COURSES OFFERED BY THE COGNITIVE SCHOOL, SZEGED

FISER JÓZSEF ÉS KOVÁCS GYULA
    A KOGNITÍV KUTATÁS NEUROBIOLÓGIAI ÉS KOMPUTÁCIÓS ALAPJAI

       
2 félév
 
 A kurzus célja, hogy a hazai egyetemi hallgatósággal is megismertesse a manapság egyik legintenzívebben fejlödö interdiszciplináris tudományág, a kognitív tudományok alapjait. A kurzus két féléves, és mindkét félév elsö részében a neurobiológiai aspektusok, a másodikban pedig az elsö részben ismertetett témakörök komputációs megközelítései kerülnek bemutatásra.  A kurzus elsö felében a hallgatóságot megismertetjük a kognitív tudományok neurobiológiai alapjaival, és az ehhez szorosan kötödö számítástechnikai háttérrel. A kurzus második felében  a megismerés és a magasabbrendü idegmüködések alapvetö folyamatainak egy egységes keretben történö részletes feldolgozása a cél. A kurzus az un. tandem-teaching típusú együttmüködési terv keretében valósulna meg. E szerint  a kurzus mindkét félévét egy hazai ill. egy jelenleg külföldön tartózkodó kutató együttesen oktatja, és mindkét félévben az órák fele-fele arányban megoszlanának a két oktató között.
 
Ajánlott irodalom:

The computational brain, P.S. Churchland, T.J.Sejnowski.
Eye, brain and vision D.H. Hubel
The cognitive neurosciences M.S.Gazzaniga
Principles of neural science Kandel E.R,  Schwartz, J.H., Jessel, T.M.

Követelmények: A szemináriumok rendszeres látogatása és a felsorolt témákból egy dolgozat elkészítése.

A KURZUS ÜTEMEZÉSE

Fiser József óráira elõreláthatólag 11.25, 11.30, 12.2, 12.7, 12.9, 12.14, 12.16 idõpontokban kerül sor

I ALAPOK
1 A központi idegrendszeri szenzoros müködések anatómiai és élettani alapjai
2 Alapvetö vizsgálati módszerek
3 A látórendszer felépítése és müködésének alapelvei
4 Az alak és formalátás, színlátás, sztereólátás és mélységérzékelés, és mozgásérzékelés alapvetö agykérgi mechanizmusai
5 Az auditórikus percepció
6 A szenzorimotoros integráció alapjai
7 Az agyi struktúrák fejlödésének mechanizmusai

8 Komputációs modellek mint a kognitív folyamatok megértésének eszközei.  Komputációs modellek szintjei és típusai
9 Müködésben lévö sejtek aktivitásának modelljei
10 Az akciós potenciálok sorozatában tárolt információ dekódolásának modelljei
11A vizuális percepció egyes funkcióinak modelljei 
12 Magas szintü látás és nyelv megértés modelljei 
13 Szenzorimotoros integráció modelljei 
14 Adaptáció: a vizuális rendszer fejlödésének modelljei, evolúciós alapú és beágyazott modellek
 
----------------------------------------------------------------------------------
A félév elfogadásához szükséges dolgozat választható témakörei

1. A neuron mûködése
    hogyan látja a neuront, mint az agy funkcionális mûködési egységét a neurobiologus és a számitástechnikai szakember egy adott kognitiv funkció/jelenség példáján bemutatva?

Választható altémakörök:

Az alakfelismerés egy adott problemájának (binokuláris látás, pozicionális invariáns orientációs hangolás etc) lehetséges megoldása az egyes neuronok membránjának nemlineáris viselkedése által a szigma-pi modellek segitségével

Irodalom:B. Mel munkái a http://www.usc.edu/dept/biomed/faculty/mel.html cimen.

2. A neurális kódolás

a. Alkalmazd a retina ill. a CGL aktivitása alapján történõ input rekonstrukciós módszert a V1 neuronok tüzelési mintázatából való rekonstrukcióra. Részletezd, hogy milyen problémák merülnek fel az alkalmazáskor, ill., hogy mennyire alkalmas a módszer a V1 neuronok leírására.

Irodalom:
Population coding in the retina Nirenberg and Latham, Curr. Opin. Neurobiol, 1998, Vol 8, pp 488-493
Decoding visual information from a population of retinal ganglion cells Warland, Reinagel, Meister, J. Neurophys. 1997 Vol.78 pp 2336-2350
Reconstruction of natural scenes from ensemble responses in the lateral geniculate nucleus Stanley, Lee, Dan, J. Neurosci, 1999 Vol 19, pp 8036-8042

b. timing
c. newsome

3. A vizuális percepció
 egy alapvetõ vizuális percepciós jelenség leirása, neurobiologiai magyarázata és lehetséges modelljeinek kritikája

Például (!!!): A mozgásérzékelés, textúra szegregáció, szin érzékenység, kontraszt szenzitivitás jelensége és annak (spatial-filter) modelljei valamint kritikájuk

4. A megismerés
    egy kognitiv funkció (pld perceptuális és szemantikus kategorizácio, forma felismerés, elnevezés, prosopagnosia) leirása, neurobiologiai és számitástechnikai magyarázata
 
a. Perceptuális vs. szemantikus kategorizáció

b. Válassz ki egy tetszõleges vizuális és egy tetszõleges auditórikus percepciós jelenséget és ezek egy-egy modelljét.
Pld. A múlt idõ használat v. mondat értelmezés  v. generálás v. dyslexia v. grammatika - szintaktika ÉS a pozicionális, orientáció etc invariáns felismerés v. bistabil képek felismerése v. szimmetria detektálás modelljeinek összehasonlítása a szerint, hogy mennyire biológiai alapuak ill. mennyire hasonló elvejen alapulnak. Hogyan tudnád ezeket a modelleket javítani több v. kevesebb biológiai részlet beépítésével ill. más típusú modellek használatával?

c. Vizuális kategorizáció és modelljei. Fejtsd ki, hogy a KIR-i  vizuális kategorizációs eredmények (Vogels, Kanwisher, Logothethis, Thorpe) mennyire támogatják az egyes modelleket (Bülthoff-Edelman vs. Biederman)

5. A szenzorimotoros integráció

Válassz ki és írj le két koordináta-transzformációs modellt és hasonlítsd össze õket és az azokat támogató neurális adatokat.

Irodalom: Anderson, Goldberg, Wurtz, Pouget, Zang, Zohary, Shadlen

6. Az agy és a kognitiv funkciók egyedfejlõdése

a. Érvelj a "nature-nurture" témakörében. Melyiknek van fontosabb szerepe a KIR fejlõdésében és mikor, miért, hogyan? Pld. van-e és ha igen, akkor miért van kritikus periódusa biz. tanulási folyamatoknak?

b. Alkalmazhatóak-e és miért az okuláris dominancia, orientáció érzékenység, irány érzékenység, térbeli frekvencia szelektivitás kialakulásának szabályszerûségei és modelljei egy magasabbrendû terület, pld. az inferotemporális kéreg tulajdonságainak leírására?
 
 
 
 
 
 

II. Félév A KOGNITIV REPREZENTÁCIÓ KIALAKULÁSÁNAK FOLYAMATAI

15 A perceptuális kategorizációs folyamatok szervezödése KGY
16 A vizuális figyelmi müködések alapjai KGY
17 A memória I. KGY
18 A memória II. KGY
19 A képzelet KGY
20 Motiváció és érzelmi moduláció alapjai KGY
21 A tudat neurobiológiai alapjainak vizsgálata KGY

22 Az agy korrelációkon alapuló müködésének elmélete FJ
23 Artificial intelligence versus neurális hálózatok FJ
24 Adaptáció, tanulás és ennek fajtái FJ
25 Statisztikus osztályozás FJ
26 Alap tanuló algoritmusok statisztikus megközelítésben FJ
27 A struktúra és modularitás szerepe: grafikus modellek FJ
28 Epilógus: nyitott kérdések FJ