Hebbian 理论

2020-12-28 13:52:26 浏览:403

定义

赫布理论(英语:Hebbian theory)是一个神经科学理论,解释了在学习的过程中脑中的神经元所发生的变化。赫布理论描述了突触可塑性的基本原理,即突触前神经元向突触后神经元的持续重复的刺激,可以导致突触传递效能的增加。

这一理论由唐纳德·赫布于1949年提出,又被称为赫布定律(Hebb's rule)、赫布假说(Hebb's postulate)、细胞结集理论(cell assembly theory)等。他如此表述这一理论:“我们可以假定,反射活动的持续与重复会导致神经元稳定性的持久性提升……当神经元A的轴突与神经元B很近并参与了对B的重复持续的兴奋时,这两个神经元或其中一个便会发生某些生长过程或代谢变化,致使A作为能使B兴奋的细胞之一,它的效能增强了。”

这一理论经常会被总结为“一起激发的神经元连在一起”(Cells that fire together, wire together)。但是,这个解释并不完整,赫布强调说,神经元"A"必须对神经元"B"的激发“作出了一定贡献”,因此,神经元"A"的激发必须在神经元"B"之先,而不能同时激发。赫布理论中的这一部分研究,后来被称作STDP,表明突触可塑性需要一定的时间延迟[1]

意义

赫布理论解释了神经元如何组成联接,从而形成记忆印痕。赫布理论阐明了细胞集群(Cell Assemblies)的形态和功能:“两个神经元或者神经元系统,如果总是同时兴奋,就会形成一种‘组合’,其中一个神经元的兴奋会促进另一个的兴奋。”赫布同时写道:“如果一个神经元持续激活另一个神经元,前者的轴突将会生长出突触小体(如果已有,则会继续长大)和后者的胞体相连接。”

通常认为,从整体的角度来看,赫布学习是神经网络形成记忆痕迹的首要基础。埃里克·坎德尔在一种称作加州海兔的海生腹足纲动物上关于突触学习机制的研究,进一步表明了赫布理论和这一学习机制的关联。在脊椎动物的中枢神经系统中进行关于赫布突触可塑机制的实验,要比在海洋无脊椎动物的周边神经系统中难以控制许多。许多关于脊椎动物神经元的长时期突触变化(例如长期增强作用)的实验,都是对脑细胞的模拟而非进行真实的生理学实验。尽管如此,一些关于脊椎动物的脑内突触可塑机制的生理实验,也倾向于符合赫布理论。

推广:在人工神经网络中的应用

赫布理论可以用于解释“联合学习”(associative learning),在这种学习中,由对神经元的重复刺激,使得神经元之间的突触强度增加。这样的学习方法被称为赫布型学习(Hebbian learning)。赫布理论也成为了非监督学习的生物学基础。

另一方面,在人工神经网络中,突触间传递作用的变化被当作是(被映射成)神经元网络中相应权重的变化。如果两个神经元同步激发,则它们之间的权重增加;如果单独激发,则权重减少。赫布学习规则是最古老的也是最简单的神经元学习规则[2]

参考文献

[1] Keysers, C., & Perrett, D. I. (2004). "Demystifying social cognition: a Hebbian perspective". Trends in Cognitive Sciences, 8(11), 501-507.
[2] 赫布理, 全球百科. https://vibaike.com/101923/ 

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