نظریه دونالد هب

دونالد هب (۱۹۰۴-۱۹۸۵) داستانی از پشتکار و نبوغ دارد که از دلِ مزارع کانادا به قله‌های علم جهانی رسید. دونالد هب (Donald O. Hebb) در سال ۱۹۰۴ در شهر کوچک چستر در نواحی اسکوشیا (کانادا) متولد شد. جالب است بدانید که او در ابتدا اصلاً قصد نداشت دانشمند شود. او در دانشگاه دالهاوزی در رشته ادبیات تحصیل کرد و آرزو داشت یک نویسنده بزرگ شود. نمرات او در دوران مدرسه چندان درخشان نبود و خودش اعتراف می‌کرد که دانش‌آموز شورشی و بی‌انگیزه‌ای بوده است.

پس از فارغ‌التحصیلی، او مدتی به عنوان معلم و مدیر مدرسه در حومه شهر کار کرد. مواجهه با رفتارهای دانش‌آموزان و چگونگی یادگیری آن‌ها، کنجکاوی او را برانگیخت. او شروع به خواندن آثار ویلیام جیمز، پاولف و واتسون کرد و متوجه شد که روان‌شناسی، علمی است که می‌تواند به سوالات او پاسخ دهد.

در ۲۴ سالگی تصمیم گرفت دوباره به دانشگاه برگردد و در رشته روان‌شناسی در دانشگاه مک‌گیل ادامه تحصیل دهد. هب شانس این را داشت که با بزرگترین ذهن‌های زمان خود همکاری کند. او مدتی با کارل لشلی (Karl Lashley) روی مغز موش‌ها کار کرد. سپس به آزمایشگاه پنفیلد (جراح مغز و اعصاب مشهور) رفت. آنجا او بر روی بیماران جراحی شده مطالعه می‌کرد تا ببیند از دست دادن بخش‌هایی از مغز چه تأثیری بر هوش آن‌ها دارد. این تجربه دیدگاه او را نسبت به «هوش» و «محل ذخیره اطلاعات در مغز» تغییر داد.

دونالد هب بخش بزرگی از عمر خود را در دانشگاه مک‌گیل سپری کرد و آنجا را به قطب روان‌شناسی فیزیولوژیک تبدیل کرد. او حتی در سال ۱۹۶۰ به ریاست انجمن روان‌شناسی آمریکا (APA) رسید. هب به عنوان استادی بسیار مهربان، متواضع و در عین حال سخت‌گیر در روش علمی شناخته می‌شد. او عاشق طبیعت بود و سال‌های پایانی عمر خود را در مزرعه شخصی‌اش گذراند. او در سال ۱۹۸۵ در سن ۸۰ سالگی درگذشت.

در سال ۱۹۴۹، زمانی که هب استادیار بود، کتاب معروف خود «سازمان رفتار»(The Organization of Behavior) را منتشر کرد. نگارش این کتاب ۵ سال طول کشید. در آن زمان، اکثر روان‌شناسان فکر می‌کردند که مغز فقط یک ایستگاه رله است (محرک وارد می‌شود و پاسخ خارج می‌شود). هب با این کتاب ثابت کرد که بین محرک و پاسخ، فرآیندهای پیچیده عصبی در جریان است. او با ارائه فرضیاتی در مورد پلاستیسیته سیناپسی(انعطاف‌پذیری عصبی)، توانست یادگیری را از یک مفهوم انتزاعی رفتاری به یک فرآیند بیولوژیکی ملموس تبدیل کند. این کتاب او را به شهرتی جهانی رساند.

دونالد هب با نبوغ خود توانست «ذهن» را در «ماده» پیدا کند. او به ما آموخت که هر تجربه، ردپایی فیزیکی در مغز ما بر جای می‌گذارد و ما از طریق یادگیری، مدارهای الکتریکی وجودمان را بازنویسی می‌کنیم.

پل میان فیزیولوژی و رفتار

تا پیش از هب، روان‌شناسی رفتارگرا (Behaviorism) مغز را یک «جعبه سیاه» می‌دانست و تنها به ورودی (محرک) و خروجی (پاسخ) توجه داشت. هب این رویکرد را به چالش کشید و ادعا کرد که تبیین روان‌شناختی باید بر پایه فیزیولوژی عصبی استوار باشد. او معتقد بود که افکار، خاطرات و هیجانات، همگی محصول فعالیت‌های شبکه‌های عصبی در قشر مغز هستند.

اصل یادگیری هبی (Hebbian Learning)

بنیادی‌ترین بخش نظریه او، چگونگی تقویت پیوند میان نورون‌هاست. هب فرض کرد که اگر نورونِ پیش‌سیناپسی به طور مداوم در شلیک نورونِ پس‌سیناپسی مشارکت داشته باشد، یک فرآیند رشد یا تغییر متابولیک در هر دو سلول رخ می‌دهد که کارایی این ارتباط را افزایش می‌دهد.

این اصل که امروزه با عبارت «نورون‌هایی که با هم شلیک می‌کنند، به هم متصل می‌شوند» (Fire together, Wire together) شناخته می‌شود، پایه و اساس کشف پدیده LTP (تقویت طولانی‌مدت) در دهه‌های بعد شد.

مجموعه‌های سلولی و زنجیره‌های مرحله‌ای

• مجموعه سلولی: گروهی از نورون‌ها که در اثر تجربه مکرر به هم متصل شده‌اند. برای مثال، وقتی به یک “دایره” نگاه می‌کنید، مجموعه‌ای از نورون‌های مربوط به زوایا و خطوط به طور همزمان فعال می‌شوند. پس از مدتی، حتی با دیدن بخشی از دایره، کل آن مجموعه فعال شده و ادراک کامل شکل می‌گیرد.
• زنجیره‌های مرحله‌ای (Phase Sequences): این‌ها زنجیره‌ای از مجموعه‌های سلولی هستند. هب معتقد بود «تفکر» چیزی نیست جز فعال شدن متوالی این مجموعه‌ها. وقتی یک فکر (مجموعه A) فعال می‌شود، به طور خودکار فکر بعدی (مجموعه B) را برمی‌انگیزد.

دونالد هب معتقد بود که یادگیری منجر به تشکیل ساختارهای پایداری در مغز می‌شود که او آن‌ها را مجموعه‌های سلولی(Cell Assemblies) نامید. هر شىء محیطى که ما آن را تجربه مى کنیم مجموعه اى از نورونها را راه اندازى مى کند که مجتمع سلولى نام دارد. براى مثال، وقتى که ما به یک مداد نگاه مى کنیم، توجه مان را از نوک مداد به بدنه چوبى مداد تغییر مى دهیم. با تغییر توجه، نورونهاى مختلفى تحریک مى شوند، اما کل مجموع نورونهایى که در آن زمان تحریک مى شوند با یک شىء محیطى یعنی مداد مطابقت دارند. هب در سال ۱۹۴۹ گفته است که مجتمع هاى سلولى نظام هاى عصبى «پویا» هستند نه ثابت و ایستا.

یک مجتمع سلولى، بسته به شىء یا رویداد محیطى که معرف آن است، مى تواند بزرگ یا کوچک باشد. براى مثال مجتمع سلولى وابسته به دستگیره در، از تعداد نسبتا کمى از نورونها تشکیل مى یابد، اما مجتمع سلولى براى خانه از تعداد نسبتا زیادى از نورونها تشکیل مى شود. تمامى مجتمع سلولى یک مجموعه عصبى در هم تنیده است که مى تواند از طریق تحریک بیرونى، تحریک درونى یا ترکیب این دو راه اندازى شود. وقتى یک مجتمع سلولى راه اندازى مى شود، ما اندیشه رویدادى را که آن مجتمع معرفش است تجربه مى کنیم.

در نظریه دونالد اولدینگ هب، مجتمع سلولى اساس عصب شناختى اندیشه یا فکر است. هب از این طریق تبیین مى کند که چرا حضور یک خانه، یک حیوان یا یک شخص مورد علاقه ما براى اینکه به آن فکر کنیم لازم نیست.

درست همانطور که جنبه هاى مختلف یک شىء از لحاظ عصب شناختى با هم ارتباط مى یابند و مجتمع هاى سلولى را به وجود مى آورند، مجتمع هاى سلولى نیز از لحاظ عصب شناختى با هم ترکیب مى شوند و زنجیره هاى مرحله اى را به وجود مى آورند. یک زنجیره مرحله اى (Phase Sequence) یک رشته فعالیت در هم یکپارچه شده موقتى مجتمع سلولى است که در جویبار اندیشه یک جریان به حساب مى آید (هب، ۱۹۵۹).

پس از آنکه یک زنجیره مرحله اى ایجاد شد، مانند یک مجتمع سلولى، مى تواند با تحریکات بیرونى، درونى و ترکیبى از این دو تحریک شود. وقتى که هر یک از مجتمع هاى سلولى یا ترکیبى از مجتمع هاى سلولى در یک زنجیره مرحله اى راه اندازى مى شود، تمامى زنجیره مرحله اى راه اندازى مى شود. وقتى که یک زنجیره مرحله اى راه اندازى مى شود، ما یک جریان تفکر را تجربه مى کنیم، یعنى یک رشته اندیشه که به طریقى منطقى مرتب شده اند. این نکته تبیین مى کند که چگونه بوى یک عطر، یا چند نغمه از یک آهنگ، خاطرات مربوط به یک دوست را به یاد ما مى آورد.

انواع یادگیری در نظریه هب

دونالد هب بر اساس تحول سیستم عصبی، یادگیری را به دو سطح یا دو نوع اصلی تقسیم می‌کند. او معتقد بود که یادگیری در نوزادی با یادگیری در بزرگسالی از نظر مکانیسم مغزی کاملاً متفاوت است.

۱. یادگیری در اوایل زندگی (تشکیل مجموعه‌های سلولی)

این نوع یادگیری مربوط به دوران نوزادی و کودکی است. در این مرحله، مغز هنوز فاقد شبکه‌های عصبی سازمان‌یافته است. این یادگیری شامل تشکیل اولیه مجموعه‌های سلولی (Cell Assemblies) و زنجیره‌های مرحله‌ای (Phase Sequences) است. نورون‌هایی که قبلاً هیچ ارتباطی با هم نداشتند، در اثر تجربه‌های حسی تکراری، برای اولین بار به هم متصل می‌شوند.

ویژگی‌ها:

• بسیار کُند و تدریجی است.
• پایه و اساس تمام یادگیری‌های بعدی است.
• به تکرار بسیار زیاد نیاز دارد (مثلاً کودک باید هزاران بار اشیاء را ببیند تا مفهوم “شکل” در ذهنش ساخته شود). مانند ساختن آجرهای اولیه یک ساختمان است.

۲. یادگیری در بزرگسالی (بینش و بازآرایی)

این نوع یادگیری دیگر شامل ساختن شبکه‌های جدید از صفر نیست، بلکه شامل بازآرایی (Rearrangement) و ترکیب جدیدِ مجموعه‌های سلولیِ از قبل موجود است.

ویژگی‌ها:

• بسیار سریع انجام می‌شود.
• اغلب به شکل بینش (Insight) یا “آها! یافتم” رخ می‌دهد.
• فرد می‌تواند با یک بار مواجهه با یک مسئله، آن را یاد بگیرد (چون قطعات پازل قبلاً در مغز ساخته شده‌اند و فقط باید به شکل جدیدی کنار هم قرار بگیرند). مانند جابه‌جا کردن مبلمان در یک اتاق است؛ وسایل وجود دارند، فقط چیدمان عوض می‌شود.

نظریه دوعاملی هوش (هوش A و هوش B)

هب یکی از نخستین کسانی بود که تمایز میان استعداد بالقوه و عملکرد بالفعل را تبیین کرد:

• هوش A: پتانسیل بیولوژیکی و وراثتی فرد (ساختار اولیه مغز).
• هوش B: سطحی از هوش که در اثر تعامل با محیط و تشکیل مجموعه‌های سلولی رشد یافته است.

پژوهش‌های او بر روی موش‌ها در «محیط‌های غنی» نشان داد که تجربه محیطی می‌تواند تعداد سیناپس‌ها و کارایی مغز (هوش B) را به طرز چشم‌گیری افزایش دهد.

مطالعات محرومیت حسی (Sensory Deprivation)

دونالد هب و همکارانش در دانشگاه مک‌گیل، پژوهش‌های پیشگامانه‌ای را در دهه ۱۹۵۰ انجام دادند تا متوجه شوند اگر مغز از ورودی‌های حسی (نور، صدا، لمس) محروم شود، چه اتفاقی رخ می‌دهد. این مطالعات نشان داد که برخلاف تصور عمومی، مغز در غیاب محرک، استراحت نمی‌کند، بلکه دچار اختلالات شدید می‌شود.

آزمایش اتاق محرومیت : در این پژوهش‌ها، شرکت‌کنندگان در اتاق‌هایی کاملاً ساکت قرار می‌گرفتند، عینک‌های ماتی بر چشم داشتند که مانع از دیدن اشکال می‌شد و دستکش‌های بلندی می‌پوشیدند تا حس لمس را به حداقل برسانند. آن‌ها هیچ مسئولیتی جز دراز کشیدن روی تخت نداشتند و بابت هر روز حضور، دستمزد خوبی دریافت می‌کردند.

هب مشاهده کرد که اکثر شرکت‌کنندگان نتوانستند بیش از دو یا سه روز در این شرایط دوام بیاورند. نتایج کلیدی این پژوهش شامل موارد زیر بود:

• ناتوانی در تمرکز: افراد قدرت تفکر منطقی را از دست داده و نمی‌توانستند روی یک موضوع خاص تمرکز کنند.
• ظهور توهمات (Hallucinations): مغز که از ورودی‌های بیرونی محروم شده بود، شروع به تولید تصویر و صداهای کاذب می‌کرد تا خلاء موجود را پر کند (مثلاً دیدن حیوانات یا شنیدن موسیقی).
• افت نمرات هوش: پس از خروج از اتاق، عملکرد شناختی و نمرات تست هوش این افراد به طور موقت به شدت کاهش یافته بود.

هب این پدیده ها را با نظریه مجموعه‌های سلولی خود تبیین کرد. او معتقد بود:

کارکرد طبیعی مغز به جریان مداوم و متنوع محرک‌ها از دنیای بیرون وابسته است تا شبکه‌های عصبی (مجموعه‌های سلولی) را فعال نگه دارد. اگر محرکی از بیرون نیاید، مجموعه‌های سلولی به صورت خودانگیخته و نامنظم فعال می‌شوند که منجر به بروز افکار آشفته و توهم می‌شود.

کاربردها و پیامدهای محرومیت حسی 

• اهمیت محیط غنی: این پژوهش ثابت کرد که محیط‌های یکنواخت و خالی از محرک (مانند انفرادی در زندان‌ها یا محیط‌های کاری بسیار کسل‌کننده) برای سلامت ساختار مغز مخرب هستند.
• رشد کودک: این پژوهش ثابت کرد که نوزادان برای رشد بهینه مغزی، به تجربه دیداری، شنیداری و لمسی نیاز دارند تا مجموعه‌های سلولی اولیه آن‌ها به درستی شکل بگیرد.

هب به نیازهاى مختلف ارگانیسم مانند غذا، آب، فعالیت جنسى و اکسیژن، نیاز به تحریک را هم اضافه مى کند. حتى اگر تمام نیازهاى دیگر ارگانیسم برآورده شوند، چنانچه او از تحریک طبیعى برخوردار نباشد، فعالیت هاى شناختى اش شدیدا نقصان مى یابند.

محرومیت حسی و شکنجه سفید

همان‌طور که دونالد هب نشان داد، مغز برای حفظ انسجام خود(Self) به محرک‌های بیرونی نیاز دارد. وقتی بازجو، فرد را در سلول انفرادی مطلق قرار می‌دهد (جایی که صدا، نور طبیعی، تعامل انسانی و تنوع بصری حذف شده است)، مغز دچار وضعیت‌های زیر می‌شود:

• فروپاشی مرزهای واقعیت: در نبودِ محرک، مغز شروع به تولید توهم می‌کند. فرد مرز بین خیال، رویا و واقعیت را گم می‌کند.
• وابستگی به شکنجه گر: انسان در این حالت به قدری تشنه‌ی محرک (حتی محرک منفی) می‌شود که «بازجو» به تنها منبع ارتباطی او با واقعیت تبدیل می‌شود. اینجاست که پدیده «وابستگی به شکنجه‌گر» شکل می‌گیرد.
• مسخ شخصیت (Depersonalization): فرد حس زمان و مکان را از دست می‌دهد. پس از مدتی، هویت شخصی او (باورها، ارزش‌ها و خاطرات) سست شده و آماده پذیرش دیکته‌های بازجو می‌شود.

در حکومت های تمامیت خواه، استفاده از سلول انفرادی به عنوان بخشی از پروتکل «تواب‌سازی» شناخته می‌شود. مولفه‌های سرکوب حسی در این بستر به شرح زیر است :

• حذف زمان: نبودِ ساعت، پنجره یا هر نشانه‌ای از شب و روز. این کار باعث می‌شود ریتم شبانه‌روزی (Circadian Rhythm) فرد از هم بپاشد و مقاومت عصبی او فرو بریزد.
• محیط یک دست: دیوارهای سفید، لباس سفید، و سکوت مطلق. این «خلاء حسی» باعث می‌شود ذهن فرد علیه خودش شورش کند.
• چشم‌بند: استفاده مداوم از چشم‌بند در خارج از سلول، محرومیت بصری را به اوج می‌رساند و فرد را در وضعیت «گوش‌به‌زنگی» (Hyper-vigilance) دائمی قرار می‌دهد که بسیار فرساینده است.

حکومت‌های تمامیت‌خواه (Totalitarian) از محرومیت حسی به عنوان روشی تمیز (بدون ردپای کبودی بر بدن) برای «تخریب اراده» استفاده می‌کنند. اهداف اصلی این سرکوب به شرح زیر است:

• اعتراف‌گیری نمایشی: فردی که هفته‌ها در محرومیت حسی بوده، برای رهایی از آن وضعیت، حاضر است هر متنی را در مقابل دوربین بازخوانی کند (حتی اگر دروغ باشد)؛ چرا که سیستم عصبی او دیگر توان تشخیص حقیقت را ندارد.
• ایجاد وحشت در جامعه: القای این حس که «حتی بدون ضرب و شتم، ما می‌توانیم ذهن شما را کنترل کنیم»، لرزه بر اندام کنشگران می‌اندازد.
• تخریب همبستگی: محرومیت حسی، فرد را از هرگونه پیوند اجتماعی جدا می‌کند و او را به موجودی اتمیزه و تنها تبدیل می‌کند که تنها راه نجاتش را در همکاری با سیستم می‌بیند.

اگرچه پژوهش‌های هب راه را برای درک این فرآیند باز کرد، اما او هرگز تصور نمی‌کرد یافته‌هایش برای شکنجه استفاده شود. سازمان‌های حقوق بشری (مانند عفو بین‌الملل) سلول انفرادی طولانی‌مدت و محرومیت حسی را مصداق بارز شکنجه می‌دانند، زیرا آسیب‌های مغزی ناشی از آن (مانند آتروفی هیپوکامپ یا اختلال استرس پس از سانحه – PTSD) گاهی تا پایان عمر با فرد باقی می‌ماند.

در سیستم‌های تمامیت‌خواه، محرومیت حسی ابزاری برای خالی کردن ظرف ذهن از هویت قبلی و پر کردن آن با هویت مورد تایید حکومت است؛ فرآیندی که در روان‌شناسی سیاسی به آن شست‌وشوی مغزی (Brainwashing) می‌گویند.

نظریه انگیختگی و سطح بهینه عملکرد

دونالد هب با اصلاح نظریه‌های انگیزش، مدل U وارونه را پیشنهاد داد. او استدلال کرد که سیستم فعال‌ساز شبکه‌ای (RAS) در ساقه مغز، سطح انگیختگی قشر را تعیین می‌کند.

• اگر انگیختگی بسیار پایین باشد، فرد دچار بی حوصلگی شده و یادگیری رخ نمی‌دهد.
• اگر انگیختگی بسیار بالا باشد، فعالیت مجموعه‌های سلولی دچار تداخل شده و اضطراب مانع عملکرد می‌شود.
• عملکرد بهینه تنها در سطح متوسطی از انگیختگی (Arousal) به دست می‌آید.

میراث هب در عصر دیجیتال: از نورون‌های زیستی تا شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN)

نظریه هب امروزه فراتر از روان‌شناسی، در دو حوزه حیاتی کاربرد دارد:

• هوش مصنوعی (AI): شبکه‌های عصبی مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین بر اساس منطق «وزن‌دهی به پیوندها» که هب پیشنهاد داده بود، کار می‌کنند.
• توانبخشی عصبی: درک پلاستیسیته مغز (انعطاف‌پذیری عصبی) به پزشکان کمک می‌کند تا از طریق تمرین و تکرار، شبکه‌های عصبی آسیب‌دیده در بیماران سکته مغزی را بازسازی کنند.

امروزه مفاهیم یادگیری عمیق (Deep Learning) و هوش مصنوعی که جهان را متحول کرده‌اند، ریشه در فرضیات بیولوژیکی دونالد هب دارند. مهندسان کامپیوتر با الهام از قانون هب، تلاش کردند تا ساختار یادگیری مغز را در کدهای برنامه‌نویسی بازسازی کنند.

در دنیای کامپیوتر، قانون هب به شکل ریاضی فرموله شد. در شبکه‌های عصبی مصنوعی، هر «نورون مجازی» پیوندی به نورون دیگر دارد که دارای یک وزن (Weight) مشخص است. مطابق با قانون هب، اگر دو نورون مجازی همزمان فعال شوند، برنامه به صورت خودکار وزن پیوند بین آن‌ها را افزایش می‌دهد. این دقیقاً همان فرآیندی است که باعث می‌شود یک سیستم هوش مصنوعی پس از دیدن هزاران عکس گربه، بتواند ویژگی‌های مشترک آن‌ها را یاد بگیرد.

نظریه هب پایه و اساس یادگیری بدون نظارت (Unsupervised Learning) است. در این نوع یادگیری، برخلاف روش‌های دیگر، به هوش مصنوعی گفته نمی‌شود که چه چیزی درست یا غلط است؛ بلکه سیستم با شناسایی الگوهای تکراری و خوشه‌بندی (Clustering) سلول‌هایی که با هم فعال می‌شوند (همان مجموعه‌های سلولی هب)، ساختار داده‌ها را کشف می‌کند.

منابع :

• Hebb, D. O. (1949). The Organization of Behavior. Wiley.
• Brown, R. E., & Milner, P. M. (2003). The Legacy of Donald O. Hebb.