脑与认知科学概论

王志良，男，国家一级教授、博士生导师，享受国务院特殊津贴，北京市优秀教师，北京科技大学首席教授，北京科技大学学术委员会委员、物联网与电子工程系主任。兼任中国人工智能学会人工心理与人工情感专委会主任、工信部物联网专家委员会（教材编委会）委员。主持完成或正在承担国家973子项目、国家自然科学基金项目，国家攻关项目，教育部重点科研项目，教育部博士点基金项目等多项科研项目。指导博士，硕士研究生四十多人，发表学术专著2部，合著2部，发表学术论文60余篇，其中被SCI，EI，ISTP收录30多篇。获得国家教学成果二等奖和北京市教学成果一等奖（排名第三）。2006年，被授予北京市优秀教师称号。

第1篇总论

第1章绪论3

1.1脑与认知科学的研究意义3

1.1.1智能的概念3

1.1.221世纪是智能科学与技术的世纪6

1.1.3智能科学与技术的生物基础——脑科学7

1.1.4智能科学与技术的中间件——认知科学8

1.2脑科学概述8

1.2.1脑科学的研究现状9

1.2.2脑科学的研究内容13

1.2.3脑科学的研究方法15

1.3认知科学概述16

1.3.1认知及认知科学的定义17

1.3.2认知科学的研究现状19

1.3.3认知科学的研究内容23

1.3.4认知科学的研究方法25

1.4脑与认知科学的研究前景26

本章小结27

习题与思考27

参考文献27

第2篇脑科学

第2章脑科学基础知识31

2.1脑的基本构造31

2.1.1大脑的组成33

2.1.2人脑的三位一体学说34

2.1.3左脑与右脑37

2.1.4男脑与女脑41

2.2脑的工作原理44

2.3神经系统概述45

2.4脑科学的研究技术48

2.4.1脑科学的研究手段48

2.4.2事件相关脑电位技术51

本章小结55

习题与思考55

参考文献56

目录

目录

第3章脑科学知识的应用57

3.1脑与学习57

3.1.1学习57

3.1.2脑的开发67

3.2脑与意识71

3.2.1意识71

3.2.2睡眠80

3.3脑与行为84

3.3.1脑损伤84

3.3.2利他行为88

3.3.3神经经济学89

3.4大脑的保养95

本章小结97

习题与思考97

参考文献98

第4章人工大脑99

4.1人工大脑概述99

4.1.1人工大脑的基本概念99

4.1.2人工大脑的分类101

4.2人工大脑相关数学模型102

4.2.1大脑的统一模型103

4.2.2神经元模型105

4.2.3感知模型107

4.2.4记忆模型108

4.2.5学习模型111

4.2.6思维模型112

4.2.7情感模型113

4.3人工大脑实现技术119

4.3.1脑机接口技术119

4.3.2神经机器接口技术129

4.3.3赛博格技术131

4.4人工大脑简单记忆功能的电路设计134

4.4.1Hopfield神经网络134

4.4.2电路设计136

4.5人工大脑的前沿发展137

4.5.1大脑的人工培养137

4.5.2微电子领域的仿生芯片设计139

4.6互联网与神经学的交叉对比研究143

4.6.1互联网的新定义143

4.6.2互联网类神经元现象144

4.6.3互联网虚拟大脑的结构组成145

4.6.4互联网虚拟神经元146

4.6.5互联网虚拟神经系统147

4.6.6互联网与人脑功能结构对比149

4.7浅谈脑机接口伦理149

4.7.1安全风险150

4.7.2知情同意问题150

4.7.3隐私问题151

4.7.4公平问题151

4.7.5法律问题152

本章小结152

习题与思考152

参考文献153

第3篇认知科学

第5章认知科学基础知识157

本章小结177

习题与思考178

参考文献178

第6章认知计算179

本章小结219

习题与思考220

参考文献220

第7章智能认知系统实例223

本章小结248

习题与思考248

参考文献248

第4篇实践

第8章脑与认知实验253

缩略语288

1.1.4智能科学与技术的中间件一一认知科学

大脑是认知功能的生理基质,对此科学界已达成共识。诺贝尔奖得主弗兰西斯・克里克在其著作《惊人的假说一一灵魂的科学探索》中提出:人的精神活动完全由神经细胞、胶质细胞的行为和构成及影响它们的原子、离子和分子的性质所决定。因此,建立认知科学的一个更深刻的原因是,人们要深人研究自己的大脑和精神世界。顾名思义,认知科学研究人认识和适应周围世界的过程以及与认知过程有关的神经系统及大脑的机理,即感知过程和思维信息处理过程。研究人类大脑的思维活动包括从感觉的输人到复杂问题求解、从人类个体到人类社会的智能活动,以及人类智能和机器智能的性质。认知科学也必然是在脑科学研究的基础上，研究人脑认知的过程与机制,进一步揭示大脑智能的产生与发展。同时，它的研究成果也必然促进脑科学的进步。认知科学通过对感知、语言、记忆、意识等人类高等活动的研究，,完成人类智能处理的建模,抽象化人类智能的发生和发展。

认知科学是在多学科交界面上发展起来的新兴科学，专家认为:认知科学的“新”在于它使我们对人类的认知和智力的研究不再只是直觉式、思辨式、哲学式的讨论，而是开始建立在现代科学的基础之上。其理论以实验的验证和数学的描述、分析为依托，不再只是哲学式的。故而把一些深刻的而不是肤浅的、实质的而不是表面的、准确的而不是模糊的关于人类认知和智力的规律性揭示出来。目前认知科学已得到越来越多的重视，各国纷纷把此研究作为其重大的科学战略计划。作为智能科学的中间件，它以脑科学研究为基础，同时也反作用于脑科学,并为智能科学的应用提供重要的基础。

……

本书较为全面地介绍了脑与认知科学的基本概念, 生动形象地论述了脑科学和认知科学知识在现实生活中的应用, 系统地论述了人工大脑、认知计算的相关知识。具体包括: 智能的概念、21世纪是智能科学与技术的世纪、智能科学与技术的生物基础 —— 脑科学、智能科学与技术的中间件 —— 认知科学等。