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第1章 绪论1

1.1人类的梦想1

1.2智能科学的兴起3

1.3智能科学的科学问题7

1.4智能科学的实验技术13

1.5展望15

第2章 神经生理基础17

2.1脑系统17

2.2神经组织19

2.2.1神经元的基本组成19

2.2.2神经元的分类21

2.2.3神经胶质细胞21

2.3突触传递23

2.3.1化学性突触24

2.3.2电突触26

2.3.3突触传递的机制26

2.4神经递质27

2.4.1乙酰胆碱28

2.4.2儿茶酚胺类28

2.4.3 5-羟色胺32

2.4.4氨基酸和寡肽34

2.4.5一氧化氮34

2.4.6受体34

2.5信号跨膜转导35

2.5.1转导蛋白36

2.5.2第二信使37

2.6静息膜电位39

2.7动作电位42

2.8离子通道46

2.9神经系统47

2.9.1中枢神经系统47

2.9.2周围神经系统48

2.10大脑皮层49

第3章 神经计算53

3.1概述53

3.2神经元模型62

3.3反传学习算法63

3.3.1反传算法的原理63

3.3.2反传算法的数学表达64

3.3.3反传算法的执行步骤66

3.3.4对反传网络优缺点的讨论67

3.4 Hopfield模型68

3.4.1离散Hopfield网络68

3.4.2连续Hopfield网络71

3.5自适应共振理论ART模型73

3.5.1 ART模型的结构73

3.5.2 ART的基本工作原理75

3.5.3 ART模型的数学描述80

3.6神经网络集成81

3.6.1结论生成方法82

3.6.2个体生成方法83

3.7脉冲耦合神经网络83

3.7.1 Eckhorn模型84

3.7.2脉冲耦合神经网络模型84

3.7.3贝叶斯连接域神经网络模型86

3.8神经场模型87

3.8.1神经场表示87

3.8.2神经场学习理论90

3.9功能柱神经网络模型94

3.9.1模型与方法94

3.9.2单功能柱模型的模拟结果97

第4章 心智模型101

4.1心智建模101

4.2图灵机103

4.3物理符号系统104

4.4记忆模型107

4.4.1联想记忆模型107

4.4.2流程型认知模型109

4.4.3认知—记忆信息处理模型110

4.5 ACT模型111

4.6 SOAR模型112

4.7心智的社会114

4.8心智模型CAM115

4.9动力系统理论116

4.10大脑协同学118

第5章 感知121

5.1概述121

5.2感知的基本形式123

5.2.1感觉123

5.2.2知觉125

5.2.3表象126

5.3知觉恒常性131

5.4特征捆绑133

5.4.1特征整合理论134

5.4.2特征捆绑的形式模型134

5.4.3双阶段理论135

5.4.4时间同步理论136

5.4.5神经网络模型136

5.5知觉理论137

5.5.1建构理论137

5.5.2直接知觉138

5.5.3格式塔理论140

5.6知觉有效编码142

第6章 视觉信息处理146

6.1视觉的生理机制146

6.1.1视网膜146

6.1.2光感受器147

6.1.3外膝体148

6.1.4视皮层149

6.2视皮层信息处理150

6.2.1视皮层感受野150

6.2.2特征选择性151

6.2.3功能柱152

6.2.4球状功能结构153

6.3颜色视觉153

6.4马尔的视觉计算理论154

6.5格式塔视觉理论158

6.6拓扑视觉理论159

6.7视觉的正则化理论162

6.8基于模型的视觉理论165

6.9计算机视觉166

6.9.1图像分割168

6.9.2图像理解170

6.9.3主动视觉170

6.9.4立体视觉171

6.9.5利用启发式知识的方法174

6.10同步化响应175

6.10.1概述175

6.10.2神经生物学实验176

6.10.3时间编码177

6.10.4视皮层的神经元振荡模型178

6.10.5视觉系统中的表象与尺度变换179

6.10.6神经网络中的非线性动力学问题181

第7章 听觉信息处理183

7.1听觉通路183

7.2听觉信息的中枢处理185

7.2.1频率分析机理185

7.2.2强度分析机理187

7.2.3声源定位和双耳听觉187

7.2.4对复杂声的分析187

7.3语音编码188

7.4韵律认知189

7.4.1韵律特征189

7.4.2韵律建模192

7.4.3韵律标注192

7.4.4韵律生成193

7.4.5韵律生成的认知神经科学机制194

7.5语音识别194

7.5.1语音识别概况194

7.5.2单词识别理论197

7.5.3中文语音识别系统198

7.6语音合成201

7.6.1语音合成概况201

7.6.2语音合成的方法201

7.6.3概念到语音转换系统205

7.7听觉场景分析209

7.7.1初级分析209

7.7.2以图式为基础的知觉组织211

7.7.3初级分析与图式加工之间的关系211

7.7.4场景分析的总体评价212

7.8言语行为213

第8章 语言214

8.1引言214

8.2语言习得和发展216

8.3语言处理模型217

8.4语言认知220

8.4.1句子加工中的概率和约束问题221

8.4.2课文表征与记忆222

8.4.3模块理论与语言加工222

8.4.4语言理解中的压抑机制223

8.5乔姆斯基的形式文法224

8.5.1短语结构文法224

8.5.2上下文有关文法225

8.5.3上下文无关文法225

8.5.4正则文法226

8.6扩充转移网络228

8.7概念依赖理论230

8.8语言理解232

8.8.1概述232

8.8.2发展阶段234

8.8.3基于规则的分析方法236

8.8.4基于语料的统计模型239

8.8.5机器学习方法241

8.9脑语言功能区243

8.9.1经典语言功能区243

8.9.2语义相关功能区244

8.9.3音韵相关功能区245

8.9.4拼字相关功能区245

8.9.5双语者脑语言功能区245

第9章 学习246

9.1概述246

9.2行为学习理论247

9.2.1条件反射学习理论247

9.2.2行为主义的学习理论248

9.2.3联结学习理论248

9.2.4操作学习理论250

9.2.5相近学习理论252

9.2.6需要消减理论254

9.3认知学习理论257

9.3.1格式塔学派的学习理论258

9.3.2认知目的理论258

9.3.3认知发现理论259

9.3.4认知同化理论261

9.3.5信息加工学习理论262

9.3.6建构主义的学习理论265

9.4人本学习理论267

9.5观察学习理论268

9.6内省学习270

9.6.1内省学习一般模型271

9.6.2内省学习的元推理272

9.6.3失败分类273

9.6.4内省过程中的基于范例推理274

9.7学习计算理论274

9.7.1哥尔德学习理论275

9.7.2模型推理系统276

9.7.3大概近似正确学习理论276

9.8粒计算277

9.8.1词计算理论278

9.8.2粗糙集理论278

9.8.3基于商空间的粒计算278

9.8.4相容粒度空间模型278

第10章 记忆283

10.1记忆过程283

10.2记忆系统285

10.2.1感觉记忆286

10.2.2短时记忆286

10.2.3长时记忆290

10.3长时记忆理论291

10.3.1长时记忆的类型291

10.3.2长时记忆的模型293

10.3.3长时记忆的信息提取298

10.4工作记忆300

10.4.1工作记忆模型300

10.4.2工作记忆和推理301

10.4.3工作记忆的神经机制302

10.5遗忘理论303

10.6内隐记忆306

10.7记忆的生理机制308

10.7.1记忆痕迹308

10.7.2海马与杏仁体309

10.7.3记忆的存储过程311

10.7.4记忆的保存和增强312

第11章 思维和决策316

11.1引言316

11.2思维的形态320

11.2.1抽象思维321

11.2.2形象思维322

11.2.3灵感思维324

11.3推理327

11.3.1演绎推理327

11.3.2归纳推理328

11.3.3反绎推理330

11.3.4类比推理331

11.3.5非单调推理333

11.3.6推理和脑334

11.4问题求解334

11.4.1问题空间334

11.4.2产生式系统336

11.4.3启发式搜索338

11.4.4手段目的分析法339

11.4.5解决问题的策略341

11.5科学发现344

11.5.1科学发现的基本观点344

11.5.2发现策略348

11.5.3发现系统BACON351

11.6创造性思维357

11.7决策理论360

11.7.1决策效用理论361

11.7.2满意原则362

11.7.3逐步消元法362

11.7.4贝叶斯决策方法362

11.8智能决策支持系统363

11.8.1智能决策系统开发平台363

11.8.2综合集成研讨厅365

第12章 智力发展367

12.1引言367

12.2智力理论368

12.2.1智力的因素论369

12.2.2多元智力理论370

12.2.3智力结构论370

12.3智力的测量371

12.4皮亚杰认知发展理论374

12.4.1图式375

12.4.2儿童智力发展阶段377

12.4.3新皮亚杰主义383

12.5智力发展的影响因素384

12.5.1成熟因素384

12.5.2经验因素385

12.5.3社会环境因素386

12.5.4平衡化因素386

12.6智力发展的人工系统387

第13章 情绪与情感389

13.1引言389

13.2情绪的种类390

13.2.1情绪的基本形式390

13.2.2情绪状态391

13.2.3情感的种类391

13.3情绪的表达392

13.4情绪理论393

13.4.1詹姆斯-兰格情绪学说393

13.4.2情绪评估-兴奋学说393

13.4.3情绪三因素说394

13.4.4基本情绪论394

13.4.5维度论395

13.4.6非线性动态策略396

13.5情绪加工397

13.5.1情绪语义网络理论397

13.5.2贝克的图式理论398

13.5.3威廉斯的情绪加工理论398

13.6情绪的功能399

13.6.1情绪的动机作用399

13.6.2情绪是心理活动的组织者399

13.6.3情绪的健康功能400

13.6.4情绪的信号功能400

13.7情感智能400

13.8情感计算401

13.9具有情感的机器人406

13.10情感与认知407

13.10.1情感优先假说407

13.10.2认知评价观点407

13.10.3图式命题联想和类比表征系统408

13.10.4情绪双回路理论408

第14章 意识409

14.1概述409

14.2意识的基本要素和特性411

14.3心理学的意识观414

14.4意识的剧场模型415

14.5意识的还原论理论417

14.6神经元群组选择理论420

14.7意识的量子理论421

14.8意识系统模型423

14.9显意识思维与潜意识思维424

14.10注意428

14.10.1注意的功能428

14.10.2选择性注意431

14.10.3注意分配435

14.10.4注意系统435

第15章 形式系统437

15.1概述437

15.2谓词演算439

15.3动态描述逻辑444

15.3.1描述逻辑444

15.3.2动态描述逻辑DDL446

15.4归纳逻辑447

15.4.1经验主义概率归纳逻辑450

15.4.2逻辑贝叶斯派451

15.4.3主观贝叶斯派451

15.4.4条件化归纳逻辑452

15.4.5非帕斯卡概率归纳逻辑453

15.5模型论454

15.6递归论456

15.7证明论458

15.7.1希尔伯特规划459

15.7.2受限的初等数论的无矛盾性460

15.7.3哥德尔的不完全性定理460

15.8机器定理证明462

第16章 脑机融合466

16.1概述466

16.2脑电信号分析469

16.2.1脑电信号分类469

16.2.2脑电信号分析方法470

16.3神经元集群的编码和解码471

16.3.1概述471

16.3.2熵编码理论473

16.3.3贝叶斯集群编码476

16.3.4贝叶斯集群解码477

16.4脑机接口系统478

16.5 P300脑机接口系统479

16.5.1系统构成480

16.5.2视觉诱发子系统480

16.5.3脑电采集子系统481

16.5.4脑电分析子系统481

16.6脑机协同的认知计算模型482

第17章 智能机器人485

17.1概述485

17.2智能机器人的体系结构487

17.3机器人视觉系统492

17.3.1视觉系统分类493

17.3.2定位技术494

17.3.3自主视觉导航495

17.3.4视觉伺服系统495

17.4机器人路径规划496

17.4.1全局路径规划496

17.4.2局部路径规划497

17.5细胞自动机498

17.6认知机模型501

17.7情感机器人503

17.8发育机器人504

17.9 RoboCup机器人足球比赛508

17.10智能机器人发展趋势510

第18章 类脑智能机513

18.1概述513

18.2蓝脑计划513

18.2.1概述513

18.2.2大脑皮层模型514

18.2.3超级计算模拟516

18.2.4认知计算展望519

18.3人脑计划519

18.3.1欧盟未来技术与新兴技术旗舰研究计划519

18.3.2峰电位时序相关可塑性520

18.3.3统一脑模型522

18.4神经形态机524

18.4.1经典计算机的局限524

18.4.2类脑体系结构525

18.4.3脑模型526

18.4.4神经形态芯片528

18.5 LIDA529

18.5.1全局工作空间理论529

18.5.2智能数据分析认知结构530

18.5.3 LIDA软件框架532

参考文献534