视觉感知和大脑

Visual Perception and the Brain

课程主要研究如何通过视觉系统生成我们看到的事物,以及视觉感知所揭示的大脑工作原理;其中的研究证据主要来自神经科…

杜克大学

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视觉感知和大脑
  • 分类: 生物
  • 平台: Coursera
  • 语言: 英语

课程主要研究如何通过视觉系统生成我们看到的事物,以及视觉感知所揭示的大脑工作原理;其中的研究证据主要来自神经科学、心理学、科学史和哲学领域。虽然我们根据视觉系统解剖学和生理学提供的资料展开讨论,但学习重点是视觉感知。

课程概述

课程旨在研究如何通过视觉系统生成我们看到的事物。

20世纪60年代和之后的几十年,人们对实验动物主视觉通路内神经细胞的电生理学和解剖学特性的相关研究进展很快,几乎可以肯定的是这些信息将揭示人类大脑如何利用视网膜刺激生成视觉感知,并对人类行为做出适当的视觉指导。虽然50多年过去了,但是我们的研究目标尚未完成。现在回想起来,我们遗漏的部分是:无法确定物理源性质的刺激物如何能够生成感知和行为,而且这些感知和行为通常是有效的。

多数视觉概念都明确或隐含地指出,有效的视觉行为依赖于对刺激性来源的恢复,一种是直接恢复,一种是借助统计推断过程恢复。但是由于视觉系统无法识别物质世界的物理性质,所以这些概念框架无法对有效的生物视觉行为做出解释。另一种说法是视觉系统将简单的、反复出现的刺激模式与繁殖成功率自动连接,而不需要恢复真实世界的属性。

这种思路为我们研究客观世界和主观经验之间的关系提供了一种与众不同的方式,有助于我们理解视觉电路在大脑没有调用特征检测、影像显示和/或概率推理情况下的运行原理。

课程的教学目标是:
-了解一些有趣的知觉现象学知识
-思考如何解释现象学
-思考哪些可能的解释暗示了大脑的功能

课程大纲

简介
第一单元:我们所看到的现象学
1.1 简介
1.2 我们看见事物的奇怪方式
1.3 为什么我们看不到世界原本的样子:反问题

第二单元: 视觉系统的组织
2.1 视觉刺激
2.2 视觉系统的组织:眼睛和视网膜
2.3 视觉系统的组织:主要的视觉通路

第三单元:视觉工作原理的相关概念
3.1 简介
3.2 视觉——特征检测
3.3 视觉——推理
3.4 视觉——有效编码
3.5 视觉——应对反问题的一种方法

第四单元:看见的明度和亮度
4.1 简介
4.2 光亮度与亮度的区别
4.3 更复杂的实例
4.4 基于繁殖成功率的实证性说明

第五单元:看见的色彩
5.1 简介
5.2 关于光的本质的更多信息
5.3 视网膜生物学的相关综述
5.4 我们为什么有色觉
5.5 我们看见色彩的奇怪方式:色彩对比和色彩恒常性

第六单元:看见的几何
6.1 几何学的感知现象学
6.2 线长:举例说明如何解释感知到的几何学
6.3 角度的感知
6.4 物体大小的感知

第七单元:看见的距离与深度
7.1 简介
7.2 单眼感知的距离
7.3 双眼感知的深度(立体视觉)
7.4 阐释立体视觉
7.5 随机点立体图与对应问题

背景知识

最好具备一定的神经科学背景知识,但不做强制性要求。我们会根据需要学习基本的视觉系统解剖学和生理学知识。

参考资料

以下书目对课程相关内容做了更详细的阐述,但不做强制性要求。

作者:Howe CQ, Purves D (2005年) Perceiving Geometry: Geometrical Illusions explained by Natural Scene Statistics(《感知几何:自然图像统计诠释几何错觉》),纽约:Springer出版社。

作者:Hubel DH, Wiesel T (2005年) Brain and Visual Perception. A story of a 25-year collaboration (《大脑与视觉感知,25年合作的故事》),牛津大学出版社,纽约 。

作者:Land MF, Nilsson DE (2002年) Animal Eyes(《动物的眼睛》),牛津动物生物学系列丛书,牛津大学出版社,纽约。

作者:Purves D. (2010年) Brains: How They Seem to Work(《大脑:如何工作》),纽约:Pearson/ Financial Times出版社

作者:Purves D, Augustine GA, Fitzpatrick D, Hall W, LaMantia A-S, McNamara JO, Williams SM (2011年) Neuroscience(《神经科学》),第五版,出版:Sunderland,MA: Sinauer Associates

作者:Purves D, Cabeza R, Huettel SA, LaBar KS, Platt ML和Woldorff M (2012年) Principles of Cognitive Neuroscience(《认知神经科学的原理》),第二版, 出版:Sunderland, MA: Sinauer Associates

作者:Purves D, Lotto RB (2011年)Why We See What We Do (《为什么我们能看见我们做了什么?》)出版:Redux. Sunderland, MA: Sinauer Associates

我们还为希望深入学习的同学提供了大量参考文献,其中包括原始论文和评论等。

遇到不熟悉的术语,可查询特殊用语表。

授课形式

课程共八个单元,内容包括教学视频、补充图表、错觉示例和其他图解。各单元内容如下:

简介
1、视觉现象学
2、视觉系统的组织
3、视觉工作原理的相关概念
4、看见的明度和亮度
5、看见的色彩
6、看见的几何
7、看见的距离与深度
8、看见的运动
总结

每个单元都附带一次测验,10道与课上内容相关的基础的多选题,并由机器自动评分。
课程最后会布置期末论文(1-2页),5人一组由同学互相评分,评估过程需要两周时间(第一周提交论文,第二周评估)。 另外,我们还会提供定性和定量标准作为评估参考。
测验占总成绩的70%,期末论文占30%。 总成绩在70分以上(包括70分)的学生可以获得结课证书。

常见问题

这门课免费吗?
完全免费!

这门课与其他神经科学(尤其是感觉通道)课程有什么不同?
本课程鼓励大家以一种全新的方式来研究视觉,会专门讨论我们看到的世界如何不是物质世界的真实呈现,克服这个障碍对脑视觉来说意味着什么。

学完这门课,我能得到结课证书吗?
凡顺利完成本课程,且总成绩达到70分以上(包括70分)的学生均可获得由授课老师签发的结课证书。

学习这门课需要准备什么?
课程无需配套教材,学生只需要以开放的态度接受与物质世界的感知和大脑视觉的工作原理有关的新思想。

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