Korttidshukommelse og den menneskelige Hippocampus

hver Bachelor-psykologstuderende læres, at korttidshukommelse, evnen til midlertidigt at huske information fra den umiddelbare fortid (f.eks. et telefonnummer) involverer forskellige psykologiske processer og neurale substrater fra langtidshukommelsen (f. eks. huske hvad der skete i går). Denne dikotom hukommelse er baseret på tegn på neuropsykologiske dissociationer som dem, der er vist af patienter med skade på medial temporal lap (MTL), som indtil nu har været antaget at udvise nedsat langtidshukommelse, men normal kortvarig hukommelse (Væbner, 1992). I de senere år har dette synspunkt imidlertid stået over for betydelige udfordringer i betragtning af akkumulerende beviser, der tyder på, at korttidshukommelse og langtidshukommelse snarere end at være kvalitativt adskilt faktisk kan dele lignende underliggende neurale mekanismer (til gennemgang, se Jonides et al., 2008).

en vigtig nylig observation er, at patienter med MTL-skade klarer sig dårligt ikke kun på langtidshukommelsesopgaver, men også på kortvarige hukommelsesopgaver, der involverer at huske ny information på tværs af korte intervaller. Mens den perirhinale hjernebark ser ud til at understøtte kortvarig hukommelse til ny objektinformation (brun og Aggleton, 2001), antyder neuropsykologiske beviser, at hippocampus er kritisk, når associativ information er involveret (til gennemgang, se Jonides et al., 2008), i tråd med dens foreslåede funktion som et relationelt bindemiddel i langtidshukommelsen (Cohen og Eichenbaum, 1993). For eksempel i en nylig undersøgelse blev patienter med hippocampal amnesi nedsat ved at huske placeringen af nye objekter, selv over en forsinkelse på få sekunder (Jonides et al., 2008).

vi ved derfor fra neuropsykologiske beviser, at hippocampus er kritisk for kortvarig hukommelse for associativ information. Hvad der imidlertid ikke fremgår af de neuropsykologiske data, er, hvordan hippocampus understøtter denne funktion. Hannula og Ranganath (2008) bruger funktionel magnetisk resonansafbildning (fMRI) til at løse dette vigtige problem ved at karakterisere hjerneaktivitet i hver fase af en kortvarig associativ hukommelsesopgave og ved at forbinde sådan neural aktivitet med adfærdsmæssig ydeevne. Mens en efterfølgende hukommelsesmetode er blevet brugt i vid udstrækning til at studere langvarig genkendelseshukommelse, har dette ikke været muligt i tidligere kortvarige hukommelseseksperimenter på grund af den næsten loftpræstation, der typisk opnås af forsøgspersoner. For at omgå dette problem valgte forfatterne en relativt vanskelig opgave for at sikre, at der ville blive genereret tilstrækkeligt antal korrekte og forkerte forsøg.

det anvendte paradigme deler ligheder med en opgave, der vides at være hippocampalafhængig baseret på tidligere neuropsykologiske data (Hartley et al., 2007). I prøvefasen af hvert forsøg så forsøgspersoner en ny scene bestående af fire objekter (ud af et sæt på ni objekter), hver på en af ni mulige placeringer i et 3-liters 3-gitter . For at tilskynde til brug af en hippocampalt medieret allocentrisk (eller verdenscentreret) strategi snarere end en egocentrisk (eller seercentreret) strategi, der menes at stole på parietale og præfrontale kortikser, blev forsøgspersoner bedt om at danne et mentalt billede af scenen, der drejede 90 pund til højre for det oprindelige synspunkt. De blev derefter forpligtet til at opretholde den roterede repræsentation i den efterfølgende 11 s forsinkelsesfase i forventning om teststimuleringen. I testfasen blev forsøgspersonernes hukommelse for objekternes positioner vurderet. Dette blev gjort ved at bede dem om at klassificere teststimuleringen ved hjælp af knaptryk alt efter om den udgjorde (1) en “match” (dvs.den oprindelige scene drejede 90 liter); (2) “mismatch-position” (dvs. et objekt besatte en ny placering); (3) “mismatch-bytte” (dvs. to objekter havde byttet placeringer”). Ydeevne under alle forhold var signifikant større end et chanceniveau på 33% korrekte svar: 78, 65 og 60% på henholdsvis match, mismatch-position og mismatch-bytte skærme.

forfatterne udførte først en efterfølgende hukommelsesanalyse ved at kontrastere korrekte forsøg med forkerte forsøg. Dette afslørede, at hippocampal aktivitet i prøvefasen forudsagde vellykkede anerkendelsesdomme i testfasen . Dette fund udelukker en ellers problematisk forklaring på, at større neural aktivitet i prøvefasen forudsiger efterfølgende succes ikke gennem kodning af objektplaceringsassociativ information, men snarere objekterne (f.eks. trommer, fuglebad) selv. Faktisk blev der observeret en efterfølgende hukommelseskorrelation i perirhinalbarken selektivt under prøvefasen i tråd med forslag om, at denne neurale region er kritisk for kodningen af varespecifik information.

interessant nok var der ingen signifikante forskelle i hippocampal aktivitet som en funktion af nøjagtighed i forsinkelsesperioden. Selvom forsigtighed tilrådes ved fortolkning af et sådant nulfund, antyder dette resultat, at vedvarende neural affyring i hippocampus ikke forekommer i forsinkelsesperioden for kortvarige hukommelsesopgaver, som det antages at forekomme i den entorhinale hjernebark. En mulighed er, at hippocampus understøtter kortvarig hukommelse til associativ information gennem forbigående ændringer i synaptisk effektivitet snarere end aktiv vedligeholdelse (Jonides et al., 2008). Alternativt kan aktiv vedligeholdelse forekomme, men ved en anden mekanisme, der ikke kan påvises af fMRI (f.eks. involverer Theta/gamma-svingninger).

disse resultater antyder, at hippocampus spiller en vigtig rolle i kodning og hentning, men måske ikke den aktive vedligeholdelse, af ny associativ information i kortvarig hukommelse. Men hvordan beregner hippocampus nyheden, eller omvendt fortrolighed, af teststimuleringen, således at der kan foretages en korrekt anerkendelsesdom? Et indflydelsesrig teoretisk forslag er, at hippocampus fungerer som en komparator (eller match-mismatch detektor), der identificerer uoverensstemmelser mellem tidligere forudsigelser baseret på tidligere erfaringer og aktuelle sensoriske input (Norman og O ‘ Reilly, 2003) (til gennemgang, se Kumaran og Maguire, 2007). En strategi til vurdering af gyldigheden af denne hypotese er at karakterisere, hvordan hippocampal aktivitet varierer som en funktion af teststimulusens nyhed eller fortrolighed. Empirisk bevis, der er i overensstemmelse med forudsigelser, der stammer fra en komparatormodel, blev leveret af en nylig undersøgelse ved hjælp af denne tilgang (Kumaran og Maguire, 2006), med hippocampal aktivitet observeret specifikt under betingelser for match-mismatch og ikke som reaktion på den blotte tilstedeværelse af nyhed i sig selv.

Hannula og Ranganath (2008) vedtog en lignende tilgang til at undersøge arten af hippocampal nyhed/fortrolighedssignaler ved at inkludere tre typer testforsøg, der varierede alt efter deres lighed med prøvestimuleringen. Forfatterne brugte en region-of-interest-analyse for at demonstrere, at hippocampal aktivering under korrekte forsøg var størst i forhold til match-skærme (sammenlignet med mismatch-position og mismatch-bytte skærme). Interessant nok, når nyheden / kendskabet til associativ information er tilfældig med den aktuelle opgave (dvs.emner er ikke forpligtet til at foretage eksplicitte anerkendelseshukommelsesvurderinger), er der observeret et kvalitativt andet mønster af fund med hippocampal aktivering maksimal under betingelser med mismatch snarere end match (Kumaran og Maguire, 2006). Før man vender sig til” interessante ” forklaringer på denne uoverensstemmelse, er det værd at overveje indflydelsen af fagets overlegne ydeevne under kampskærme (sammenlign mismatch-skærme) på de observerede neurale data. Selvom forfatterne nøje overvejede og diskonterede en sådan effekt uden tillidsvurderingsdata, er det vanskeligt helt at udelukke muligheden for, at emner kan have været mere sikre på at foretage (korrekt) match, i modsætning til uoverensstemmelse, domme.

når det er sagt, er den mest sandsynlige forklaring på de observerede fund, at amplituden af hippocampale reaktioner på nye (eller velkendte) sensoriske input afhænger af den specifikke opgave, der udføres. Som sådan ligner resultaterne observeret af Hannula og Ranganath (2008) det velkendte fænomen “matchforbedring” observeret i Abe inferotemporal/perirhinal bark i forhold til ankomsten af en forventet målstimulus, der matcher den nuværende stimulus, der holdes i tankerne (Miller og Desimone, 1994) . I modsætning hertil kan øget neural aktivitet i hippocampus under den automatiske detektion af nyhed i miljøet afspejle den relativt “rene” signatur af en komparatormekanisme, fri for modulering ved oppefra og ned påvirkninger (Kumaran og Maguire, 2006). En vigtig vej til fremtidigt arbejde vil derfor være at undersøge vigtigheden af gensidige interaktioner mellem hippocampus og præfrontale kortikser, der varierer alt efter specifikke opgavekrav (f. eks., eksplicit genkendelseshukommelsesopgave) og bestemmer derfor amplituden af observerede hippocampale nyhedssignaler (eller fortrolighed).

for at opsummere supplerer undersøgelsen af Hannula og Ranganath (2008) pænt eksisterende neuropsykologiske data vedrørende hippocampus betydning for kortvarig associativ hukommelse. Desuden giver de fremlagte beviser ny indsigt i arten af det hippocampale Bidrag til kortvarig hukommelse, hvilket antyder, at det primært deltager i kodning og hentning, men måske ikke aktiv vedligeholdelse af associativ information. En vigtig retning for fremtidig forskning vil være at udvikle og empirisk teste formelle beregningsmodeller for genkendelseshukommelse og automatisk nyhedsbehandling ved hjælp af fMRI. Ideelt set bør disse modeller omfatte MTL-komponenter såvel som opgavespecifikke modulerende interaktioner med højere regioner (f.eks. På denne måde kan det være muligt at opnå en præcis forståelse af, hvordan nyhed og fortrolighed beregnes i MTL, og hvordan disse signaler bruges af andre hjerneområder til at gennemføre vellykkede genkendelseshukommelsesvurderinger og automatisk registrere nyhed i vores sensoriske miljø.