Дональд Хебб: Отец нейропсихологии и нейронных сетей

Введение

Канадский нейропсихолог Дональд Олдинг Хебб. Его называют отцом нейропсихологии и нейронных сетей. В обзоре "Общая психология", опубликованном в 2002 году, Хебб был признан 19-м по количеству цитирований психологом XX века. Его представления об обучении описывали поведение и мышление с точки зрения работы мозга, объясняя когнитивные процессы через связи между нейронными ансамблями.

Ранние годы

Дональд Хебб родился в Честере, Новая Шотландия, старшим из четырех детей Артура М. и М. Клары (Олдинг) Хебб, и жил там до 16 лет, когда его родители переехали в Дартмут, Новая Шотландия. Оба родителя Хебба были врачами. На мать Дональда оказали сильное влияние идеи Марии Монтессори, и она обучала его дома до 8 лет. Он настолько хорошо успевал в начальной школе, что в 10 лет его перевели в 7-й класс, однако из-за неудачи и повторного прохождения 11-го класса в Честере он окончил 12-й класс в 16 лет в Академии округа Галифакс. (Многие или большинство учеников единственного класса 9-го, 10-го и 11-го классов в школе Честера не сдали провинциальные экзамены. Ученикам 9-го и 10-го классов разрешили перейти в следующий класс, несмотря на неудачу, но 12-го класса в Честере не было.) Он поступил в Университет Далхаузи с намерением стать писателем-романистом. В 1925 году он получил степень бакалавра искусств. После этого он стал учителем, преподавал в своей бывшей школе в Честере. Позже он работал на ферме в Альберте, а затем путешествовал по Квебеку, работая разнорабочим.

Карьера

В 1928 году он стал аспирантом Университета Макгилла. Но одновременно с этим был назначен директором средней школы Верден в пригороде Монреаля. Он работал с двумя коллегами из университета, Келлоггом и Кларком, над улучшением ситуации. Он применил более инновационный подход к образованию, например, давал более интересные школьные задания и отправлял нарушителей дисциплины на улицу, превращая учебу в привилегию. В 1932 году он получил степень магистра психологии в Макгилле под руководством выдающегося психолога Бориса Бабкина. В своей магистерской диссертации под названием «Условные и безусловные рефлексы и торможение» Хебб попытался показать, что скелетные рефлексы обусловлены клеточным обучением. К началу 1934 года жизнь Хебба переживала кризис. Его жена погибла в автокатастрофе в день его двадцать девятого дня рождения (22 июля 1933 года). Работа в монреальской школе шла плохо. По его словам, она «была побеждена жесткостью учебных программ в протестантских школах Квебека». В Макгилле основное внимание уделялось образованию и интеллекту, а Хебб проявлял больший интерес к физиологической психологии и критиковал методологию экспериментов, проводимых там. Он решил покинуть Монреаль и написал Роберту Йерксу в Йельский университет, где ему предложили место для подготовки к защите докторской диссертации. Однако Бабкин убедил Хебба вместо этого учиться у Карла Лэшли в Чикагском университете. В июле 1934 года Хебб был принят для обучения под руководством Карла Лэшли в Чикагском университете. Его диссертация называлась «Проблема пространственной ориентации и обучения месту». Вместе с двумя другими студентами Хебб последовал за Лэшли в Гарвардский университет в сентябре 1935 года. Там ему пришлось изменить тему диссертации. В Гарварде он провел исследование о влиянии ранней зрительной депривации на восприятие размера и яркости у крыс. То есть, он выращивал крыс в темноте и на свету, а затем сравнивал их мозг. В 1936 году он получил докторскую степень в Гарварде. В следующем году он работал научным ассистентом Лэшли и ассистентом преподавателя на вводном курсе психологии у Эдвина Г. Боринга в колледже Рэдклифф. Его гарвардская диссертация вскоре была опубликована, и он завершил диссертацию, начатую в Чикагском университете. В 1937 году Хебб женился на своей второй жене, Элизабет Николс Донован. В том же году, по совету своей сестры Кэтрин (которая также была аспиранткой у Бабкина в Университете Макгилла), он подал заявку на работу с Уайлдером Пенфилдом в Монреальском неврологическом институте. Там он исследовал влияние операций на мозг и травм на функции человеческого мозга. Он заметил, что мозг ребенка может восстановить частичную или полную функцию после удаления его части, в то время как аналогичные повреждения у взрослого могут быть гораздо более разрушительными, даже катастрофическими. Из этого он сделал вывод о важной роли внешней стимуляции в мыслительных процессах взрослых. Фактически, он показал, что отсутствие этой стимуляции приводит к снижению функций и иногда к галлюцинациям. Он также стал критически относиться к тестам интеллекта Стэнфорда-Бине и Векслера при их использовании у пациентов, перенесших операции на мозге. Эти тесты были разработаны для измерения общего интеллекта, в то время как Хебб считал, что тесты должны быть разработаны для измерения более конкретных эффектов, которые операция могла оказать на пациента. Вместе с Н. В. Мортоном он разработал Тест на понимание у взрослых и Тест на аномалию изображений. Используя Тест на аномалию изображений, он впервые показал, что правая височная доля участвует в визуальном распознавании. Он также показал, что удаление больших частей лобной доли мало влияет на интеллект. Фактически, у одного взрослого пациента, которому была удалена большая часть лобных долей для лечения эпилепсии, он отметил «поразительное послеоперационное улучшение личности и интеллектуальных способностей». Эти результаты заставили его поверить, что лобные доли играют важную роль в обучении только в раннем возрасте. В 1939 году он был назначен преподавателем в Университете Квинс. Чтобы проверить свою теорию об изменяющейся роли лобных долей с возрастом, он вместе с Кеннетом Уильямсом разработал лабиринт с переменным путем для крыс, названный лабиринтом Хебба-Уильямса, метод тестирования интеллекта животных, который впоследствии использовался в бесчисленных исследованиях. Он использовал этот лабиринт для тестирования интеллекта крыс, ослепленных в разные стадии развития, показав, что «ранний опыт оказывает длительное влияние на способность взрослой крысы решать проблемы». Это стало одним из основных принципов возрастной психологии, который впоследствии помог сторонникам предлагаемых программ Head Start для детей дошкольного возраста из экономически неблагополучных семей. В 1942 году он переехал в Оранж-Парк, штат Флорида, чтобы снова работать с Карлом Лэшли, который заменил Йеркса в качестве директора Лабораторий приматологии Йеркса в Национальном исследовательском центре приматов Йеркса. Там, изучая поведение приматов, Хебб разработал эмоциональные тесты для шимпанзе. Однако эксперименты оказались не совсем успешными, поскольку шимпанзе оказалось трудно обучать. В ходе этой работы Хебб написал книгу «Организация поведения: нейропсихологическая теория». Его пережили две дочери (обе от второго брака), Мэри Эллен Хебб и Джейн Хебб Пол.

In 1928, he became a graduate student at McGill University. But, at the same time, he was appointed headmaster of Verdun High School in the suburbs of Montreal. He worked with two colleagues from the university, Kellogg and Clarke, to improve the situation. He took a more innovative approach to education—for example, assigning more interesting schoolwork and sending anyone misbehaving outside (making schoolwork a privilege). He completed his master's degree in psychology at McGill in 1932 under the direction of the eminent psychologist Boris Babkin. Hebb's master's thesis, entitled Conditioned and Unconditioned Reflexes and Inhibition, tried to show that skeletal reflexes were due to cellular learning. By the beginning of 1934, Hebb's life was in a slump. His wife had died, following a car accident, on his twenty ninth birthday (July 22, 1933). His work at the Montreal school was going badly. In his words, it was "defeated by the rigidity of the curriculum in Quebec's protestant schools." The focus of study at McGill was more in the direction of education and intelligence, and Hebb was now more interested in physiological psychology and was critical of the methodology of the experiments there. He decided to leave Montreal and wrote to Robert Yerkes at Yale, where he was offered a position to study for a PhD. Babkin, however, convinced Hebb to study instead with Karl Lashley at the University of Chicago. In July 1934, Hebb was accepted to study under Karl Lashley at the University of Chicago. His thesis was titled "The problem of spatial orientation and place learning". Hebb, along with two other students, followed Lashley to Harvard University in September 1935. Here, he had to change his thesis. At Harvard, he did his thesis research on the effects of early visual deprivation upon size and brightness perception in a rat. That is, he raised rats in the dark and some in the light and compared their brains. In 1936, he received his PhD from Harvard. The following year he worked as a research assistant to Lashley and as a teaching assistant in introductory psychology for Edwin G. Boring at Radcliffe College. His Harvard thesis was soon published, and he finished the thesis he started at University of Chicago. In 1937, Hebb married his second wife, Elizabeth Nichols Donovan. That same year, on a tip from his sister Catherine (herself a PhD student with Babkin at McGill University), he applied to work with Wilder Penfield at the Montreal Neurological Institute. Here he researched the effect of brain surgery and injury on human brain function. He saw that the brain of a child could regain partial or full function when a portion of it is removed but that similar damage in an adult could be far more damaging, even catastrophic. From this, he deduced the prominent role that external stimulation played in the thought processes of adults. In fact, the lack of this stimulation, he showed, caused diminished function and sometimes hallucinations. He also became critical of the Stanford Binet and Wechsler intelligence tests for use with brain surgery patients. These tests were designed to measure overall intelligence, whereas Hebb believed tests should be designed to measure more specific effects that surgery could have had on the patient. Together with N. W. Morton, he created the Adult Comprehension Test and the Picture Anomaly Test. Putting the Picture Anomaly Test to use, he provided the first indication that the right temporal lobe was involved in visual recognition. He also showed that removal of large parts of the frontal lobe had little effect on intelligence. In fact, in one adult patient, who had a large portion of his frontal lobes removed in order to treat his epilepsy, he noted "a striking post operative improvement in personality and intellectual capacity." From these sorts of results, he started to believe that the frontal lobes were instrumental in learning only early in life. In 1939, he was appointed to a teaching position at Queen's University. In order to test his theory of the changing role of the frontal lobes with age, he designed a variable path maze for rats with Kenneth Williams called the Hebb Williams maze, a method for testing animal intelligence later used in countless studies. He used the maze to test the intelligence of rats blinded at different developmental stages, showing that "there is a lasting effect of infant experience on the problem solving ability of the adult rat." This became one of the main principles of developmental psychology, later helping those arguing the importance of the proposed Head Start programs for preschool children in economically poor neighborhoods. In 1942, he moved to Orange Park, Florida to once again work with Karl Lashley who had replaced Yerkes as the Director of the Yerkes Laboratories of Primate Biology at the Yerkes National Primate Research Center. Here, studying primate behavior, Hebb developed emotional tests for chimpanzees. The experiments were somewhat unsuccessful, however because chimpanzees turned out to be hard to teach. During the course of the work there, Hebb wrote The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory, He was survived by two daughters (both by his second marriage), Mary Ellen Hebb and Jane Hebb Paul.

Почести и награды

Хебб был членом как Канадской психологической ассоциации (CPA), так и Американской психологической ассоциации (APA). В 1953 году он был избран президентом CPA, а в 1960 году – президентом APA. Он получил награду APA за выдающийся научный вклад в 1961 году. В марте 1966 года он был избран членом Королевского общества Канады и членом Королевского общества Лондона. Он получил почетную докторскую степень в 15 университетах, в том числе в 1961 году в Чикагском университете, в 1965 году в Университете Далхаузи и в 1975 году в Университете Конкордии. Награда Дональда О. Хебба, названная в его честь, присуждается Канадской психологической ассоциацией выдающимся канадским психологам. Премия присуждается ежегодно человеку, который внес значительный вклад в развитие психологии как науки посредством проведения исследований, преподавания и лидерства или в качестве публичного представителя. Первая премия была вручена Хеббу в 1980 году. В 2011 году он был посмертно включен в Зал славы Центра открытий в Галифаксе, Новая Шотландия. На заседании исполнительного совета Комитета по скептическим исследованиям (CSI) в 2011 году Хебб был выбран для включения в Пантеон скептиков CSI, награду, присуждаемую умершим членам CSI. Его архивы, включая записи, касающиеся исследовательской и преподавательской деятельности, хранятся в архивах Университета Макгилла в Монреале. Когда аксон клетки А находится достаточно близко, чтобы возбудить клетку В, и неоднократно или постоянно участвует в ее активации, в одной или обеих клетках происходит процесс роста или метаболическое изменение, в результате чего эффективность А, как одной из клеток, активирующих В, возрастает. Это обычно называют законом Хебба. Комбинацию нейронов, которые можно объединить в единый обрабатывающий блок, Хебб называл «клеточными ансамблями». А их сочетание связей составляло постоянно меняющийся алгоритм, определявший реакцию мозга на стимулы. Модель работы мозга, предложенная Хеббом, не только повлияла на то, как психологи понимали обработку стимулов в мозге, но и открыла путь к созданию вычислительных машин, имитирующих биологические процессы живой нервной системы. И хотя впоследствии было установлено, что доминирующей формой синаптической передачи в нервной системе является химическая, современные искусственные нейронные сети по-прежнему основаны на передаче сигналов посредством электрических импульсов, вокруг которых изначально была разработана теория Хебба.

Hebb was a member of both the Canadian Psychological Association (CPA) and the American Psychological Association (APA). He was elected President of the CPA in 1953 and of the APA in 1960. He won the APA Distinguished Scientific Contribution Award in 1961. He was elected a Fellow of the Royal Society of Canada and a Fellow of the Royal Society of London in March 1966. He received an honorary doctorate from 15 universities, including in 1961 from University of Chicago, in 1965 from Dalhousie University and in 1975 from Concordia University. The Donald O. Hebb Award, named in his honor, is awarded by the Canadian Psychological Association to distinguished Canadian psychologists. The award is presented yearly to a person who has made a significant contribution to promoting the discipline of psychology as a science by conducting research, by teaching and leadership, or as a spokesperson. The inaugural award was presented to Hebb in 1980. In 2011 he was posthumously inducted into the Halifax, Nova Scotia, Discovery Centre's Hall of Fame. At a 2011 meeting of the executive council of the Committee for Skeptical Inquiry (CSI), Hebb was selected for inclusion in CSI's Pantheon of Skeptics, an award given to deceased fellows of CSI. His archives, including records relating to research and teaching activities, are held by the McGill University Archives, McGill University, in Montreal. blockquote|When an axon of cell A is near enough to excite cell B and repeatedly or persistently takes part in firing it, some growth process or metabolic change takes place in one or both cells such that A's efficiency, as one of the cells firing B, is increased. It is commonly referred to as Hebb's Law. The combination of neurons which could be grouped together as one processing unit, Hebb referred to as "cell assemblies". And their combination of connections made up the ever changing algorithm which dictated the brain's response to stimuli. Not only did Hebb's model for the working of the mind influence how psychologists understood the processing of stimuli within the mind but also it opened up the way for the creation of computational machines that mimicked the biological processes of a living nervous system. And while the dominant form of synaptic transmission in the nervous system was later found to be chemical, modern artificial neural networks are still based on the transmission of signals via electrical impulses that Hebbian theory was first designed around.

Теории образования

Хебб сыграл важную роль в определении психологии как биологической науки, отождествив мышление с интегрированной активностью мозга. Его взгляды на обучение описывали поведение и мышление с точки зрения функционирования мозга, объясняя когнитивные процессы через связи между нейронными ансамблями. Эти идеи оказали значительное влияние на его представления об образовании и обучении. Хебб рассматривал мотивацию и обучение как взаимосвязанные свойства. Он полагал, что все в мозге взаимосвязано и работает согласованно. Его теория заключалась в том, что любое наше переживание в окружающей среде активирует набор нейронов, называемый клеточным ансамблем. Этот клеточный ансамбль и есть мысли или идеи мозга. Эти ансамбли затем взаимодействуют, формируя фазовые последовательности – потоки мыслей. После формирования эти клеточные ансамбли и фазовые последовательности могут активироваться стимуляцией извне. Следовательно, чем более стимулирующей и насыщенной является среда, тем больше растут и учатся клеточные ансамбли. Эта теория легла в основу его убеждений относительно образования. Хебб считал, что среда играет ключевую роль в обучении детей. Дети учатся, формируя эти клеточные ансамбли и фазовые последовательности. Обогащенная среда, предоставляющая разнообразные возможности для сенсорного и двигательного опыта, способствует развитию у детей клеточных ансамблей и фазовых последовательностей, необходимых для продолжения обучения во взрослом возрасте. Чтобы доказать это, Хебб и его дочери вырастили лабораторных крыс в домашних условиях. Выращенные в обогащенной среде, крысы демонстрировали улучшенное обучение в лабиринтах во взрослом возрасте. Эти исследования обогащения среды внесли вклад в разработку программы Head Start, используемой и сегодня. Head Start – это программа для детей дошкольного возраста из семей с низким доходом. Цель программы – подготовить детей к успешной учебе в школе посредством программы раннего обучения, предлагающей когнитивно стимулирующие образовательные мероприятия. Согласно результатам исследования участия в программе Head Start и готовности к школе, посещение Head Start на полный день было связано с более высоким уровнем академических навыков у детей родителей с низким уровнем образования. Другое долгосрочное исследование, проведенное Хартом и Риссли, отслеживало 42 ребенка и их семьи в течение двух лет. Исследование было сосредоточено на раннем усвоении языка и роли дома и семьи в развитии словарного запаса и языковых навыков. Результаты их исследования показали, что два наиболее важных фактора в усвоении языка – это экономическое благополучие семьи ребенка и частота языкового опыта. Исследование продемонстрировало, что дети из семей с низким социально-экономическим статусом и ограниченными экономическими ресурсами учат меньше слов и медленнее расширяют свой словарный запас, чем дети профессиональных родителей с высоким социально-экономическим статусом и доступом к более разнообразному и обогащенному языковому опыту. Хебб полагал, что обеспечение обогащенной среды для обучения в детстве принесет пользу и обучению во взрослом возрасте, поскольку во взрослом возрасте происходит второй тип обучения. Этот второй тип обучения более быстрый и проницательный, поскольку клеточные ансамбли и фазовые последовательности уже созданы и теперь могут быть перекомбинированы бесчисленными способами. Теория обучения Хебба подразумевает, что любой опыт, с которым сталкивается человек, закрепляется в сети клеток мозга. Затем, каждое повторение определенного действия или мысли укрепляет связь между нейронами, изменяя мозг и усиливая обучение. По сути, человек тренирует свой мозг. Чем больше сложных новых переживаний получает и практикует человек, тем больше новых связей создается в его мозге.

Hebb was instrumental in defining psychology as a biological science by identifying thought as the integrated activity of the brain. His views on learning described behavior and thought in terms of brain function, explaining cognitive processes in terms of connections between neuron assemblies. These ideas played a large part in his views on education and learning. Hebb viewed motivation and learning as related properties. He believed that everything in the brain was interrelated and worked together. His theory was that everything we experience in our environment fires a set of neurons called a cell assembly. This cell assembly is the brain's thoughts or ideas. These cell assemblies then work together to form phase sequences, which are streams of thoughts. Once these cell assemblies and phase sequences are formed, they can be activated by stimulation from the environment. Therefore, the more stimulating and rich the environment, the more the cell assemblies grow and learn. This theory played into his beliefs in education. Hebb believed that the environment was very important to learning in children. Children learn by building up these cell assemblies and phase sequences. An enriched environment with varied opportunities for sensory and motor experiences contribute to children developing the cell assemblies and phase sequences necessary for continued learning in adulthood. To attempt to prove this, Hebb and his daughters raised pet rats at home. By raising them in an enriched environment, the rats showed improved maze learning in adulthood. This research into environmental enrichment contributed to the development of the Head Start Program used today. Head Start is a program for preschool children in low income families. The aim of the program is to prepare children for success in school through an early learning program providing cognitively stimulating educational activities. According to the findings in a study on Head Start participation and school readiness, full time Head Start participation was associated with higher academic skills in children of less educated parents. Another long term study by Hart and Risley tracked 42 children and their families over two years. The study focused on early language acquisition and the role of the home and family in the growth of word learning and language development. The results of their study showed that two of the most important aspects in language acquisition are the economic advantages of the children's homes and the frequency of language experiences. The study demonstrated that children of lower socioeconomic status homes, with fewer economic resources, learn fewer words and acquire vocabulary more slowly than children of professional parents with a higher socioeconomic status with access to more varied and enriched vocabulary experiences. Hebb believed that providing an enriched environment for childhood learning would benefit adult learning as well, since a second type of learning occurs as adults. This second type of learning is a more rapid and insightful learning because the cell assemblies and phase sequences have already been created and now can be rearranged in any number of ways. The Hebbian theory of learning implies that every experience a person encounters becomes set into the network of brain cells. Then, each time a certain action or thought is repeated, the connection between neurons is strengthened, changing the brain and strengthening the learning. An individual is, in essence, training their brain. The more challenging new experiences a person has and practices, the more new connections are created in their brain.

Хебб как педагог

Всю свою жизнь Хебб любил преподавание и был очень успешным учителем. Как в ранние годы, когда он работал учителем и директором в школе Монреаля, так и в более поздние годы в Университете Макгилла, он проявил себя как эффективный педагог и оказал значительное влияние на научное мышление своих студентов. Будучи профессором в Макгилле, он полагал, что мотивацию нельзя привить, но можно создать условия, необходимые для учебы и исследований. Можно научить их писать, помочь выбрать тему для изучения и даже оградить от отвлекающих факторов, однако мотивация и увлечение исследованиями и учебой должны исходить от самих студентов. Он считал, что студентов следует оценивать по их способности мыслить и создавать новое, а не по умению запоминать и пересказывать старые идеи. Хебб придерживался объективного подхода к изучению человеческого разума, рассматривая его скорее как область биологической науки. Такой подход к психологии и ее преподаванию сделал Университет Макгилла известным центром психологических исследований. Хебб также разработал соотношение А/S – показатель, который измеряет сложность мозга организма.

Спорные исследования

Имя Хебба часто упоминается в дискуссиях о вовлеченности психологических исследователей в методы допроса, включая использование сенсорной депривации, в связи с его исследованиями в этой области. Выступая на симпозиуме в Гарварде, посвященном сенсорной депривации, в июне 1958 года, Хебб заметил:

"На самом деле, работа, которую мы проводили в Университете Макгилла, началась с проблемы промывания мозгов. Нам не разрешалось об этом говорить в первых публикациях. Главным побуждением, конечно, было негодование по поводу тех "признаний", которые получали на российских коммунистических процессах. Термин "промывание мозгов" появился чуть позже и стал применяться к китайским методикам. Мы не знали, какие методы использовали русские, но казалось, что они вызывали некие странные изменения в установках. Как? Одним из возможных факторов была перцептивная изоляция, и мы сосредоточились на ней." Недавние исследования утверждают, что исследования Хебба по сенсорной депривации финансировались и координировались ЦРУ (с намерением ЦРУ использовать результаты для разработки новых методов допроса и пыток). Часть этих исследований проводилась в секрете, а результаты первоначально предоставлялись только властям США. Некоторые из этих исследований включали добровольцев, которые проводили часы в условиях сенсорной депривации, которые, по мнению некоторых, следует считать пытками, хотя участниками его исследований были студенты-добровольцы, а не пациенты, и они могли прекратить эксперимент в любой момент.

Избранные публикации

Организация поведения. 1949. Джон Уайли и сыновья. Эссе о разуме. 1980. Лоуренс Эрлбаум. Концептуальная нервная система. 1982. Пергамон Пресс. : сборник из 21 статьи Хебба, с полным списком его публикаций, под редакцией Генри А. Бухтела. Учебник психологии, Руководство для студентов по учебнику психологии (с Доном С. Дондери). 1995. Издательство Кендалл Хант. archive.org.