大腦認知科學楊政達
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大腦與認知科學
成功大學心理學系楊政達
Funny MRI prank
http://www.youtube.com/watch?v=vOX7nUlqK0Y
什麼是心理學 ?
算命、占卜、星座、心理治療？研究人類行為的科學
心理學的演變
心智？？
• 古希臘哲學家：– 心靈與心智歷程
– 自由意志
• 「醫學之父」Hippocrates
– 身體與行為
– 大腦如何控制身體的器官？
• Wilhelm Wundt 在 1879 年於德國萊比錫大學創立第一個心理學實驗室–內省法（ introspection）
–物理刺激與心理感受的關係
科學心理學
結構主義
• E. B. Titchener和Wilhelm Wundt
1879
–將心智予以分析，好比將化合物（分子）分析成元素（原子）
–心智的最小單位
功能主義
• William James（美國心理學之父）– The principles of psychology
–著重於了解心智的功能層面
行為主義
• 1920 年之後…– John B. Watson & B. F. Skinner
–心智不可以被量測、行為可以被量測
–刺激和反應的關係（制約反應）
– Ivan Pavlov
• Watson’s “Little Albert” Experiment
• Rat pressing the lever
• Pigeon turning
心理動力論 (Psychodynamic Theory)
• Sigmund Freud
–心智由意識和潛意識兩個部分組成
–行為都受到潛意識的影響
–精神分析：自由聯想
認知心理學
• 1960…認知革命– Alan Newell & Herbert Simon
– 在MIT召開了第一次人工智慧大會
– 以電腦類比心智運作過程
• 受其他領域影響– 人因工程、語言學、電腦科學、神經科學
認知科學
• 認知科學 (Cognitive Science)
是一門研究訊息如何在大腦中形成與轉錄過程的跨領域學科
• 其研究領域包括心理學、哲學、人工智慧、神經科學、數學、語言學、人類學、社會學和教育學
研究領域範圍
• 目前為止認知科學具體的研究範圍包括– 訊息和知識在大腦中如何儲存和體現
– 人們如何理解語言並用語言表達思想和情感
– 如何產生意識與思維
– 產生情感，轉變情感
– 學習新知識，推理判斷，解決問題
– ……
• 認知科學是一個不容易被完整界定的學科
• 其涉及的範圍也不是在每個單一學科領域內能夠實現的研究
• 大腦是目前已知的最複雜、最先進、最強而有力的資訊處理裝置
• 認知科學的最終目的之一便是實現透過機器的運作表現出人的全部智慧
會下棋的電腦
• 深藍電腦– 1997年 5月擊敗西洋棋世界冠軍• 可搜尋及估計隨後的 12步棋
–人類僅能估計隨後的 10步棋
• 懂你的搜尋引擎（ Google）– 未來搜尋引擎提供的不只是關鍵字搜尋，搜尋
引擎甚至會「明白」你到底想要什麼
• 近日，一個由日本和德國的研究人員組成的團隊使用超級電腦，成功模擬了史上最長的人腦神經活動
• 持續 1 秒
• 為了模擬這 1 秒的活動，動用了 82944 個處理器和 1024 TB的記憶體，且花了 40 分鐘
• 研究人員 Markus Diesmann 表示：– 「今天 1024 TB的超級電腦已經能夠模擬人腦 1% 的神經活動，那至少我們離模擬整個人腦活動的一天已經不再遙遠」
• 計算結果顯示，模擬 1 秒鐘整個大腦的神經活動大概需要兩天半的時間
• 所以，電腦真的能夠取代人腦嗎？
大腦的結構與功能
腦中的小鬼
大腦的結構
• 枕葉 (Occipital lobes)
• 顳葉 (Temporal lobes)
• 頂葉 (Parietal lobes)
• 額葉 (Frontal lobes)
胼胝體 (corpus callosum)
• 由 200~250 萬條神經纖維所組成
• 聯絡左右半腦的訊息
大腦半球特化
• 左半球 (理性 )
– 語言功能
– 邏輯推理
• 右半球 (感性 )
– 空間關係
– 節奏知覺
– 物體判斷http://www.youtube.com/watch?v=ZMLzP1VCANo
大腦會改變？
大腦會改變？
如何觀察大腦？？
觀察神經元傳遞所造成的變化
–腦電圖 Electroencephalograph (EEG)
– 磁電圖 (MEG)
–單細胞記錄 (Single-cell recording)
EEG MEG
神經回饋訓練
• 運動訓練– https://
www.youtube.com/watch?feature=playe
r_embedded&v=a6f0JQrf9eE#at=252
觀察腦的結構
• 電腦斷層掃描 (CT scan)
• 磁共振造影 (MRI)
CT scan MRI MRI image
觀察腦的功能
• 正子放射造影 (PET)
• 功能性磁振造影 functional
magnetic resonance imaging (fMRI)
PET fMRI fMRI image
科學辦案？？
思考？
• 透過腦造影技術能得知犯罪者的腦部結構
• 是否可以藉此在犯罪發生前就逮捕嫌犯？
認知心理學還關心的研究題目
注意力
• 為何需要注意力？–Wilkin James：注意力是通往意識的大門
– 選擇
–分心
錯覺
說說看你看到了什麼？
一個少女？
一個老太太？
上下兩個橘色的圓一樣大嗎 ?藍色的線和綠色的線互相平行 ?
• Dragon optical illusion
• Ames room
尋找自己的盲點方法：閉上右眼並凝視著右邊的黑色十字。前後移動，當左方的圓點消失時表示它正落於您的盲點上。（通常在相距 20 公分左右時會出現）
盯住 20 秒
• 我們能不能不去注意無關的東西？– Stroop effect (1935) 小實驗
– 待會會出現許多有顏色的字，請念出字的顏色
– 準備好了嗎？要開始囉～
很簡單吧～再試一次？
覺得很難嗎？試試看韓文如何？
又變簡單了？那換成英文呢？
• 我視力沒問題，但是………
• 不注意視盲 (inattentional blindness)
– http://www.youtube.com/watch?v=vJG69
8U2Mvo
• 改變視盲 (change blindness)
– http://www.youtube.com/watch?v=vBPG_
OBgTWg
圖形、文字辨識
沒有記憶的日子會變成什麼模樣 ?
你想像得到嗎…
Clive Wearing ─ The man with a 30 second memory
記憶提取失敗的例子
• 舌尖現象(tip-of-the-tongue):
– Ex: 話到嘴邊卻說不出來
– Ex:想不起來某個人的名字
如何成為記憶高手
大腦奧秘--記憶力可以鍛鍊Train Your Brain Like a Champ
心理學在設計上的應用
Usability Testing and User Experience
• 消費者行為：選擇和偏好
• Web design
• APP design
• …
認知 文化 科技
創新
認知科學目前研究和發展的狀況
• 認知科學迄今為止所從事的研究和已取得的發展是與各學科的發展緊密聯繫的
• 各種認知神經科學研究方法和技術– EEG 、 ERP 、 PET 、 MEG 、 TMS 、
MRI、 fMRI
認知科學面臨的問題
• 由於認知系統的複雜性，認知科學需要運用多門學科所使用的工具和方法對它進行多維度的研究
• 然而認知科學是一門年輕的跨學科領域，研究方法的並用和兼用尚未成熟，各學科參與進來的部分也尚未得到足夠的整合
歡迎大家投入認知科學研究
Q & A