《腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程編號學(xué)時/學(xué)分24/1.5開課單位信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、人工智能學(xué)院考核方式考試適用專業(yè)智能科學(xué)與技術(shù)、人工智能執(zhí)筆者編寫日期、課程說明腦與認(rèn)知科學(xué)是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是現(xiàn)代腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、數(shù)學(xué)、語言學(xué)、信息科學(xué)、人類學(xué)乃至自然哲學(xué)等學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果，是一門以腦科學(xué)為核心的多學(xué)科交叉的研究型課程。本課程針對計算機(jī)類、信息類、控制類學(xué)科門類下智能類專業(yè)開設(shè)的《腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)》，利用神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)等跨學(xué)科知識，理解腦與認(rèn)知，目標(biāo)是學(xué)習(xí)利用先進(jìn)技術(shù)和工具，從量子、分子、細(xì)胞、系統(tǒng)、全腦和行為等不同層次上理解腦與認(rèn)知的基本概念和現(xiàn)象，分析、處理、整合、建模、仿真與虛擬腦與認(rèn)知。通過對這本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以理解人類如何通過腦與神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知周圍的世界、理解來自外界和自身的信息是如何在腦和神經(jīng)系統(tǒng)中被處理的，掌握腦與認(rèn)知科學(xué)的基本概念、基本理論、科學(xué)研究方法，促進(jìn)學(xué)生對腦與認(rèn)知的腦功能與結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)構(gòu)成、認(rèn)知現(xiàn)象、神經(jīng)機(jī)理、認(rèn)知模型的理解，領(lǐng)悟腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、人工智能及計算機(jī)和信息科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域交叉的特點(diǎn)，形成較為全面系統(tǒng)的知識框架，對已有成果展開分析與討論，給智能設(shè)計、計算模式與方法及其實(shí)踐帶來新的啟示，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打下良好的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)知識目標(biāo)課程目標(biāo)1：學(xué)習(xí)腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)知識和基本理論知識，掌握大腦與神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)、特性等基本知識，了解各種認(rèn)知心理特質(zhì)（感覺、知覺、運(yùn)動、控制、學(xué)習(xí)、記憶、睡夢、成癮、語言、情緒、社會認(rèn)知、腦神經(jīng)可塑性）的腦神經(jīng)原理，具備調(diào)研、分析和判斷各種腦與認(rèn)知現(xiàn)象的腦神經(jīng)原理與框架的知識儲備；課程目標(biāo)2：掌握大腦與神經(jīng)系統(tǒng)的組成要素與基本功能，了解腦與認(rèn)知科學(xué)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，具備對已有成果展開分析與討論并能針對存在問題提出前瞻性解決方案的知識儲備；課程目標(biāo)3：掌握腦與認(rèn)知科學(xué)研究中所使用的基本技術(shù)（腦功能成像、電生理、心理測評）的原理與方法，激發(fā)學(xué)生對人腦結(jié)構(gòu)與人類基本認(rèn)知能力的思索，激發(fā)學(xué)生對進(jìn)一步研究智能形成機(jī)理和工作方式的強(qiáng)烈興趣，培養(yǎng)學(xué)生追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識；能力目標(biāo)課程目標(biāo)4：在掌握基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)學(xué)生批判性思維和解決問題的能力，學(xué)會解決問題、分析問題的方法和手段，掌握信息的收集、檢索、分析、評價利用的機(jī)能，提高合作技能，促進(jìn)班級內(nèi)學(xué)生的合作交流，開闊學(xué)生的綜合素質(zhì)，最終提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；

課程目標(biāo)5：培養(yǎng)學(xué)生的腦與認(rèn)知科學(xué)數(shù)據(jù)分析處理能，使學(xué)生掌握腦與認(rèn)知科學(xué)行為實(shí)驗(yàn)的設(shè)計方法，掌握各種腦功能成像實(shí)驗(yàn)（fMRI、EEG、ERP、PET、ECT）的設(shè)計、執(zhí)行與數(shù)據(jù)分析方法，具有獨(dú)立進(jìn)行行為、腦成像和神經(jīng)生理實(shí)驗(yàn)的能力；課程目標(biāo)6：培養(yǎng)學(xué)生的腦與認(rèn)知科學(xué)實(shí)踐研究能力，使學(xué)生掌握腦與認(rèn)知相關(guān)聯(lián)的腦機(jī)接口、智能系統(tǒng)、類腦系統(tǒng)設(shè)計方法，特別是學(xué)習(xí)非侵入式腦信號提取方法，通過硬件、軟件設(shè)計，嘗試實(shí)踐意識控制、自主無人系統(tǒng)的能力。三、課程對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系序號畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)具體內(nèi)容對應(yīng)課程目標(biāo)1畢業(yè)要求1-1能夠用腦與認(rèn)知科學(xué)知識解決智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，通過正確的理解、建模、推演求解、比較分析等尋找解決方案；1，2，3，52畢業(yè)要求2-2能夠基于計算機(jī)科學(xué)、智能科學(xué)原理，建立數(shù)學(xué)模型正確表達(dá)復(fù)雜腦與認(rèn)知科學(xué)與技術(shù)問題；3，4，5，63畢業(yè)要求3-1能夠根據(jù)需要進(jìn)行人工智能系統(tǒng)的全周期全流程設(shè)計，了解技術(shù)方案和各種因素對目標(biāo)產(chǎn)品性能、質(zhì)量的影響并加以控制；2，4，64畢業(yè)要求4-4能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論；3,5，65畢業(yè)要求5-2能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)男畔①Y源對復(fù)雜腦認(rèn)知科學(xué)與技術(shù)問題進(jìn)行分析；2，3，4，56畢業(yè)要求12-2具備自主學(xué)習(xí)能力與工程思維能力，能夠在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)和提出問題并對所學(xué)知識進(jìn)行恰當(dāng)合理的歸納總結(jié)，能夠理解所面臨的各類技術(shù)問題；3，4，5，6序號教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求總學(xué)時數(shù)24對應(yīng)課程目標(biāo)講課實(shí)驗(yàn)實(shí)踐上機(jī)1一、認(rèn)知與計算.腦與認(rèn)知科學(xué)的基本概念.大腦與神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)和功能.認(rèn)知計算及其框架.人類腦計劃1,掌握腦與認(rèn)知科學(xué)的基本概念2,掌握大腦的基本結(jié)構(gòu)和功能.理解認(rèn)知計算及其框架,了解人類腦計劃21，22二、方法與技術(shù).認(rèn)知心理學(xué)與心理測評.認(rèn)知計算與建模3,腦功能成像1,掌握認(rèn)知心理學(xué)、認(rèn)知建模、微電極技術(shù)、腦功能成像、機(jī)器學(xué)習(xí)相應(yīng)技術(shù)的原理與方法。2.理解認(rèn)知計算與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、腦科學(xué)研究23，44.電生理學(xué)層次與相關(guān)技術(shù)3.理解fMRI、EEG、PET等腦功能成像技術(shù)的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用；3三、神經(jīng)與信息.神經(jīng)元及其信息編解碼.神經(jīng)信息傳播機(jī)制.人工神經(jīng)元4,深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)1,掌握神經(jīng)信息的產(chǎn)生和傳播機(jī)制2?理解大腦皮層的精細(xì)結(jié)構(gòu)3.理解人工神經(jīng)元與人腦神經(jīng)元的差異4?理解深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)與人腦神經(jīng)系統(tǒng)層級關(guān)系；21，2，4，64四、視覺與計算.視覺通路和基本要素.物體識別與運(yùn)動視覺.視覺法則4,計算機(jī)視覺設(shè)計1,掌握視覺相關(guān)的三條神經(jīng)通路2,掌握視覺信息的要素及腦內(nèi)處理機(jī)制3,理解立體視覺、視知覺的完形法則、視覺恒常性、運(yùn)動視覺的現(xiàn)象4,了解人工視網(wǎng)膜、計算機(jī)視覺的基本案例;1，2，4，65五、感覺與知覺1.聽覺與平衡覺2,觸覺與痛覺3.味覺與嗅覺4,直覺與聯(lián)覺5.運(yùn)動與控制1,掌握聽覺、觸覺、味覺和嗅覺的神經(jīng)通路2.理解感覺器官的結(jié)構(gòu)及感覺形成的原理、影響各種感知覺的要素、聯(lián)覺的分類及影響因素；了解人工耳蝸等人工系統(tǒng)構(gòu)建了解運(yùn)動與控制層級性和框架21，2，3，46六、注意與意識.注意與分辨.注意網(wǎng)絡(luò).注意腦機(jī)理.思維與意識1,了解注意、分辨、變化視盲基本概念和現(xiàn)象2,掌握注意網(wǎng)絡(luò)、心理模型、信息加工,了解注意的腦機(jī)理以及睡眠與夢.理解思維與意識的形成以及快慢競爭性21，2，4，67七、學(xué)習(xí)與記憶.學(xué)習(xí)與記憶的基本概念.記憶的腦神經(jīng)基礎(chǔ).學(xué)習(xí)與記憶的細(xì)胞分子機(jī)制,了解遷移學(xué)習(xí)與貝葉斯推理1.掌握學(xué)習(xí)與記憶的概念、記憶的步驟、分類及各類特點(diǎn)，各類記憶的腦神經(jīng)基礎(chǔ)；2,掌握工作記憶模型；.理解短期和長期記憶形成的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)和基本案例；.掌握遷移學(xué)習(xí)與貝葉斯推理系統(tǒng)構(gòu)建21，2，4，68八、溝通與語言1,溝通、語言與演化.語言、語言障礙與大腦.語言理論4,腦電到語言轉(zhuǎn)譯.自然語言處理1.掌握人類語言的演化與起源、語言功能的塑成機(jī)制、大腦語言中樞與失語癥；2.理解心理詞典、語言輸入的知覺分析、單詞識另人句子中單詞整合模型；了解語言功能與左腦功能的關(guān)系了解腦電到語言轉(zhuǎn)譯基本思路，以及自然語言處理方法21，2，3，49九、情感與計算1.大腦額葉子區(qū)域及功能2,前額葉與記憶和目標(biāo)導(dǎo)向行為3.情緒的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)4,情緒加工的神經(jīng)系統(tǒng)與計算1,掌握大腦前額葉的分區(qū)及功能、前額葉損傷的認(rèn)知缺陷、情緒的基本成分及對應(yīng)腦機(jī)制、恐懼情緒反應(yīng)的神經(jīng)通路；2,理解情緒理論的發(fā)展歷程、盲視、恐懼記憶的形成與消退（創(chuàng)傷后壓力失調(diào)）、情緒與決策；3,了解社會情緒與情緒的調(diào)節(jié)策略4,理解情感通路對強(qiáng)化學(xué)習(xí)、對抗網(wǎng)絡(luò)啟示21，2，3，610十、發(fā)育與可塑1.大腦的發(fā)育2,認(rèn)知功能的發(fā)展與神經(jīng)可塑性.大腦整體性與腦功能網(wǎng)絡(luò).人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搜索.掌握大腦發(fā)育歷程、大腦發(fā)育與認(rèn)知發(fā)展、神經(jīng)可塑性、大腦老化與退化的特點(diǎn)；.了解性本善與本惡的相關(guān)研究，了解視覺和聽覺的大腦適應(yīng)力；3,理解腦功能分區(qū)與整體性功能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和分析方法4,理解腦網(wǎng)絡(luò)可塑性與人工深度網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搜索21，2，3，411十一、社會與創(chuàng)造.選擇與決策.同理心與社會認(rèn)知3,人類智力的起源與演化4,智力進(jìn)化與提升創(chuàng)造力.掌握選擇的多寡與心境狀態(tài)的關(guān)系、做正確決策的要素、經(jīng)濟(jì)決策的偏誤、道德兩難決策與道德推理、生物間的合作機(jī)制2.理解卡尼曼的決策理論，理性、情緒與決策，同理心與社會認(rèn)知，同理心與公平感；3,掌握智力與創(chuàng)造力的概念、人類智力的起源與進(jìn)化、弗林效應(yīng)、提升創(chuàng)造力策略；.理解動物的智力水平、人類智力與動物智力的區(qū)別、人類智力的極限、專家智力的形成策略；21，2，3，412十二、人工與系統(tǒng).人工智能與類腦系統(tǒng).腦科學(xué)與機(jī)器智能.腦啟發(fā)式系統(tǒng)與倫理法律1,掌握腦機(jī)界面的原理與研究進(jìn)展、典型應(yīng)用；2,理解自主意識建模方法及其自主無人系統(tǒng)、仿真機(jī)器人；了解智能系統(tǒng)復(fù)雜性與簡約性關(guān)系了解腦部植入術(shù)、腦結(jié)構(gòu)和功能異常、智能善用與犯罪；63，4，5，6合計24無六、教學(xué)方法以課堂教學(xué)為主，輔以適當(dāng)?shù)恼n堂提問、討論來強(qiáng)化學(xué)生對腦與認(rèn)知科學(xué)主要概念、基本原理、實(shí)驗(yàn)方法的理解與認(rèn)識；以腦與認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)案例分析使學(xué)生充分認(rèn)識到腦與認(rèn)知科學(xué)對科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會等方面的作用與意義；以課后擴(kuò)展閱讀結(jié)合文獻(xiàn)綜述的方式拓寬課程內(nèi)涵，通過上述教學(xué)活動來實(shí)現(xiàn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際解決復(fù)雜科學(xué)問題能力的培養(yǎng)。七、考核及成績評定方式考試成績由平時成績和期末成績兩部分構(gòu)成。平時成績占總成績的30%，期末成績占總成績的70%。平時成績由課堂表現(xiàn)、出勤、課后作業(yè)成績按相應(yīng)的比例折算并相加后得出（具體評分標(biāo)準(zhǔn)見下表）。期末成績由期末考試卷面（滿分100分）成績折算得出?？己朔绞郊俺煽冋急葹椋盒蛱柍煽儤?gòu)成考核方式占比1平時成績課堂表現(xiàn)10%2課堂測試3課后作業(yè)20%4實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）5上機(jī)6研究報告7文獻(xiàn)綜述8期末成績課程論文9期末考試70%合計100%評價標(biāo)準(zhǔn)：1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)可通過回答問題、分組討論、演講匯報等方式進(jìn)行考核，按照百分制評分，總評后按照10%進(jìn)行折算。評分標(biāo)準(zhǔn)為：觀測點(diǎn)評分80-100分60-79分40-59分1-39分0分回答問題、參與討論或匯報情況（權(quán)重0.4）積極主動回答問題、參與討論或做匯報能夠被動回答問題、參與討論或做匯報勉強(qiáng)能回答問題、參與討論或做匯報不能正常地回答問題、參與討論或做匯報不能回答問題、參與討論或做匯報資料查閱、知識運(yùn)用情況（權(quán)重0.3）熟練查閱全部資料、運(yùn)用相關(guān)知識基本做到資料的查閱、知識的運(yùn)用能做到部分資料的查閱、部分知識的運(yùn)用不能做到資料的查閱、知識的運(yùn)用觀點(diǎn)和想法的表達(dá)（權(quán)重0.3）觀點(diǎn)和想法清晰、合理，邏輯性好觀點(diǎn)和想法比較明確，具有一定的合理性、邏輯性觀點(diǎn)和想法比較明確，但合理性、邏輯性不足沒有明確的觀點(diǎn)和想法2、課后作業(yè)課后作業(yè)按照百分制評分，然后按照20%進(jìn)行折算。評分標(biāo)準(zhǔn)為：觀測點(diǎn)評分80-100分60-79分40-59分1-39分0分作業(yè)完成進(jìn)度（權(quán)重0.3）提前完成按時完成延時完成后期補(bǔ)交未提交基本概念掌握程度（權(quán)重0.2）概念清晰，分析得當(dāng)主要概念清晰，但部分分析有誤部分概念清晰，分析中有明顯的知識漏洞基本概念不清晰解決問題的方案正確性（權(quán)重0.4）所提