شواهد حیوانی درباره نقش لوب تمپورال میانی در حافظه: بررسی ضایعات هیپوکامپ، آمیگدال و قشر پیرامونی

Evidence From Animals With Medial Temporal Lobe Lesions

شواهدی از جانوران با آسیب‌های لوب تمپورال میانی

Studies in animals ranging from invertebrates to non-human primates with lesions to the hippocampus and surrounding cortex have been invaluable to improving our understanding about the contributions of the medial temporal lobe to memory. A comprehensive review of this field is beyond the scope of this textbook, but a few of the most important findings are essential for understanding memory mechanisms.

مطالعات بر روی جانوران از بی‌مهرگان گرفته تا پستانداران غیر انسانی با ضایعات به هیپوکامپ و قشر اطراف آن برای افزایش درک ما در مورد نقش لوب گیجگاهی میانی در حافظه، بسیار ارزشمند بوده است. بررسی جامع این حوزه، فراتر از محدوده این کتاب درسی است، اما تعدادی از مهم‌ترین یافته‌ها برای درک مکانیسم‌های حافظه ضروری هستند.

A key question has been how much the hippocampus alone, as compared with surrounding structures in the medial temporal lobe, participates in the episodic memory deficits of patients like H.M. For example, does the amygdala influence memory deficits in people with amnesia? Data from amnesic patients indicate that the amygdala is not part of the brain’s episodic memory system, although—as we will learn in Chapter 10—it has a role in emotion and emotional memories. Another question is, what kind of memory and learning is impaired with various temporal lobe lesions?

یک سوال کلیدی این بوده است که هیپوکامپ به تنهایی، در مقایسه با ساختارهای اطراف در لوب گیجگاهی میانی، چقدر در نقص حافظه اپیزودیک بیمارانی مانند H.M شرکت دارد. به عنوان مثال، آیا آمیگدال بر نقص حافظه در افراد مبتلا به آمنزیا تأثیر می‌گذارد؟ داده‌های بیماران آمنزیا نشان می‌دهد که آمیگدال بخشی از سیستم حافظه اپیزودیک مغز نیست، اگرچه – همانطور که در فصل 10 خواهیم آموخت – آمیگدال در احساسات و خاطرات عاطفی نقش دارد. سوال دیگر این است که چه نوع حافظه و یادگیری با ضایعات مختلف لوب گیجگاهی مختل می‌شود؟

NONHUMAN PRIMATE STUDIES To test whether the amygdala is essential in memory formation, surgical lesions were created in the medial temporal lobe and amygdala of monkeys. In classic work on monkeys conducted by Mortimer Mishkin at the National Institute of Mental Health (1978), either the hippocampus, the amygdala, or both were removed surgically. Mishkin found that the resulting amount of impairment varied according to what had been lesioned.

مطالعات نخستیان غیر انسانی: برای آزمایش اینکه آیا آمیگدال در شکل‌گیری حافظه ضروری است یا خیر، ضایعات جراحی در لوب تمپورال میانی و آمیگدال میمون‌ها ایجاد شد. در کار کلاسیک روی میمون‌ها که توسط مورتیمر میشکین در موسسه ملی سلامت روان (1978) انجام شد، هیپوکامپ، آمیگدال یا هر دو با جراحی برداشته شدند. میشکین دریافت که میزان آسیب ناشی از آن با توجه به آنچه دچار ضایعه شده است متفاوت است.

The brain-lesioned monkeys were tested with a popular behavioral task that Mishkin developed, known as the delayed nonmatch-to-sample task: A monkey is placed in at box with a retractable door in the front. While the door is closed so that the monkey cannot see out, a food reward is placed under an object (Figure 9.19a). The door is opened, and the monkey is allowed to pick up the object to get the food (Figure 9.19b). The door is then closed again, and the same object plus a new object are put in position (Figure 9.19c). The new object now covers the food reward, and after a delay that can be varied, the door is reopened and the monkey must pick up the new object to get the food reward. If the monkey picks up the old object, there is no reward (Figure 9.19d). With training, the monkey picks the new, or nonmatching, object; hence, learning and memory are measured by observing the monkey’s performance.

میمون‌های آسیب‌دیده مغزی با یک تکلیف رفتاری آسان که میشکین آن را توسعه داد، آزمایش شدند، که به عنوان تکلیف تاخیری عدم تطابق با نمونه شناخته می‌شود: یک میمون در اتاقک قرار می‌گیرد که در جلوی آن یک در متحرک وجود دارد. در حالی که در بسته است تا میمون نتواند بیرون را ببیند، یک جایزه غذا در زیر یک شی قرار می‌گیرد (شکل 9.19a). در باز می‌شود و به میمون اجازه داده می‌شود برای به دست آوردن غذا، شی را بردارد (شکل 9.19b). سپس در دوباره بسته می‌شود و همان جسم به اضافه یک شی جدید در موقعیت قرار می‌گیرد (شکل 9.19c). اکنون شی جدید پاداش غذا را می‌پوشاند و پس از تاخیری که می‌تواند متنوع باشد، در دوباره باز می‌شود و میمون باید شی جدید را برای دریافت جایزه غذا بردارد. اگر میمون شی قدیمی را بردارد، پاداشی وجود ندارد (شکل 9.19d). با آموزش، میمون شیء جدید یا شیء عدم تطابق را انتخاب می‌کند. از این رو، یادگیری و حافظه با مشاهده عملکرد میمون اندازه گیری می‌شود.

FIGURE 9.19 Delayed nonmatch-to-sample task.

شکل 9.19 تکلیف تأخیری عدم تطابق با نمونه

(a) The correct response has a food reward located under it. (b) The monkey is shown the correct response, which will yield a reward for the monkey. (c) The door is closed, and the reward is placed under a second response option. (d) The monkey is then shown two options and must pick the correct response (the one that does not match the original sample item) to get the reward. Here the monkey is pictured making an error.

(a) پاسخ صحیح دارای پاداش غذایی است که در زیر آن قرار دارد. (b) پاسخ صحیح به میمون نشان داده می‌شود که پاداشی برای میمون خواهد داشت. (c) در بسته است، و پاداش زیر گزینه پاسخ دوم قرار می‌گیرد. (د) سپس دو گزینه به میمون نشان داده می‌شود و باید پاسخ صحیح را انتخاب کند (موردی که با نمونه اصلی مطابقت ندارد) تا جایزه را دریافت کند. در اینجا تصویر میمون در حال خطا است.

In his early work, Mishkin found that the monkey’s memory was impaired only if the lesion included both the hippocampus and the amygdala. This finding led to the (incorrect) idea that the amygdala is a key structure in memory. That idea, however, does not fit well with data from amnesic people like R.B., who had anterograde amnesia caused by a lesion restricted to CA1 neurons of the hippocampus and no damage to the amygdala.

میشکین در پژوهش‌های اولیه خود دریافت که حافظه میمون تنها در صورتی مختل می‌شود که ضایعه شامل هیپوکامپ و آمیگدال باشد. این یافته منجر به این ایده (نادرست) شد که آمیگدال یک ساختار کلیدی در حافظه است. با این حال، این ایده به خوبی با داده‌های افراد مبتلا به آمنزیا مانند R.B، که آمنزیا انتروگراد ناشی از ضایعه محدود به نورون‌های CA1 هیپوکامپ و بدون آسیب به آمیگدال داشتند، مطابقت ندارد.

Stuart Zola-Morgan and colleagues (1993) investigated this dilemma. They distinguished the amygdala, the hippocampus, and the surrounding cortex near each structure in the monkeys’ brains (Brodmann areas 28 and 34; Figure 9.20), and they made more surgically selective lesions of the amygdala, the entorhinal cortex, or the surrounding neocortex of the parahippocampal gyrus and the perirhinal cortex (Brodmann areas 35 and 36). They wanted to extend Mishkin’s work, which always had involved lesions of the neocortex surrounding the amygdala or hippocampus because of the way the surgery was performed.

استوارت زولا مورگان و همکارانش (1993) این معما را بررسی کردند. آنها آمیگدال، هیپوکامپ و قشر اطراف نزدیک هر ساختار در مغز میمون‌ها تشخیص دادند (نواحی برودمن 28 و 34؛ شکل 9.20)، و با جراحی، ضایعات انتخابی بیشتری در آمیگدال، قشر آنتورینال یا نئوکورتکس اطراف شکنج پاراهیپوکامپ و قشر پریرینال ایجاد کردند (نواحی برودمن 35 و 36). آنها می‌خواستند کار میشکین را ادامه دهند؛ کارهایی که به دلیل نحوه انجام جراحی، همیشه نئوکورتکس اطراف آمیگدال یا هیپوکامپ را درگیر ضایعات کرده بود.

FIGURE 9.20 Gross anatomy of the monkey’s medial temporal lobe.

شکل 9.20 آناتومی کلان لوب تمپورال میانی میمون.

(a) This lateral, see-through view of the left hemisphere shows the amygdala (red) and hippocampus (blue) within the temporal lobe. (b) This view from the ventral surface of the same hemisphere shows the amygdala and hippocampus, and indicates the locations of the parahippocampal gyrus and the entorhinal area (consisting of Brodmann areas 28 and typically also 34, which are located in the most anterior portion of the parahippocampal gyrus).

(a) این نمای جانبی و آشکار نیمکره چپ، آمیگدال (قرمز) و هیپوکامپ (آبی) را در لوب تمپورال نشان می‌دهد. (b) این نمایی از سطح شکمی همان نیمکره مغز، آمیگدال و هیپوکامپ را نشان می‌دهد و محل شکنج پاراهیپوکامپ و ناحیه آنتورینال را به نمایش می‌گذارد (شامل نواحی 28 و به طور معمول 34 برودمن است که در قسمت قدامی شکنج پاراهیپوکامپ قرار دارند).

The results indicated that lesions of the hippocampus and amygdala produced the most severe memory deficits only when the cortex surrounding these regions was also lesioned. When lesions of the hippocampus and amygdala were made but the surrounding cortex was spared, the presence or absence of the amygdala lesion did not affect the monkey’s memory. The amygdala, then, could not be part of the system that supported the acquisition of long-term memory.

نتایج نشان داد که ضایعات هیپوکامپ و آمیگدال شدیدترین نقص‌های حافظه را تنها زمانی ایجاد می‌کنند که قشر اطراف این نواحی نیز دچار ضایعه شده باشد. هنگامی که ضایعات هیپوکامپ و آمیگدال ایجاد شد اما قشر اطراف آن در امان بود، وجود یا عدم وجود ضایعه آمیگدال بر حافظه میمون تأثیری نداشت. پس آمیگدال نمی‌تواند بخشی از سیستمی باشد که کسب حافظه بلندمدت بدان متکی است. 

In subsequent investigations, Zola-Morgan and his colleagues selectively created lesions of the surrounding cortex in the perirhinal, entorhinal, and parahippocampal regions. These selective lesions worsened memory performance in delayed nonmatch-to-sample tests (Figure 9.21). Follow-up work showed that lesions of only the parahippocampal and perirhinal cortices also produced significant memory deficits.

در تحقیقات بعدی، زولا مورگان و همکارانش به طور انتخابی ضایعات قشر اطراف را در نواحی پریرینال، آنتورینال و پاراهیپوکامپ ایجاد کردند. این ضایعات انتخابی باعث بدتر شدن عملکرد حافظه در آزمایش‌های تاخیری عدم تطابق با نمونه شدند (شکل 9.21). پژوهش تکمیلی نشان داد که ضایعاتی که تنها قشر پاراهیپوکامپ و پریرینال را درگیر می‌کنند نیز نقص حافظه قابل توجهی ایجاد می‌کنند.

FIGURE 9.21 Selective lesions around the hippocampus worsen memory.

شکل 9.21 ضایعات انتخابی در اطراف هیپوکامپ، حافظه را بدتر می‌کند.

Performance across time intervals on the delayed nonmatch-to-sample task (see Figure 9.19) for normal monkeys (N); monkeys with lesions of the hippocampal formation and the parahippocampal cortex (HP); and monkeys with lesions of the hippocampal formation, parahippocampal cortex, and perirhinal cortex (HPP).

عملکرد در فواصل زمانی در تکلیف تأخیری عدم تطابق با نمونه (نگاه کنید به شکل 9.19) برای میمون‌های سالم (N). میمون‌هایی با ضایعات ساختار هیپوکامپ و قشر پاراهیپوکامپ (HP)؛ و میمون‌هایی با ضایعات ساختار هیپوکامپ، قشر پاراهیپوکامپ و قشر پریرینال (HPP).

How do we reconcile these results with R.B.’s profound anterograde amnesia, caused by damage limited to the hippocampus and not involving the surrounding parahippocampal or perirhinal cortex? The answer is that the hippocampus cannot function properly if these vital connections are damaged. But more than this, we now know that these regions are involved in a great deal of processing themselves, and hence lesions restricted to the hippocampus do not produce as severe a form of amnesia as do lesions that include surrounding cortex.

چگونه می‌توانیم این نتایج را با آمنزیا شدید انتروگراد R.B، که در اثر آسیب محدود به هیپوکامپ ایجاد می‌شود و قشر پاراهیپوکامپ یا قشر پریرینال اطراف را درگیر نمی‌کند، تطبیق دهیم؟ پاسخ این است که اگر این اتصالات حیاتی آسیب ببینند، هیپوکامپ نمی‌تواند به درستی عمل کند. اما بیشتر از این، ما اکنون می‌دانیم که این نواحی درگیر پردازش زیادی هستند و از این رو ضایعات محدود به هیپوکامپ به اندازه ضایعاتی که قشر اطراف هیپوکامپ را درگیر می‌کند، یک نوع آمنزیا شدید ایجاد نمی‌کنند.

RODENT STUDIES Another key question that animal researchers have addressed involves the kind of memory and learning that is impaired with lesions to the hippocampus. Rodents have a hippocampal memory system that closely corresponds to that of primates (Figure 9.22), and early studies in rats found that while hippocampal lesions did not disrupt stimulus-response learning, the lesioned rats did exhibit a bewildering vari- ety of abnormal behaviors. These observations led to the suggestion that the hippocampus was involved with the storage and retrieval of one specific type of memory: contextual memory (Hirsh, 1974).

مطالعات جوندگان: یکی دیگر از سوالات کلیدی که محققان حیوانات به آن پرداخته اند مربوط به نوع حافظه و یادگیری است که با ضایعات هیپوکامپ مختل می‌شود. جوندگان دارای یک سیستم حافظه هیپوکامپ هستند که دقیقاً با پستانداران مطابقت دارد (شکل 9.22) و مطالعات اولیه در موش‌ها نشان داد که در حالی که ضایعات هیپوکامپ در یادگیری پاسخ-محرکی اختلال ایجاد نمی‌کند، موش‌های آسیب دیده انواع گیج کننده ای از رفتارهای غیرطبیعی را از خود نشان می‌دهند. این مشاهدات به این پیشنهاد منجر شد که هیپوکامپ با ذخیره و بازیابی نوع خاصی از حافظه درگیر است: حافظه زمینه‌ای (هیرش، 1974).

FIGURE 9.22 Anatomy of the hippocampal memory system in monkeys and rats.

شکل 9.22 آناتومی سیستم حافظه هیپوکامپ در میمون‌ها و موش‌ها

Most areas of cortex send information to the hippocampus. Different neocortical zones (blue) project to one or more subdivisions of the parahippocampal region. These subdivisions are the perirhinal cortex (light purple), the parahippocampal cortex (dark purple), and the entorhinal cortex (pink). These latter areas are interconnected and project to different regions of the hippocampus (green), including the dentate gyrus, the CA3 and CA1 fields of the hippocampus, and the subiculum. As a result, various cortical inputs converge within the parahippocampal region. In addition, the parahippocampal region passes this information from the cortex to the hippocampus. Following processing in the hippocampus, information can be fed back via the parahippocampal region to the same areas of the cortex that the original inputs came from.

بیشتر نواحی قشر مغز اطلاعات را به هیپوکامپ ارسال می‌کنند. مناطق مختلف نئوکورتیکال (آبی) به یک یا چند بخش فرعی از ناحیه پاراهیپوکامپ پروجکت می‌کند. این بخش‌ها عبارتند از: قشر پریرینال (بنفش روشن)، قشر پاراهیپوکامپ (بنفش تیره)، و قشر آنتورینال (صورتی). این نواحی اخیر به هم پیوسته اند و به نواحی مختلف هیپوکامپ (سبز)، از جمله شکنج دندانه دار، محدوده‌های CA3 و CA1 هیپوکامپ و سابیکولوم می‌رسند. در نتیجه، ورودی‌های مختلف قشر مغز در ناحیه پاراهیپوکامپ همگرا می‌شوند. علاوه بر این، ناحیه پاراهیپوکامپ این اطلاعات را از قشر به هیپوکامپ منتقل می‌کند. پس از پردازش در هیپوکامپ، اطلاعات را می‌توان از طریق ناحیه پاراهیپوکامپ به همان نواحی از قشر که ورودی‌های اولیه از آن وارد شده است، بازگرداند.

For instance, when electrodes were implanted in the rat hippocampus, certain cells, later dubbed place cells, fired only when the rat was situated in a particular location and facing a particular direction (O’Keefe & Dostrovsky, 1971). A particular place cell might have become silent when the animal moved to a different environment but then assumed a location-specific firing in that new area. As the animal moved about the environment, the activity of specific CA1 and CA3 hippocampal neurons correlated with specific locations. 

به عنوان مثال، زمانی که الکترودها در هیپوکامپ موش کاشته شدند، سلول‌های خاصی که بعداً سلول‌های مکان نامیده شدند، تنها زمانی شلیک می‌کنند که موش در یک مکان خاص و در جهت خاصی قرار داشته باشد (اوکیف و داستروفسکی، 1971). یک سلول مکانی خاص ممکن است زمانی که حیوان به محیط دیگری نقل مکان می‌کند خاموش می‌شود، اما پس از آن شلیک مکان خاصی را در آن منطقه جدید فرض می‌کند. همانطور که حیوان در اطراف محیط حرکت می‌کرد، فعالیت نورون‌های خاصی از نواحی CA1 و CA3 هیپوکامپ با مکان‌های خاص ارتباط داشت.

This study led to the idea that the hippocampus represented spatial contexts (O’Keefe & Nadel, 1978), the where in context memory. The hippocampus was soon found to be involved in spatial navigational learning. Subsequently, rudimentary forms of place cells, head direction cells, and grid cells were found to be already active upon the first movements that rat pups made from their nests, demonstrating that three neuronal representations of space were already present before extensive experience. This finding strongly suggests that cognitive maps in the hippocampus representing location are innate (Wills et al., 2010).

این مطالعه منجر به این ایده شد که هیپوکامپ زمینه‌های فضایی را در حافظه زمینه‌ای بازنمایی می‌کند (اوکیف و نادل، 1978). به زودی مشخص شد که هیپوکامپ در یادگیری تمرکز فضایی نقش دارد. متعاقباً، اشکال ابتدایی سلول‌های مکان، سلول‌های جهت سر و سلول‌های شبکه‌ای در اولین حرکاتی که موش‌ها از لانه‌های خود انجام دادند، فعال بودند و نشان می‌داد که در حالت عادی سه بازنمایی عصبی از فضا قبل از تجربه گسترده وجود داشته است. این یافته قویاً نشان می‌دهد که نقشه‌های شناختی بازنمایی کننده مکان در هیپوکامپ، ذاتی هستند (ویلز و همکاران، 2010).

In rats, spatial navigational leaming is tested using the Morris water maze, a circular tank filled with opaque water (R. G. Morris, 1981). Above the water are different identifiable visual cues, such as windows and doors, and somewhere below the surface of the water is an invisible platform. Rats are dropped into the tank at different points on different trials. The time it takes for them to reach the platform becomes shorter over time, indicating that they learn where the platform is in relation to the visual cues above the water.

در موش‌ها، یادگیری تمرکز فضایی [در کتاب غلط املایی وجود دارد leaming به جای learning] با استفاده از ماز آبی موریس، -یک مخزن دایره‌ای پر از آب مات- آزمایش می‌شود (آر. جی. موریس، 1981). در بالای آب نشانه‌های دیداری قابل شناسایی مختلفی مانند پنجره‌ها و درها وجود دارد و جایی در زیر سطح آب یک سکوی نامرئی وجود دارد. در آزمایش‌های مختلف، موش‌ها در نقاط مختلف داخل مخزن رها می‌شوند. مدت زمانی که طول می‌کشد تا آنها به سکو برسند با گذشت زمان، کمتر می‌شود و نشان می‌دهد که آنها در رابطه با نشانه‌های دیداری بالای آب یاد می‌گیرند که سکو در کجا قرار دارد.

Rats with hippocampal lesions do not learn to associate the visual cues with the platform’s location when dropped from different spots, but rather swim randomly about on every trial looking for the platform (Schenk & Morris, 1985). If they are always dropped into the water from exactly the same spot, however, they do learn where the platform is located (Eichenbaum et al., 1990). Thus, rats with hippocampal lesions can learn a repeated, practiced task (a stimulus-response task) but are unable to relate space information with different contextual information.

موش‌های مبتلا به ضایعات هیپوکامپ یاد نمی‌گیرند که وقتی از نقاط مختلف رها می‌شوند، نشانه‌های دیداری را با مکان سکو مرتبط کنند، بلکه در هر آزمایشی به‌طور تصادفی به دنبال سکو می‌گردند (شنک و موریس، 1985). با این حال، اگر آنها را همیشه دقیقاً از همان نقطه به داخل آب بیندازند، یاد می‌گیرند که سکو در کجا قرار دارد (آیکنباوم و همکاران، 1990). بنابراین، موش‌های مبتلا به ضایعات هیپوکامپ می‌توانند یک تکلیف تکراری و تمرین‌شده (یک تکلیف محرک-پاسخی) را بیاموزند، اما نمی‌توانند اطلاعات فضایی را با اطلاعات زمینه‌ای متفاوت مرتبط کنند.

Context is not just about space. Some rat hippocampal neurons have been found to fire for specific odors and for specific combinations of odors and locations (Wood et al., 1999); some, for visual or auditory stimuli or a combination of both (Sakurai, 1996); and some, for many other nonspatial features, including behavior (see Eichenbaum et al., 1999). These findings have led to the suggestion that the function of the hippocampus may be to bind together different contextual information to form a complex contextual memory.

زمینه فقط مربوط به فضا نیست. مشخص شده است که برخی از نورون‌های هیپوکامپ موش برای بوهای خاص و ترکیبات خاصی از بوها و مکان‌ها (وود وهمکاران، 1999)؛ و برخی دیگر برای محرک‌های دیداری یا شنیداری یا ترکیبی از هر دو (ساکورای، 1996)؛ و برخی دیگر برای بسیاری از ویژگی‌های غیرفضایی دیگر، از جمله رفتار (نگاه کنید به آیکنباوم و همکاران، 1999) شلیک می‌کنند. این یافته‌ها به این پیشنهاد منجر شده است که عملکرد هیپوکامپ ممکن است این باشد که اطلاعات زمینه‌ای مختلف را به هم پیوند بدهد تا یک حافظه زمینه‌ای پیچیده را تشکیل بدهد. 

Although initial work in both animals (see Squire, 1992) and humans suggested that the hippocampus was not involved in the retrieval of long-term distant memories and had only a temporary involvement with forming and retrieving new contextual memories, subsequent work has suggested otherwise. For instance, in spatial navigation tasks, both recent and remote memories are equally disrupted after hippocampal lesions (S. J. Martin et al., 2005).

گرچه پژوهش ابتدایی هم در حیوان (نگاه کنید به اسکوایر، 1992) و هم در انسان نشان داد که هیپوکامپ در بازیابی حافظه دور درازمدت نقشی ندارد و فقط برای شکل‌گیری و بازیابی خاطرات زمینه‌ای جدید به صورت موقتی درگیر است، اما پژوهش تکمیلی خلاف آن را پیشنهاد کرد. به عنوان مثال، در تکالیف تمرکز فضایی، پس از ضایعات هیپوکامپ، هم حافظه‌ اخیر و هم حافظه دور به یک اندازه مختل می‌شوند (اس. ج. مارتین و همکاران، 2005).

The retrieval of contextual memory in rats is often studied using contextual fear learning, where rats are placed in a small chamber with specific visual features and a foot shock is delivered. The rats then show a variety of conditioned responses, such as freezing in place, when put back into the same visually identifiable chamber. The retention of fear conditioning is evaluated by the amount of freezing the rats show. In one study, after experiencing a single shock episode, some rats underwent sham surgery (the control condition). Other rats had their hippocampus partially or fully destroyed at one of three times: 1 week, 2 months, or 6 months later. None of the rats were returned to the shock chamber during the interval between the shock and the surgery.

بازیابی حافظه زمینه‌ای در موش‌ها اغلب با استفاده از یادگیری ترس زمینه‌ای مورد مطالعه قرار می‌گیرد، به این ترتیب که موش‌ها در یک محفظه کوچک با ویژگی‌های دیداری خاص قرار می‌گیرند و به پای آنها شوک وارد می‌شود. سپس وقتی موش‌ها دوباره در همان محفظه قابل شناسایی دیداری قرار می‌گیرند پاسخ‌های شرطی مختلفی مانند انجماد حرکتی در محل را نشان می‌دهند. حفظ شرطی شدن ترس با میزان انجماد حرکتی موش‌ها ارزیابی می‌شود. در یک مطالعه، پس از تجربه یک رویداد شوک، برخی از موش‌ها تحت عمل جراحی ساختگی (وضعیت گروه کنترل) قرار گرفتند. هیپوکامپ موش‌های دیگر به طور جزئی یا کامل در یکی از سه زمان زیر تخریب شد: 1 هفته، 2 ماه یا 6 ماه بعد. هیچ یک از موش‌ها در فاصله بین شوک و جراحی به محفظه شوک بازگردانده نشدند.

Two weeks after surgery, all of these groups were tested for fear retention. The control rats froze when put back in the chamber, though the response lessened with longer retention intervals. The rats with a completely destroyed hippocampus did not freeze, no matter the interval, while the rats with partial damage showed some freezing but less than controls, especially at longer intervals. The severity of retrograde amnesia for the contextual fear was related to the extent of hippocampal damage, but amnesia existed for even remote retrograde contextual memory (Lehmann et al., 2007).

دو هفته پس از جراحی، همه این گروه‌ها از نظر حفظ ترس مورد آزمایش قرار گرفتند. موش‌های گروه کنترل وقتی دوباره در محفظه قرار گرفتند دچار انجماد حرکتی شدند، اگرچه با فواصل نگهداری طولانی‌تر، پاسخ کاهش یافت. موش‌هایی که هیپوکامپ‌شان کاملاً تخریب شده بود، بدون توجه به فاصله زمانی، دچار انجماد حرکتی نشدند، در حالی که موش‌هایی که آسیب جزئی داشتند تا حدی دچار انجماد حرکتی شدند اما آنها نسبت به گروه کنترل، به‌ویژه در فواصل زمانی طولانی‌تر، به میزان کمتری انجماد حرکتی نشان دادند. شدت آمنزیا رتروگراد برای ترس زمینه‌ای به میزان آسیب هیپوکامپ بستگی داشت، اما آمنزیا حتی برای حافظه زمینه‌ای رتروگراد دور نیز وجود داشت (لهمان و همکاران، 2007). 

Interestingly, an earlier rat study had shown that if the fear memory was reactivated 45 days after being formed (when it no longer requires the hippocampus for expression) and then a hippocampal lesion was made, the rats no longer showed fear when placed back in the chamber (Debiec et al., 2002). Retrieval and reactivation of a hippocampal-independent memory appear to have made that memory hippocampus dependent again and susceptible to hippocampal damage. Such studies suggest that the hippocampus has a more extensive role in long-term contextual (and episodic) memory retrieval than was originally postulated after early studies of H.M.

جالب توجه است، قبلاً یک مطالعه روی موش‌ها نشان داده بود که اگر حافظه ترس 45 روز پس از تشکیل دوباره فعال شود (زمانی که دیگر برای بروز به هیپوکامپ نیاز ندارد) و سپس یک ضایعه هیپوکامپ ایجاد شود، موش‌ها وقتی دوباره در داخل محفظه قرار می‌گیرند، دیگر ترسی از خود نشان نمی‌دهند. (دبیک و همکاران، 2002). به نظر می‌رسد بازیابی و فعال سازی مجدد یک حافظه مستقل از هیپوکامپ، آن حافظه را دوباره به هیپوکامپ وابسته می‌کند بنابراین آن حافظه، مستعد آسیب هیپوکامپ می‌شود. چنین مطالعاتی نشان می‌دهد که نسبت به آنچه که در ابتدا پس از مطالعات اولیه H.M فرض شده بود هیپوکامپ نقش گسترده‌تری در بازیابی حافظه زمینه‌ای (و اپیزودیک) بلند مدت دارد.

There is yet another variable to be considered: memory detail and its accuracy. For example, mice are initially able to distinguish between a fear-conditioning chamber and slightly different chambers: They freeze only in the specific chamber where they were first shocked. Over time, however, they no longer distinguish between the chambers, and their fear generalizes to similar chambers (Wiltgen & Silva, 2007). Thus, contextual memories become less detailed and more general with time, allowing the animal to be more adaptable, such that the fear memory is activated in novel but similar contexts.

متغیر دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شود: جزئیات حافظه و دقت آن. به عنوان مثال، موش‌ها در ابتدا می‌توانند بین یک محفظه شرطی‌سازی ترس و محفظه‌های کمی متفاوت تمایز قائل شوند: آنها فقط در محفظه خاصی که برای اولین بار در آن شوکه شده بودند دچار انجماد حرکتی می‌شوند. اما با گذشت زمان، آنها دیگر بین محفظه‌ها تمایز قائل نمی‌شوند و ترس آنها به محفظه‌های مشابه تعمیم می‌یابد (ویلتگن و سیلوا، 2007). بنابراین، جزئیات حافظه‌های زمینه‌ای با گذشت زمان کمتر می‌شود و آنها کلی‌تر می‌شوند و به حیوان اجازه می‌دهند تا سازگارتر باشد، به طوری که حافظه ترس در زمینه‌های جدید اما مشابه فعال می‌شود.

It has been proposed that memory quality may be a critical factor that determines whether the hippocampus is essential for retrieval. The proposal is that it plays a permanent role in retrieving detailed contextual memory but is not necessary for retrieval once detail is lost and memory has generalized. Thus, if testing conditions promote retention of detailed memories, such as spatial navigation in water mazes where the exact location of a platform is required, the hippocampus is needed in the retrieval of both short- and long-term memories. If the conditions result in memory generalization across time, such as in fear conditioning, they will lead to a temporal gradient of hippocampal involvement in memory retrieval, as was seen in Wiltgen and Silva’s experiment. In the next sections we see how some of these findings have been mirrored in humans.

پیشنهاد شده است که کیفیت حافظه ممکن است عامل مهمی باشد که تعیین می‌کند آیا هیپوکامپ برای بازیابی ضروری است یا خیر. پیشنهاد این است که نقش دائمی در بازیابی حافظه زمینه‌ای دقیق ایفا می‌کند، اما پس از از بین رفتن جزئیات و تعمیم حافظه، برای بازیابی ضروری نیست. بنابراین، اگر شرطی‌سازی آزمایش باعث حفظ حافظه‌های دقیق شود، مانند تمرکز فضایی در مازهای آبی که در آن مکان دقیق سکو مورد نیاز است، هیپوکامپ برای بازیابی حافظه‌های کوتاه مدت و بلندمدت مورد نیاز است. اگر شرایط منجر به تعمیم حافظه در طول زمان شود، مانند شرطی سازی ترس، منجر به یک گرادیان زمانی درگیری هیپوکامپ در بازیابی حافظه خواهد شد، همانطور که در آزمایش ویلتگن و سیلوا مشاهده شد. در بخش‌های بعدی می‌بینیم که چگونه برخی از این یافته‌ها در انسان منعکس شده است.

TAKE-HOME MESSAGES

نکات کلیدی

▪️ The hippocampus is critical for the formation of long- term memory, and the cortex surrounding the hippocampus is critical for normal hippocampal memory function.

▪️ هیپوکامپ برای تشکیل حافظه بلندمدت حیاتی است و قشر اطراف هیپوکامپ برای عملکرد طبیعی حافظه هیپوکامپ حیاتی است.

▪️ Evidence from humans and animals with brain damage suggests a degree of independence of procedural mem- ory, perceptual priming, conditioning, and nonassociative learning from the medial temporal lobe memory system.

▪️ شواهد به دست آمده از انسان‌ها و حیوانات مبتلا به آسیب مغزی حاکی از درجه ای از استقلال حافظه روندی، پرایمینگ ادراکی، شرطی‌سازی و یادگیری غیرارتباطی از سیستم حافظه لوب گیجگاهی میانی است.

▪️ Neurons that activate when rats are in a particular place and facing a particular direction have been identified in the hippocampus and are called place cells. They provide evidence that the hippocampus has cells that encode contextual information.

▪️ وقتی موش‌ها در یک مکان خاص و در جهت خاصی قرار دارند در هیپوکامپ آنها نورون‌هایی فعال می‌شوند که این نورون‌ها شناسایی شده‌اند و سلول‌های مکان نامیده می‌شوند. آنها شواهدی ارائه می‌دهند که هیپوکامپ دارای سلول‌هایی است که اطلاعات زمینه ای را رمزگذاری می‌کنند.

▪️ Damage to the temporal lobe outside of the hippocampus can produce the loss of semantic memory, even while the ability to acquire new episodic memories remains intact.

▪️ آسیب به لوب گیجگاهی خارج از هیپوکامپ می‌تواند باعث از دست رفتن حافظه معنایی شود، هرچند که توانایی به دست آوردن خاطرات اپیزودیک جدید دست نخورده باقی می‌ماند.