Hebb (1949) proposa que, lorsqu’un neurone présynaptique participe à plusieurs reprises à la décharge d’un neurone postsynaptique, la connexion entre eux se renforce — « les cellules qui déchargent ensemble se câblent ensemble ». La potentialisation à long terme (PLT) en est la forme expérimentale : une brève bouffée de stimulation à haute fréquence d’une voie laisse plus fortes, des heures durant dans une tranche et des semaines durant chez l’animal, les synapses qu’elle a activées. La PLT est spécifique de l’entrée (seules les synapses stimulées changent), associative (une entrée faible appariée à une forte vers la même cellule est potentialisée) et demande une coopérativité entre entrées pour dépolariser la cellule. La dépression à long terme (DLT) en est l’inverse, produite par une activité prolongée à basse fréquence. Dans la plasticité dépendante du temps des potentiels le signe est fixé par l’ordre : un potentiel présynaptique quelques millisecondes avant le postsynaptique renforce la synapse, un potentiel juste après l’affaiblit, dans une fenêtre d’environ de part et d’autre — de sorte qu’une synapse apprend à prédire, et non seulement à corréler.
Exemples
Exemple 19.5 (Deux entrées)
Un neurone reçoit deux entrées qui sont d’ordinaire actives ensemble, de sorte que . Les vecteurs propres sont de valeur propre et de valeur propre . En partant de , la règle de Hebb tourne vers après beaucoup de petits pas : le neurone apprend à répondre aux deux entrées ensemble, et à ignorer les rares occasions où une seule décharge — il a extrait la corrélation. Avec la règle d’Oja les poids se fixent à . C’est en ce sens que les synapses hebbiennes apprennent ce qui va ensemble, et c’est pourquoi la propriété associative de la PLT, qui apparie une entrée faible à une forte, découle de la règle.