Home » UNV

UNV: Úvod do neurovied
(zlúčený s MTL: MATLAB a neurokognícia a VKN: Výpočtová a kognitívna neuroveda)
Ústav informatiky, Prírodovedecká fakulta
UPJŠ Košice
Zimný semester 2017

Vyučujúci: Norbert Kopčo, Laboratórium vnímania a kognície, norbert.kopco@upjs.sk, Jesenná 5, č. dv. T2.16, tel. 234 2450
Cvičiaci: Peter Lokša, peterloksa@gmail.com, Jesenná 5, č. dv. 33
Konzultant: Beata Tomoriová, beata.tomoriova@gmail.com, Jesenná 5, č. dv. T2.16
Prednášky: utorok 11:40 – 13:10 v učebni SA1C05 (Jesenná 5)
Cvičenia: utorok 15:10 – 16:40 v učebni SA1C05 (dodatočne aj streda 10:45-12:15 pre študentov MTL). S výnimkou úvodných cvičení a písomiek budú cvičenia individuálne konzultácie (príp. podľa dohody).

AKTUÁLNE OZNAMY (staršie oznamy uložené na konci)

2017/9/19
– od budúceho týždňa budú prednášky od 11:30 do 13:00,
– dnes sme v prednáške 1 stihli dôjsť len po slide 20. Dokončíme o týždeň.
– v rámci cvika 1 a 2 by ste si mali prejsť Matlab Onramp a skript s príkazmi, ktoré pripravil cvičiaci (vid linky dole). V prípade problémov kontaktujte cvičiaceho.
– dohodli sme sa, že tí, ktorí máte MLT a zároveň máte (už ste mali) UNV, budete robiť zadania z VKN. Kontaktujte konzultantku Tomoriovú.

2017/9/18
– Vítajte v novom semestri. Prečítajte si pozorne obsah tohto webu – bude základným módom komunikácie medzi vyučujúcimi a študentmi počas semestra v predmete Úvod do neurovied (resp. Matlab a neurokognícia a Výpočtová a kognitívna neuroveda; tieto predmety budú bežať zlúčene).
– UNV, MTL a VKN budú zlúčené z viacerých príčin (hlavne kvôli nízkemu počtu študentov).
– Prednáška 1 bude 19.9. podľa rozvrhu UNV. Stretneme sa cez skype, keďže som mimo Košíc. PDF slidov Prednášky 1 je zverejnená pri rozvrhu prednášok (heslo dostanete na prednáške).
– Potom bude prvé cvičenie tiež podľa rozvrhu, na ktorom vás Peťo Lokša (cvičiaci) oboznámi so základmi MATLABu.

 

Obsah predmetu

Prehľad anatómie, fyziológie a kognitívnych procesov prebiehajúcich v ľudskom mozgu a mysli. Popis nervových centier niektorých kortikálnych funkcií (napr. vizuálny, sluchový a senzomotorický kortex, učenie a pamäť). Základné fyziologické, psychofyzikálne a výpočtové metódy štúdia v neurovedách s dôrazom na uplatnenie výpočtových prostriedkov pri elektrofyziologických meraniach a pri zobrazovaní mozgovej aktivity (napr. magnetická rezonancia). Technické aplikácie neurovedného výskumu.

Prerekvizity

– základy biológie, chémie, fyziky
– lineárna algebra a diferenciálne rovnice
– znalosť MATLABu alebo OCTAVE resp. ochota naučiť sa

Fungovanie predmetu a práca študenta

Dôraz pri výuke bude kladený na individuálnu prácu počas semestra. Účasť na prednáškach je veľmi dôležitá (a bude sledovaná prezenčkou). Práca na cvičeniach bude pozostávať z niekoľkých zadaní, ktoré študenti vypracujú samostatne alebo v malých skupinách. Odovzdané zadania budú vyhodnotené a budú tvoriť súčasť záverečnej známky. Počas semestra budú dve povinné písomky, jedna v strede a jedna na konci semestra. Ďalšou požiadavkou je vypracovanie projektu (esej, model, malý experiment). Na základe bodov získaných zo zadaní, projektu a písomiek vám bude v zápočtovom týždni navrhnuté záverečné celkové hodnotenie. Ti, ktorí si ho budú chcieť vylepšiť, môžu prísť na skúšku.

Hodnotenie

Podiel jednotlivých úloh na výslednej známke:
– aktívna účasť na prednáškach 7%
– zadania 16% (4 zadania po 4%)
– projekt 15% (nepovinny pre studentov MTL)
– semestrálna písomka 31%
– zápočtová písomka 31%
– prémia: 5% známky bude možné získať aj za participáciu na experimentoch v Laboratóriu vnímania a kognície. O možnostiach vás budem podľa potreby priebežne informovať.

Penalizácia pri hodnotení a etika práce

Počet bodov získaný za zadania a projekty sa znižuje o 20% z maximálnej hodnoty zadania s každým načatým týždňom omeškania (čiže po 5 týždňoch sa už nemusíte obťažovať vôbec). Omeškanie sa začína počítať dňom nasledujúcim po cvičení, behom ktorého sa malo zadanie/projekt odovzdať. Každé zadanie, projekt a písomka má odrážať prácu a znalosti toho, kto je na ňom/nej uvedený ako autor. Otázky zo zadaní/cvičení sa budú objavovať aj na písomkách. Pri zadaniach môžete pracovať v skupinách (do 2 ľudí), očakávam ale, že všetci, ktorí sú na zadaní uvedení ako autori, na ňom aj robili. Hodnotenie zadania je relatívne nízke, cieľom totiž je, aby sa každý z vás (resp. každá skupina) pokúsil samostatne nájsť riešenie, ku ktorému vám ja poskytnem komentár, nie aby ste mi poslali to isté skopírované vypracovanie zadania bez toho, aby ste mali páru čo sa tam dialo. Namátkovo budem vypracovanie zadania kontrolovať u všetkých, ktorí sú uvedení ako autori. A ak zistím, že niektorý autor netuší, ako bolo niečo v zadaní urobené, môže to znamenať stratu až 20% celkovej známky pre celú skupinu (t.j., aj pre tých, ktorí zadanie skutočne urobili a vedia vysvetliť, ako bolo spravené). Ešte raz zdôrazňujem, že cieľom je, aby ste na zadaniach robili všetci, nie iba jeden človek za skupinu. Zároveň chcem motivovať tých, ktorí zadanie vypracovali, aby ho len tak neposkytovali ostatným na odpísanie.

Literatúra (niektoré texty sú k dispozícii elektronicky v tomto adresári, ku ktorému je prístup len cez heslo zverejnené na prednáške.)

Primárny zdroj informácií sú PDF súbory prednášok a kniha
Kopčo Norbert (2011) Výpočtová neuroveda (Úvod do modelovania neurofyziologických a behaviorálnych dát), Vydavateľ: Technická univerzita v Košiciach. (skratka KVN) Doplnkové zdroje:
Gazzaniga M. (ed.): The New Cognitive Neurosciences. 2nd ed. MIT Press. 1999 (dostupná elektronicky – na požiadanie sprístupním. Resp. za $15 môžete získať prístup na 5 dní a stiahnuť si ktorúkoľvek z vyše 400 kníh dostupných na CogNete. Výtlačok knihy je aj u mňa.)
Purves et al.: Neuroscience. 2nd ed., Sinauer Associates, 1991 (dostupná vo fulltexte elektronicky. V knihe sa nedá orientovať cez obsah, je ale možné obsah si pozrieť a potom hľadať názov kapitoly.)
Dayan P and LF Abbott: Theoretical Neuroscience – Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems. MIT Press, 2001 (ďalej označovaná skratkou TN, dostupná elektronicky)
Stillings et al.: Cognitive Science: An Introduction, 2nd ed., MIT Press, 1995 (označovaná CSAI, dostupná elektronicky)
Wilson RA a FC Keil: The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences. MIT Press, 1999 (MITECS dostupná elektronicky)
Rybár J, Beňušková Ľ a Kvasnička V: Kognitívne vedy. Kalligram, 2002 (označovaná RKV, kópia u mňa)
Posner, M: Foundations of Cognitive Science. MIT Press, 1989 (kópia u mňa)
Kandel ER, Schwartz JH a TM Jessell: Principles of Neural Science. McGraw -Hill, 2000 (kópia u mňa)
Novák M, Faber J a O Kufudaki: Neuronové sítě a informační systémy živých organismů. Grada, 1993 (označovaná NS, dostupná elektronicky)
Marek Dobeš: Základy neuropsychológie.(dostupná elektronicky)
Levine DS: Introduction to neural and cognitive modeling. Lawrence Erlbaum 1991 (kópia u mňa)
Hertz J, Krogh A and Palmer RG: Introduction to the theory of neural computation. Addison-Wesley 1991 (HKP, kópia u mňa)
Kopčo Norbert (2011) Výpočtová a kognitívna neuroveda (Návody na cvičenia), Vydavateľ: Technická univerzita v Košiciach.
Kvasnička V and Clementis L (2014) Kognitívna veda v kontexte informatických vied. Slovenská technická univerzita v Bratislave

Projekty

Podrobnosti k projektom nájdete TU.
Časový rozvrh a hodnotenie:
5. týždeň: odsúhlasená téma projektu (20% známky). Každá skupina napíše do hypernewsov akú tému si zvolila a aké zdroje na jej vypracovanie plánuje použiť. Až keď vám tému schválim, môžete na nej pracovať.
12. týždeň: odovzdaný vypracovaný projekt (80% známky)

Rozvrh prednášok:

Týždeň 1: 19.9. Úvod do neurálnych a kognitívnych vied (prednáška v PDF; animácie/demá uvedené v prednáškach sú dostupné v chránenom adresári)
Štruktúra predmetu a požiadavky, Čo sú neurovedy, Čo je kognitívna psychológia a kognitívne vedy,
Čo je výpočtová neuroveda a neurálne modelovanie, Príklady neurálnych modelov na rôznych úrovniach
Literatúra: KVN (Kap 1 Úvod, prípadne aj Kap 2), TN (Preface), Predslov ku RKV, kapitola M. Dobeša o Kognitvínej psychológii, CSAI kapitola 1 (prípadne aj 2 a 3)

 

Týždeň 2: 26.9. Prehľad anatómie a funkcií centrálnej nervovej sústavy (CNS) (prednáška v PDF)
Prehľad anatómie, funkcií a historických teórií o fungovaní CNS. Úvod do matematických metód modelovania neurofyziologických dát.
Literatúra: KVN (Kapitola 2,3), NS (strany 19-35, 142-150), PNS (kap. 1 a 19),
R. Wessel, C. Koch, F. Gabbiani (1996) Coding of time-varying electric field amplitude modulations in a wave-type electric fish. J Neurophysiol 75:2280-93 (1996),
Daugman J (2001) “Brain metaphor and brain theory.”
Doplnková literatúra:
Web kniha Neuroscience: The Organization of the Nervous System, Neural Systems, The Subdivisions of the Central Nervous System
PNS (kap. 1 The brain and behavior a 19 Integration of sensory and motor function)

Hubel DH and Wiesel TN (1959) Receptive fields of single neurones in the cat’s striate cortex. The Journal of Physiology 148, 574–591
DENISE GELLENE David Hubel, Nobel-Winning Scientist, Dies at 87, New York Times

 

Týždeň 3: 3.10. Metódy štúdia v neurovedách. Senzorické, motorické a asociatívne oblasti mozgu. ( prednáška v PDF)
Literatúra: NS (kap. 1 Mozek a metody zkoumani…)
Videá z osláv 25. výročia zavedenia fMRI v kognitívnej neurovede v r. 2016 obsahujúce aj výklad metódy
Demo Videos of Visual Cognitive Disordes including from Bob Rafal

Týždeň 4: 10.10. Neurón: Anatómia a typy, akčný potenciál ( prednáška v PDF)
Literatúra: KVN (Kapitola 4)
Doplnková literatúra: D. Johnston and S. Miao-Sin Wu, Foundations of Cellular Neurophysiology, Chapter 2, The MIT Press (1995)

 

Týždeň 5: 17.10. Neurón: Modely aktivácie neurónu, Šírenie signálov v neuróne ( prednáška v PDF)
Literatúra: TN (kap 5.2, 5.3, 5.5, 5.8).

 

Týždeň 6: 24.10. Neurón: neurálne kódovanie, Synaptický prenos ( prednáška v PDF)
Vyskočil (2001) Pomalý synaptický přenos. Vesmír (80), 13-15
prednášky Christofa Kocha o neurálnom kódovaní ( lokálna kópia, nefunkčný pôvodný zdroj)

 

Týždeň 7: 31.10. Synaptická plasticita – neurálna báza učenia a pamäti ( prednáška v PDF)
PNS kapitoly 64,65. Knudsen EI (2002) Instructed learning in the auditory localization pathway of the barn owl. Nature 417: 322-328
Wilson RA a FC Keil (1999) The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences. Heslá: „Memory”, “Memory: Animal Studies”, “Memory: Human Neurophysiology” a „Hippocampus“
Jedlicka P, Benuskova L, Macakova J, Ostatnikova D (2002) Molekulove mechanizmy ucenia a pamati. In: Hulin I (ed) Patofyziologia, 6. vydanie. Slovak Academic Press (SAP), s.r.o, Bratislava, pp. 1183-1199.
Kelemen E, Pašťalková E (2000) O studiu paměti u lidí a zvířat Prostorová orientace u potkanů jako model pro studium paměti u savců. Vesmír.

Youtube prednáška Jennifer Groh: Space and Memory z online kurzu The Brain and Space

 

Týždeň 8: 7.11. Psychológia pamäti a učenia ( prednáška v PDF)
Gluck MA, Myers CE (2000) Gateway to Memory. MIT Press. Kapitola 2: Introduction
Corkin, S. (2002) What’s new with the amnesic patient H.M.? Nature Reviews Neuroscience 3, 153-160.
Články k súčasnej kontroverzii ohľadom pacienta H.M.:
New York Times, reakcia MIT BCS.
Christopher Nolan (2000) Memento. Celkom zaujímavý (akčný) film o človeku, ktorý trpí anterogradnou amnéziou (stratí schopnosť dlhodobo si čokoľvek nové zapamätať).

 

Týždeň 9: 14.11. Zrak a videnie: Úvod. Vnímanie jasu, obrysov, farby. Model BCS/FCS. Vnímanie veľkosti a vzdialenosti. (prednáška v PDF)
Literatúra: CSAI kapitoly 12.1, 12.3, 12.5
Web: Flash demo so sériou vizuálnych ilúzií a vysvetleniami, čo nám hovoria o spracovaní vizuálnej informácie v mozgu (z univerzity v Bangore, original link), Veľká zbierka vizuálnych ilúzií IllusionWorks
Grossberg, S. and Todorovic, D. (1988). Neural dynamics of 1-D and 2-D brightness perception: A unified model of classical and recent phenomena. Perception & Psychophysics, 43, 241-277

 

Týždeň 10: 21.11. Sluch, počutie a sluchová kognícia (prednáška v PDF)
Literatúra: Grantham, D.W. (1995). Spatial hearing and related phenomena. In B.C.J. Moore (ed.), Hearing. Academic: London, pp. 297-345
Hartman, W.M. (1999) How We Localize Sound. Physics Today.
Fechner GT (1860) Elements of psychophysics
Wilson RA a FC Keil (1999) The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences. Heslá: „Auditory physiology:, „Audition“
Zoznam CD-čok a webov so sluchovými demonštráciami a ilúziami.
Mnohé z nich máme v labe:
CD acompanying the book Brian_Moore__Perceptual_consequences_of_cochlear_damage, Diana_Deutsch_Musical_Illusions_And_Paradoxes, Duda_Auditory_localization_demonstrations, Houtsma_Auditory_demonstrations (some available here)

 

Týždeň 11: 28.11. Jazyk, psycholingvistika, produkcia a vnímanie reči. (prednáška v PDF)
Literatúra: CSAI kapitola 6, The brain and language, MITECS heslá Speech processing, RKN kapitola 4.
Gick B & Derrick D Aero-tactile integration in speech perception. Nature 462, 502-504.

 

Týždeň 12: 5.12. Pozornosť (prednáška v PDF)
Literatúra: Pashler HE (1997) Psychology of Attention. MIT Press. Kapitola 1: Introduction. Kapitola 2: Selective attention.
Behrmann, M. & Haimson, C. (1999) The cognitive neuroscience of visual attention. Curr Opin Neurobiol 9, 158-63
Parasuraman R (2000) The Attentive Brain. Kapitola 1: The attentive brain: Issues and prospects. MIT Press.
Kopčo, N, A Ler, and B Shinn-Cunningham (2001). “Effect of auditory cuing on azimuthal localization accuracy,” J. Acoust. Soc. Am. 109(5), 2377 ( poster in PDF)
Zatorre RJ, Mondor TA and Evans AC (1999) Auditory Attention to Space and Frequency Activates Similar Cerebral Systems. NeuroImage 10:544-554
James W. (1890) The Principles of Psychology. Kapitola 11: Attention.
Lavanya Viswanathan and Ennio Mingolla Attention in Depth
Rensinkove demá efektu „change blindness“
Phylishin Z (2000) Situating vision in the world. Trends in Cognitive Sciences. 4(5):197-207.
Web: Demá vizuálnej pozornosti from Visual Attention Lab at Rutgers.
DVD dema v labe: Visual Awareness Demonstrations from Dan Simons lab

 

Týždeň 13 : 12.12. Krosmodálne interakcie (sluch, zrak, hmat). (prednáška v PDF)
Literatúra:
Web: Seeing through Sound.
Bor et al. (2014) Adults Can Be Trained to Acquire Synesthetic Experiences. Nature Scientific Reports, 4, Article number: 7089
Doplnkova literatura: Náš článok o krosmodálnych interakciách / bruchomluveckom efekte u ľudí a opíc:
Kopco, N, I-F Lin, BG Shinn-Cunningham, and JM Groh
(2009). Reference frame of the ventriloquism aftereffect. Journal of Neuroscience, 29(44):13809-13814

Týždeň 14: 19.12.Ostatné témy štúdia mozgu a mysle (vedomie, emócie, motivácia, rozhodovanie a myslenie)
Literatúra: Heslo Emotions z Purves et al.: Neuroscience.
PICARD, R. W. (1997) Affective Computing. The MIT Press.
Kapitola M. Dobeša o Kognitvínej psychológii

(alterantivne Týždeň 14: 19.12. prednáška v rámci seminárov z Oldenburgu v piatok alebo videoprednáška Stevena Pinkera na tému psycholingvistika)

 

Rozvrh cvičení (predbežný)

Týždeň 1: Úvod do Matlabu: MATLAB Onramp – klikni na obrázok v sekcii “Learn Interactively” (alebo pozri aj video Ako začať / Getting Started), Základné príkazy MATLABu od cvičiaceho (doplnkové zdroje: starší úvod do MATLABu/OCTAVE, Úvod z MIT, zdroje/príručky uvedené v sekcii Užitočné linky – aj v češtine)
Týždeň 2: matlab a zadanie 1 (info k zadaniu1 je tu, odovzdať do začiatku cvika 4. týždni)
Týždeň 3: matlab a zadanie 1
Týždeň 4: diskusia k projektom – popis elektronických zdrojov; odovzdať zadanie 1
Týždeň 5: zadanie 2 (odovzdať do začiatku cvikav 7. týždni); odovzdať návrh projektu;
Týždeň 6: praca na z2
Týždeň 7: praca na projekte, odovzdať zadanie 2
Týždeň 8: semestrálna písomka, zadanie 3 (odovzdať do začiatku cvika v 10. týždni)
Týždeň 9: práca na projekte
Týždeň 10: odovzdať zadanie 3
Týždeň 11: zadanie 4 (odovzdať do začiatku cvika v 13. týždni)
Týždeň 12: odovzdať projekt
Týždeň 13: odovzdať zadanie 4
Týždeň 14: zápočtová písomka, uzatváranie známok

Užitočné linky (ak nájdete ďalšie užitočné linky, môžete mi ich poslať)

Slovenské/české/stredoeurópske súvisiace linky: Kognitívna veda na UKom (+ http://www.meicogsci.eu/ s Vienna / BP / Ljublana), Neuroveda na Neurobio ústave SAV KE (ale aj Spoločenskovednom ústave a Ústave exp. fyziky) KE, Konferencia Kognícia a umelý život, http://cognitivescience.cz/.
Neurovedy všeobecne: fakty a obrázky, viac faktov, biofyzika, Nobelove ceny, simulátor Goldmanovej rovnice, elektrofyziológia,
Sluch: EarLab
Zrak: časopriestorové receptívne polia v LGN a V1, citlivosť na orientáciu
Neuroanatómia: databáza nervových prepojení, 3-rozmerná anatómia mozgu, digitálny atlas LGN, múzeum mozgov, morfológia, anatómia mozgu, zoznam stránok, MPG animácie
Modelovanie: prehľad simulačného softvéru, Genesis, Neuron, recenzie, The Virtual Brain, Two Ears
Príručky MATLABu/ OCTAVE (voľne šíriteľný software kompatibilný s MATLABom): interaktívny úvod MATLAB Ontramp (klikni na obrázok v sekcii “Learn Interactively”), originálna dokumentácia, video Getting started, krátky úvod v češtine, z MIT v angličtine.
Matematika: Štatistika (v slovenčine), MathWorld, Numerické recepty
Jazykové pomôcky: Krátky slovník slovenského jazyka, Veľký lekársky slovník, Anglicko-český lekársky slovník (nie vždy dostupný), Anglický výkladový slovník s výslovnosťou
Interviews a popularizačné prednášky: Fresh Air with Oliver Sacks

STARÉ OZNAMY