Energetics and Human Information Processing (NATO Science Series D pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Hockey, G. M.; Gaillard, Anthony W. K.; Coles, Michael G. H.

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:1986-01-01

价格:USD 329.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789024733811

丛书系列:

图书标签:

• Energetics
• Human Information Processing
• Cognitive Science
• Neuroscience
• Biophysics
• Systems Theory
• Cybernetics
• Information Theory
• NATO Science Series
• Interdisciplinary Research

现代认知科学前沿：心智的能量流与信息编码 导言：探索人类认知系统的内在驱动力与信息处理机制 本书汇集了来自认知心理学、神经科学、计算机科学以及复杂系统理论领域的顶尖研究成果，旨在深入剖析人类心智如何调动、分配和利用“能量”（无论是生物学上的代谢能量还是抽象的计算资源）来进行信息获取、存储、推理和决策制定。我们不再将认知过程视为一个纯粹的、脱离物理基础的抽象运算，而是将其置于一个动态的、受制于资源约束的物理系统中进行考察。 本书的结构旨在引导读者从宏观的认知需求过渡到微观的神经基础，最终构建一个整合的理论框架，用以理解高效认知行为的底层机制。 --- 第一部分：认知的能耗蓝图——资源约束下的心智运作 第一章：认知负荷的量化与代谢基础 本章首先确立了认知活动与生物能耗之间的直接关联。我们探讨了功能性磁共振成像（fMRI）和正电子发射断层扫描（PET）数据如何揭示在执行特定认知任务（如工作记忆负荷、决策冲突）时，特定脑区（如前额叶皮层、顶叶网络）的葡萄糖代谢率和氧气消耗的显著增加。我们详细审视了能量预算模型（Energy Budgeting Models），这些模型试图预测在不同任务难度下，大脑如何进行资源分配的权衡。 神经元集群的耗散特性： 深入分析了动作电位发放和突触传递的离子泵活动对细胞能量需求的贡献。探讨了谷氨酸能神经元与GABA能抑制性神经元在能量消耗上的差异性，以及这种差异如何影响信息处理的效率和信噪比。 代谢物动态平衡： 研究了乳酸、腺苷三磷酸（ATP）及其水解产物在认知疲劳和注意力维持过程中的动态变化，建立了血氧水平依赖（BOLD）信号与实际神经元活动能量消耗之间的修正模型。 第二章：计算复杂性与认知效率的权衡 认知任务的内在复杂性直接决定了所需的计算资源。本章聚焦于如何从信息论和计算复杂度的角度量化认知“工作量”。我们引入了最小描述长度（MDL）原理在认知建模中的应用，探讨心智如何倾向于选择信息量最少、结构最简洁的解释框架。 启发式方法与快速判断的能耗优势： 分析了“系统1”思维（快思考）的节能特性。通过比较启发式规则（Heuristics）与算法式推理（Algorithmic Reasoning）在执行速度、准确性和代谢投入上的差异，论证了进化压力如何偏好那些能以较低能耗实现“足够好”解决方案的认知策略。 动态资源调控： 探讨了前额叶皮层如何作为“中央处理器”来监控和调配认知资源。我们考察了警觉性（Arousal）状态（如咖啡因、睡眠剥夺）如何改变资源分配的优先级，从而影响信息的过滤和加工深度。 --- 第二部分：信息编码、表征与系统间的耦合 第三章：信息表征的压缩与冗余编码 人类的信息处理系统必须在表征的丰富性和存储的经济性之间找到平衡。本章专注于研究信息在神经系统中是如何被编码以最大化效率并最小化冗余的。 稀疏编码（Sparse Coding）原理在视觉和听觉皮层中的体现： 详细介绍了稀疏表示如何通过激活少数神经元来表征复杂的输入模式，从而显著降低了持续维护和更新网络状态所需的能量。我们对比了密集编码和稀疏编码在抗噪声能力和信息容量上的差异。 语义网络的拓扑结构： 分析了概念和词汇在语义网络中的分布特性。研究表明，高频使用的概念节点通常具有更高的连接度（Hubs），但其激活所需的能量成本可能通过机制上的优势得到补偿。探讨了如何通过图论方法来识别信息流中的关键瓶颈和高效率路径。 第四章：工作记忆的动态维护与缓冲机制 工作记忆（WM）被认为是认知资源消耗的“热点”。本章重点讨论了信息如何在短期内被主动维持，以及这种维持过程的能量代价。 持续激活与振荡同步： 考察了维持信息所需的神经振荡模式，特别是与Theta和Gamma波段相关的同步活动。分析了这些振荡如何通过维持神经元群体的周期性兴奋状态来抵消离子泄漏导致的去激活，以及维持这种高频同步状态所需的持续能量输入。 自上而下的注意力调制： 阐述了注意力如何通过调节突触可塑性权重和抑制性反馈回路，来选择性地“标记”需要保持在工作记忆中的信息，从而避免对无关信息进行不必要的能量投资。 --- 第三部分：决策、学习与系统优化 第五章：基于预测误差的适应性学习机制 学习是认知系统优化其资源配置和提高未来效率的关键过程。本章从贝叶斯统计和强化学习（RL）的角度，审视了大脑如何通过最小化预测误差来迭代改进其内部模型。 自由能原理（Free Energy Principle, FEP）的计算视角： 深入讨论了FEP框架如何统一感知、行动和学习，核心在于最小化系统与环境交互中的惊奇（Surprise）或变分自由能。我们探讨了学习速率和探索-利用权衡如何影响长期能量效率。 多巴胺系统在奖励预测中的能效优化： 分析了基底神经节中多巴胺能信号如何编码预测误差，并据此更新行动策略。这种基于“奖励价值”的评估机制，避免了对低价值或不可预测情境的持续、高能耗的精细分析。 第六章：跨模态整合与分布式处理网络的能效 人类认知很少是单一模态的。本章研究了来自不同感觉通道的信息如何在认知系统中进行有效整合，以及这种整合如何优化整体的能效。 跨模态信息融合的阈值与耦合强度： 探讨了视觉、听觉和触觉信息在顶叶和颞叶区域的汇集过程。我们分析了在低信噪比环境下，多通道输入如何通过冗余增益（Redundancy Gain）机制，以低于单一通道的总和的能量投入，实现更鲁棒的感知结果。 默认模式网络（DMN）与任务阳性网络的能耗交互： 考察了在静息状态（DMN主导）和执行认知任务（任务阳性网络，TPN主导）之间的快速切换机制。分析了这两种网络状态在能量消耗上的对比，以及高效个体如何实现平稳、低成本的切换。 --- 结论：面向未来认知工程的启示 本书的最终目标是为理解人类心智提供一个更加贴近物理现实的视角。认知系统的“智能”不仅在于其能解决复杂问题，更在于它能在资源约束下，以最高的效率和最低的能耗达成目标。未来的认知工程和人工智能研究必须深入借鉴这些生物学上的能量优化策略，以开发出更具可持续性、更接近人类水平的计算架构。 本书为研究人员提供了跨学科的工具箱，用以量化、建模和预测人类在信息处理过程中所做的关键性能量权衡。

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这本《Energetics and Human Information Processing》的标题本身就充满了引人遐想的空间。作为一名对科学前沿和人类认知奥秘充满好奇的读者，我一直在寻找能够连接物理世界与内在心智的桥梁。当我看到这个书名时，脑海中立刻浮现出无数的可能性：这本书是否会探讨我们身体的能量消耗如何影响我们的思考速度和决策过程？抑或是，它将如何阐述信息处理过程中所需要的生物化学能量，以及这些能量的获取和利用机制？我特别期待书中能够深入剖析那些我们司空见惯却又深不可测的现象，比如为什么我们在疲惫时会变得迟钝，为何某些环境会让我们精力充沛，而另一些则让我们感到精疲力竭。我相信，理解了能量在信息处理中的作用，我们或许能更好地优化学习效率，提升工作表现，甚至找到应对压力和疲劳的全新策略。书名中“NATO Science Series D”的后缀，也暗示了其严谨的学术背景和潜在的国际合作研究成果，这让我对内容的深度和可靠性充满了信心。我迫不及待地想知道，书中是否会提供具体的实验数据，或者创新的理论模型，来解释这些能量与认知之间的复杂互动。

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作为一个对人类行为和生理机制着迷的读者，《Energetics and Human Information Processing》这个书名无疑是一种极具吸引力的呼唤。它让我联想到，人类复杂的思考过程，是否与我们身体内在的能量流动有着千丝万缕的联系？这本书能否为我解答，为什么我们会在长时间的脑力劳动后感到疲惫不堪，甚至出现“思维枯竭”的现象？我期待书中能够深入探讨，能量的供给和消耗，在信息处理的各个阶段扮演着怎样的角色。例如，在接收和编码信息时，大脑是否需要更高的能量输入？在存储和提取信息时，又会消耗多少能量？更进一步，这本书是否会提供一些实用的见解，帮助我们理解如何通过优化能量摄入和利用，来提升学习效率，改善记忆表现，甚至在面对高压工作时，更好地维持认知功能的稳定？“NATO Science Series D”的标签，更增添了我对本书内容严谨性和前瞻性的信心。我渴望从书中获得一套科学的理论体系，能够让我更深刻地理解，构成我们思维活动背后，那股无形却至关重要的能量之流。

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一直以来，我都被“信息处理”这个概念深深吸引，尤其是在将其与“能量学”这一更具物理基础的领域结合时。这本书的标题《Energetics and Human Information Processing》让我产生了强烈的共鸣，仿佛它触及了我长久以来试图理解的某个关键节点。想象一下，我们的每一个认知活动，从简单的感知到复杂的推理，是否都伴随着某种形式的能量转化？这是否意味着，我们可以通过监测和调节身体的能量状态，来影响甚至优化我们的思维能力？我好奇书中是否会深入探讨神经递质的释放、细胞代谢的速率、乃至更宏观的生理指标，是如何与信息处理的效率和质量挂钩的。例如，是否会有研究揭示，当身体处于能量充沛状态时，大脑的某些区域会表现出更活跃的代谢模式，从而支持更快的信号传递和更有效的连接？反之，当能量不足时，这些区域又会如何做出“节能”的反应？这种跨学科的视角，将能量的物理属性引入到对人类心智的探索中，无疑是一种令人兴奋的尝试。我期待书中能够提供一些具体的理论框架，帮助我理解这种能量与认知之间的微妙联系，甚至可能为我们开辟一些提升认知潜能的新途径。

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这本书的题目，直击了我对认知科学和生物能量学交叉领域的浓厚兴趣。我总觉得，我们对人类信息处理的理解，似乎总是在某个层面上停滞不前，缺乏更深层次的生物学基础解释。《Energetics and Human Information Processing》这个名字，就好比在我脑海中点亮了一盏灯，预示着它可能填补了这一领域的空白。我设想，书中或许会详细阐述，构成我们认知系统的基本单元，例如神经元，它们在信息传递的过程中，是如何消耗和生成能量的？是否会涉及到线粒体的作用，它们作为细胞的“能量工厂”，是如何直接影响我们的思考速度和记忆力的？我特别希望书中能有一部分内容，专门探讨环境因素，比如温度、光照、甚至空气质量，是如何通过影响人体的能量平衡，进而间接影响我们的信息处理能力的。这对于理解为何我们在某些环境下感觉更“灵光”，而在另一些环境下则“脑子发胀”，提供了科学的解释。此外，“NATO Science Series D”这个前缀，让我对这本书的研究深度和前沿性充满了期待，相信它一定能带给我耳目一新的认知体验，拓展我对人类认知本质的理解边界。

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《Energetics and Human Information Processing》这个书名，就像一本神秘的地图，指引着我去探索人类认知与生物能量学之间那片未知的领域。作为一名对科学突破充满热情的普通读者，我一直认为，要真正理解人类的思维，就不能仅仅停留在抽象的心理学层面，而必须深入到其生物学基础。这本书似乎恰好扮演了这样一个角色，它将“能量学”这一更具物理、化学属性的学科，与“人类信息处理”这一我们每天都在进行的认知活动相结合。我非常好奇，书中是否会详细阐述，驱动我们思维活动的能量究竟来自于哪里？是糖分、脂肪，还是其他更微观的生物化学过程？同时，这些能量的产生和分配，又是如何影响着我们接收、分析、存储和检索信息的效率和质量？我尤其期待书中能够提供一些科学的证据，来支持“能量守恒”或“能量转化”在认知过程中的具体体现。例如，是否在某些高强度的思维任务中，身体会优先调动能量供给大脑，而牺牲其他生理功能？“NATO Science Series D”的印记，更是让我对这本书的学术价值和科学严谨性倍感期待，相信它将为我打开一扇全新的认知大门，让我对人类的潜能有更深刻的理解。

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