人工器官是用人工材料制成，能部分或全部代替人体自然器官功 能的机械装置，如人工肾，人工心肺等。12,海马区

5、：是帮助人类处理长期学习与记忆声光、味觉等事件的大脑区域，发 挥所谓的“叙述性记忆”功能。在医学上，“海马区”是大脑皮质的一个内褶区， 在“侧脑室”底部绕“脉络膜裂”形成一弓形隆起，它由两个扇形部分所组成， 有时将两者合称海马结构。13, Hopfield神经网络：是一种神经动力学系统，具有稳定的平衡状态，及存 在着吸引子，因而Hopfield神经网络具有联想记忆功能。14,短时记忆：短时记忆在瞬时记忆之后，是信息到达长时记忆的中间环节或者 过度环节，是记忆对信息加工处理的核心环节之一。15,记忆：基本含义：学习过后，信息保持一段时间，并在一些特定的情景中提取出 它们并加以运用。认知心理学认为

6、：记忆是对输入信息的编码，存储，并在一定 条件下进行检索和提取的过程。记忆包含三个阶段：编码，存储和提取。黑箱方法：16,认知：在心理学中是指通过形成概念、知觉、判断或想象等心理活动来获取 知识的过程，即个体思维进行信息处理的心理功能。 认知过程可以是自然的或人 造的、有意识或无意识。17,黑想方法：所谓黑箱方法，就是通过考察系统的输入、输出及其动态过程， 而不通过直接考察其内部结构，来定量或定性地认识系统的功能特性、行为方式， 以及探索其内部结构和机理的一种控制论认识方法。“黑箱”指内部构造和机理不能直接观察的事物或系统。黑箱方法注重整体和功能，兼有抽象方法和模型方 法的特征。二，简答 （简

7、答。3个每个10分;论述。1个，18分）1,认知科学的研究对象脑科学的研究对象是脑的结构和功能。认知科学的研究对象是人类认知过程（知觉、注意、记忆、学习、思维、情绪、意识等情智活动）。2,人类大脑的三大组成部分和其功能一般认为，人的大脑有三个区域：大脑皮层，大脑边缘系统和脑干。大脑皮层是大脑的一个解剖结构。大脑皮层是端脑的一部分，属于脑和整个神 经系统演化史上最为晚出现、功能上最为高级的一部分。大脑皮层包括视觉和听 觉皮质，皮质层完成大多数的感知处理过程。 大脑皮层功能是：维持人的高级认 知功能，比如语言、决策、学习、抽象思维、情感等；与躯体感觉，空间信息处 理，视觉信息和体感信息的整合有关；

8、与人的听觉，嗅觉，语言理解；与人的视 觉处理奖励学习和记忆有关。大脑边缘系统组成：边缘叶和相关的皮质及皮质下结构。功能是： 1、与内脏 活动有关，如进食等。2、与个体生存和种族延续有关。3、与情绪、精神、记忆 等高级神经活动有关。脑干（brainstem）是位于脊髓和问脑之间的较小部分，位于大脑的下面，脑 干的延髓部分下连脊髓。脑干的功能主要是维持个体生命，包括心跳、呼吸、消 化等重要生理功能，均与脑干的功能有关。3,左脑和右脑的功能对比分析（要求做到分析，文字性的论述）左脑的功能：左脑除了操作者右半身的运动外，还承担着语言，伦理，逻辑等 思维以及计算的任务。右脑的功能：右脑除了担当支配左半身

9、的行动， 还与音乐，绘图以及形象的形 成，主体的认识有关。“3左，右通功能对比左M右置控制身体右出活动塾制身体左M喀动克制右R视范持於左雷粗施出建处也输入的G息同时处理，人的息明苴片藏国堂时向感觉空间主司音语技旅主司际象优技修饿艳分析直量和动生£5松根的枝本*但是，随着研究的深入，人们逐渐认识到，大脑左右半球的分工并不是那么经纬分明，功能的单侧化只具有相对的意义， 左右半脑既有相对的分工，又有密切的协作，人的许多重要 的心里功能都需要左右半脑的密切协作才能完成。4,右脑开发的重要性人的左脑主要从事逻辑性、条理性的思维；右脑主要从事形象思维，是创造力 的源泉，是艺术和经验学习的中枢，右

10、脑的存储量是左脑的1万倍。可是现实生 活中95%勺人，仅仅只使用了自己的左脑。科学家们指出，终其一生，大多数人 只运用了大脑的数4%其余的97%fB蕴藏在右脑的潜意识之中。所以，通过各 种行之有效的方法开发右脑，才能不断提高人的形象思维能力与创造性，因为在 创造过程中，右脑的想象、知觉、思维、灵感等因素，是创造力突破的关键。5,意识和潜意识如何相互转换意识：是人们对自身以及周围世界感知的心理现象。 人的意识总是处于不同的 状态，这与注意程度有关。由于不同的时间和空间内注意程度不同， 所以意识具 有不同的层面。潜意识：指隐藏在意识层面下的情感，欲望，恐惧等复杂经验，因受意识的控 制和抑制，致使个

11、体不自觉知的意识。二者区别：（1）意识可以被本人察觉，而潜意识不能。（2）意识是要用来控制 非本能行为的，而潜意识一般只是对意识产生影响，或者让你产生本能反应。意识用来控制复杂的后天行为的心理活动，而潜意识用来唤醒意识或者维持一些本能反应。意识可以被察觉而潜意识不能被察觉。 当人的某种行为的重复次数达到一定数量时， 这 个行为已经接近成为本能行为。 这时，该行为的做出是由潜意识控制的，而不是意识。 而当 潜意识感知到身体的某些反应时，会唤醒意识，然后执行人在后天形成的行为。6,人工大脑的分类按照人工大脑的实现方式可以分为：类似生命的模型人工大脑和社会模型人工 大脑；按照人工大脑的构造方法和技术

12、可以分为：生物人工脑，工程人工脑，生 物工程人工脑；按照人工大脑的工程实现方法 可以分为：基于神经工程的人工大 脑，基于AI的人工大脑和基于超级计算机的人工大脑。7,海马记忆功能神经网络模型模型框图A, B, C表示三个神经网络，它们组成两级联想记忆模型，其中A, B中的兴奋模式表示不同的感觉事件，C是高级结构，C中的兴奋模式表示事件的全体。和 是相应的海马的不同部分。该模型中，用神经兴奋模式(PF)表示信息。在A和B神经网络中的PF表示在脑 中出现的事件的属性或者组成部分。 C中PF表示事件的全体。外部的信息经过感觉系统的预处理后进入大脑皮层 A, B区。然后到达CA3区，CA3为联想记忆神

13、经网络，它将事件的各个组成部分联结起来，并保留个部分的特殊表示。CAi为竞争网络，仅仅代表一个PF,它代表事彳的整体。CA输出到大脑皮层，并在C中出现新的PF,它是整个事件在皮层的表示。当A(B)中PF出现时，随机的使CA3 中的某一个PF被激活，由于LTP效应，使此两区的PF之间建立了相对稳定的联 系。而在LTP随时间衰减后，这一个PF才可能与其他A(B)中PF建立联系；因 而又在不同时间内可以和皮层中多个 PF建立联系。这就使得海马中有限的神经 元可以暂时存储由皮层表示的大量事实。该模型中，用向量 Xa, Xb, Xc, X1,X3分别表示在A, B, C, CA1, CA3各神经网络中的

14、PF。8,脑机接口(brain-compute门nterface,简称 BCI)技术概述：BCI是一种连接大脑和外部设备的实时通信系统，它可以把大脑发出的信 息直接转换成能够驱动外部设备的命令，并代替人的肢体或语言器官实现人与外 界的交流以及对外部环境的控制。BCI的基本结构：控制器设备普BCI基本工作原理：(1)信号采集：受试者头部戴上一个电极帽，采集 EEG®号，经过处理之后转化 为数字信号存储于计算机中。(2)信号分析：包括信号处理、特征提取、模式识别、分类。控制器：将已分类的信号转换为实际的动作，如在显示器上的光标移动、机 械手运动、字母输入、控制轮椅、开电视等。9, M-P

15、模型(神经元模型)神经元，又称神经细胞，是构成神经系统结构和功能的基本单位。神经元是具 有长突起的细胞，它由细胞体、树突、轴突和突触 4部分组成M-P模型，其实是按照生物神经元的结构和工作原理构造出来的一个抽象和简 化了的模型。简单说，它是对一个生物神经元的建模。神经元的信息是宽度和幅度都相同的 脉冲申，若某个神经细胞兴奋，其轴突输 出的脉冲用的频率就高；若某个神经细胞抑制，其轴突输出的脉冲用的频率就低， 甚至无脉冲输出。因此，突触可以分为兴奋性和抑制性两种， 兴奋性的突触可能 引起下一个神经细胞兴奋，抑制性的突触使下一个神经细胞抑制。 脉冲的传递是 正向的，不允许逆向传播。另外，突触传递信息

16、需要一定的 延迟。综上所述，我们可以概括出生物神经网络的假定特点：1 ,每个神经元都是一个多输入单输出的信息处理单元；2 ,神经元输入分兴奋性输入和抑制性输入两种类型；3 ,神经元具有空间整合特性和阈值特性；4 ,神经元输入与输出间有固定的 时滞，主要取决于突触延搁因此，按照生物神经元，我们建立 M-P模型。我们忽略如时间整合作用、不应 期等复杂因素，并把神经元的突触时延和强度当成常数， 且假设神经元只处于静 息和动作电位两种状态。如下就是一个 M-P模型的示意图。心我们将这个模型和生物神经元的特性列表来比较：生物种经元与MP模型生物神经元 神经元输入信号 权值输山,电和 联电位 网依MP模型

17、 jAi 助j %£ I：晨办M 4结合M-P模型示意图来看，对于某一个神经元j ,它可能接受同时接受了许多个输入信号，用Xi表示，前面说过，由于生物神经元具有不同的突触性质和 突触强度，所以对神经的影响不同，我们用权值coij来表示，其正负模拟了生物神经元中突出的兴奋和抑制，具大小则代表了突出的不同连接强度。由于累加性，我们对全部输入信号进行累加整合，相当于生物神经元中的膜电位，其值就为n / net j (t)wij xi(t)(1)i 1神经元激活与否取决于某一阈值电平，即只有当其输入总和超过阈值 Tj时， 神经元才被激活而发放脉冲，否则神经元不会发生输出信号。整个过程可以用下

18、 面这个函数来表示：nOj(t 1) f Wij Xi(t) Tj n i . 一 一 1 netj(t) Tj 1 (x) =,0 net j (t) Tj由此我们可以得到总结出M-P模型的6个特点：每个神经元都是一个多输入单输出的信息处理单元；神经元输入分兴奋性输入和抑制性输入两种类型； 神经元具有空间整合特性和阈值特性；神经元输入与输出间有固定的 时滞，主要取决于突触延搁；忽略时间整合作用和不应期；神经元本身是非时变的，即其突触时延和突触强度均为常数。前面4点和生物神经元保持一致。结合公式(2)来看，公式(2)中的输入xi的下标 i=1,2,，n,输出Oj的下标j体现了第1个特点“多输入单输出"；权重值coij 的正负体现了第2个特点中“突触的兴奋与抑制” ；Tj代表第3个特点中的阈值， 当net ' j (t) - Tj>