Cognitive Science

Preface

心理学系 肖承丽老师开的 认知科学导论笔记。

导论之导论

认知科学包括的学科 参见：Cognitive science society

研究对象：思维头脑
对信息的处理：注意、从外部世界获取、存储、加工….
有选择的记忆和遗忘
零碎记录一些观点

• “倒一点牛奶问题”，有限元的推理？在有限元的语境中推理。
• Why“智能同构”
  （“Robot”不是“机器‘人’”）
  经济，符合人的使用习惯
• 人与人工智能的异同，人对人工智能要持有什么态度？
  石黑一雄《克拉拉与太阳》
• 自我是记忆的结果
• 侯世达《表象与本质》
• 关于联觉 之前有一个多模态整合的模型？
• 关于语言改变思维：
  关于《枪炮病菌与钢铁》并不会语言的识别鸟的土著人
• “研表究明”问题 理解缓冲区

认知神经科学

认知心理学<==>神经科学
对神经科学和认知心理学之间关系的研究,尤其是涉及记忆、感觉和知觉、问题解决、语言加工、运动功能和认知活动的那些关于心灵的理论。

神经元结构 & 连接

• Myelination 髓鞘化
• 动作电位：“全或无”，非减量。
• 编码刺激强度：阈值差异，发放频率（绝对不应期，相对不应期）
• 突触间隙，神经递质（共同释放，共同传输、差异释放）
  轴-轴突触，递质的反馈调节（释放量和受体数量）
• 多个才能触发一个
• 典型神经元 inputs:about 1000
• 时间空间整合
• 神经信息编码：放电模式（仅依靠放电模式就可以模拟感官信号） & 专属通路

• 0→7 链接变多
• 7→15 Pruning，反而变少了

The book Chapter 2

late: prefontial cortex
Early: 边缘系统

脑结构

左右脑相互独立靠胼胝体相连,中脑….Pic…
Brain Evoulution 哺乳动物及以后 Neocortex
感觉灵敏和运动控制灵敏各部分不同
两点触碰判断：最不敏感是后背，最敏感是舌头

Brain Evolution

General

Many mental functions semm to localized to specific regions or constellations in the brain. However, further processing appears to take place in different sites.

存在代偿性机制

神经科学探测技术

相关性成像

电信号：EEG,ERP（事件相关电位）
磁信号：MRI,fMRI等
近红外：fNRIS

因果性成像

TMS 经颅磁刺激
TES 经颅电刺激

*Tulving: Episodic & Semantic memory.
*Peterson: Word Processing 梯度作差

非注意的极其深刻的记忆?
梦是假记忆？
梦的场景是成像吗？如何证明？

左右半脑（偏侧化）

感官（视、听）和控制（手）都是交叉的。
*Cerebral commissurotomy

那如果捂住一个耳朵呢

Learning

期末考试一道论述题： 学习的种类+翻转课堂2

Classical Conditioning

• NS先于UCS （颠倒诅咒？）
• 时间接近
• 刺激泛化
• 刺激分化
• 消退
• 自然恢复
• higher-order conditioning: C1->C2
• 期望：认知视角解释

人类

• Phobias: CER 条件性情绪反应
• 替代性条件反射
• 条件性味觉厌恶(Conditioned tasted aversion)
  *aversion therapy
• 生理准备
• Drug dependency

Operant Conditioning

• Law of Effect:
  
  
• Skinner: Behaviorism
• Reinforcement
  • primary reinforcer
  • seconday reinforcer
  • positive reinforcement:
  • negative reinforcement:

四个曲线的图
“毫无理由的迷信行为”（动物也存在，摸门框，格子转圈）

惩罚

• 暂时压制

• 回避惩罚者而不回避惩罚行为（Misleading）

• Lie

• Anxiety

• Aggressive Example

• 时效性，一致性，惩罚与强化同时出现

• 辨别刺激 discriminative stimulus

• 消退 不理哭闹的孩子

• 塑造

• 本能漂移

• 行为矫正 代币制

• 计时孤立（监狱里 关禁闭？）

• 应用行为分析（ABA）生物反馈，神经反馈

认知学习理论

• latent learning
• Insight learning
• learned helplessness

观察学习

4 elements AMID
attention, memory, imitation, desire

Perception & Pattern Recognition

自动驾驶不能实现？一些对人的意图的经验判断
人和机器擅长的东西不同？可不可能是人脑是对推理的模拟，电脑是对感知的模拟？

Sensation v.s. Perception

Sensation → primary
Perception → secondary

Parvocellular pathway v.s. Magnocellular pathway
P:
M:
In dark condition, we could not distinguish colors.

Perceptual Span

George Sperling: partial report procedure
Iconic memory 250ms
Echoic memory 4s
(Sensation Level)

Pattern Recognition

汉字的模式识别？
Inter-sortal pattern recognition
Knowledge, experience and interest will affect the refinement of recognition.
没有对应词汇的自我构造 大语言
和不熟悉事物视觉识别

视觉，轮廓错觉，侧抑制

Gestalt Psychology

整体大于部分之和。

• Closure 封闭律
• Proximity 接近律
• Similarity 相似律
• Simplicity 简单律
• Symmetry 对称律
• Continuity 连续律
• Common Fate 共同命运律

自主控制和过往经验

典型表象

（咖啡杯）（古埃及壁画）

自下而上和自上而下

上：整体
下：细节

• 网络反馈模型
• 贝叶斯方法

模板匹配

• 几何离子理论
• 启动技术
  • semantic priming
  • object priming
    钢琴画实验，互补图？？？有可替代性比方说钢琴支架

    explicit & implicit memory

特征分析

有神经学证据：得诺奖的经典猫实验
和行为学证据：眼动 不期而至实验

• The Pandemonium Model
  • Image demon
  • Feature demon
  • Cognitive demon
  • Decision demon

原型匹配

• 伪记忆
  • 快速获得特征
  • 慢速获得特征之间的关系
• 样例特征平均（算术/众数）
• 只接触样例即可
• 熟悉原型的情况下变化范围可以更小(更敏感)
• 转换距离
• 抽象原型
• Not for all cases
• recognition among experts

*Face Recognition

→ Holistic Processing - different from object recognition
本族效应（社会心理学）
inversion effect
part-whole effect
composite effect
阻碍局部，专门的脑区

Attention

Inner: 心理事件
Outer: 外部事件
Metaphors: Bottleneck, Spotlight
Our attention is not a spotlight!
Actually several spotlights.

听觉注意

双耳分听实验

• 追随实验 ：非注意的耳朵只处理少量信息: 性别，人声与否…
• cocktail party effect: can hear your name in a noisy environment

filtering theory
眼睛的运动会不会影响听觉的注意？
Treisman’s Attenuation Theory

• 非注意被削弱
• 不同的词有不同的阈值
  始终被处理，人群哈哈大笑之后能回溯一段

Late Selection Theory
全被知觉，部分不被选择。

一个问题：如何选择地铁报站声音？

视觉注意

• pop-out effect

Feature Integration Theory

• pre-attentive stage
  • feature maps: color, not-closure, orientation, size…
• illusory conjunctions

人好像更倾向于注意右侧的信息?
我们是否注意梦中内容？注意会影响记忆吗？
视野忽视

• 顶叶受损（实验证明Outer和Inner都影响）
• 忽视一侧，忽视整体，忽视细节
• 两侧顶叶分工不同

视觉追踪

• 发现能力取决于相似性
  The gorilla experiment

Exogenous & Endogenous Cuing
Exogenous could not be blocked subjectively.
Endogenous could be blocked subjectively.

• Natural mapping

Social attention

思考题 草稿：

麦克阿瑟将军 梗 雅思阅读
关键词放在左侧和右侧
游戏的按钮 Start 和 Resume
还有就是用户协议的时候
电脑桌面
楼里的路牌
改变名字的大小写和高度
竖着的一个南京大学（阅读顺序，从上到下的南京大学）
字的笔画的密度
复杂字，简单字，无意义字，和骂人话
调代码(a,b,c)
上课坐在中间
有关联的启动

Output: PDF here

中枢注意

Multi-tasking
注意力执行任务存在缓冲区吗？？

• 中枢瓶颈

Attentional Blink
Automaticity
Practice→Unconsciousness
Stroop Effect
Reading is a highly-automatic process.

• Number Stroop Effect
• Emotional Stroop Effect
  …

Simon Effect

Memory

嗅觉还是味觉是唯一无法回想的感官?

Short-term Memory

Brown-Peterson Task

In Cognitive Neuroscience view

• H.M. Case
  have no hippocampus
  • can not form new long-term memories
  • lose no intelligence
  • can learn new ‘skills’
    procedural memory is normal

组块

Semantic Coding

Proactive inhibition

Information fetch

• Not a Serial Process
  穷尽搜索

Working Memory

• Social psychology
  • stereotype threat
    Asian Women and Math Test
• Developmental psychology
  • early symptom of Alzheimer’s disease.

phonological loop

• phonological store
• Articulatory rehearsal process
  • 语音相似效应
  • 词长效应
  • 发音抑制效应
  • 无关声音效应

visuo-spatial sketchpad

two sub-systems

central executive

• inhibition, switching, updating

episodic buffer

Long-term Memory

Some memories are more robust than others.

Organization

Volume & Duration

• Interference
• Decay

remote memory 超长时程记忆

不断自组织的计算机存储，用于AI？？

最初学习的知识50年可用

biographic memory

• Diary study

童年期记忆遗忘症
可能是发展过程再组织产生了覆盖？

irreliability of memory

We cannot tell the source of the sythesized memory.
编码的无通道性
建构式的而不是重构的。 Memory is not reconstructed, it is constructed.
confabulation

记忆植入

高合理性的记忆植入是容易的
通过一些虚假反馈，难以置信的记忆也能被植入。

Models of Memory

记忆的单位？？？
典型的“忘掉女友”，一个人是整体概念，概念显然不是一个记忆的单位，不能以此量化。

• serial position effect

额外作业！！！

Waugh & Norman Model

• Primary memory
• Secondary memory

Levels of Processing Model

Do psychology have the ‘simple theory belief’ ?

Self-Reference Effect

自恋效应

Semantic Memory & Episodic Memory

Episodic memory bad in AI : illusion.

Parallel Distributed Processing Model 记忆的联结主义模型

单元的激活和抑制

Forgetting

Ebbinghaus’ Forgetting Curve

Jost’s Law

Implicit & Explicit Memory

Regressive Amnesia

记忆是重新组织？？？

Researched Memory & Everyday Memory

Researched Memory: storehouse, memorize … at one’s best
Everyday Memory: correspondence, affected by many factors
telling the story will affect the memory

ecological validity

Proust phenomenon Remembrance of Things Past
气味记忆的特殊性：

• orbitifrontal cortex
• 受到的干扰少
• 难以用语言描述

Flashbulb memory
依然会受到干扰。

Mnemonics

Memory Palace

可能是期末题：通过名字记住长相。
Best cue is the first letter of the word.

strong synesthesia

Knowledge Representation

• Declarative Knowledge
• Procedural Knowledge

Early

• semantic organization
• associatism

Models

• Set-Theory Model
  • Set of features
  • Set of samples
• Semantic-comparison Model
• Network Model
  • Spreading Activation Model
  • Layered Network Models
• Propositional Network Model
  • HAM
    • proposition tree
  • ACT
    • IF-THEN
    • temporal string
    • spatial image
    • abstract proposition

Amnesia

• Retrograde Amnesia
• Anterograde Amnesia

Brain view

• perceptual-functional theory
  • Apraxia
• grounded cognition
  • mirror neurons
  • embodied cognition

Mental images

Paivio: Dual Coding Theory

• Conceptual-peg

  time is represented spatially in all cultures!

…

Functional Equivalence Hypothesis

• Mental Rotation
  vision representation v.s. spatial representation

Cognitive Maps

• Tolman’s Cognitive Map
  • Route Learning
  • Survey Learning

far - abstract
near - concrete

map is objective and subjective.

Language

• Two tasks
  • 传递命题
  • 维持社会关系
• 3 Features
  • Semanticity and arbitrariness of units
  • ？？？
  • Discreteness and productivity

Linguistics

Chomsky’s Transformational Grammar

Psycholinguistics

Single-word→Double-word→Telegraphic speech→Full sentence
Hand language can be developed with the same structure of verbal language.

1984：认知空间和语言空间是相等的吗
Sapir-Whorf Hypothesis
生活习惯与语言时态变化的关系（存钱，生活健康）
红黄绿蓝 和 红黄蓝绿 问题，
时间概念是用空间词汇表示的