Антихеббианское обучение

В нейроэтологии и изучении обучения с антихеббианское обучение описывает особый класс правил обучения, помощью которых синаптическую пластичность можно контролировать . Эти правила основаны на изменении постулата Хебба и, следовательно, могут быть упрощенно поняты как диктующие снижение силы синаптических связей между нейронами в соответствии со сценарием, в котором нейрон напрямую способствует выработке потенциала действия в другом нейроне.

Данные нейроэтологии

Нейроэтологические исследования предоставили убедительные доказательства существования системы, которая придерживается антихеббианского правила обучения . Исследования электрических рыб мормирид показали, что электросенсорная доля боковой линии (ELL) получает сенсорную информацию от кнолленорганов (электрорецептивных органов чувств), которые используют самогенерируемый электрический разряд (называемый EOD; электрический органный разряд) для извлечения информации из окружающей среды об объектах, находящихся в непосредственной близости от рыбы.

Помимо информации от сенсорных рецепторов, ELL получает сигнал от области мозга, ответственной за инициацию электрических разрядов, известной как командное ядро ​​EOD. Эта эфферентная копия расходится и передается по двум отдельным путям, прежде чем сигналы сходятся вместе с электросенсорным входом на Пуркинье -подобных средних ганглиозных клетках в ELL. Эти клетки получают информацию через обширные апикальные дендритные отростки от параллельных волокон, которые сигнализируют о передаче приказа высвободить EOD. Эти клетки также получают информацию от нейронов, передающих электросенсорную информацию.

Важным для анти-Хеббианского обучения является то, что синапсы между параллельными волокнами и апикальными дендритами средних ганглиозных клеток демонстрируют специфический образец синаптической пластичности. Если активация дендритов параллельными волокнами произойдет за короткий период времени, предшествующий возникновению дендритного широкого спайка (потенциал действия, который проходит через дендриты), сила связи между нейронами в этих синапсах будет снижена. Активация параллельными волокнами во всех других обстоятельствах – включая активацию значительно предшествующую, а также любую активацию после широкого спайка – приведет к усилению синапса .

Значение

Поскольку нейроны ELL получают как последовательный разряд (другой термин для эфферентной копии) выходных двигательных команд, посылаемых в EOD, так и афферентный входной сигнал от электросенсорных рецепторов, животное способно устранять предсказуемые входные сигналы, производимые его собственным двигателем. выход. Система способна фильтровать ожидаемый входной сигнал от EOD, в то время как неожиданные сигналы, поступающие через нечетные интервалы относительно команды двигателя, эффективно усиливаются правилом обучения. Это позволяет извлекать информацию об объектах, которые вызывают изменение потока электрического поля вокруг рыбы, выявляя изменения и отбрасывая неинформативные сенсорные сигналы.

Однако адаптация этих синапсов будет только увеличивать силу синаптической связи до тех пор, пока возникающее в результате возбуждение не поможет активировать широкую волну. В результате, если изменения внешней среды последовательны, связи между ранее описанными нейронами достигнут уровня, при котором возбуждение, аналогичное исходному состоянию, вновь удерживается на пороге, так что незначительные изменения в поступающей сенсорной информации приведет к вкладу в инициирование широкого всплеска. Таким образом, организм может научиться игнорировать избыточную сенсорную информацию из окружающей среды. Окончательная десенсибилизация к этим консистенциям необходима для предотвращения маскировки важной сенсорной информации чрезмерным шумом. Многочисленные потенциальные причины, которые могут привести к постоянным изменениям в приеме сигналов EOD, включают в себя: рост, изменения проводимости воды (соленость), низкий уровень воды (когда мелкое дно водоема будет мешать прохождению электрических токов) и, возможно, травмы.

Прогнозируемое применение

Считается, что синаптическая пластичность, действующая под контролем антихеббианского правила обучения, возникает в мозжечке . Понимание работы нейронного обучения может дать ценную информацию для лечения заболеваний, связанных с мозжечком. Эти знания могут также выполнять важную функцию при компьютерном сборе данных, постоянно корректируя избыточные входные данные и одновременно подчеркивая появление изменений.

См. также

• Теория Хебба
• Активные сенсорные системы
• Синаптическая пластичность
• Правило обучения

Ссылки

• Белл, CC (1981), «Эфферентная копия, модифицированная реафферентным вводом». Наука . 214, 450–452.
• Робертс, П.Д. и Белл, К.С. (2002) «Активный контроль синаптической пластичности, зависящей от времени спайков, в электросенсорной системе». Журнал физиологии . 96, 445–449.
• Зупанц, ГКХ 2004. Поведенческая нейробиология: интегративный подход. Издательство Оксфордского университета: Оксфорд, Великобритания.