Theoretical Neuroscience

8 Πλαστιχιτψ ανδ Λεαρνινγ
8.1 Ιντροδυχτιον
Αχτιϖιτψ−δεπενδεντ σψναπτιχ πλαστιχιτψ ισ ωιδελψ βελιεϖεδ το βε τηε βασιχ
πηενοµενον υνδερλψινγ λεαρνινγ ανδ µεµορψ, ανδ ιτ ισ αλσο τηουγητ το
πλαψ α χρυχιαλ ρολε ιν τηε δεϖελοπµεντ οφ νευραλ χιρχυιτσ. Το υνδερστανδ
τηε φυνχτιοναλ ανδ βεηαϖιοραλ σιγνι⇒χανχε οφ σψναπτιχ πλαστιχιτψ, ωε µυστ
στυδψ ηοω εξπεριενχε ανδ τραινινγ µοδιφψ σψναπσεσ, ανδ ηοω τηεσε µοδ−
ι⇒χατιονσ χηανγε παττερνσ οφ νευροναλ ⇒ρινγ το αφφεχτ βεηαϖιορ. Εξπεριµεν−
ταλ ωορκ ηασ ρεϖεαλεδ ωαψσ ιν ωηιχη νευροναλ αχτιϖιτψ χαν αφφεχτ σψναπτιχ
στρενγτη, ανδ εξπεριµενταλλψ ινσπιρεδ σψναπτιχ πλαστιχιτψ ρυλεσ ηαϖε βεεν
αππλιεδ το α ωιδε ϖαριετψ οφ τασκσ ινχλυδινγ αυτο− ανδ ηετεροασσοχιατιϖε
µεµορψ, παττερν ρεχογνιτιον, στοραγε ανδ ρεχαλλ οφ τεµποραλ σεθυενχεσ,
ανδ φυνχτιον αππροξιµατιον.
Ιν 1949, ∆οναλδ Ηεββ χονϕεχτυρεδ τηατ ιφ ινπυτ φροµ νευρον Α οφτεν χον−
τριβυτεσ το τηε ⇒ρινγ οφ νευρον Β, τηεν τηε σψναπσε φροµ Α το Β σηουλδ βε
στρενγτηενεδ. Ηεββ συγγεστεδ τηατ συχη σψναπτιχ µοδι⇒χατιον χουλδ προ−
δυχε νευροναλ ασσεµβλιεσ τηατ ρε⇓εχτ τηε ρελατιονσηιπσ εξπεριενχεδ δυρ−
ινγ τραινινγ. Τηε Ηεββ ρυλε φορµσ τηε βασισ οφ µυχη οφ τηε ρεσεαρχη δονε
ον τηε ρολε οφ σψναπτιχ πλαστιχιτψ ιν λεαρνινγ ανδ µεµορψ. Φορ εξαµπλε,
χονσιδερ αππλψινγ τηισ ρυλε το νευρονσ τηατ ⇒ρε τογετηερ δυρινγ τραινινγ
δυε το αν ασσοχιατιον βετωεεν α στιµυλυσ ανδ α ρεσπονσε. Τηεσε νευ−
ρονσ ωουλδ δεϖελοπ στρονγ ιντερχοννεχτιονσ, ανδ συβσεθυεντ αχτιϖατιον
οφ σοµε οφ τηεµ βψ τηε στιµυλυσ χουλδ προδυχε τηε σψναπτιχ δριϖε νεεδεδ
το αχτιϖατε τηε ρεµαινινγ νευρονσ ανδ γενερατε τηε ασσοχιατεδ ρεσπονσε.
Ηεββσ οριγιναλ συγγεστιον χονχερνεδ ινχρεασεσ ιν σψναπτιχ στρενγτη, βυτ
ιτ ηασ βεεν γενεραλιζεδ το ινχλυδε δεχρεασεσ ιν στρενγτη αρισινγ φροµ τηε
ρεπεατεδ φαιλυρε οφ νευρον Α το βε ινϖολϖεδ ιν τηε αχτιϖατιον οφ νευρον Β.
Γενεραλ φορµσ οφ τηε Ηεββ ρυλε στατε τηατ σψναπσεσ χηανγε ιν προπορτιον το
τηε χορρελατιον ορ χοϖαριανχε οφ τηε αχτιϖιτιεσ οφ τηε πρε− ανδ ποστσψναπτιχ
νευρονσ.
Ηεββ ρυλε
Εξπεριµενταλ ωορκ ιν α νυµβερ οφ βραιν ρεγιονσ, ινχλυδινγ ηιπποχαµπυσ,
νεοχορτεξ, ανδ χερεβελλυµ, ηασ ρεϖεαλεδ αχτιϖιτψ−δεπενδεντ προχεσσεσ τηατ
χαν προδυχε χηανγεσ ιν τηε εφ⇒χαχιεσ οφ σψναπσεσ τηατ περσιστ φορ ϖαρψινγ
αµουντσ οφ τιµε. Φιγυρε 8.1 σηοωσ αν εξαµπλε ιν ωηιχη τηε δατα ποιντσ