Korte-termijngeheugen en de menselijke Hippocampus

elke student psychologie wordt geleerd dat korte-termijngeheugen, het vermogen om Tijdelijk informatie uit het directe verleden (bijvoorbeeld een telefoonnummer) in gedachten te houden, verschillende psychologische processen en neurale substraten omvat van lange-termijngeheugen (bijvoorbeeld herinneren wat er gisteren gebeurde). Deze dichotome weergave van het geheugen is gebaseerd op bewijs van neuropsychologische dissociaties zoals die worden aangetoond door patiënten met schade aan de mediale temporale kwab (MTL), waarvan tot nu toe werd gedacht dat ze een verminderd langetermijngeheugen vertonen, maar een normaal kortetermijngeheugen (Squire, 1992). In de afgelopen jaren, echter, dit standpunt is geconfronteerd met aanzienlijke uitdagingen, gegeven accumulerend bewijs suggereert dat korte-termijn geheugen en lange-termijn geheugen, in plaats van kwalitatief verschillend, in feite kunnen delen soortgelijke onderliggende neurale mechanismen (voor beoordeling, Zie Jonides et al., 2008).

een belangrijke recente observatie is dat patiënten met MTL-schade slecht presteren, niet alleen bij langetermijngeheugentaken, maar ook bij kortetermijngeheugentaken waarbij nieuwe informatie over korte intervallen wordt onthouden. Terwijl de perirhinale cortex het kortetermijngeheugen voor nieuwe objectinformatie lijkt te ondersteunen (Brown and Aggleton, 2001), suggereert neuropsychologisch bewijs dat de hippocampus kritisch is wanneer associatieve informatie betrokken is (voor overzicht, zie Jonides et al., 2008), in lijn met de voorgestelde functie als relationele binder in het langetermijngeheugen (Cohen en Eichenbaum, 1993). Bijvoorbeeld, in een recente studie, patiënten met hippocampal amnesie werden verminderd bij het herinneren van de locaties van nieuwe objecten, zelfs over een vertraging van een paar seconden (Jonides et al., 2008).

uit neuropsychologisch bewijs weten we daarom dat de hippocampus van cruciaal belang is voor het kortetermijngeheugen voor associatieve informatie. Wat echter niet duidelijk is uit de neuropsychologische gegevens, is hoe de hippocampus deze functie ondersteunt. Hannula and Ranganath (2008) gebruiken functional magnetic resonance imaging (fMRI) om dit belangrijke probleem aan te pakken door de hersenactiviteit te karakteriseren tijdens elke fase van een kortdurende associatieve geheugentaak en door dergelijke neurale activiteit te koppelen aan gedragsprestaties. Terwijl een volgende geheugenbenadering wijd aan studie op lange termijn herkenningsgeheugen is gebruikt, is dit niet mogelijk in vorige korte-termijngeheugenexperimenten wegens de bijna-plafond prestaties die typisch door onderwerpen worden bereikt. Om dit probleem te omzeilen, kozen de auteurs voor een relatief moeilijke taak om ervoor te zorgen dat voldoende aantallen correcte en onjuiste proeven zouden worden gegenereerd.

het gebruikte paradigma deelt overeenkomsten met een taak waarvan bekend is dat deze hippocampaal-afhankelijk is op basis van eerdere neuropsychologische gegevens (Hartley et al., 2007). Tijdens de voorbeeldfase van elk onderzoek bekeken proefpersonen een nieuwe scène bestaande uit vier objecten (uit een set van negen objecten), elk op een van de negen mogelijke locaties in een 3 × 3 raster . Om het gebruik van een hippocampaal gemedieerde allocentrische (of wereldgerichte) strategie aan te moedigen, in plaats van een egocentrische (of kijker-gecentreerde) strategie dacht te vertrouwen op pariëtale en prefrontale cortices, werden de proefpersonen gevraagd om een mentaal beeld van de scène 90° naar rechts van het oorspronkelijke gezichtspunt te vormen. Zij werden vervolgens verplicht om de geroteerde representatie tijdens de volgende 11 s-vertragingsfase te behouden in afwachting van de testprikkel. Tijdens de testfase werd het geheugen van de proefpersonen voor de posities van de objecten beoordeeld. Dit werd gedaan door hen te vragen om, door op de knop te drukken, de testprikkel te classificeren op basis van de vraag of deze (1) een “match” vormde (d.w.z., de oorspronkelijke scène draaide 90°); (2) “mismatch-positie” (d.w.z., een object bezette een nieuwe locatie); (3) “mismatch-swap” (d.w.z., twee objecten hadden locaties verwisseld”). De prestaties in alle omstandigheden waren significant groter dan een kansniveau van 33% correcte reacties: 78, 65 en 60% op respectievelijk match, mismatch-positie en mismatch-swap displays.

de auteurs voerden eerst een volgende geheugenanalyse uit door correcte proeven met onjuiste proeven te vergelijken. Dit onthulde dat de hippocampalactiviteit tijdens de steekproeffase succesvolle erkenningsbesluiten in de testfase voorspelde . Deze bevinding sluit een verder problematische verklaring uit dat een grotere neurale activiteit tijdens de sample fase later succes voorspelt, niet door het coderen van object-locatie associatieve informatie, maar eerder de objecten (b.v., trommels, birdbath) zelf. Inderdaad, werd een volgende geheugen correlatie waargenomen in de perirhinale cortex selectief tijdens de steekproeffase, in lijn met voorstellen dat dit neurale gebied kritiek is voor de codering van item-specifieke informatie.

interessant is dat er geen significante verschillen waren in hippocampale activiteit als functie van de nauwkeurigheid tijdens de vertragingsperiode. Hoewel voorzichtigheid wordt geadviseerd bij het interpreteren van een dergelijke nul-bevinding, suggereert dit resultaat dat het aanhoudende neurale vuren in de hippocampus niet voorkomt tijdens de vertragingsperiode van geheugentaken op korte termijn, zoals verondersteld wordt voor te komen in de entorhinale cortex. Een mogelijkheid is dat de hippocampus korte termijn geheugen voor associatieve informatie door voorbijgaande veranderingen in synaptische werkzaamheid, eerder dan actief onderhoud ondersteunt (Jonides et al., 2008). Als alternatief kan actief onderhoud optreden, maar door een ander mechanisme niet detecteerbaar door fMRI (bijvoorbeeld met Theta/gamma oscillaties).

deze resultaten suggereren dat de hippocampus een belangrijke rol speelt bij het coderen en ophalen, maar misschien niet het actieve onderhoud, van nieuwe associatieve informatie in het kortetermijngeheugen. Maar hoe berekent de hippocampus de nieuwheid, of omgekeerd de vertrouwdheid, van de testprikkel, zodat een juiste herkenningsoordeel kan worden gemaakt? Een invloedrijk theoretisch voorstel is dat de hippocampus fungeert als een comparator (of match-mismatch detector), het identificeren van discrepanties tussen eerdere voorspellingen op basis van ervaringen uit het verleden en de huidige zintuiglijke input (Norman and O ‘ Reilly, 2003) (voor beoordeling, Zie Kumaran and Maguire, 2007). Een strategie voor het beoordelen van de geldigheid van deze hypothese is om te karakteriseren hoe hippocampale activiteit varieert als functie van de nieuwheid of vertrouwdheid van de testprikkel. Empirisch bewijs in overeenstemming met voorspellingen die voortvloeien uit een vergelijkingsmodel werd geleverd door een recente studie met behulp van deze benadering (Kumaran en Maguire, 2006), waarbij hippocampale activiteit specifiek werd waargenomen onder omstandigheden van match-mismatch, en niet in reactie op de loutere aanwezigheid van nieuwheid per se.

Hannula and Ranganath (2008) gebruikten een soortgelijke benadering om de aard van hippocampale nieuwheid/vertrouwelijkheidssignalen te onderzoeken, door drie soorten testproeven op te nemen die varieerden naargelang hun gelijkenis met de stimulus van het monster. De auteurs gebruikten een region-of-interest analyse om aan te tonen dat hippocampale activering tijdens correcte proeven het grootst was in relatie tot match displays (vergeleken met mismatch-positie en mismatch-swap displays). Interessant is dat, wanneer de nieuwheid/vertrouwdheid van associatieve informatie bijkomstig is bij de taak die bij de hand is (dat wil zeggen, proefpersonen zijn niet verplicht om expliciete herkenningsherkenningsmeldingen te maken), een kwalitatief ander patroon van bevindingen is waargenomen met maximale hippocampale activering onder omstandigheden van mismatch in plaats van match (Kumaran and Maguire, 2006). Alvorens zich te wenden tot” interessante ” verklaringen voor deze discrepantie, is het de moeite waard om de invloed van de superieure prestaties van proefpersonen tijdens match displays (vergelijk mismatch displays) op de waargenomen neurale gegevens te overwegen. Hoewel de auteurs zorgvuldig overwogen en verdisconteerd een dergelijk effect, zonder vertrouwen rating gegevens, is het moeilijk om volledig uit te sluiten dat proefpersonen meer vertrouwen in het maken van (juiste) match, in tegenstelling tot mismatch, oordelen.

de meest waarschijnlijke verklaring voor de waargenomen bevindingen is echter dat de amplitude van hippocampale reacties op nieuwe (of bekende) zintuiglijke input afhangt van de specifieke taak die wordt uitgevoerd. Als zodanig lijken de bevindingen waargenomen door Hannula and Ranganath (2008) op het bekende fenomeen van “match enhancement” waargenomen in apeninferotemporale/perirhinale cortex in relatie tot de komst van een verwachte doelprikkel die overeenkomt met de huidige stimulus die in gedachten wordt gehouden (Miller and Desimone, 1994) . In tegenstelling, tijdens de automatische opsporing van nieuwheid binnen het milieu, kan de verhoogde neurale activiteit in hippocampus de relatief “zuivere” handtekening van een vergelijkingsmechanisme weerspiegelen, vrij van modulatie door boven-neer invloeden (Kumaran en Maguire, 2006). Een belangrijke weg voor toekomstig werk zal daarom zijn om het belang te onderzoeken van wederzijdse interacties tussen de hippocampus en prefrontale cortices die variëren volgens specifieke taakvereisten (bijv., expliciete herkenning geheugen taak) en daarom bepalen de amplitude van waargenomen hippocampale nieuwheid (of vertrouwdheid) signalen.De studie van Hannula and Ranganath (2008) vormt een mooie aanvulling op bestaande neuropsychologische gegevens over het belang van de hippocampus voor het associatieve geheugen op korte termijn. Bovendien levert het geleverde bewijs nieuwe inzichten op in de aard van de hippocampale bijdrage aan het kortetermijngeheugen, wat suggereert dat het voornamelijk deelneemt aan het coderen en ophalen, maar misschien niet actief onderhoud van associatieve informatie. Een belangrijke richting voor toekomstig onderzoek zal het ontwikkelen en empirisch testen van formele computationele modellen van herkenning geheugen en automatische nieuwheid verwerking met behulp van fMRI. Idealiter, zouden deze modellen MTL componenten evenals taak-specifieke modulatory interactie met hogere gebieden (b. v., prefrontale cortex) moeten omvatten. Op deze manier kan het mogelijk zijn om een nauwkeurig begrip te krijgen van hoe nieuwheid en vertrouwdheid worden berekend in de MTL en hoe deze signalen worden gebruikt door andere hersengebieden om succesvolle herkenning geheugen oordelen uit te voeren en om automatisch nieuwheid te detecteren binnen onze zintuiglijke omgeving.