KUI440:
Výpočtová a kognitívna neuroveda
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie
Technická univerzita Košice
Letný semester 2008
Vyučujúci: Norbert
Kopčo, kopco@tuke.sk,
Vysokoškolská 4, č. dv. 151, tel. 602 4213
(spoluvyučujúca
na cvičeniach: Beáta Tomoriová, beata.tomoriova@tuke.sk, Vysokoškolská 4, č. dv. 31, tel. 602 4390)
Prednášky: pondelok 15:10-16:40 v učebni V-144 (Vysokoškolská
4)
Cvičenia: pondelok 16:50-18:20 v učebni
V-144 (Vysokoškolská 4)
Diskusná skupina: https://hypernews.tuke.sk/HyperNews/get/FEI/kognitsyst.html
Obsah predmetu, Potrebné
znalosti, Fungovanie
predmetu, Hodnotenie, Literatúra, Projekt,
Prednášky, Zadania, Užitočné linky
- KUI342 Úvod do neurovied
- základy
biológie, chémie, fyziky, psychológie
- lineárna
algebra a diferenciálne rovnice
- znalosť MATLABu resp. ochota naučiť sa
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).
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.
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.
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)
Podrobnosti
k eseji nájdete na tejto
linke.
Termín odovzdania
eseje je 28.4. (tj, v 11. týždni).
Týždeň 1: 18.2. 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: 25.2. 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
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: 3.3. 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: 10.3. (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 (Deutsch, Precedence,
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: 17.3. (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: 24.3. 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: 31.3. (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: 7.4. 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: 14.4. Konekcionistické
modelovanie 2 – Additive and shunting
neural networks. (prednáška v PDF)
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: 21.4. 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: 28.4. 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: 5.5. (písomka v čase prednášky)
Téma 3: Témy
súčasného výskumu v kognitívnych a neurálnych vedách na KKUI a v okolí (predbežný
plán)
Hosťujúce prednášky (Rudo Andoga,
Marek Dobeš)
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
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: atlas mozgu, digitálny atlas LGN, múzeum mozgov, morfológia,
anatómia
mozgu, zoznam
stránok, MPG
animácie
Modelovanie: prehľad simulačného softvéru, Genesis,
Neuron, recenzie,
Príručky MATLABu: krátka
v češtine, obsiahlejšia
v angličtine, referenčná
v angličtine, a originálna
dokumentácia.
Matematika: Štatistika (v slovenčine), MathWorld, Numerické recepty
Jazykové pomôcky:
Krátky slovník
slovenského jazyka, Veľký
lekársky slovník, Anglicko-český
lekársky slovník (nie vždy dostupný), slovenský lekársky
slovník, Anglický výkladový slovník s
výslovnosťou