Teoria hebbiana

La teoria Hebbiana descriu un mecanisme bàsic de plasticidad sináptica en el que el valor d'una conexió sináptica s'incrementa si les neurones d'abdós costats de dita sinapsis s'activen repetides voltes de forma simultànea. Introduïda per Donald Hebb, en 1949, és també cridada regla de Hebb, postulat d'aprenentage de Hebb o Teoria de l'Assamblea Celular, i afirma lo següent:

Supongam que la persistència d'una activitat repetitiva (o "senyal") tendix a induir canvis celulars duradors que promouen la seua estabilitat. ... Quan el axón d'una cèlula A està lo suficientment prop com per a excitar a una cèlula B i repetidament pren part en l'activació, ocorren processos de creiximent o canvis metabòlics en una o abdós cèlules de manera que tant l'eficiència de la cèlula A, com la capacitat d'excitació de la cèlula B són aumentades.

La teoria es resumix a sovint com: "les neurones que es disparen juntes, permaneixeran conectades", encara que açò és una simplificació del sistema nerviós no deu prendre's lliteralment, aixina com no representa en exactitut la declaració original de Hebb sobre canvis de la força de conectivitat en les cèlules. La teoria és comunament evocada per a explicar alguns tipos de aprenentage associatius en els que l'activació simultànea de les cèlules conduïx a un pronunciat aument de la força sináptica. Este aprenentage es coneix com a aprenentage de Hebb.

Els Engramas de Hebb i la teoria de l'Assamblea celular

La teoria de Hebb s'encarrega de cóm es conecten les neurones formant engramas. Les teories de Hebb sobre la forma i la funció de l'assamblea celular es poden entendre de la següent manera:

"L'idea és antiga, que dos cèlules o sistemes de cèlules que estan contínuament actives al mateix temps, tendiran a convertir-se en 'associades', de manera que l'activitat d'una facilitarà la de l'atra." Hebb (1949)

"Quan una cèlula ajuda en repetides ocasions a que una atra es dispare, en el axón de la primera cèlula es desenrollen botons sinápticos (o s'engrandixen si ya existixen) en contacte en el soma de la segona cèlula." Hebb (1949)

Gordon Allport ha propost noves idees sobre la teoria de l'Assamblea celular i el seu paper en la formació dels engramas, en el sentit del concepte d'auto-associació, que es descriu com seguix:

"Si les entrades a un sistema produïxen el mateix patró d'activitat repetidament, el conjunt d'elements actius que constituïxen eixe model aplegaran a tindre una interasociación més forta. És dir, cada element tendirà a activar a atres elements i (en pesos negatius) a inactivar als elements que no formen part del patró. En atres paraules, el patró en el seu conjunt es convertirà en 'auto-associat'. Es pot dir que un aprenentage (auto-associat) és un patró de engrama." Hebb (1949)

La teoria hebbiana ha segut la base principal de la visió convencional de que els engramas són rets neuronals quan s'analisen des d'un nivell holístico.

Els treballs de laboratori d'Eric Kandel han aportat proves de la participació de mecanismes d'aprenentage hebbiano en les sinapsis del gasteròpode marí Aplysia californica

Els experiments sobre els mecanismes hebbianos de modificació en les sinapsis del sistema nerviós central de vertebrats són molt més difícils de controlar que els experiments en les sinapsis del relativament simple sistema nerviós perifèric estudiades en invertebrats marins. Gran part del treball sobre canvis sinápticos de llarga duració en neurones de vertebrats (com la potenciació a llarc determini) impliquen l'us d'estimulació experimental no fisiològica de cèlules cerebrals. No obstant, alguns dels mecanismes fisiológicamente rellevants de modificació sináptica que s'han estudiat en cervells de vertebrats semblen ser eixemples de processos hebbianos. Un estudi resultat d'estos experiments indica que els canvis a llarc determini en la força de les sinapsis poden ser induïts per activitat sináptica fisiológicamente rellevant que treballa tant a través de mecanismes hebbianos com no hebbianos.

Principis

Des del punt de vista de les neurones artificials i rets neuronals artificials, el principi de Hebb es pot descriure com un método de determinar la forma de modificar els pesos entre models de neurones. El pes entre dos neurones s'incrementa si les dos neurones s'activen simultàneament i es reduïx si s'activen per separat. Els nodos que tendixen a ser positius o negatius al mateix temps tenen forts pesos positius, mentres que aquells que tendixen a ser contraris tenen forts pesos negatius.

Este original principi és potser la forma més simple de selecció de pesos. Si ben açò significa que pot ser relativament fàcil de codificar en un programa informàtic i s'utilise per a actualisar els pesos corresponents d'una ret de neurones, també llimita el número d'aplicacions d'aprenentage hebbiano. Hui en dia, el terme aprenentage hebbiano per lo general es referix a algun tipo d'abstracció matemàtica del principi original propost per Hebb. En este sentit, l'aprenentage hebbiano implica que els pesos siguen ajustats de manera que cada u d'ells represente la millor relació possible entre els nodos. Com a tal, molts métodos d'aprenentage de la naturalea poden ser considerades com hebbianos.

La següent és una formulació matemàtica de l'aprenentage hebbiano: (note's que moltes atres descripcions són possibles)

$w_{ij}=x_i{x}_j$

a on $w_{ij}$ és el pes de la conexió de la neurona $j$ a la neurona $i$ i $x_i$ el valor d'entrada per a la neurona $i$. Cal tindre en conte que este és el model d'aprenentage (pesos actualisats despuix de cada eixemple d'entrenament). En una Ret de Hopfield les conexions $w_{ij}$ es posen a zero si $i=j$ (no es permeten conexions reflexives). En neurones binàries (valors d'activació de 0 o 1) les conexions s'establixen a 1 si les neurones conectades tenen el mateix patró d'activació.

Una atra formulació matemàtica és:

$w_{ij}=\frac{1}{n}\sum _{k=1}^p{x}_i^k{x}_j^k$ ,

a on $w_{ij}$ és el pes de la conexió de la neurona $j$ a la neurona $i$, $n$ és la dimensió del vector d'entrada, $p$ el número de patrons d'aprenentage, i $x_i^k$ l'entrada número $k$ per a la neurona $i$. És un aprenentage per époques (els pesos s'actualisen en acabant de que tots els eixemples de formació s'han presentat). De nou en les rets Hopfield les conexions $w_{ij}$ es posen a zero si $i=j$ (conexions no reflexives).

Una variació de l'aprenentage hebbiano que pren en conte fenomens com el bloqueig dels nervis i de molts atres fenomens d'aprenentage és el model matemàtic d'Harry Klopf. El model de Klopf reproduïx gran cantitat de fenomens biològics, i també és fàcil d'aplicar.

Vore també

• Potenciació a llarc determini
• Memòria
• Rets Neuronals
• Rets de Hopfield
• Principi de Dona-li