脑认知原理——脑与认知-知觉

1、脑认知原理(Principles of Brain Cognition)游泽清第二讲脑认知过程中的知觉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（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1感觉的定义感觉（Sensation）是人脑对客观刺激的个别（各别）属性反映知觉（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）2感觉的生理过程感觉的任务是，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： 感

2、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2.感觉的生理过程感觉的任务是，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：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2感觉的生理过程感觉的任务是，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：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）。感觉侧重于物理.生理过程（人工换能器也能产生相似

3、的感觉）感觉器官脑神经系统医脑皮层渝T（换能器）t（信道）i物理化学住幽/g物蛙冬奥形式形式丿形式丿（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）结论物理：反映与客观刺激相同心理：反映与客观刺激不同感觉和知觉的共性:二者都离不开“客观刺激”感觉和知觉的区别： 感觉知觉区别于“表象反映个别属性)属物理、生理过程反映整体(要回答“这是什么？ ”属生理、心理过程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.平衡觉机体觉视觉感觉器官：眼球视网膜上的视（锥.杆）细胞刺 激： 光（红、绿、兰v（1细胞：辨色.细节感觉的脑区部位：枕叶杆细胞：灵敏度高V/

4、感觉器官： 内耳耳蜗中液体振动刺激感音细胞 刺 激：声感觉的脑区部位：题叶嗅觉（视.听.嗅觉都是距离性感觉）感觉器官：鼻黏膜中的嗅细胞刺 激：气味（挥发性物质）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.瞇样）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味觉感觉器官：舌头味蕾中的味细胞刺 激： 液体（水溶性物质）不同味觉处于舌的不同部位甜.咸.酸、苦（由前至后）肤觉（触觉）感觉器官: 刺 激:皮肤粘膜中的神经末稍冷热、压力 分布在皮肤上，互不重叠（温.冷"、痛.触）人的皮肤上

5、分布有温、冷、痛.触四种感受器。一般每平方厘米内，有温点 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）运动觉感觉器官： 肌肉、肌腱、关节膜中的神经末梢鼻刺 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“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，触觉的准确性会彳艮差I平衡觉感觉器官：内耳中（装有内淋巴的）前庭空腔壁上的毛蠱 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

6、，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） 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a） 毛细胞前庭腔（内淋巴液）一前庭腔（耳石）机体觉感觉器官：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有关感觉的一些规律各种感觉都有适应性（二）模式识别原理什么是模式识别模式识别的类型1 什么是模式识别？可见，“模式”属于客观刺激的反映 模式识别中的“模式”二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

7、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。1 什么是模式识别？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”“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”模式识别模型:刺激一般经历分析.

8、比较、决策三个阶段感觉登记: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：输入刺激在丘歴处分两路: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。刺激识别输入刺激在丘歴处分两路:比较一路到干脑的网状结构选调长时记忆中的“经验)借助注意从“经验”中提取物理特征（或属性比较：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

9、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。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，认知而且还属人工智能.神经生理学的研究内容。如面部识别和语言识别等O科研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(Template Recognition) 原型识别 (Prototype Recognition) 特征识别 (Feature Recognition)场合：在刺激数量有限，且要求精确识别的

10、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）什么是原型?原型是指存在于大脑中的, 具有某_差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。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，再加上一些昱出属性对具体事物进行细识别。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

11、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。关于“特征模式（或事物）是由若干元素按照一定关系组成的结这些“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）什么场合用到特征识别？如何用？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）， 这种识别

12、符合人的知觉习惯。到细微、具体的特征（属性），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“多女某体画面语言"。“语言”一“画面语言 “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）思考> 在“西瓜&qu

13、ot;的原型中,下列属性（特征）是基本的还是异化的:圆球形外皮里瓢含水份脆甜口感有瓜子黑皮红瓢> 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？（三）与知觉有关的一些概念 知觉的定义 知觉的特点知觉的种类1.知觉的定义定义：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：1.知觉的定义定义：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

14、整体的认识讨论：“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，能被意送察觉和控制的1.知觉的定义定义：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 依的认识讨论：知觉需要对客观刺激进行鯉餐， 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）2.知觉的特点知觉的恒常性知觉的选择性知觉的整体性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 ) 知觉的恒常性知觉恒常性表现在 亮度、形状.大小.声音 知觉

15、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亮度恒常性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月艮装色彩知觉大小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形状恒常性关门时，网膜上成像为变化的平行四边形, 而对“门”的知觉仍为长方形文字书写各异，但都能识别， 因为人对字形的知觉具有恒常性声音恒常性>关窗听到的雷声可能

16、比说话声还小,但并不影响对雷声响度的知觉 正因为人具有声音恒常性， 所以对小说中“鼾声如雷”.“细声细语 等描写，能够体会。对知觉恒常性的解释> 人的生活经验在长时记忆（库）中积累了 大量客观事物的原型，并建立了物体形状 与观察角度和距离的关系。在模式识别中，由于环境变化或感觉位置不同只是改变了感觉刺激的非基本属性> 在识别中进行无意识推理：从观察角度和距离的变化中推导出物体的形状。知觉恒常性说明了> 感觉还是介于心理与物理、生理之间的现象>知觉则已是纯粹的心理现象X物理现象感觉是对眼前客观事物的局部的反映，虽不是事物的全部，但是感觉的反映二事物的局部('-知欽

17、是对眼前和过去客观事物全部的反映,f理现象知觉的反映 > 事物的全部.住"（2 ） 知觉的选择性人们面对众多刺激时，（刺激本身并无轻重之分）总能够把其中一些作为知觉对象， 而把另一些作为背景。（这是“选择”的主观属性）虽然知觉的选择性是主观的，但是选择的条件仍需随环境需要或条件而变化（这是“选择”的客观属性）心理现象：主观反映不完全由客观刺激确定(2 ) 知觉的选择性例如，课堂黑板上写满了字,学生能够从中选出老师正在讲的内容例如，看戏时，观众能够分清舞台上的主体和背景在众多演员中分清主角和配角例如，看书时，习惯将正在看的内容作主体，而将已看过的内容作背景(3 )知觉的整体性 知

18、觉的整体性有以下两方面内涵:对于熟悉的客观事物，尽管提供的感觉刺激不完备, 却可以形成该事物的完整知觉知觉具有这样一种能力，即把曾经历过的刺 激留下的痕迹，自动补充到当前不完备的刺激中去， 形成完整的知觉。(3 )知觉的整体性例如 看一眼苹果的形状和颜色，便会形成该苹果的 硬度、内部结构.味道等完整知觉。 如看到标语“北京欢您！”，能判断出丢了 迎"字（3 ）知觉的整体性知觉的整体性有以下两方面内涵:> 能够将客观刺激以及由这些刺激产生的主观感觉（“新质”或“格式塔质”）一起形成该刺激的完整知 觉。即所谓格式塔（Gestalt）现象或完形现象。这个“新质”是在知觉过程中出现的，在外界刺激实体中没有对应，因而出现了 “（知觉）整体大于（形成刺激的实体）各部分之和”的著名论断。画面艺术中，点、线的群集艺术便是利用了知觉整体性的特点新质对应画面上的视觉要素(Visual Essences)要点：画面艺术规律（对比律.均衡律、变