腦與認知科學基礎

第1章 認知與計算 ............................................................................................ 1 
1.1認知.......................................................................................................1 

1.2元認知....................................................................................................2 

1.3認知計算 .................................................................................................2 

1.4腦結構與功能..........................................................................................3 

1.5三位一體 ...............................................................................................10 

1.6腦與認知框架........................................................................................11 

1.7人類腦計畫............................................................................................12
習題 .............................................................................................................13
 
第2章 方法與技術 ...........................................................................................15 
2.1心理學方法............................................................................................15 

2.1.1反應時法 ....................................................................................15 

2.
1.2眼動分析法 .................................................................................15 

2.
1.3口語報告分析法 ..........................................................................15 

2.
1.4內隱聯想測驗..............................................................................16 

2.
1.5電腦類比法..............................................................................16 
 

2.2電生理學方法 ...............................................................................16 

2.
2.1膜片鉗技術 .................................................................................16 

2.
2.2細胞記錄法 .................................................................................16 

2.
2.3腦損傷研究法..............................................................................17 
 

2.3腦成像 .........................................................................................17 

2.3.1 CT.............................................................................................17 
2.3.2 PET...........................................................................................17 
2.3.3 SPECT......................................................................................18 
2.3.4 MRI...........................................................................................18 
2.3.5 fMRI..........................................................................................19 
2.3.6 TPM..........................................................................................20 
2.3.7 EEG ..........................................................................................20 
2.3.8 MEG..........................................................................................22 

2.4技術比較...............................................................................................22 

2.5設計實驗範式........................................................................................23 

2.6資料處理...............................................................................................25
習題 .............................................................................................................27
 

第3章 神經與資訊 ...........................................................................................29 
3.1神經元..................................................................................................29 

3.2神經膠質細胞 ........................................................................................31 

3.3神經資訊...............................................................................................33 

3.
3.1神經資訊產生..............................................................................33 

3.
3.2神經資訊編碼..............................................................................34 

3.
3.3神經資訊傳播..............................................................................35 
 

3.
4神經通路和層級 .....................................................................................38 

3.5人工神經...............................................................................................40 

3.
5.1人工神經元 .................................................................................40 

3.
5.2人工神經網路..............................................................................41 

3.
5.3深度學習系統..............................................................................42 
 

3.6微觀與超微觀.................................................................................44 

3.6.1分子 ...........................................................................................44 

3.6.2量子 
...........................................................................................44
習題 .............................................................................................................45
 
第 4章視覺與計算 ...........................................................................................47 
4.1眼睛......................................................................................................47 

4.2視覺資訊 ...............................................................................................47 

4.
2.1視覺資訊感知..............................................................................47 

4.
2.2視覺資訊傳遞..............................................................................49 

4.
2.3視覺感受機制..............................................................................51 

4.
2.4視覺資訊編碼..............................................................................54 
 

4.3對象識別.........................................................................................56 

4.3.1神經機制 ....................................................................................57 

4.3.2認知模型....................................................................................57 

4.3.3眼球運動....................................................................................60 

4.3.4運動知覺....................................................................................60 

4.3.5立體視覺....................................................................................61 

4.3.6顏色視覺....................................................................................61 

4.
3.7視覺恒常性與腦補 .......................................................................63 
 

4.4視覺理論......................................................................................64 

4.
4.1瑪律計算視覺..............................................................................64 

4.
4.2格式塔理論 .................................................................................65 

4.4.3主動視覺 .................................................................................66 
 

4.5電腦視覺............................................................................................66 

4.5.1深度估計....................................................................................66 

4.5.2行人預測....................................................................................68 

4.5.3水下視覺 ...................................................................................71 
 

4.6視覺系統比較........................................................................................72
習題 .............................................................................................................72
 

第 5章感知與運動 ...........................................................................................75 
5.1感覺與知覺............................................................................................75 

5.2感受器和編碼 ........................................................................................76 

5.
2.1感受器的種類..............................................................................76 

5.
2.2感受器的換能作用 .......................................................................76 

5.
2.3感覺資訊編碼..............................................................................77 
 

5.3聽覺與平衡覺 ........................................................................................79 

5.
3.1聲音與聽覺 .................................................................................79 

5.
3.2耳朵與聲音感知 ..........................................................................80 

5.3.3人工耳蝸 ....................................................................................82 

5.3.4聽聲辨位 ....................................................................................83 

5.3.5平衡覺........................................................................................84 
 

5.4觸覺和痛覺............................................................................................85 

5.4.1觸痛感知....................................................................................86 

5.4.2觸覺 ...........................................................................................87 

5.4.3痛覺 ...........................................................................................88 

5.4.4癢覺 ...........................................................................................88 
 

5.5嗅覺和味覺....................................................................................89 

5.5.1嗅覺 ...........................................................................................89 

5.5.2味覺...........................................................................................90 
 

5.6聯覺和直覺....................................................................................92 

5.6.1聯覺...........................................................................................92 

5.6.2直覺 ...........................................................................................93 
 

5.
7初級感覺與運動皮層 ..............................................................................93 

5.8運動與控制............................................................................................94 

5.8.1下行傳導通路..............................................................................95 

5.
8.2運動層級與控制 ..........................................................................96
習題 .............................................................................................................97
 

第 6章注意與意識 ...........................................................................................99 
6.1注意......................................................................................................99 

6.2注意與分辨.......................................................................................... 100 

6.3注意網路 ............................................................................................. 100 

6.
4注意的生理機制 ................................................................................... 101 

6.
5注意的資訊加工 ................................................................................... 102 

6.
5.1選擇性注意 ............................................................................... 102 

6.5.2注意分配.................................................................................. 105 

6.5.3變化視盲 .................................................................................. 105 

6.
5.4外顯型與內隱型注意.................................................................. 106 

6.
5.5特徵整合理論............................................................................ 107 
 

6.6人工注意網路 ...................................................................................... 108 

6.7睡眠與夢 ............................................................................................. 108 

6.8意識與思維.......................................................................................... 111
習題 ........................................................................................................... 112
 

第 7章學習與記憶 .........................................................................................113 
7.1學習
.................................................................................................... 113 

7.
1.1學習認知模型............................................................................ 113 

7.1.2赫布理論.................................................................................. 115 

7.1.3遷移學習 .................................................................................. 115 

7.
1.4學習形成記憶............................................................................ 116 
 

7.2元學習 ................................................................................................ 117 

7.3記憶
.................................................................................................... 119 

7.4記憶模型 
............................................................................................. 120 

7.
4.1多重存儲記憶模型 ..................................................................... 120 

7.
4.2工作記憶模型............................................................................ 121 
 

7.
5記憶的神經基礎 ................................................................................... 122 

7.
5.1記憶相關的腦區 ........................................................................ 122 

7.
5.2記憶相關的皮層 ........................................................................ 123 

7.
5.3海馬與記憶 ............................................................................... 124 
 
7.6記憶轉移 ............................................................................................. 124 

7.7遺忘曲線 ............................................................................................. 125 

7.8概念與分類.......................................................................................... 126 

7.9知識建構 ............................................................................................. 127 

7.
9.1符號網路模型............................................................................ 128 

7.
9.2層次語義網路模型 ..................................................................... 129 

7.9.3原型模型 .................................................................................. 130 

7.
9.4啟動擴散模型............................................................................ 130 
 

7.10知識表徵 ........................................................................................... 131 

7.
10.1聯想記憶模型 ........................................................................ 131 

7.
10.2知識圖譜............................................................................... 133 
 

7.11貝葉斯大腦 
........................................................................................ 134
 
習題 ........................................................................................................... 136 

第 8章溝通與語言 .........................................................................................137 
8.1溝通
.................................................................................................... 137 

8.
2人類語言的演化 ................................................................................... 137 

8.
3人類語言的獨特性................................................................................ 137 

8.
4失語症與語言中樞................................................................................ 138 

8.5語言處理模型 
...................................................................................... 139 

8.5.1 
Lichtheim模型 ......................................................................... 139 

8.5.2 
Wernicke-Geschwind模型.......................................................... 140 
 

8.6詞腦.................................................................................................... 142 

8.
7中英語言認知異同................................................................................ 146 

8.
8腦電到文字轉譯 ................................................................................... 147 

8.9自然語言處理 ...................................................................................... 147 

8.10對偶學習 
........................................................................................... 148
習題 ........................................................................................................... 149
 
第 9章情感與計算 .........................................................................................151 
9.1報償與動機.......................................................................................... 151 

9.2成癮.................................................................................................... 152 

9.3人腦經濟學.......................................................................................... 153 

9.
3.1經濟學現象 ............................................................................... 153 

9.3.2能量函數 
.................................................................................. 155 
 

9.4強化學習 ............................................................................................. 156 

9.5理性與情緒.......................................................................................... 158 

9.6情緒腦 ................................................................................................ 160 

9.7情感與選擇.......................................................................................... 161 

9.8預測與期望.......................................................................................... 163 

9.9期望化.......................................................................................... 164 

9.10對抗網路 ........................................................................................... 165 

9.
11自律與自監督..................................................................................... 166 

9.12情感計算 ........................................................................................... 166
 
習題 ........................................................................................................... 168 

第 10章發育與可塑 .......................................................................................169 
10.1腦功能發育 ........................................................................................ 169 

10.
2腦功能可塑性..................................................................................... 170 

10.3腦改進方案 ........................................................................................ 171 

10.
4腦區到腦網路..................................................................................... 173 

10.
4.1結構洞與智力 .......................................................................... 174 

10.
4.2複雜性臨界點 .......................................................................... 175 
 

10.5腦網路演化 ........................................................................................ 177 

10.
5.1演化動力學 ............................................................................. 177 

10.
5.2圖網路學習 ............................................................................. 179 
 

10.6男女有別 ........................................................................................... 180 

10.
7神經架構搜索..................................................................................... 182
習題 ........................................................................................................... 182
 
第 11章社會與創造 .......................................................................................183 
11.1社會認知 
........................................................................................... 183 

11.2歸因理論 
........................................................................................... 185 

11.3分類與圖式 
........................................................................................ 186 

11.4同理心
............................................................................................... 188 

11.
4.1鏡像神經元 ............................................................................. 188 

11.
4.2自閉症情緒圖譜理論 ................................................................ 188 

11.
4.3同理心和道德決策 ................................................................... 189 

11.
4.4同理心與公平感....................................................................... 190 
 

11.5模仿行為 
........................................................................................... 191 

11.
6具身認知與元宇宙 .............................................................................. 192 

11.7利他行為 
........................................................................................... 193 

11.
8智力與創造力..................................................................................... 194 

11.
9人類智力的起源與演化 ....................................................................... 194 

11.10弗林效應
.......................................................................................... 195 

11.
11社會網路與大資料 ............................................................................ 196
 
習題 ........................................................................................................... 198 

第12章人工與系統 .......................................................................................199 
12.1人工智慧 
........................................................................................... 199 

12.
2類腦計算與人工腦 .............................................................................. 199 

12.3模擬機器人 
........................................................................................ 201 

12.4腦機系統 
........................................................................................... 204 

12.
5自主無人系統..................................................................................... 206 

12.
6複雜性與奧卡姆剃刀........................................................................... 206 

12.7安全和倫理 
........................................................................................ 207 

12.7.1可信與安全 ............................................................................. 207 

12.
7.2道德與倫理 ............................................................................. 209
習題 ........................................................................................................... 211
 
參考文獻 ...........................................................................................................213