BMETESZMsXAIT2-00

Nyomtatóbarát változatNyomtatóbarát változat
Tantárgy azonosító adatok
A tárgy címe: 
Komputációs idegtudomány
A tárgy angol címe: 
Computational Neuroscience
A tárgy rövid címe: 
KomputációsIdegtudomány
2
2
0
f
Kredit: 
4
A tantárgy felelős tanszéke: 
Sztochasztika Tanszék
A tantárgy felelős oktatója: 
Dr. Molontay Roland
A tantárgy felelős oktatójának beosztása: 
egyetemi docens
Akkreditációs adatok
Akkreditációra benyújtás időpontja: 
2026. 04. 13.
Akkreditációs bizottság döntési időpontja: 
2026.05.11.
Tematika
A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít: 
basics of linear algebra, multivaraite calculus, probability theory, Python programming
A tantárgy szerepe a képzés céljának megvalósításában: 
Aquincum Institute of Technology (AIT) válaszható tárgya a BME-vel való együttműködés keretében
A tantárgy részletes tematikája magyarul és angolul: 

1–3. Introduction

Algorithms for understanding brain function. Overview of biological structures and measurement techniques involved in the study of learning. Introduction to Bayesian probability theory.

4–7. Block 1: Bayesian Inference

Perception as an inference problem. Generative models and inference algorithms. Inference in the visual system. Representing uncertainty in the brain.

8–11. Block 2: Decision Making

Actions, loss functions, and value functions. Sequential value estimation. Representing uncertainty during decision making. Evidence integration. The drift-diffusion model of evidence integration. Neural representation of decision variables.

12–15. Block 3: Navigation

Sequential decision-making problems: POMDPs. Different forms of uncertainty: model, state, and value uncertainty. Route planning and graph search problems. Elements of navigation algorithms in the brain: place cells, cognitive maps, grid cells, and path integration. Offline and online computations during navigation.

16–19. Block 4: Reinforcement Learning (RL)

Algorithms for solving sequential decision-making problems. Value-based learning and the use of reward prediction errors to model neural activity.

20–23. Block 5: Model-Based Reinforcement Learning

Building world models for sequential decision making. Behavioral markers of model-based and model-free learning. Replay of episodic memories and model-based replay. Using replay algorithms to predict neural data.

24–27. Block 6: Representation Learning

The problem of determining what information to retain and what to discard. Limitations of Bayesian inference and reinforcement learning approaches, and how to go beyond them. Predicting and measuring behavior and neural activity using representation learning algorithms.

28. Student Presentations

Current frontiers in computational neuroscience.

 

1–3. Bevezetés

Algoritmusok az agyműködés megértésére. A tanulás vizsgálatában szerepet játszó biológiai struktúrák és mérési technikák áttekintése. A bayesi valószínűségelmélet alapjai.

4–7. 1. blokk: Bayesi következtetés

Az észlelés mint következtetési probléma. Generatív modellek és következtetési algoritmusok. Következtetés a látórendszerben. A bizonytalanság reprezentációja az agyban.

8–11. 2. blokk: Döntéshozatal

Cselekvések, veszteségfüggvény és értékfüggvény. Szekvenciális értékbecslés. A bizonytalanság reprezentációja döntéshozatal közben. Evidencia integráció. Az evidencia integráció drift-diffúziós modellje. A döntési változók neurális reprezentációja.

12–15. 3. blokk: Navigáció

Szekvenciális döntési problémák: POMDP. A bizonytalanság különböző formái: modell-, állapot- és értékbizonytalanság. Útvonaltervezés és gráfkeresési problémák. A navigáció neurális algoritmusainak elemei: helysejtek, kognitív térkép, rácssejtek, pályaintegráció. Offline és online számítások navigáció során.

16–19. 4. blokk: Megerősítéses tanulás (RL)

Algoritmusok szekvenciális döntési problémák megoldására. Értékalapú tanulás és a jutalomelőrejelzési hiba felhasználása a neurális aktivitás modellezésére.

20–23. 5. blokk: Modellalapú megerősítéses tanulás

Világmodell építése szekvenciális döntéshozatalhoz. A modellalapú és modellmentes tanulás viselkedéses indikátorai. Epizodikus emlékek vagy modellek újrajátszása. Újrajátszási algoritmusok alkalmazása neurális adatok előrejelzésére.

24–27. 6. blokk: Reprezentációtanulás

Annak problémája, hogy milyen információt őrizzünk meg és mit vessünk el. A bayesi következtetés és a megerősítéses tanulás korlátai, valamint ezek meghaladása. Viselkedés és neurális aktivitás előrejelzése és mérése reprezentációtanulási algoritmusok segítségével.

28. Hallgatói előadások

A komputációs idegtudomány legaktívabb jelenlegi kutatási irányai.

 

Követelmények szorgalmi időszakban: 
csoportmunka, házi feladatok, prezentáció
Pótlási lehetőségek: 
TVSZ szerint
Konzultációs lehetőségek: 
oktatóval egyeztetve
Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom: 
Griffiths, T. L., Chater, N., & Tenenbaum, J. B. (Eds.). (2024). Bayesian models of cognition: Reverse engineering the mind. MIT Press.
Carter, M., & Shieh, J. C. (2015). Guide to research techniques in neuroscience. Academic Press.
A tárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka mennyisége órákban (a teljes szemeszterre számítva)
Kontakt óra: 
56
Félévközi felkészülés órákra: 
14
Felkészülés zárthelyire: 
0
Zárthelyik megírása: 
0
Házi feladat elkészítése: 
14
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása (beszámoló): 
0
Egyéb elfoglaltság: 
36
Vizsgafelkészülés: 
0
Összesen: 
120
Ellenőrző adat: 
120
A tárgy tematikáját kidolgozta
Név: 
Dr. Bányai Mihály
Beosztás: 
staff scientist
Munkahely (tanszék, kutatóintézet, stb.): 
Central European University
Név: 
Ujfalussy Balázs
Beosztás: 
csoportvezető
Munkahely (tanszék, kutatóintézet, stb.): 
HUN-REN KOKI
A tanszékvezető neve: 
Dr. Ráth Balázs