Copyright (c) 2004-2020 text & photos: Jarmo T. Alander all rights reserved
lipas.uwasa.fi/~TAU/AUTO3050:
AUTO3050 FYSIOLOGINEN PSYKOLOGIA /PHYSIOLOGICAL PSYCHOLOGY
5 op / 5 cu
Vastuuopettaja / Course contact teacher: Jarmo Alander
Assistentti / Course assistant: N.N.Järjestetäänkö/Running: book_exam
Urban AUTO myth:
"Se olisi hyvä että olisi nettiopettaja koska jos ei halua tehdä koko ajan tehtäviä niin voi pistää sen netin kiinni."
Otto, 2D, aiheesta "netti opettajana", Kevätpörriäinen 2008.
(HeSa 18.4.2008)
Noteboard
Tämän kurssin voi suorittaa kirjatentillä ja harjoitustyöllä.
Jos tenttilistassa ei ole aikaa, käytä AUTOtenttilomaketta ilmoittaaksesi tenttihalukkuudestasi kurssin vastuuhenkilölle, joka hoitaa tenttiaikojen varauksen.
This course can be done by a book exam and a laboratory work. If there does not seem to be any exams in the timetable, please use the AUTOtenttilomake form to apply for one.
Lukujärjestys / timetable
Ei luentoja: tule sopimaan suorituksesta tentillä ja harjoitustyöllä.
No lectures: please come and reserve exam and labwork topic. LINKKI AUTOallakkaan
link↗
Lyhyesti / briefly
Oletko kiinnostunut kovan tekniikan kurssien lisäksi tutustumaan myös ihmiseen tekniikan käyttäjänä?
Nyt siihen on mahdollisuus itseopiskeluperiaatteella kurssilla AUTO3050 Fysiologinen psykologia, jolla tutustutaan ihmisen aivojen ja hermoston rakenteisiin ja toimintoihin erityisesti aistien toiminnan näkökulmasta.
Kurssia suositellaan kaikille yleissivistävänä ja erityisesti niille, jotka ovat kiinnostuneet työskentelemään ihminen-kone käyttöliittymien, tietotekniikan, tietojärjestelmien, mittaustekniikan, fysiikan, signaalinkäsittelyn, pedagogiikan tms parissa. Kurssi sopii erityisen hyvin täydentämään kuvan- ja äänenkäsittelyn opintoja sekä oheismateriaaliksi hermoverkko- ja tekoälykursseille. Myös säädön, robotiikan ja mekatroniikan opintojen täydentäjäksi kurssi sopii hyvin samoin Soft computing (hermoverkot).
Are you interested in human-machine interface?
Now you can teach yourself how the human (animal) brains and neural networks are constructed and functioning. The course is recommended for everyone and especially for those who are interested in man-machine interfaces, computing, cumputers, measurements, physics, signal processing, control, mechatronics, neural networks (soft computing), pedagogics etc. The course is especially useful as providing background information for the study of artificial neural networks and artificial intelligence.
Osaamistavoitteet / Learning outcome
Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa: - selittää ihmisen aistien toiminnan
- suunnitella, toteuttaa, testata ja raportoida yksinkertaisen aistifysiologien kokeen.
Sisältö/ Contents
Kurssin kattaa Kalat'n kirjan luvut 1-10, 12-14 (vuoden 2003 painos).
The chapters 1-10, 12-14 (2003 edition) covers the course.
Kirjan kappaleiden sisältö / Contents of the chapters of the text book
(suluissa linkkejä muihin kursseihin /in parenthesis links to related courses)
1. The major issues / Yleistä (philosophy, genetics->GA)
2. Nerve cells and nerve impulses / Hermosolujen rakenne ja toiminta (-> ANN)
3. Communication at synapses / Hermosolujen välinen kommunikaatio (-> ANN)
4. Anatomy of the nervous system / Aivojen ja hermoston rakenne
5. Development and plasticity of the brain / Aivojen kehitys ja mukautuvuus
6. Vision / Näköaisti (-> kuvan käsittely / image processing)
7. Other sensory systems and attention / Muut aistit ja tarkkaavaisuus (-> sound processing)
8. Movement / Liikkuminen (lihakset) (-> mechatronics, robotics)
9. Wakefulness and sleep / Hereilläolo ja uni (ergonomics)
10. Internal regulation / Säätely (lämpö, vesi, suola, yms) (-> säätö / control)
12. Emotional behaviors / Tunteet ja käyttäytyminen
13. The biology of learning and memory / Oppiminen ja muisti (-> machine learning, ANN)
14. Lateralisation and Language / Kieli, rytmi ja kätisyys (music, speech -> automata, formal languages)
Yhteensä / in total 420 sivua / pages.
Esitiedot / Preliminary courses
None.
Luennot (kalvot) / Lectures (slides)
Link to 1st slide (the key slide)
link↗
Tentti / Examination
Tentissä on viisi (5) kysymystä (sekä suomeksi että englanniksi), joista saa kustakin max 10 pistettä.
Alla muutamia esimerkkikysymyksiä, joita tentissä voisi esiintyä:
Selitä lyhyesti mitä tarkoittaa termi aktiopotentiaali ja miten se syntyy hermosolussa. Mikä on aktiopotentiaalin merkitys hermoston toiminnalle? Selitä lyhyesti termi synapsi, sen rakenne ja toiminta. Mitä ovat välittäjäaineet ja mitkä ovat niiden tehtävät? Selitä lyhyesti magnetoenkefalografia (MEG). Mitä hyötyä siitä on? Selitä lyhyesti näköaistin piirteiden käsittely. Selitä lyhyesti näköaistimusten vaikutus näköaistin kehitykseen. Selitä lyhyesti miten etäisyyksiä havaitaan näköaistissa. Selitä lyhyesti miten äänen taajuus aistitaan? Selitä lyhyesti makureseptorit. Miten hermosolut ja lihassolut kytkeytyvät? Mikä on pikkuaivojen tehtävä lihasten ohjauksessa? Oletko usein luennoilla REM-unessa; perustele vastauksesi REM-unen ominaisuuksilla. Mikä on aivojen rooli lämmön säätelyssä? Miten stressi vaikuttaa immuunijärjestelmään? Selitä lyhyesti muistityypit ja niiden merkitys. Selitä lyhyesti kielen suhde aivoihin.
There are five (5) questions (both in Finnish and English) in the examination; each question max 10 points.
Please find below examples of possible questions:
Explain shortly what is action potential and how it is created in neurons. What is the role of action potential in neural activities. Explain shortly the term synapse, its structure and function. What are neurotransmitters and what are their functions? Explain shortly magnetoencephalography (MEG). What benefits does MEG have? Explain shortly the feature processing in vision. Explain how early visual stimulation affects vision. Explain how distances are perceived by vision. Explain shortly how the frequency of sound is percepted? Explain shortly what are the taste receptors. How do the neural and muscle cells interact? What is the role of the cerebellum in motor control? Do you fall often REM sleep during lectures; explain by clarifying what REM sleep is. What is the role of brain in thermal regulation? What is the effect of stress on the immune system? Explain shortly the types of memory and their functions. Explain shortly the relation between the brain and language.
Esimerkkejä vanhoista tenttitehtävistä / Examples of old exams
Exam 1
Exam 2
Exam 3
Oppikirjat / Text books
Oppikirja / text book
James W. Kalat, "Biological Psychology", Wadsworth Thomson Learning, Belmont, CA, 2003.
Tähän kirjaan tutustumista helpottanee tutustua ensin esimerkiksi tekniikan opiskelijoille tarkoitettuun kurssimateriaaliin (TKK) aivojen toiminnasta ja rakenteesta
For Finnish readers there exist a nice supporting material on web (HUT):
Risto Ilmoniemi, Aivojen rakenne ja toiminta
tai mainioon kongnition oppikirjaan:
H. Hämäläinen, M. Laine, O. Aaltonen, A. Revonsuo (edit.), Mieli ja Aivot, Kognitiivisen neurotieteen oppikirja [Mind and Brain, Textbook of cognitive neuroscience], Kognitiivisen neurotieteen tutkimuskeskus, Turun yliopisto, 2006. (Tritoniassa 1 kpl)
Oheislukemistoa / Other references
Alla muutamia suositeltavia lähteitä oheislukemistoksi ja motivoinniksi:
Here some suggested references that may help and/or motivate to read the above text book:
- Silmien seuranta: Andrew T. Duchowski, Eye Tracking Methodology, Springer, 2007. v:ATDuchowski07a Tritoniassa 1kpl.
- Aivokuvantamista ja perustarpeita (mm. jano): D. Denton, The Primordial Emotions: The dawning of consciousness, Oxford University Press, 2005. 267 sivua.
- Käsikirja aivojen rakenteesta ja toiminnasta: John Nolte, The Human Brain, An Introduction to Its Functional Anatomy>/a>, Mosby, 2002. Tritoniassa 1 kpl.
- HS Teema 1/2008: Aivot
- Neurofilosofia /Neurophilosophy: Patricia Smith Churchland, "Neurofilosofia", Terra Cognita, 2004.
- Secrets of the Senses, Scientific American (special edition), Vol. 16, No. 3, 2006.
Lisäopintoihin/oheismateriaaliksi: - Neurofysiologia: J. Partanen, B. Falck, J. Hasan, V. Jäntti, T. Salmi & U. Tolonen, Kliininen neurofysiologia [{Clinical} neurophysiology], Duodecim, Helsinki, 2006. (1 kpl Tritonia)
- Värit: H. Arnkill, Värit havaintojen maailmassa [Colours in the World of Perceptions], Taideteollinen korkeakoulu, Julkaisuja B 85, 2007.
Laskuharjoitukset / Exercises
Varsinaisia laskuharjoituksia ei ole, mutta laskuharjoituslisäpisteitä saa tekemällä hermoverkkosimulaattorin.
There are no exercises but you can get extra points implementing a neural network simulator.
Harjoitustyö / Lab work
Yleisesti harjoitustöiden tehtävänä on mm.
- antaa opiskelijoille mahdollisuus soveltaa teoriaa käytäntöön ja
siten syventää oppimista
- harjoituttaa itsenäisempään työskentelyyn kuin tenttiin lukeminen on
- antaa mahdollisuuden omien ideoiden toteuttamiseen
eli kaikkiaan valmentamaan suunnittelun ja tuotekehityksen tehtäviin.
Käytännössä AUTOmaation harjoitustyöt tehdään ns. problem based learning (PBL)
-menetelmällä eli niissä opitaan käytännön tehtäviä ratkomalla luentoja
syvällisemmin perustaitoja.
Oulun yliopisto: PBL
/
In general the purpose of laboratory work includes, but is not limited to
- give the student the opportunity to apply theory and thus deepen learning
- give the student more freedom than the exam
- give the student the opportunity to develop his/her own ideas
i.e. to prepare the student for product design and development work.
In practise the labworks of AUTOmation are done by the famous problem based learning (PBL)
approach, which gives the student an excellent opportunity to learn basic skills by doing.
Wikipedia: PBL
Harjoitustyöaiheita / Lab work topics
Seuraavassa joitakin aiheita.
Tietokoneella tehtäviä harjoitustöitä.
Here some laboratory work topics with computer.
- (9.11.2010): KorvaLED: LEDvalon vaikutus korvan kautta nautittuna kaamosmasennukseen.
- (9.11.2010): KirurgiPeli: 3D hahmotuksen testaus kirurgin tms. työtehtäviä "pelaamalla"
- (9.11.2010): TinnitusDSP: Tinnitustaajuuden poistamisen (DSP:llä) vaikutus tinnitukseen.
- (12.11.2008): Luki-testi: esim epäsanojen toiston mittaaminen eli miten hyvin pystyy toistamaan annettuja kirjainyhdistelmiä, jotka ovat näkyvissä lyhyen ajan.
- (27.10.2008): "Pikaälykkyystesti" eli määrien arviointi: Testataan koehenkilöiden kykyä arvioida lyhyen aikaa (n. 200ms) näkyvien eriväristen ympyröiden määrää. Arviointikyvyn sanotaan korreloivan matemaattisen lahjakkuuden kanssa. L. Feigenson et al Johns Hopkins University. Myös Tekniikka&Talous -lehti 24.10.2008 s. 29, V. Jussila.
- (17.3.2008): (Sähkö)Aivokartta: web tms tekniikalla toteutettu interaktiivinen aivokartta, jossa hiirellä aivokohtaa tökkäämällä saadaan tietoa ko. aivokohdan toiminnasta.
- (11.3.2008): Säätötehtävä: kuvassa on alueita, joille on annettava sama sävy/kirkkaus tms visuaalinen ominaisuus. Eri osissa (tausta)kuvaa samaan tulokseen päädytään hieman eri arvoilla.
- (11.3.2008): Weberin-Fechnerin -lain testaus.
- (1.11.2007): värilämmön testaaminen: tuota tietokoneella koehenkilöiden testattavaksi värejä. Koehenkilö arvioi värin lämpivyyden. Mitä voit päätellä värin lämmön aistimuksesta?
- (1.4.2006: Haidinger's Brush) Ihminen aistii suotuisissa oloissa myös valon polarisaation. Työssä tutkitaan ilmiön voimakkuutta muutamalla koehenkilöllä. (Vinkki: katso lumista kenttää polarisaattorin läpi: keskellä näkökenttää pitäisi näkyä kelta/violetti risti, joka näkyy parhaiten, jos polarisaattoria kiertää, jolloin kuvio myös kiertää eli käytetään hyväksi silmän herkkyyttä liikkelle).
- Värikontrasti / Color contrast
- Suora viiva hiirikäsi peitettynä / Drawing lines with hidden mouse hand
- Harmaasävynäköharha / Grey tone illusion
- Värisokeus / Color blindness
- Hermoverkkosimulaattori / Neural network simulator
- Reaktionopeus VK Reaction speed
- Työmuisti: oppikirjan esimerkki: peräkkäisten sanojen muistaminen
work memory: example from the text book: recall of sequential words
(yllättävän vaikea lyhytaikaisen muistin testi/ surprisingly difficult task for shortterm memory) (For Finnish students: see e.g. Erkinjuntti et al, Muistihäriöt, Duodecim, 2006. - Tactile pattern recognition: test of different tactile pattern with respect to their recognition difficulty. (refs. J. A. Gardner: "Tactile Graphics", University of York, G. Weber: "Tactile medical imaging...", Y. Eriksson: "How to make tactile pictures...", Università di Pavia, Haptics Community Web Site).
How about converting Mellberg's images (copper prints etc) into corresponding tactile ones with certain textures? - etc
Biologisempia töitä
Histology/anatomy: - Naudan/sian silmän mikroskooppinen rakenne / Cow/pig eye microscopic structure
Voit myös ehdottaa omaa työtä
You can also suggest your own lab work topic.
Lähialueiden kursseja / related courses
Seuraavassa listaa kursseista, jotka ovat jotenkin "sukua" tälle kurssille.
/
Next a list of courses that are somehow linked to the topic of this course.
AUTOkurssit / AUTO courses:
Muiden oppiaineiden suositeltavia kursseja:
Recommended courses from other subjects:
Mitä hel... / What FAQ?
Aktiviteetteja / activities
Signal and image processing, optics, medical imaging:
- MEERI funded by Tekes (machine vision in materials research and rapid prototyping):
Review.pdf
- Medical applications (MedVaasa):
Memo 6th October 2006,
TTI.pdf
- Near infrared spectroscopy applications: NIR spectroscopy funded by UniZon
- NIR2007 Conference Umeå-Vaasa 17-21 June 2007.
- Machine vision in fine mechanics/electronics assembly and quality control
- Signal processing hardware development (VHDL, FPGA, delta-sigma)
- optics and illumination:
- LEDs: LEDall (AUTO3150,AUTO3160,AUTO3170)
- MakeUpMeter: a simple demonstration tool for color measurement applications and electronics.
Links
Some interesting references:
Brain:
Neurons: Vision: Stereopsis: - Matlab: Color toolbox
- Vision Sciences Society
- Alan Litke, UCSC, Large Scale Imaging of the Retina, talk at SNIC06.
- psychtoolbox for Matlab,
- Color vision test b y City University London
- J. D. Mollon, J. Pokorny & K. Knoblauch edit, Normal and Defective Colour Vision, Oxford University Press, 2003. (one piece in Tritonia)
- Color psychology and art: Color harmony,
- D. Corney & R.B. Lotto: What are lightness illusions and why do we see them? PLoS Computational Biology, Sept. 2007.
EEG: Memory: - J. Lee, B. S. Folley, J. Gore and S. Park, Origins of spatial working memory deficits in schizophrenia: An event-related fMRI and near-infrared spectroscopy study, PLoS ONE, 3(3) 2008.
- M. Hietanen, T. Erkinjuntti & M. Huovinen, Tunne muistisi. Käytä, kehitä, kohenna, WSOY, 2005 tai
- T. Erkinjuntti, K. Alhainen, J. Rinne & M. Huovinen: Muistihäiriöt, Kustannus Oy Duodecim, Jyväskylä, 2006.
- Erika Kress-Rogers: "Handbook of Biosensors and Electronic Noses: Medicine, Food, and the Environment", C.H.I.P.S.
Intelligence: Cognition: Motion: - R. Hari, Ihmisaivojen peilautumisjärjestelmät, Duodecim, 123(13)1565-1573, June 2007.
Artificial intelligence / computer simulations / games etc: Some links to useful web sites: Genetic algorithms and brain
From Vaasa GA bibliography: - ga07aPLegrand: P. Legrand, C. Bourgeois-Republique, V. Pean, E. Harboun-Cohen, J. Levy-Vehel, B. Frachet, E. Lutton and P. Collet, Interactive evolution for cochlear implants fitting, Genetic Programming and Evolvable Machines, 8(4) 319-354, 2007.
How to train brain implant by GAs. - ga07bSLSmith: S. L. Smith, P. Gaughan, D. M. Halliday, Q. Ju, N. M. Aly and J. R. Playfer, Diagnosis of Parkinson's disease using evolutionary algorithms, Genetic Programming and Evolvable Machines, 8(4) 433-447, 2007.
Diagnosis by analysing figure copying task by GA. - ga07aSGotshall: S. Gotshall, K. Browder, J. Sampson, T. Soule and R. Wells, Stochastic optimization of a biologically plausible spino-neuromuscular system model, A comparison with human subjects, Genetic Programming and Evolvable Machines, 8(4) 355-380, 2007.
Building neuro-muscular control model by GAs.
Tulevaisuus / Future
We will have activities related to sensing, sensors, and user interfaces.
Kiitokset / acknowledgements
Olli Kanniainen for scanning Mellberg.