感知与认知-认知心理学I

感知和认知基础山东大学计算机学院2020/2/221人机交互-原理与技术人机交互-原理与技术2内容摘要认知心理学概论人的感知认知过程与交互设计原则概念模型及对概念模型的认知分布式认知2020/2/221.相关背景中国科学院脑科学卓越创新中心正式挂牌成立2014年1月20日下午，中国科学院脑科学卓越创新中心正式成立依托中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所，参与单位有中国科学院生物物理研究所、昆明动物研究所、自动化研究所、武汉物理与数学研究所、深圳先进技术研究院和中国科技大学蒲慕明院士担任中心主任，郭爱克院士担任中心首席科学家该中心将进一步聚焦脑科学的重要前沿方向，力争在脑科学前沿研究和技术发展方面取得国际领先的成果；凝聚并稳定支持脑科学领域最具创新活力的优秀人才，形成创新团队，成为我国脑科学研究领域杰出人才的聚集和培育基地建成国际一流的脑科学研究中心2020/2/223人机交互-原理与技术1.相关背景清华大学-IDG/麦戈文人脑科学研究院成立2013年11月24日，清华大学-IDG/麦戈文人脑科学研究院正式成立并举行了揭牌典礼，捐赠人美国国际数据集团（IDG）创始人兼董事长麦戈文（PatrickMcGovern）先生及夫人劳拉·麦戈文（LoreHarpMcGovern），MIT麦戈文人脑研究院院长RobertDesimone，IDG全球常务副总裁、大中华区董事长熊晓鸽先生，出席了研究院成立揭牌典礼。脑科学研究院将专注于研究脑功能和相关神经疾病，将最先进的技术手段应用到脑科学的研究中去，按照交叉学科的思路，联合医学院、生命学院、计算机系、和纳米中心等的人才与资源，对如何理解大脑、重造大脑、保护大脑进行前沿探索。2020/2/224人机交互-原理与技术1.相关背景清华大学-IDG/麦戈文人脑科学研究院成立2020/2/22人机交互-原理与技术51.相关背景2020/2/226人机交互-原理与技术北京大学获国际捐赠建IDG麦戈文脑科学研究所北京大学获得国际捐赠一千万美元建立脑科学研究机构：北京大学IDG麦戈文脑科学研究所。北京大学校长周其凤和美国国际数据集团(IDG)创始人兼董事长、麻省理工学院（MIT）麦戈文脑研究院创始人麦戈文先生（PatrickMcGovern）于2011年11月8日在北京大学临湖轩签署捐建协议。出席签字仪式的有北京大学教育基金会、科研部、人事部、生命联合中心、心理系和生命科学学院等相关部门的领导，麦戈文先生及其夫人劳拉•哈普•麦戈文，IDG全球常务副总裁/大中华区董事长熊晓鸽等。1.相关背景2020/2/22人机交互-原理与技术91.相关背景脑科学研究掀起新热潮：“新的战争”？2012年以来，人脑科学研究在全球掀起新的热潮——2012年夏天，美国，6位科学家提出一项“人脑活动图谱”计划，受到政府高度重视，被列为国家级别的大科学计划，初步获得1亿美元研究预算，目前，一个规模更大的研究计划正在积极谋划中。2013年1月，欧洲，人脑工程进入欧盟“未来新兴旗舰技术项目”名单，并将在未来10年内获得10亿欧元的经费。在我国，几周前，多位高校专家低调进京咨询讨论，进一步完善相关领域长远布局，正在紧锣密鼓进行中。抢占脑科学研究的战略制高点，竞争火花四溅。当下，加紧探索这一人类认识的“最后疆域”，究竟意欲何为？人机交互-原理与技术102020/2/221.相关背景2020/2/22人机交互-原理与技术111.相关背景美国正式公布脑科学研究计划美国白宫2013年4月2日正式公布一项被认为可与人类基因组计划相媲美的脑科学研究计划（以下简称“脑计划”），以探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、针对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法。这项计划有三大特点，即通过公私合作的方式完成，潜在影响力深远，同时面临艰巨挑战。2020/2/22人机交互-原理与技术121.相关背景“科学判官”魏坤琳博士深度解密“最强大脑”国内首档科学真人秀节目《最强大脑》自2014年1月3日开播。从“超级找茬王”郑才千，到“心算神童”葛韵霖，再到“中国雨人”周玮，他们超强的脑力让小伙伴们一次次惊掉了下巴。我们一起来听听“科学判官”魏博士的解秘。人机交互-原理与技术131.相关背景韩国教授研究英语学习与脑科学关系欲革新教育方式中国网12月2日讯据韩国《朝鲜日报》网站12月1日报道，英语讲得很流利的人的大脑和因为努力学习而英语讲得好人的大脑相比是不同的。韩国人讲英语时的大脑和外国人讲英语时的大脑也是不同的。这是因为大脑兴奋的区域不同导致的。高丽大学南基春教授（51岁，心理系）说，“学习语言的过程中大脑会发生变化。”大脑中有不同的区域负责听、说、读、写。如果某个领域接受了强化训练，那么与之相对应的大脑区域就会变得活跃。南教授在5个月之前就开始了这项有趣的研究。研究的主题是“听力大脑项目”。此次研究以接受“帕尼克•斯为主的教育”(英文拼写和声音的规则性学习)的韩国人为研究对象,研究他们的大脑是如何发生变化的。2020/2/22人机交互-原理与技术141.相关背景2020/2/22人机交互-原理与技术151.相关背景大脑解码器：现实中的读心术JackGallant坐在自己位于美国加州大学伯克利分校的实验室里，聚精会神地盯着电脑屏幕，试图解码某个人的思维。2020/2/22人机交互-原理与技术161.相关背景电脑屏幕的左边是一些电影短片——Gallant在对研究参与者进行脑部扫描的同时，放映这些影片。而屏幕的右侧，计算机程序正在分析大脑扫描的数据，以推测参与者所看到的是哪一个影片。AnneHathaway的脸出现在了电影《新娘大战》的片段上，画面中她正与KateHudson热烈地交谈。计算程序明确地将这一场景与“女人”和“交谈”联系起来。另一个剪辑，是展现了水下野生生物生活场景的纪录片。在画面从第一个剪辑跳动到第二个剪辑时，该程序不断“挣扎”，最后不确定地提出了“鲸鱼”和“游泳”等文字。2020/2/22人机交互-原理与技术171.相关背景脑科学研究在全球兴起人脑工程产业“钱”途无量2020/2/22人机交互-原理与技术182.脑科学认知科学脑科学定义自70年代以来脑科学研究不断取得突破性的进展。先是斯佩里(Dr.RogerSperry)、波根(JosephBogen)、葛萨纳嘉(MichaelGazzanaga)三人进行的著名的“分脑手术”，发现了左、右脑结构与功能的区别，提出了左、右脑分工说广义的讲广义的定义是研究脑的结构和功能的科学，还包括认知神经科学等，我们今天主要介绍广义的脑科学狭义的讲就是神经科学，是为了了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究2020/2/22人机交互-原理与技术192.脑科学认知科学脑的结构脑是动物最重要的器官，在进化过程中，自然界也给了脑最严密的保护这种慎密的结构既保护脑、又能营养脑以及排出脑代谢的产物。人的大脑位于颅腔内，大脑分为左右两半球。大脑半球被覆灰质，称大脑皮质，其深部为白质，或称为髓质。大脑两半球间由巨束纤维（胼胝体，corpuscallosum）相连。脑主要包括大脑、间脑、小脑、中脑、脑桥及延髓等六个部分。脑实质外的颅骨、脑膜、血管和血-脑屏障等构成了脑的物理、化学环境，正是这些理化环境的相对稳定才保证了脑的正常生理功能2020/2/22人机交互-原理与技术202.脑科学认知科学脑的表面结构2020/2/22人机交互-原理与技术212.脑科学认知科学大脑皮层功能分区2020/2/22人机交互-原理与技术222.脑科学认知科学2020/2/22人机交互-原理与技术232.脑科学认知科学大脑深部结构2020/2/22人机交互-原理与技术242.脑科学认知科学2020/2/22人机交互-原理与技术25TED视频演讲（三）：即时扫描大脑的技术2.脑科学认知科学2020/2/22人机交互-原理与技术26认知心理学概述认知心理学简介认知心理学是最新的心理学分支之一，从1950至1960年代间才发展出来的，到70年代成为西方心理学的主要流派。是作为人类行为基础的心理机制，其核心是输入和输出之间发生的内部心理过程。它与西方传统哲学也有一定联系，其主要特点是强调知识的作用，认为知识是决定人类行为的主要因素。2020/2/2227人机交互-原理与技术认知心理学简介1956年被认为是认知心理学史上的重要年份这一年几项心理学研究都体现了心理学的信息加工观点。如Chomsky的语言理论和纽厄尔（AlanNewell）和西蒙（HerbertAlexandersimon）的“通用问题解决者”模型。认知心理取向的重点是认知的信息处理模式一种以心智处理来思考与推理的模式。因此，思考与推理在人类大脑中的运作便像电脑软件在电脑里运作相似。认知心理学理论时常谈到输入、表征、计算或处理，以及输出等概念。认知心理学奠基人乔治·米勒2020/2/2228人机交互-原理与技术认知心理学简介认知心理学研究对象研究人的高级心理过程，主要是认知过程如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等。那些不能观察的内部机制和过程，如记忆的加工、存储、提取和记忆力的改变。信息加工心理学以信息加工观点研究认知过程是现代认知心理学的主流将人看作是一个信息加工的系统，认为认知就是信息加工，包括感觉输入的编码、贮存和提取的全过程。认知可以分解为一系列阶段，每个阶段是一个对输入的信息进行某些特定操作的单元，而反应则是这一系列阶段和操作的产物2020/2/2229人机交互-原理与技术人脑的结构—神经元构成人脑是由大量的神经细胞构成的，估计约有150亿个。神经细胞是脑的结构单位，也是功能单位。因此，神经细胞又称为神经元。2020/2/2230人机交互-原理与技术2020/2/2231人机交互-原理与技术人脑的结构—功能区2020/2/2232人机交互-原理与技术人脑的主要机能大脑的主要机能，是一个接受、分析、综合、储藏、发布各种信息的装置。大脑是左右对称的，一般地说，右脑负责较多的创造性和艺术性机能，而左脑有较多的逻辑推理机能。2020/2/2233人机交互-原理与技术人类认知科学研究“行为实验系统”和“认知与实验心理学实验系统”由ERP（多导联神经电生理分析定位系统（脑电仪））实验室、常规实验室、可用性实验室、人类行为观察室、眼动实验室、空间认知与增强现实实验室等多个体系组成以行为和认知神经科学为平台，研究人类基础和高级心理过程的行为和神经机制，以及认知的发展、成熟、和衰退过程。研究基本认知过程及其发生：主要研究包括视知觉、嗅知觉、视运动认知的神经基础、意识与无意识状态下的面部识别、注意和注意控制的脑机制、奖赏回报的脑机制、以及这些认知机理的应用等。2020/2/2234人机交互-原理与技术NeuroscanEEG/ERP多导联神经电生理分析定位系统（脑电仪）2020/2/2235人机交互-原理与技术人类认知科学研究可提供个体和群体行为观察、脑电记录与分析、眼动加工、心理测试等实验所需的场景和硬件，为人类行为与高级认知和情感活动研究提供支撑。从认知神经生理基础、感知觉基本过程、认知行为脑机制到认知心理应用多个层面探索心智奥秘。基于这4个实验系统，科学家可以从基因-神经-心理-行为层面出发，开展个体-群体-组织-社会等多个水平的基础研究和应用研究。2020/2/2236人机交互-原理与技术虚拟现实实验系统虚拟现实实验系统仪器简介：1惯性/超声波6-自由度追踪2可调精度&灵敏滤波器3高至50ms预报4先进的惯性MEMs成分5小型化了超声波接收技术6IS-900系统全部兼容7标配电缆长度12.2m功能用途：：能准确追踪模