Règle de Hebb
La règle de Hebb, théorie de Hebb, postulat de Hebb ou théorie des assemblées de neurones a été établie par Donald Hebb en 1949. Elle est à la fois utilisée comme hypothèse en neurosciences et comme concept dans les réseaux neuronaux en mathématiques. En 1950, un manuscrit de Sigmund Freud datant de 1895 fut publié qui attestait que cette théorie avait déjà été formulée avant Hebb.
Cette théorie est souvent résumée par la formule : « des neurones qui s'excitent ensemble se lient entre eux. » (« cells that fire together, wire together »)[1] C'est une règle d'apprentissage des réseaux de neurones artificiels dans le contexte de l'étude d'assemblées de neurones.
Elle est basée sur une hypothèse scientifique en neurosciences. Elle décrit les changements d'adaptation neuronale dans le cerveau ou dans un réseau de neurones pendant un processus d'apprentissage. Elle décrit un mécanisme basique de plasticité synaptique dans laquelle l'efficacité synaptique augmente lors d'une stimulation présynaptique répétée et persistante de la cellule postsynaptique.
« Faisons l'hypothèse qu'une activité persistante et répétée d'une activité avec réverbération (ou trace) tend à induire un changement cellulaire persistant qui augmente sa stabilité. Quand un axone d'une cellule A est assez proche pour exciter une cellule B de manière répétée et persistante, une croissance ou des changements métaboliques prennent place dans l'une ou les deux cellules ce qui entraîne une augmentation de l'efficacité de A comme cellule stimulant B. »
— Donald Hebb, 1949[2].
Cette règle suggère que lorsque deux neurones sont excités conjointement, il se crée ou renforce un lien les unissant. Cette théorie tente d'expliquer l'apprentissage associatif, dans lequel une association est faite par la répétition de deux stimuli. La répétition d'un stimulus seul entraîne le rappel de l'autre stimulus ensuite (voir apprentissage pavlovien).
Engrammes d'Hebb et théorie des assemblées de neurones
La théorie d'Hebb s'intéresse à la manière dont les neurones se connectent entre eux pour former des engrammes. Gordon Allport propose des hypothèses complémentaires :
« Si l'entrée de données dans un système (input) cause l'apparition répétée du même modèle de stimulation, l'organisation des éléments actifs de ce système sera fortement renforcée. Ainsi, chaque élément activé aura tendance à activer chaque autre élément et (a contrario) à inactiver les éléments qui ne font pas partie de cette configuration. Pour le dire autrement, la configuration comme un tout sera « auto-associée ». Nous pouvons appeler une configuration apprise (auto associée) un engramme. »
— Allport 1985, p. 44.
Le travail du prix Nobel Eric Kandel a fourni une preuve de l'implication des mécanismes d'apprentissages de Hebb dans les synapses du gastropode marin Aplysia californica. Cependant, il est beaucoup plus difficile de vérifier ces théories sur les systèmes nerveux centraux des vertébrés.
Le phénomène de potentialisation à long terme, un équivalent biologique de la synapse de Hebb qui joue un grand rôle dans les théories neurobiologiques de la mémoire.
La théorie freudienne des frayages : précurseur du renforcement hebbien
La règle de Hebb apparaît au moins en deux endroits de l'oeuvre de Freud : dans Projet pour une explication physiologique des phénomènes psychiques (1895-1896) et dans Au-delà du principe de plaisir (1920).
Le neurologue viennois, dès 1895, peut ainsi écrire :« La mémoire est représentée par les frayages existant entre les neurones Ψ […] Le frayage dépend de la quantité (Q η) qui traverse le neurone au cours du processus d’excitation, et du nombre de fois où le processus se répète […] Il est […] tout à fait clair que l’état de frayage d’une barrière de contact donnée doit être indépendant de celui de toutes les autres barrières de contact du même neurone Ψ… ». Il est à noter qu'à cette époque, le mot de synapse n'a pas encore été choisi (Charles Scott Sherrington ne le proposera qu'en 1897). Freud parle donc encore de barrière de contact.
Selon Plon et Roudinesco, cette première mention du frayage qui anticipait d'un demi-siècle la théorie de Hebb ne fut d'abord connue explicitement que par Wilhelm Fliess à qui Freud avait adressé son manuscrit[3]. Il fallut attendre la publication de cette correspondance ; le texte ne fut traduit en anglais qu'en 1954. Selon le neurophysiologiste Karl Pibram et le psychanalyste Merton Gill[4], Donald Hebb ignorait qu'il proposait une théorie que Freud avait déjà élaborée.
Selon Pascal Mettens, « l’on trouve, notamment dans certains travaux freudiens restés longtemps inédits et en 1949 inconnus de Hebb, formulée une bonne cinquantaine d’années plus tôt la thèse identique que l’apprentissage modifie durablement les connexions neuronales, créant par frayage dans l’appareil psychique une liaison qui tend à se reproduire indépendamment de la situation donnée » ; il fait ainsi de Freud le père du connexionnisme[5].
Cependant, Freud publia en 1920, Au-delà du principe de plaisir où est énoncée la "règle de Hebb" avant l'heure :« Le fait de l'apparition de la conscience est certainement en rapport avec la nature des modifications subies aussi bien par la substance que par les processus d'excitation qui l'atteignent et la traversent. Quelle est exactement cette nature ? A cette question il est possible de donner plusieurs réponses, dont aucune n'est encore susceptible de vérification expérimentale. On peut supposer qu'en passant d'un élément à un autre, l'excitation doit vaincre une résistance et que c'est à la diminution de la résistance qu'on doit rattacher la trace durable laissée par l'excitation (trajet frayé) ». A l'époque où Donald Hebb formalise sa théorie, l'ouvrage de Freud s'est largement diffusé dans la société, tant parmi les médecins que dans le grand public.
Le choix du terme de frayage (Bahnung) par Freud aurait été, selon Jones et Sulloway, inspiré par le travail du neurophysiologiste Sigmund Exner qui parlait (en 1894) d'« extension de voies » (Ausfahren von Bahnen)[6],[7].
Dans son livre sur l'intelligence artificielle, Paul Jorion souligne que "Le fait que la définition du frayage soit aujourd’hui attribuée à Hebb et non à Exner est cependant significatif de l’ignorance qui prévaut beaucoup trop souvent en IA quant à l’origine des concepts qu’elle utilise."[8]
Notes et références
- La citation exacte est de Siegrid Löwel (1992) : « neurons wire together if they fire together » (« les neurones se lient entre eux s’ils s’excitent ensemble »). Löwel, S. and Singer, W., Selection of Intrinsic Horizontal Connections in the Visual Cortex by Correlated Neuronal Activity, Science 255, 10/01/1992, USA. (ISSN 0036-8075).
- (en) Donald Olding HEBB, The Organization of Behavior, New York, Wiley & Sons,
- cf. Elisabeth Roudinesco, Michel Plon, Dictionnaire de la psychanalyse, Paris, Fayard, 2011, entrée "esquisse d'une psychologie scientifique"
- cf. Karl Pibram, Merton GillLe "projet de psychologie scientifique" de Freud : un nouveau regard [1976], Paris, Puf, 1986, p. 82
- Pascal Mettens (dir.), « 2. Freud connexionniste ? », dans Psychanalyse et sciences cognitives. Un même paradigme, Louvain-la-Neuve, De Boeck Supérieur, coll. « Oxalis », (ISBN 9782804149505, lire en ligne), p. 33-110
- cf. Ernest Jones, The Life and Work of Sigmund Freud, London, Hogarth Press, 1953, p. 417-418.
- cf. Frank Sulloway, Freud, biologiste de l'esprit[1979], Paris, Fayard, 1981.
- cf. Paul Jorion, Principes des systèmes intelligents[1989], Croquant, 2012, chapitre 12-IV.
Annexes
Bibliographie
- (en) D.O. Hebb, The organization of behavior, New York, Wiley,
- (en) D.O. Hebb et J. F. Delafresnaye (Ed.) (éditeur), Brain Mechanisms and Learning, Londres, Oxford University Press, , « Distinctive features of learning in the higher animal »
- D.O. Hebb, « Human behaviour after extensive bilateral removal from the frontal lobes », Archives of Neurology and Psychiatry, vol. 44, , p. 421–436
- (en) D.A. Allport, Newman, S.K. (éditeur) et Epstein, R. (éditeur), Current Perspectives in Dysphasia, Édimbourg, Churchill Livingstone, (ISBN 0-443-03039-1), « Distributed memory, modular systems and dysphasia »
- (en) C.M. Bishop, Neural Networks for Pattern Recognition, Oxford, Oxford University Press, (ISBN 0-19-853849-9)
- O. Paulsen, « Natural patterns of activity and long-term synaptic plasticity », Current opinion in neurobiology, vol. 10, no 2, , p. 172–179 (PMID 10753798, PMCID 2900254, DOI 10.1016/S0959-4388(00)00076-3)
