Hebbova teorie

Posuzování | Biopsychologie | Srovnávací | Kognitivní | Vývojová | Jazyk | Individuální rozdíly | Osobnost | Filozofie | Sociální |
Metody | Statistika | Klinická | Vzdělávací | Průmyslová | Odborné předměty | Světová psychologie |

Kognitivní psychologie:Pozornost – Rozhodování – Učení – Úsudek – Paměť – Motivace – Vnímání – Rozum – Myšlení – Kognitivní procesyPoznávání -OutlineIndex

Hebbova teorie popisuje základní mechanismus synaptické plasticity, kdy zvýšení synaptické účinnosti vzniká opakovanou a trvalou stimulací presynaptické buňky postsynaptickou buňkou. Zavedl ji Donald Hebb v roce 1949, nazývá se také Hebbovo pravidlo, Hebbův postulát a teorie sestavování buněk a říká:

Předpokládejme, že přetrvávání nebo opakování reverzní aktivity (neboli „stopy“) má tendenci vyvolávat trvalé buněčné změny, které přispívají k její stabilitě…. Když je axon buňky A dostatečně blízko, aby excitoval buňku B, a opakovaně nebo trvale se podílí na jejím vypalování, dochází v jedné nebo obou buňkách k určitému růstovému procesu nebo metabolické změně, takže se zvyšuje účinnost A jako jedné z buněk, které vypalují B.

Tato teorie se často shrnuje jako „buňky, které spolu hoří, spolu i drátují“, ačkoli jde o přílišné zjednodušení nervového systému, které nelze brát doslova, stejně jako přesně nereprezentuje původní Hebbovo tvrzení o změnách síly propojení buněk. Tato teorie se běžně připomíná při vysvětlování některých typů asociativního učení, při němž současná aktivace buněk vede k výraznému zvýšení synaptické síly. Takové učení je známé jako Hebbovo učení.

Hebbovy engramy a teorie sestavování buněk

Hebbova teorie se zabývá tím, jak se neurony mohou spojovat, aby se staly engramy. Hebbovy teorie o podobě a funkci buněčných sestav lze pochopit z následujícího:

„Obecná myšlenka je stará, že jakékoliv dvě buňky nebo systémy buněk, které jsou opakovaně aktivní ve stejnou dobu, budou mít tendenci se ‚sdružovat‘, takže aktivita v jedné z nich usnadňuje aktivitu v druhé.“ „Hebbova teorie o podobě a funkci buněčných sestav je stará, protože se jedná o „sdružování“. (Hebb 1949, s. 70) „Když jedna buňka opakovaně asistuje při vypalování druhé, axon první buňky vyvíjí synaptické knoflíky (nebo je zvětšuje, pokud již existují) v kontaktu se somou druhé buňky.“ (Hebb 1949, s. 70) (Hebb 1949, s. 63)

Gordon Allport předkládá další myšlenky týkající se teorie sestavování buněk a její úlohy při vytváření engramů, a to podle konceptu autoasociace, který je popsán takto:

„Jestliže vstupy do systému způsobují opakovaný výskyt stejného vzorce aktivity, soubor aktivních prvků tvořících tento vzorec bude stále silněji interasociován. To znamená, že každý prvek bude mít tendenci zapínat každý jiný prvek a (se zápornými váhami) vypínat prvky, které nejsou součástí vzorce. Jinak řečeno, vzor jako celek se stane „autoasociovaným“. Naučený (autoasociovaný) vzorec můžeme nazvat engramem.“ (Hebb 1949, s. 44)

Hebbova teorie byla hlavním základem pro konvenční názor, že při analýze z holistické úrovně jsou engramy neuronální sítě nebo neuronální sítě.

Práce v laboratoři Erica Kandela poskytla důkazy o zapojení hebbovských mechanismů učení na synapsích u mořského plže Aplysia californica.

Experimenty s mechanismy hebbovské modifikace synapsí na synapsích centrální nervové soustavy obratlovců jsou mnohem obtížněji kontrolovatelné než experimenty s relativně jednoduchými synapsemi periferní nervové soustavy studované u mořských bezobratlých. Většina prací o dlouhodobých synaptických změnách mezi neurony obratlovců (jako je dlouhodobá potenciace) zahrnuje použití nefyziologické experimentální stimulace mozkových buněk. Některé z fyziologicky relevantních mechanismů modifikace synapsí, které byly studovány v mozcích obratlovců, se však zdají být příklady hebbovských procesů. Jedna taková studie podává přehled výsledků experimentů, které naznačují, že dlouhodobé změny synaptické síly mohou být vyvolány fyziologicky relevantní synaptickou aktivitou fungující jak prostřednictvím hebbovských, tak nehebbovských mechanismů

Principy

Z hlediska umělých neuronů a umělých neuronových sítí lze Hebbův princip popsat jako metodu určování způsobu změny vah mezi modelovými neurony. Váha mezi dvěma neurony se zvyšuje, pokud se oba neurony aktivují současně – a snižuje, pokud se aktivují odděleně. Uzly, které mají tendenci být buď oba pozitivní, nebo oba negativní současně, mají silné pozitivní váhy, zatímco ty, které mají tendenci být opačné, mají silné negativní váhy.

Tento původní princip je pravděpodobně nejjednodušší formou výběru vah. To sice znamená, že jej lze poměrně snadno zakódovat do počítačového programu a použít k aktualizaci vah sítě, ale zároveň to omezuje množství aplikací Hebbova učení. Dnes se pod pojmem Hebbovo učení obecně rozumí určitá forma matematické abstrakce původního principu navrženého Hebbem. V tomto smyslu zahrnuje Hebbovo učení úpravu vah mezi učícími se uzly tak, aby každá váha lépe reprezentovala vztah mezi uzly. Mnoho metod učení jako takových lze považovat za metody do jisté míry hebbovské povahy.

Následující text je vzorcovým popisem hebbovského učení: (

kde je váha spojení z neuronu do neuronu a vstup pro neuron . Všimněte si, že se jedná o vzorové učení (váhy se aktualizují po každém trénovacím příkladu). V Hopfieldově síti jsou spojení nastavena na nulu, pokud (nejsou povolena žádná reflexní spojení). U binárních neuronů (aktivace buď 0, nebo 1) by se spoje nastavily na 1, pokud by připojené neurony měly pro vzor stejnou aktivaci.

Jiný popis vzorce je následující:

,

kde je váha spojení z neuronu do neuronu , je počet tréninkových vzorů a vstup pro neuron . Jedná se o učení po epochách (váhy se aktualizují po předložení všech trénovacích příkladů). V Hopfieldově síti jsou opět spojení nastavena na nulu, pokud (žádná reflexní spojení).

Variantou hebbovského učení, která zohledňuje jevy, jako je blokování a mnoho dalších jevů neuronového učení, je matematický model Harryho Klopfa. Klopfův model reprodukuje velké množství biologických jevů a je také jednoduchý na implementaci.

Zobecnění a stabilita

Hebbovo pravidlo se často zobecňuje jako

,

neboť změna té synaptické váhy je rovna rychlosti učení krát té vstupní krát postsynaptická odpověď . Často se uvádí případ lineárního neuronu,

,

a zjednodušení v předchozí části bere jak rychlost učení, tak vstupní váhy za 1. Tato verze pravidla je zjevně nestabilní, protože v každé síti s dominantním signálem budou synaptické váhy exponenciálně růst nebo klesat. Lze však ukázat, že pro jakýkoli model neuronu je Hebbovo pravidlo nestabilní. Proto se v síťových modelech neuronů obvykle používají jiné teorie učení, například teorie BCM, Ojaovo pravidlo nebo zobecněný Hebbův algoritmus.

Viz také

• Anti-Hebbovo učení
• Teorie BCM
• Detekce náhodnosti v neurobiologii
• Daleův princip
• Zobecněný Hebbův algoritmus
• Leabra
• Dlouhý-term potenciace
• Paměť
• Metaplasticita
• Neurální sítě
• Oja pravidlo učení
• Tetanická stimulace
• Plasticita závislá na čase hrotu
• Synaptotropní hypotéza

Další literatura

• Hebb, D.O. (1949), The organization of behavior, New York: Wiley
• Hebb, D.O. (1961). „Distinctive features of learning in the higher animal“ J. F. Delafresnaye (Ed.) Brain Mechanisms and Learning, London: Oxford University Press.
• Hebb, D.O., and Penfield, W. (1940). Lidské chování po rozsáhlém oboustranném odstranění z čelních laloků. Archives of Neurology and Psychiatry 44: 421-436.
• Allport, D.A. (1985). „Distribuovaná paměť, modulární systémy a dysfázie.“ Newman, S.K. a Epstein, R. (Eds.) Current Perspectives in Dysphasia, Edinburgh: Churchill Livingstone.
• Bishop, C.M. (1995). Neural Networks for Pattern Recognition, Oxford: Oxford University Press.
• Paulsen, O., Sejnowski, T. J. (2000). Přirozené vzorce aktivity a dlouhodobá synaptická plasticita. Aktuální názory v neurobiologii 10 (2): 172-179.

• Přehled
• Učebnice hébovského učení (část 1: Filtrování novosti, část 2: PCA)

Tato stránka využívá obsah s licencí Creative Commons z Wikipedie (zobrazit autory).