《认知科学与脑科学》教学大纲

《认知科学与脑科学》教学大纲课程英文名CognitiveScienceandBrainScience课程代码03M0250学分2.0总学时32理论学时32实验学时0上机学时0实践学时0课程类别学科基础课课程性质选修先修课程C++程序设计、信号与系统适用专业人工智能开课学院信息工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业教育课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位人类对脑的研究已有上千年历史，直到近代才由认知科学建立起了研究认知和智力的基本概念和科学方法论，其研究范围涉及语言学、人类学、心理学、神经科学、哲学和人工智能等科学，其影响越来越凸显在国家重大需求的各个方面，显然已成为具有重大科学意义及应用前景的新型基础科学。目前在机器智能中受到广泛关注的人工神经网络正是人类利用认知科学方法，在对大脑及大脑神经网络结构及认识理解的基础上，基于模仿，人工构造出的计算机信息处理系统，因此是人工智能专业学生需要掌握的重要专业知识。脑-机接口技术是通过采集大脑皮层神经系统活动产生的脑电信号，将其转化为可以被计算机识别的信号，旨在于生物大脑与外部设备或环境之间建立起一种新型的实时通讯与控制的系统，从而实现大脑与外部设备的直接交互。脑机接口技术提供了一条通向人机融合的现实路径，在医疗救治、人体增强、军事作战、教育娱乐等领域都具有广阔的应用前景，近些年来随着人工智能第三次浪潮的兴起，脑-机接口的发展也迎来了新的热潮。本课程深入介绍了认知产生的基本生理学原理，详细介绍了研究认知和智力的技术方法及脑-机接口的基本理论，有助于拓宽我校人工智能专业学生的基础知识，提高学生素质，培养学习兴趣，因此本课程的开设具有重要意义。（二）课程目标1.ILO-1：理解感觉、知觉、注意、学习与记忆产生的基本生理学原理；2.ILO-2：掌握脑认知成像技术，了解最新人脑连接组关联研究；3.ILO-3：掌握脑机接口技术的基本概念，基本组成，及其在具体实践案例中的使用，了解脑机接口技术和认知科学的紧密关系，了解世界脑机接口技术现状，鼓励学生开拓思维并积极投身社会关键领域的创新创业，提高学生自主创新能力、反专利垄断、推动人类社会发展的社会责任感。二、课程目标达成的途径与方法本课程支撑的毕业要求如下：毕业要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、人工智能专业知识用于解决人工智能相关的复杂工程问题。毕业要求4：研究：能够基于人工智能科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。毕业要求5：使用现代工具：能够针对人工智能复杂问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测和模拟，并能够理解其局限性。主要以课堂教学为主，结合期末测试、课堂测试、专题讨论等途径和方法来达成。具体每个课程目标的达成途径与方法见下表所示。课程目标达成途径ILO-1~2课堂教学、课后作业、课堂问答和期末测试ILO-3分组讨论的小组答辩、小组成员的提问、教师的指导提问三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1毕业要求4毕业要求5ILO-1MILO-2MILO-3MM注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求第一章认知科学概论了解感觉、知觉、视觉通路、物体再认、注意、学习与记忆、行为控制的基本原理。第二章人脑连接组关联研究掌握人脑关联组研究的基本概念与方法，了解其最新进展,通过案例教学，引导学生开拓思维、发奋图强、打好基础，提高学生自主创新能力和反专利垄断，推动人类社会发展的社会责任感。第三章脑认知成像技术掌握功能磁共振成像、脑电、脑磁图、近红外脑成像技术的原理及实验方法。了解非侵入式脑刺激技术和多模态成像技术融合的发展现状。第四章脑机接口概述掌握脑机接口的基本概念及分类组成，掌握其基本实验方法和实例，了解脑机接口技术的发展趋势。通过案例教学，引导学生开拓思维、发奋图强、打好基础，提高学生自主创新能力和反专利垄断，推动人类社会发展的社会责任感。第五章大脑视觉认知编码掌握利用fMRI技术对视觉认知进行编解码的各种经典方法。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章认知科学概论81.完成本章作业ILO-1第2章脑智关联、全基因组关联、全连接组关联、人脑连接组的毕生发展、脑神经影像的信度4完成本章作业ILO-2、3第3章磁共振成像、脑电与脑磁图、近红外成像、非侵入式脑刺激术、多模态成像技术融合10完成本章作业ILO-2第4章脑机接口的分类与组成、有损BCI、无损BCI61.完成本章作业ILO-2、3第5章大脑视觉认知编码简介、fMRI影像分析与数据处理、大脑视觉神经活动编解码4完成本章作业ILO-2六、实践环节及基本要求无七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例支撑课程目标过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业等点名记录讨论回答记录作业成绩30%ILO-1ILO-2ILO-3期末考核开卷卷面成绩70%ILO-1ILO-2考核类别考查成绩登记方式百分制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：龚怡宏，《认知科