课题申报书-特征捆绑和不变性知觉的脑认知功能成像.doc

项目名称:
特征捆绑和不变性知觉的脑认知功能成像
首席科学家:
陈霖中国科学院生物物理研究所
起止年限:
2005-12-1
依托部门:
中国科学院
一、研究内容
本申请的研究内容概括成如下的“P3”计划:
“P3”计划
组织一个共同的研究计划(Project):
集中研究当代认知科学的前沿难题—“特征捆绑问题”
建设一个共同的实验环境平台(Platform):
以功能磁共振成像为核心的认知科学实验环境
创立一个新的原则(Principle)(或新的学说):
“大范围首先”(Global-first)学说
正如上述“P3”计划所概括的,本申请的题目“特征捆绑问题和不变性知觉的脑认知功能成像研究”包括三重含义:(1)“特征捆绑问题”是要集中研究的科学问题;(2)“不变性知觉”是解决特征捆绑这个重大难题的“新概念”;(3)“脑功认知能成像”是解决特征捆绑难题的、发展“大范围首先”不变性知觉理论的“新技术”。
“P3”计划的主要具体研究内容如下。
P1. 共同的研究计划(Project):集中研究当代认知科学的前沿难题—“特征捆绑问题”。
我们将从不变性知觉的角度在不同认知层次、不同实验对象、不同实验方法开展高度跨学科、范围广泛的特征捆绑和知觉组织的研究。
(一) 视知觉组织以及相关其它认知层次的不变性知觉的行为实验研究和脑认知功能成像。
(二)中文阅读障碍的视觉和选择性注意失调的脑功能成像研究。
(三)灵长类动物(猴)的不变性知觉的电生理和组织解剖学研究。
(四)利用高密度电极阵列的特征捆绑和不变性知觉的神经机制研究。
(五)视觉不变性的脑结构基础与相关基因的研究。
P2. 共同的实验环境平台(Platform):建设一个以3T功能磁共振成象为核心的认知科学实验环
境。
为了实现创立一个新的原则的科学目标,特别是要使这个“整体首先”的知觉理论具有生物学的约束,我们必须建设一个以3T功能磁共振成象为核心的认知科学实验环境平台。本项目中将集中在两个方面:
(1)功能磁共振成像方法和其它各种成像方法,包括脑磁图、脑电图、穿头颅磁场刺激、光成像和“高密度电极阵列”,的结合;
(2)建设一个脑功能成像的实验数据共享及后处理软件平台和以“特征捆绑问题”为专题的人脑认知功能图谱专业知识库。
P3. 创立一个新的原则(Principle):“大范围首先”学说
通过“P1”和“P2”计划,创立“大范围首先”学说,其内涵是: 从“视觉过程是从哪里开始的”这个最基本的问题来分析,特别是从初期整体知觉的观点来看,特征捆绑问题是一个错误的、头足倒立的问题,强调初期整体知觉的“知觉组织”的研究将把这个颠倒的问题再颠倒回来;针对特征捆绑问题,从不变性知觉的角度对知觉组织特别是初期整体知觉以科学的描述,包括“大范围和局部”关系的科学系统的定义、大范围不变性知觉“首先”的生物学证据的约束。
二、预期目标
总体目标
解决特征捆绑问题这个知觉领域的七大难题之一,创立和发展在认知科学基础理论问题上作出原创性重大贡献的“大范围首先的”不变性知觉的系统理论。
五年预期目标
“10+1”目标:
10篇以上国际顶尖级杂志论文
和
1本专著
五年内,在发表一批(10篇以上)国际顶尖级杂志论文的同时,特别强调把发表1本专著作为创立“整体首先”新原则理论的标志性目标。这本专著题目暂定为“Feature Binding and anization: A Global-first Approach”。
完成这个五年目标还包括建设一个以3T功能磁共振成象为核心的认知科学实验环境。五年内完成(1)功能磁共振成像方法和其它各种成像方法(包括脑磁图、脑电图、穿头颅磁场刺激、光成像)的结合;(2)建设一个脑功能成像的实验数据共享及后处理软件平台和以“特征捆绑问题”为专题的人脑认知功能图谱专业知识库。
通过本项目锻炼形成一支瞄准世界认知科学前沿、大跨度交叉学科的、有能力做出世界一流创新成果的优秀人才攻坚团队。
通过本项目推动计算机科学和人工智能领域的特征捆绑问题的研究,包括并行分布的知识表达、基于不变性计算的计算机视觉模型。通过本项目推动对大脑的心理和生理疾病(特别是视觉系统损伤、老年病的视觉系统表现、阅读障碍症)机制的研究。
三、研究方案
1、实现项目五年预期目标的总体研究思路和项目研究的技术路线及可行性。
特征捆绑问题—一个头足倒立的问题
为什么特征捆绑这样一个看来直接了当的问题如此困难?这样的看似简单却实质困难的难题提醒我们,这样的困难可能不是技术性的困难,我们应当追溯到引起特征捆绑问题的初期特征分析的最初假设,在初期特征分析的根本思路上有突破。
我们认为,从“视觉过程是从哪里开始的”这个最基本