Donald Hebb在1949年著名地提出，当神经元一起放电时，它们之间的突触连接会增强，形成长期记忆的基础。这一理论在大鼠海马切片培养实验中得到了证实，此后塑造了研究人员对突触可塑性的理解。但一项新的计算建模研究表明，赫布可塑性并不总是解释变化的神经元连接如何实现学习。相反，行为时间尺度突触可塑性——即使在神经元不同步放电时也能增强突触——更好地捕捉了小鼠学习在新环境中导航时CA1海马细胞中观察到的变化。赫布可塑性发生在神经元在其突触到的神经元之前放电时，导致两个细胞之间的连接更强。行为时间尺度突触可塑性依赖于突触后细胞的复杂尖峰（动作电位爆发），触发穿过树突分支的钙信号，增强在尖峰后几秒内活跃的突触前细胞的连接。行为时间尺度突触可塑性帮助海马细胞建立它们的位置场，并似乎也贡献于学习——挑战了研究人员传统上思考海马可塑性机制的方式。本文系统解析行为时间尺度突触可塑性在学习中的作用及其与赫布可塑性的比较。
一、赫布可塑性 vs. 行为时间尺度突触可塑性
| 特征 | 赫布可塑性 | 行为时间尺度突触可塑性 |
|---|---|---|
| 触发条件 | 神经元在其突触到的神经元之前放电 | 突触后细胞的复杂尖峰（动作电位爆发） |
| 时间窗口 | 毫秒级 | 秒级 |
| 机制 | 两个细胞之间的连接增强 | 触发穿过树突分支的钙信号，增强在尖峰后几秒内活跃的突触前细胞的连接 |
| 对位置场的影响 | 导致更大但不移位的位置场 | 导致位置场移位（向后/向前） |
二、实验设置与发现
| 方面 | 描述 |
|---|---|
| 实验 | 11只小鼠在球形 treadmill上奔跑，探索陌生的虚拟环境；使用钙成像记录海马神经元活动 |
| 位置细胞 | CA1和CA3区域的位置细胞在小鼠经过特定位置时放电 |
| 随着动物适应环境 | 更多位置细胞加入活动；位置场通常向后移位（有些向前，有些保持稳定） |
三、计算建模结果
| 模型 | 结果 |
|---|---|
| 赫布规则 | 导致更大但不移位的位置场 |
| 行为时间尺度突触可塑性规则 | 导致位置场移位（捕捉到体内观察到的向后和向前位置场漂移的范围） |
| 对CA3细胞 | 行为时间尺度突触可塑性和赫布可塑性都不能模拟观察到的活动变化；只有修改版本的行为时间尺度突触可塑性有效 |
四、意义
| 意义 | 描述 |
|---|---|
| 行为时间尺度突触可塑性 | 是大脑如何学习的重要组成部分 |
| 赫布可塑性 | 对建模CA1细胞几乎“无用” |
| 解释范围 | 帮助解释海马细胞在学习过程中可以表现出的反应范围 |
| 不完整的故事 | “我们在赫布世界里被困太久了，它根本不是全部故事。” |
五、其他观点
| 观点 | 描述 |
|---|---|
| 赫布可塑性并非从未使用 | 赫布可塑性在学习和记忆中从未被使用的可能性不大 |
| 谦逊 | “任何试图从生物系统中提取某种一致规则而没有因此感到谦逊的人，根本没有真正注意。” |
六、未来方向
| 方向 | 描述 |
|---|---|
| 实时观察 | 随着实时观察神经元活动的方法不断进步，这些规则变得更容易测试 |
七、结论：超越赫布可塑性
赫布可塑性（“一起放电的细胞连接在一起”）在活体小鼠学习新环境时不能解释海马连接的变化。行为时间尺度突触可塑性——依赖于突触后细胞的复杂尖峰和秒级时间窗口——更好地捕捉了CA1位置场的变化。行为时间尺度突触可塑性似乎是大海马如何学习的重要组成部分，而赫布可塑性对建模CA1细胞几乎“无用”。然而，其他可塑性规则也可能驱动学习诱导的突触变化，并且赫布可塑性并非从未使用。
核心信息：
赫布可塑性：细胞一起放电→连接增强（毫秒级）。
行为时间尺度突触可塑性：复杂尖峰→钙信号→增强几秒内活跃的连接（秒级）。
行为时间尺度突触可塑性导致位置场移位；赫布可塑性导致更大但不移位。
行为时间尺度突触可塑性是学习的重要组成；赫布可塑性对CA1建模几乎“无用”。
其他规则也可能驱动学习；赫布可塑性并非从未使用。
参考来源：
Sheffield, M., et al. (2025). Learning in living mice defies classic synaptic plasticity rule. Nature.