Home » VKN

VKN

Switch to English

VKN Výpočtova a kognitívna neuroveda II

TÁTO VERZIA WEBU UNV Z R. 2018 NIE JE AKTUALIZOVANÁ. KLIKNITE SEM PRE AKTUÁLNU VERZIU.

Ústav informatiky, Prírodovedecká fakulta

UPJŠ Košice

Zimný semester 2019

Vyučujúci: Norbert KopčoLaboratórium vnímania a kognícienorbert.kopco@upjs.sk, Jesenná 5, č. dv. T2.16, tel. 234 2450
Cvičiaci: Keerthi Doreswamy, kk.creare@gmail.com, Jesenná 5, č. dv. 33, Peter Lokša, peterloksa@gmail.com, Jesenná 5, č. dv. 33.

Prednášky:     štvrtok 13:30-15:00 v učebni SA1C05 (Jesenná 5) – spojené s UNV

Obsah predmetu

Popis centrálnej nervovej sústavy a kognitívnych procesov človeka, s dôrazom na výpočtové aspekty štúdia v kognitívnych a neurálnych vedách. Vybrané témy z kognitívnych vied (v nadväznosti na Úvod do neurovied). Prehľad o metódach teoretického štúdia v kognitívnych a neurálnych vedách zahrňujúci konekcionistické, štatistické a systémovoteoretické prístupy k modelovaniu kognitívnych procesov a neurálnych štruktúr. Prehľad vybraných modelov ľudského vizuálneho a sluchového systému, učenia, myslenia, riešenia problémov, rozhodovania sa a vývoja mozgových štruktúr.

Prerekvizity

– KUI342 Úvod do neurovied

– základy biológie, chémie, fyziky, psychológie

– lineárna algebra a diferenciálne rovnice

– znalosť MATLABu 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 (v podstate povinná – na prednáškach bude prezenčka a aktivita na prednáškach bude súčasťou vášho hodnotenia). 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. Taktiež bude vašou úlohou počas semestra vypracovať jednu esej. Na základe bodov zo zadaní a písomiek bude v zápočtovom týždni navrhnuté celkové hodnotenie. Ti, ktorí si ho budú chcieť vylepšiť, môžu prísť na skúšku.

Dôležité: Vaša práca počas semestra bude sledovať špecifikovaný časový plán. Za nedodržanie tohto plánu (neskoré odovzdanie zadaní, neúčasť na písomke atď.) sú definované postihy. Ak sa im chcete vyhnúť a z objektívnych príčin nemôžete nejaký termín dodržať, informujte ma o tom vždy predom (napr. ak mi oznámite pred písomkou, že na nej nemôžete byť, môžeme sa dohodnúť na náhradnej).

Hodnotenie

Podiel jednotlivých úloh na výslednej známke:

– aktívna účasť na prednáškach 6%

– zadania 12% (4 zadania po 3%) – za plagiátorstvo postih až 20% celkovej známky – viď nižšie.

– esej 12%

– semestrálna písomka 35%

– zápočtová písomka 35%

– prémia: 5 až 10% 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.

Každé zadanie, esej a písomka má odrážať prácu a znalosti toho, kto je na ňom/nej uvedený ako autor. Pri zadaniach môžete pracovať v skupinách (do 4 ľudí), očakávam ale, že všetci, ktorí sú na zadaní uvedení ako autori, na ňom aj robili. Namátkovo to 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 urobili a vedia vysvetliť, ako bolo spravené). Cieľ je jednoduchý: chcem, aby ste na zadaniach robili všetci, nie iba jeden človek za skupinu.

Literatúra  (Elektronické knihy sú dostupné len z domény TU tuke.sk):

Hlavnou študijnou literatúrou sú PDF súbory prednášok, ktoré budú zverejnené vždy pred prednáškou v časti Prednášky na tejto webstránke.

Ďalšie zdroje:

Stillings et al.: Cognitive Science: An Introduction, 2nd ed., MIT Press, 1995 (označovaná CSAI, dostupná elektronicky po konzultácii so mnou)

Posner, M: Foundations of Cognitive Science. MIT Press, 1989 (kópia u mňa)

Gazzaniga M. (ed.): The New Cognitive Neurosciences. 2nd ed. MIT Press. 1999 (dostupná elektronický tu – 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.)
Hertz J, Krogh A and Palmer RG: Introduction to the theory of neural computation. Addison-Wesley 1991 (HKP, kópia u mňa)

Levine DS: Introduction to neural and cognitive modeling. Lawrence Erlbaum 1991 (kópia u mňa)

Dayan P and LF Abbott: Theoretical Neuroscience – Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems. MIT Press, 2001 (v prednáškach označovaná skratkou TN, dostupná elektronicky)

Novák M, Faber J a O Kufudaki: Neuronové sítě a informační systémy živých organismů. Grada, 1993 (označovaná NS, dostupná elektronicky)

Kandel ER, Schwartz JH a TM Jessell: Principles of Neural Science. McGraw-Hill, 2000 (kópia u mňa)

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)

Marek Dobeš: Neuropsychológia.(dostupná elektronicky)
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.)
Novák M, Faber J a O Kufudaki: Neuronové sítě a informační systémy živých organismů. Grada, 1993 (označovaná NS, dostupná elektronicky)
Hertz J, Krogh A and Palmer RG: Introduction to the theory of neural computation. Addison-Wesley 1991 (HKP, kópia u mňa)

Esej

Podrobnosti k eseji nájdete na tejto linke.

Termín odovzdania eseje je 28.4. (tj, v 11. týždni).

Plán prednášok

Týždeň 1:        19.9.    Úvod (prednáška v PDF)

Literatúra: CSAI kapitola 1 (prípadne aj 2 a 3), Predslov ku RKV, kapitola M. Dobeša o Kognitvínej psychológii

Téma 1: Vybrané témy v kognitívnych a neurálnych vedách

Týždeň 2:        26.9.    Zrak 1: Neurálna báza videnia. (prednáška v PDF)

Literatúra:

TN kapitoly 2.3-2.8, NS kapitola 4.3.4., CSAI kapitoly 12.1, 12.3, 12.5

Andoga R., Dobeš M. (2003) Objektovo orientovaná pozornosť a jej modelovanie s využitím neurónových sietí. Tretí slovensko-český seminár: Kognícia, umelý život a počítačová inteligencia.
Schmolensky (2000) The Primary Visual Cortex

Zhrnutie z min. roku (očakávam, že si ho pozriete – na písomke z neho môžu byť otázky): Vnímanie jasu, obrysov, farby. Model BCS/FCS. Vnímanie veľkosti a vzdialenosti. Minuloročná prednáška je k dispozícii tu.

Týždeň 3:        3.10.    Zrak 2: Rozpoznávanie objektov. Analýza vizuálnej scény. (prednáška v PDF)
Literatúra:

TN kapitoly 2.3-2.8, NS kapitola 4.3.4., CSAI kapitola 12
Selfridge O. G. (1959) Pandemonium: A Paradigm for Learning. In D. V. Blake & A. M. Uttley (Eds.) Proceedings of the Symposium on Mechanization of Thought Processes, 511-529.
Riesenhuber, M., and Poggio, T. Models of Object Recognition. Nature Neuroscience 3 supp., 1199-1204 (2000)
Biederman, I. (1987) Recognition-by-components: A theory of human image understanding. Psychological Review. 1987 Apr Vol 94(2) 115-117
Web: Daniel Simons Visual cognition demos, Serendip: Tricks of the eye, wisdom of the brain 

Týždeň 4:        10.10.  (dvojprednáška – pokrývajúca týždne 2 a 3) Sluchová kognícia: Ako potláčame echá. Analýza sluchovej scény (aj počítačová). (prednáška v PDF)

Zhrnutie z min. roku (očakávam, že si ho pozriete – na písomke z neho môžu byť otázky): Čo je zvuk a sluch. Prehľad tém sluchového štúdia. Frekvenčná selektivita. Binaurálny a priestorový sluch. Minuloročná prednáška je k dispozícii tu. Taktiež prednáška 6 z minulého roku obsahuje informácie o plasticite priestorového sluchového systému, na ktoré sa tiež môžem pýtať.
Literatúra:        

Demonštrácie sluchových efektov a ilúzií (DeutschPrecedence, Clifton, Fransen, Gestalt princípy, zoznam demonštrácií na CD)
Darwin, C. J. and R. P. Carlyon (1995). Auditory grouping. Hearing. B. C. J. Moore. San Diego, CA, Academic Press: 387-424
Metóda Independent Component Analysis používaná na počítačovú analýzu sluchovej scény (demo Cocktail Party efektu).
Bregman, A. S. (1990). Auditory Scene Analysis: The Perceptual Organization of Sound. Cambridge, MA: MIT Press.

Týždeň 5:        17.10.  (dvojprednáška – pokrývajúca týždne 4 a 5) Kortikálne spracovanie zvuku. (prednáška v PDF)

Literatúra:        

Rauschecker, JP and Tian B (2002) Mechanisms and streams for processing of „what“ and „where“ in auditory cortex. PNAS 97:11800-11806
Guenther FH, et al. (2002) ‘Holes’ in the Brain Help Us Sort Out Sounds. 143 meeting of the Acoustical Society of America.

Týždeň 6:        24.10.  voľno – Veľká noc Krosmodálne interakcie (sluch, zrak, hmat). Ostatné témy štúdia mozgu a mysle (vedomie, emócie, motivácia, rozhodovanie a myslenie). (prednáška v PDF)

Literatúra: Heslo Emotions z Purves et al.: Neuroscience.

PICARD, R. W. (1997) Affective Computing. The MIT Press.

Kapitola M. Dobeša o Kognitvínej psychológii

Web Seeing through Sound.

 Téma 2: Modelovanie v kognitívnych a neurálnych vedách

Týždeň 7:        31.10.  (dvojprednáška – pokrývajúca týždne 6 a 7) Úvod do kognitívneho a neurálneho modelovania, historický prehľad. (prednáška v PDF)

Literatúra:
HKP: Introduction
MITECS kapitoly Connectionismus, Cognitive Modeling
Doplnková literatúra:
Elman: Rethinking Innatenes. Kapitola 1

Týždeň 8:        7.11.    Písomka v čase prvej prednášky. Potom

Konekcionistické modelovanie 1 – Interakcie medzi STM a LTM v jednoduchom neurálnom modeli klasického podmieňovania. (prednáška v PDF)
Literatúra:
Carpenter, G.A. (1989). Neural network models for pattern recognition and associative memory. Neural Networks, 2, 243-257

Týždeň 9:        14.11.  Konekcionistické modelovanie 2 – Additive and shunting neural networks. (prednáška v PDF)
Literatúra:
Grossberg, S. (1982). Why do cells compete? UMAP Unit 484, The UMAP Journal, Vol. III, No. 1.
Grossberg, S. (1980). How does a brain build a cognitive code? Psychological Review, 87, 1-51. – hlavne prečítať Appendix C. 

Týždeň 10:      21.11.  pokryjeme dve prednášky Konekcionistické modelovanie 3 – Učiace pravidlo Outstar. (prednáška v PDF)

Grossberg, S. (1980). How does a brain build a cognitive code? Psychological Review, 87, 1-51. – hlavne prečítať Appendix B.
Doplnková literatúra:
Levy, W.B. and Desmond, N.L. (1985). The rules of elemental synaptic plasticity. In W.B. Levy, J.A. Anderson, and S. Lehmkuhle (Eds.), Synaptic modification, neuron selectivity, and nervous system organization. Hillsdale, NJ: Erlbaum.
Grossberg, S. (1974) Classical and instrumental learning by neural networks. Progress in Theoretical Biology, 3, pp. 51-141.
Guenther, F.H. (1995). Speech sound acquisition, coarticulation, and rate effects in a neural network model of speech production. Psychological Review, 102, pp. 594-621. 

Konekcionistické modelovanie 4 – Recurrent competitive fields. (prednáška v PDF)

Grossberg, S. (1976). Adaptive pattern classification and universal recoding, I: Parallel development and coding of neural feature detectors. Biological Cybernetics, 23, 121-134.
von der Malsburg, C. (1973). Self-organization of orientation sensitive cells in the striate cortex. Kybernetik, 14, pp. 85-100. [NFR Chapter 17.]
Appendix A of Grossberg, S. (1980). How does the brain build a cognitive code? Psychological Review, 87, pp. 1-51.

Týždeň 11:      28.11.  pokryjeme dve prednášky (prednáška v PDF)

                                    Konekcionistické modelovanie 5 – Adaptive resonance theory.

Grossberg, S. (1980). How does the brain build a cognitive code? Psychological Review, 87, pp. 1-51.
Carpenter, G.A. (2001). Neural network models of learning and memory: leading questions and an emerging framework. Trends in Cognitive Sciences, 5, 114-118

Štatistické a detekčno-teoretické modelovanie.   

Durlach (1968) A Detection Model for Psychophysics.
Stránka o Luis Leon Thurstone-ovi, ktorý vyvinul veľa psychologických meracích techník.
Definícia korelačného koeficientu na MathWorld.

Týždeň 12:      5.12.    (písomka v čase prednášky)

 

Téma 3: Témy súčasného výskumu v kognitívnych a neurálnych vedách na UINF a v okolí (predbežný plán)

Týždeň 13:      12.12.  

Hosťujúce prednášky

Rozvrh cvičení (predbežný)

Týždeň 1:        úvod k zadaniam a esejam, popis elektronických zdrojov

Týždeň 2:        odpadá

Týždeň 3:       práca na esejách

Týždeň 4:        zadanie 1 (odovzdať do 24.3.)

Týždeň 5:        zadanie 2 (odovzdať do 31.3.)

Týždeň 6:        voľno

Týždeň 7:        zadanie 3 (odovzdať do 14.4.)

Týždeň 8:        semestrálna písomka v čase prednášky

Týždeň 9:        zadanie 4 (odovzdať do 5.5.)

Týždeň 10:      práca na esejách

Týždeň 11:      odovzdať esej

Týždeň 12:      odovzdať zadanie 4

Týždeň 13:      zápočtová písomka

 

Užitočné linky

Viď užitočné linky k predmetu Úvod do neurovied