Projekty

Jednou z vašich úloh v predmete Úvod do neurovied a Matlab a neurokognícia je vypracovať projekt na zvolenú tému. Na vypracovanie projektov si vytvorte skupiny maximálne 2 ľudí (môžete ale pracovať aj samostatne). Cieľom projektu je dať Vám šancu precvičiť si:

– vyhľadávanie vedeckých informácií na webe,

– schopnosť implementovať matematický model na počítači,

– skúsiť si, čo modelovanie obnáša (napr., krátkou simuláciu, ktorou otestujete čo sa deje pri zmene parametrov modelu),

– prácu s textom, schopnosť čítať a analyzovať vedecký text, a

– písanie gramaticky korektných a štylisticky jasných vedeckých dokumentov.

Zároveň Vám projekt dáva príležitosť zoznámiť sa hlbšie so zvolenou témou z oblasti neurálnych a kognitívnych vied.

Projekty môžu byť dvoch typov:

napísať esej / urobiť rešerš ku konkrétnemu problému súvisiacemu s výpočtovou a kognitívnou neurovedou (pre UNV/VKN).
implementovať (a prípadne aj rozšíriť) výpočtový alebo neurálny model ľubovoľného neurálneho procesu alebo kognitívnej funkcie a otestovať ho na vybraných fyziologických alebo psychologických dátach (MTL/UNV/VKN).

V nasledujúcej časti uvádzam zoznam tém aj s odkazmi na články, ktoré si môžete na svoj projekt zvoliť.

Rešerše/eseje

Pri rešerši sa od vás očakáva, že si zvolíte tému, ktorá vás osobne zaujíma, a že na túto tému napíšete 5-10 stranovú esej prípadne rešerš. Rozdiel medzi týmito dvomi formami je v tom, že rešerš nevyžaduje veľa vlastného príspevku, keďže zhŕňa výsledky získané z rôznych zdrojov (ktorých by malo byť relatívne viac – aspoň 3). Na druhej strane pri eseji sa očakáva, že okrem zhrnutia nejakých článkov bude obsahovať aj vlastný pohľad autora (takže citovanej literatúry môže byť menej). V ideálnom prípade eseje by ste mali k zvolenej téme nájsť približne dva až tri články, ktoré sa na ňu dívajú z trocha iného pohľadu. V eseji by ste potom mali rozanalyzovať, v čom sa jednotlivé články zhodujú, v čom nie, a v diskusii sa pokúsiť o vlastné hodnotenie. Takže Vaša esej môže mať štyri časti:

Prehľad témy, ktorý širšie uvedie zvolenú vednú oblasť a priblíži konkrétnu tému, ktorú ste si zvolili.

Prehľad/sumár výsledkov z článkov ktoré ste si zvolili, bez porovnávania a hodnotenia.

Analýza by mala obsahovať porovnanie toho, v čom sa články zhodujú a v čom rozchádzajú.

Diskusia, v ktorej by ste sa mali pokúsiť prepojiť výsledky svojej analýzy so širším kontextom daného odboru, zhrnúť Vaše výsledky, a prípadne navrhnúť budúce smerovanie.

Okrem toho by Váš článok mal mať Abstrakt, Úvod, Záver a Zoznam literatúry, tak ako štandardné články.

Dôležité: Esej ako aj rešerš môže obsahovať len vami napísaný text. Ak text odniekiaľ doslovne preberáte alebo citujete, musíte uviesť odkiaľ a musíte ho napísať v úvodzovkách. Napr., váš článok môže obsahovať nasledujúcu stať: Juraj Jánošík v roku 1748 pred skokom na hák vykríkol „Keď ste si ma upiekli…“. Ak vo vašom článku zhŕňate informácie z cudzieho článku, musíte to tiež patrične označiť. Napr. „Konček (2003) tvrdí, že zem je guľatá…“ pričom na konci vášho článku v Zozname literatúry budete mať položku: „Konček, P. (2003) Moderná teória o tvare zemského povrchu. Košice: Vydavateľstvo ELFA“. Príklady toho ako citovať nájdete v napr. v článkoch uvedených na tejto stránke, alebo v príkladovej eseji. Podrobnejšie informácie o tom ako citovať podľa štandardu Americkej psychologickej asociácie nájdete na https://owl.english.purdue.edu/owl/section/2/10/.

Akékoľvek kopírovanie bez uvedenia zdroja je plagiátorstvo, a ak ho zistím, vaša esej bude patrične ohodnotená.

Príkladová esej

Aby ste mali lepšiu predstavu o tom, ako si predstavujem dobre vypracovanú esej, na adresu https://pcl.upjs.sk/~kopco/UPJSONLY/unv/projekty/priklad_esej.pdf som vám dal jednu moju starú esej. Je v angličtine a rozsahom je trocha väčšia, než očakávam od vás. Ale čo sa týka formy a obsahu by táto esej mala byť dobrým návodom. Okrem iného si všimnite štruktúru tejto eseje (časti ako Úvod, Historický prehľad, Zhrnutie, Diskusia, Literatúra). Tiež si všimnite, že v tej eseji určíte nie sú odkazy na nejaké náhodné web-stránky kadekoho na internete, ale na publikácie z vedeckých časopisoch. Bolo by dobré, ak by ste sa aj vy vo svojej eseji uberali podobným smerom.

Ako (začať) hľadať vedecké informácie na webe

Dnes je drvivá väčšina vedeckých informácií dostupná na webe, časť bezplatne a časť za určitý poplatok. Naša univerzita má predplatené niektoré databázy. Naviac, v Laboratóriu vnímania a kognície máme prístup takmer neobmedzený. Základné zdroje, ktoré by ste mali použiť vy pri vyhľadávaní literatúry:

Elektronické zdroje, knihy a časopisy dostupné v Laboratóriu vnímania a kognície –
(Bookshelf na https://pcl.upjs.sk/).

MIT Encyklopédia kognitívnych vied (dostupná len s heslom) – táto encyklopédia obsahuje základné informácie na takmer každú relevantnú tému.
www.google.com alebo ešte lepšie scholar.google.com resp. books.google.com – napr. ak vás zaujíma, ako funguje tzv. krátkodobá pamäť, skúste do googla zadať heslo connectionist model of working memory a dostanete sa k hromade článkov
Web of Science je databáza, ktorá obsahuje odkazy na veľké množstvo článkov aj s obojsmernými prepojeniami. T.j., máte z nej možnosť zistiť nie len ktoré články sú citované v danom článku, ale aj ktoré články citovali daný článok.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed/ – MEDLINE je databáza biomedicínskych článkov obsahujúca napr. abstrakty článkov.
Behavioral and Brain Sciences – voľne prístupný časopis s článkami na mnohé témy týkajúce sa neurálnych a kognitívnych vied
http://www.upjs.sk/pracoviska/univerzitna-kniznica/katalogy/ – informácie o databázach prístupných cez UPJS.
MIT CogNet – viac než by ste kedy mohli chcieť o fungovaní mozgu vedieť (platená webstránka)

Témy esejí, rešerší a projektov založených na Workshope, ktorý sme organizovali

Témy z Workshopov “Cognitive neuroscience of auditory and cross-modal perception”, ktoré sme organizovali:

Workshop2014 a Workshop2015 (vybrať si môžete témy jednotlivých prednášajúcich z sekcie Speakers. Každý prednášajúci k téme pripravil prednášky a zadanie, ktoré môže byť základom vašej práce. Niektoré linky sú ešte nefunkčné. Peter vám poskytne chýbajúce dokumenty)

Tu sú ďalšie návrhy tém pre eseje. Ku každej uvádzam článok, z ktorého môžete pri eseji vychádzať. Ak sa k nejakému článku neviete dostať, ozvite sa a Peter vám ho zabezpečí.

Teórie o fungovaní ľudského mozgu. Vo vašej eseji sa môžete zamyslieť nad otázkami ako: Ako majú vyzerať dobré teórie o fungovaní ľudského mozgu. Aké experimenty (behaviorálne alebo fyziologické) nám môžu pomôcť pri snahe pochopiť fungovanie mozgu. Ako je vývoj teórií o ľudskej mysli ovplyvnený technickým pokrokom.

Literatúra: Churchland P. S. (1986) Theories of Brain Function (Kapitola 10 knižky Neurophilosophy: Toward a Unified Science of the Mind-Brain).

Daugman J. G. (1990) Brain Metaphor and Brain Theory (Kapitola 2 knižky Computational Neuroscience od Erica Schwartza)

Teórie o fungovaní ľudskej pamäti a učenia. Témami vašich esejí môže byť napr.: Aké neurálne modely učenia existujú. Aké sú základné teórie o fungovaní pamäti. Je pamäť skôr exemplárna alebo prototypická?

Literatúra: Carpenter GA Neural-network models of learning and memory: leading questions and an emerging framework. TRENDS COGN SCI 5 (3): 114-118 MAR 2001

Sluchové vnímanie. Aká je úloha priestoru a času pri počúvaní? Ako je organizovaný sluchový kortex?

Literatúra: Shamma S On the role of space and time in auditory processing, TRENDS in Cognitive Sciences Vol. 5 No. 8, August 2001.

Rauschecker J.P. and Tian B. Mechanisms and streams for processing of ‘‘what’’ and ‘‘where’’ in auditory cortex. PNAS 97, 11800–11806

Ako môžeme študovať ľudský mozog použitím zobrazovacích techník? A ako ho môžeme modelovať?

Horwitz B, Tagamets MA, McIntosh AR. Neural modeling, functional brain imaging, and cognition. Trends in Cognitive Science 3:91-98, 1999.

Grossberg, S. (2003). How does the cerebral cortex work? Development, learning, attention, and 3D vision by laminar circuits of visual cortex. Behavioral and Cognitive Neuroscience Reviews, in press

Ako sa v mozgu spracúva reč? Ako sa tento proces dá modelovať neurónovou sieťou?

McClelland, J.L. & Rumelhart, D.E. (1981). An interactive activation model of context effects in letter perception: Part 1. Psychological Review, 5, 375-407.

Ako sa v mozgu reprezentujú objekty, ktoré vnímame zrakom?

Edelman S. (1998) Representation is representation of similarities. Behavioral and Brain Sciences, Volume 21, Issue 04. August 1998. pp449-467

Ďalšie možné témy:

Sluch:

Prehľad tém súčasného výskumu si môžete spraviť napr. na základe príspevkov z nedávnej konferencie
Teórie vnímania výšky tónu (pitch perception)
Súčasné hypotézy o organizácii primárneho sluchového kortexu
Vnímanie vzdialenosti zdroja zvuku
Prehľad typov buniek v kochleárnom jadre

Zrak:

Reprezentácia farby vo vizuálnej dráhe
Teórie funkcie jednotlivých vrstiev neurónov (laminárnej organizácie) v primárnej vizuálnej oblasti (V1, 17)
Vnímanie trojrozmerného priestoru

Metódy:

Prehľad súčasných metód optického zobrazovania

Čokoľvek uvedené napr. v Encyklopédii kognitívnych vied alebo v ostatných knihách k predmetu.

Ak ste v médiách (noviny, televízia, rádio, internet) zachytili nejakú zaujímavú správu týkajúcu sa kognitívnej a neurálnej vedy, môže vás to tiež motivovať. Napr. tu sú dve takéto nedávne správy:

V eseji ale budete musieť zhrnúť nejaké vedecké články na danú tému, nie novinové.

Modely

Druhou alternatívou pre váš projekt je implementovať výpočtový model nejakej kognitívnej funkcie resp. neurálneho procesu, a porovnať vašu implementáciu s výsledkami popísanými v nejakom článku. Takže postup bude taký, že si nájdete článok (viac článkov), v ktorom je model popísaný. Vy tento model implementujete (najskôr v MATLABe) a vygenerujete grafy, ktoré by sa mali podobať tomu, čo je popísané v zvolenom článku. Modely sa veľmi líšia svojou implementačnou náročnosťou a pri hodnotení k tomu budem prihliadať. Takže, potenciálne môže človek dostať viac bodov za nie úplne implementovaný zložitý model než za jednoduchý model, ktorý otestoval na mnohých dátach.

Príklady modelov, ktoré si môžete zvoliť pre implementáciu

Tieto modely pokrývajú skôr oblasti môjho záujmu. Vy si môžete zvoliť aj iné modely. Nevýhodou (alebo možno výhodou) potom pre vás bude, že im budem menej rozumieť aj ja.

Colburnov model toho, ako nám binaurálny sluch pomáha pri počúvaní zvukov v zašumenom prostredí.

Literatúra: Kopco N and BG Shinn-Cunningham (2003) Spatial unmasking of nearby pure-tone targets in a simulated anechoic environment, J Acoust Soc Am, 114, 2856-2870.

Ako môžu neuróny vykonávať operáciu násobenia?

Literatúra: Doron Tal and Eric L. Schwartz. Computing with the leaky integrate-and-fire neuron: Logarithmic computation and multiplication. Neural Computation, 9(2):305-318, Feb. 15 1997.

Ako Grossbergova Teória adaptívnej rezonancie vysvetľuje rôzne fenomény mysle

Literatúra: Väčšina článkov na tejto webstránke obsahuje implementovateľné neurálne modely.

Ako má vyzerať návrh projektu

Z návrhu projektu musí byť jasné, že ste sa na danú tému už pozreli, a že aspoň zhruba viete, z akých zdrojov budete čerpať. Takže, dobrý návrh bude okrem názvu témy obsahovať aj jeden odstavec (4-5 viet) s popisom toho, o čo sa v projekte bude jednať, čo je cieľom projektu, a z čoho (akých zdrojov) budete čerpať.

Tie zdroje nemusia byť finálne, ale každý z vás by v rámci návrhu mal uviesť aj aspoň 3 odkazy na články (plnú citáciu: Autor, Rok, Názov, Časopis/kniha a linku), ktoré ste na danú tému našli a z ktorých chcete vychádzať. To platí aj pre tých, ktorí si vybrali jednu z mnou špecifikovaných tém (či už esej alebo model). Chcem vidieť, že ste sa pozreli na tie zdroje vedeckých informácií, ktoré sú uvedené v inštrukciách k projektom. Takže všetci by ste mali uviesť aspoň 1-2 články, ktoré ste vyhľadali sami.

Tu je príklad dobrého návrhu z (pred)minulého roka. Článkov je v ňom uvedených viac, než je nevyhnutné, a naviac, na väčšinu z nich chýbajú linky. Inak som s týmto príkladom bol spokojný.

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Vybrali sme si resers na temu Prepojenie mozgu a pocitaca. Jedna sa o snimanie , spracovanie a aplikovanie spracovanych informacii z mozgu za pomoci pocitaca. Na uvod rozoberieme dovody vybratia si prave tejto temy. Kratko si zhrnieme historicky vyvoj v tejto oblasti a pozrieme sa na zakladné znalosti o tejto problematike. Uvedieme druhy a postupy snimania spracovavania a aplikacie ziskaných informacii. Priblizime si aktualne vyskumy a experimenty v tejto oblasti a na zaver sa pokusime nacrtnut, kam by mohol smerovat dalsi vyskum

Zoznam literatury z ktorej cerpame

J. Vidal, “Toward direct brain-computer communication,” Annu Rev Biophys Bioeng, vol. 2, pp. 157-80, 1973.

Wolpaw JR, Birbaumer N, Heetderks WJ, McFarland DJ, Peckham PH, Schalk G, Donchin E, Quatrano LA, Robinson CJ, Vaughan TM. “ Brain-computer interface technology: a review of the first international meeting“. IEEE Trans Rehab Engin 8:164-173, 2000.

J.R. Wolpaw et al. “ Brain–computer interfaces for communication and control“/ Clinical Neurophysiology 113 (2002) 767–791

Wickelgren ,“Tapping the Mind “.VOL 299 SCIENCE 496-499, 24 JANUARY 2003

Melody M. Moore, Philip R. Kennedy,“ Human Factors Issues in the Neural Signals Direct Brain-Computer Interface“ ASSETS 2000: 114-120. 9. EE

Melody M. Moore “Real-World Applications for Brain–Computer Interface Technology”IEEE Trans Rehab Engin 11, NO. 2, JUNE 2003:162-165. Jeffrey Krasner, “Approval sought to test brain implant; Neuron-fired device would aid paralyzed people, state firm says,” boston.com, 6 Nov 2003.

Carmena, J.M., Lebedev, M.A., Crist, R.E., O’Doherty, J.E., Santucci, D.M., Dimitrov, D.F., Patil, P.G., Henriquez, C.S., Nicolelis, M.A.L.“Learning to control a brain-machine interface for reaching and grasping by primates. “ PLoS Biology, 1: 193-208. (2003)

Opé Tomori, Melody Moore “The Neurally Controllable Internet Browser (BrainBrowser)” CHI 2003: 796-797

Na teme pracuje … a .

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Časový rozvrh a hodnotenie

5. týždeň (resp. viď hlavnú stránku predmetu): odsúhlasená téma projektu (20% známky). Každá skupina napíše email s informáciou o tom, kto sú jej členovia, akú tému si zvolila a aké zdroje na jej vypracovanie plánuje použiť. Až keď vám tému schválim, môžete na nej pracovať.

12. týždeň (resp. viď hlavnú stránku predmetu): odovzdaný vypracovaný projekt (80% známky)