心靈之窗

前言

　　人類具有智慧的大腦，但大腦的信息來源于遍布全身的各種感受器官。在所有感官中，從感受細胞的數(shù)量、功能的精巧、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，以及提供信息的比例等角度考慮，視覺當(dāng)居首位。視覺研究是在神經(jīng)科學(xué)中發(fā)展較早、取得成就最多的一個領(lǐng)域。自20世紀(jì)中期以來已有5位科學(xué)家因視覺研究方面的成就而榮獲諾貝爾獎。自20世紀(jì)60年代開始，人工智能的基礎(chǔ)研究者就對視覺理論研究抱有強烈興趣。模式識別研究對人工智能的重要性相當(dāng)于視覺對人腦智慧的重要性。表面看來相距甚遠的兩個學(xué)科（模式識別和視覺研究），卻出現(xiàn)互相激勵、相互促進的壯觀局面。由于外傷或疾病，視覺障礙患者在總?cè)丝谥姓枷喈?dāng)比例，人類一直想用現(xiàn)代技術(shù)補償缺失的視覺功能，嘗試應(yīng)用微電子、克隆等先進技術(shù)在臨床上實現(xiàn)人工視覺。國防部門也是最早對視覺研究感興趣的，產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代初的仿生學(xué)就是想把青蛙捕蟲的視覺機理應(yīng)用到高射炮控制系統(tǒng)中。意識問題是古老的哲學(xué)問題，20世紀(jì)末科學(xué)界想用自然科學(xué)的辦法研究它，并把視覺問題作為突破口。因此，當(dāng)代視覺研究不只局限于心理學(xué)、生理學(xué)等純基礎(chǔ)理論研究，還涉及人工智能、軍事技術(shù)乃至哲學(xué)等社會生活各方面。另外，現(xiàn)代的視覺研究本身應(yīng)用了物理學(xué)、信息科學(xué)、人工智能等多學(xué)科的最新發(fā)展成果，所以當(dāng)代視覺研究成為一門真正的交叉科學(xué)。從事視覺研究的科研人員只具備某一專業(yè)的知識是不夠的。培養(yǎng)和從事視覺研究的科研人員必須要具備多方面的知識并掌握最新研究進展。本書將提供粗線條、全景式和最新的視覺基礎(chǔ)理論研究、應(yīng)用和意義方面的總結(jié)和介紹。由于我國科技管理部門歷年來相當(dāng)重視視覺研究的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，歷年來“攀登計劃”和國家自然科學(xué)基金委重大項目及重點項目都有這方面的內(nèi)容，所以人才問題成為相當(dāng)重要的一個方面。本書可作為從事這方面研究的科研人員的參考資料、研究生的入門讀物、相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的興趣讀物。此外，當(dāng)前我國正處于科技知識大普及的時期，本書可以作為高級科普讀物。因為本書極少運用高等數(shù)學(xué)的符號、公式，語言又淺顯易懂，所以只要具備高中文化且對本書有興趣的讀者，都可從閱讀中獲得裨益。

內(nèi)容概要

視覺是人類最為重要的一種感覺。半個多世紀(jì)以來，視覺研究取得極大進展，先后有5位該領(lǐng)域科學(xué)家獲得諾貝爾獎。本書首先用一些有趣的實例說明視覺對動物的行為和動物生存所起的重要作用。然后從心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、組織解剖、臨床病理學(xué)等方面，介紹視覺研究的最新進展，同時，用這些成果解釋視覺發(fā)育和視覺學(xué)習(xí)中的規(guī)律和病理表現(xiàn)。本書還用通俗的語言介紹了一些建立在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)上的關(guān)于圖像識別的理論觀點和視覺信息加工的模型。眼睛是心靈之窗，本書說明視覺如何成為當(dāng)代研究意識問題的突破口。視覺研究的成果不僅與我們的日常生活有關(guān)，而且還涉及人工視覺、視覺仿生、哲學(xué)認識論、藝術(shù)乃至戰(zhàn)爭和革命等人類社會生活的方方面面。本書是作者在該領(lǐng)域從事40余年研究的知識和經(jīng)驗的積累。    本書語言通俗并采用大量生動的圖片，可作為相關(guān)專業(yè)大學(xué)生和研究生的入門書。本書也可用于對視覺的神奇功能有興趣的讀者開闊視野和增長知識。

書籍目錄

前言第一章  視覺與動物的行為  捕食與逃避  求愛和配偶尋找  蒼蠅的追逐行為  視野與捕食行為  眼球運動和瞳孔調(diào)節(jié)  蜜蜂的視覺行為反應(yīng)  蟾蜍的視覺行為反應(yīng)  螞蟻的偏振光導(dǎo)航返窠  印記行為  大鼠的認知地圖第二章  視覺心理  亮度感覺  視覺殘留與電影、電視  視力與超視銳度  空間頻率與人眼調(diào)制傳遞函數(shù)  恒常性(不變性)  圖形與背景問題  雙眼立體視覺  視覺后效應(yīng)  幾何錯覺  對比錯覺  交變圖與雙眼競爭圖對  圖形的上下  McCulloch朝向——顏色后效應(yīng)  盲視第三章  視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和生理  兩大類視覺系統(tǒng)  復(fù)眼的結(jié)構(gòu)  哺乳動物視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)  兩個亞系統(tǒng)  感受野的性質(zhì)  第三只眼睛第四章  視覺系統(tǒng)的發(fā)育，再生與可塑性  視網(wǎng)膜是腦的一部分  視神經(jīng)再生  可塑性與學(xué)習(xí)的關(guān)鍵期  弱視、斜視和白內(nèi)障摘除  成年患者復(fù)明后的視覺  上下顛倒和左右交換的視覺  黑白顛倒的世界第五章  視覺理論和模型  Gestalt理論  神經(jīng)還原論(老祖母細胞理論)  Marr的視覺計算理論  計算視覺  感受野的Gabor模型  Crick的視覺原理  還原論的復(fù)蘇第六章  人工視覺  感覺代償  視網(wǎng)膜細胞移植  人工視覺第七章  視覺仿生  昆蟲視覺仿生  相控陣?yán)走_——復(fù)眼仿生  復(fù)眼透鏡(復(fù)眼復(fù)印機，復(fù)眼照相機)  復(fù)眼全息  視動反應(yīng)與測速  認知機第八章  視覺與意識  視覺是研究意識問題的突破口  視覺注意  視覺系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的40Hz同步振蕩  視覺覺知的部位和功能  電生理與行為實驗的結(jié)合  無損傷實驗的結(jié)果  創(chuàng)造和中止一種視覺功能  靈魂出竅  果蠅視覺學(xué)習(xí)記憶和抉擇行為第九章  視覺、藝術(shù)及其他  眼睛在人物畫中的作用  側(cè)抑制網(wǎng)絡(luò)是線條畫的神經(jīng)基礎(chǔ)  空間對比的藝術(shù)意義  視知覺與藝術(shù)  視覺藝術(shù)的生物學(xué)基礎(chǔ)  神經(jīng)美學(xué)  視覺與廣告  Escher畫作點評  視覺與其他感覺  視覺與信息論  視覺與認識論  視覺與革命參考文獻圖版

章節(jié)摘錄

　　上面介紹的實驗采用的光刺激是小光點，這種刺激模式在動物的自然生態(tài)環(huán)境中是極少出現(xiàn)的。于是有人就想設(shè)計一些更接近動物的生態(tài)環(huán)境能引發(fā)動物行為反應(yīng)的圖形，作為刺激源來研究動物視覺系統(tǒng)的反應(yīng)。Lettvin、Matarana、McCulloch和Pitts（1959）發(fā)表了一篇題為《青蛙眼睛告訴它的腦是些什么》的文章，是這一思路中的最著名的一篇文章。該文的后兩位作者McCulloch和Pitts是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論發(fā)展過程中第一個模型（MP模型）的提出者。Lettvin等在該文中報道了蛙視頂蓋中存在幾類圖像特征檢察器（1eature detector）?！　〉谝活惙Q為邊界檢察器（botmdary detector），這類感受野直徑為2°～4°，它對感受野內(nèi)出現(xiàn)的任何朝向的有反差的邊界有反應(yīng)，反差越大反應(yīng)越大，對于移動的邊界反應(yīng)增加。對整個感受野處于黑暗中突然給予一個邊界圖案，則在一段延緩時間后，有連續(xù)不斷的反應(yīng)。　　第二類稱為移動黑凸邊檢察器（movement-gated，dark convex botmdarydetecllor）。直徑為3°～5°，它對移動的黑、凸形邊界物體有反應(yīng)，這種反應(yīng)與背景光照無關(guān)，光強從黃昏到中午都不變。它對青蛙生態(tài)中的花草照片沒有反應(yīng)，而對飛蟲樣的移動目標(biāo)產(chǎn)生極大反應(yīng)?！　〉谌愐苿踊蜃兎床顧z察器（moving or changing contrast detector）。直徑為7°～11°。它對陰影以常速移動過感受野有不變的反應(yīng)，刺激物邊線越清晰、移動速度越快、反應(yīng)越大?！　〉谒念愖儼禉z察器，直徑達15°。它對整個感受野范圍內(nèi)的亮度變暗有反應(yīng)，亮度的邊界不起作用。如果一個黑的大目標(biāo)停在RF中央反應(yīng)就增加，其反應(yīng)與照度的減少成比例。　　第五類絕對光強檢察器，它的反應(yīng)與光強水平成正比?！　『髞鞰aturana等（1962）在鴿子的視網(wǎng)膜上發(fā)現(xiàn)六類檢察器：①垂直邊檢察器；②水平邊檢察器；③一般邊檢察器；④方向運動檢察器；⑤凸邊檢察器；⑥照度檢察器?！　≡谕?、兔、貓、鼠等動物的視覺系統(tǒng)中都發(fā)現(xiàn)一類值得重視的感受野，稱為運動方向敏感感受野，它對于刺激物沿一定方向運動十分敏感，一個典型反映圖如圖3-11所示。而且這種反應(yīng)特性與刺激的其他因素?zé)o關(guān)，如光點的亮度、顏色的背景光強度都不影響其反應(yīng)，用小光點探索發(fā)現(xiàn)整個感受野是on-off反應(yīng)。　　這些工作表明，脊椎動物視網(wǎng)膜或頂蓋上的神經(jīng)細胞，對特定的光照模式敏感，只有當(dāng)符合它特性的刺激模式出現(xiàn)時，它有最大反應(yīng)。之所以有這種與生俱有的不同的特性檢察器，可能是視覺系統(tǒng)中興奮和抑制細胞之問復(fù)雜的結(jié)構(gòu)關(guān)系造成的。

編輯推薦

　　本書共分9個章節(jié)，主要對人類的視覺課題作了探討和研究，并用通俗的語言介紹了一些建立在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)上的關(guān)于圖像識別的理論觀點和視覺信息加工的模型。具體內(nèi)容包括視覺與動物的行為、視覺心理、視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和生理、視覺理論和模型、視覺與意識等。該書可供各大專院校作為教材使用，也可供從事相關(guān)工作的人員作為參考用書使用。

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無

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