علوم اعصاب برای پزشکان بالینی؛ مدارهای آمیگدال و هیپوکامپ

دعای مطالعه [ نمایش ]
بِسْمِ الله الرَّحْمنِ الرَّحیمِ
اَللّهُمَّ اَخْرِجْنى مِنْ ظُلُماتِ الْوَهْمِ
خدایا مرا بیرون آور از تاریکىهاى وهم،
وَ اَکْرِمْنى بِنُورِ الْفَهْمِ
و به نور فهم گرامى ام بدار،
اَللّهُمَّ افْتَحْ عَلَیْنا اَبْوابَ رَحْمَتِکَ
خدایا درهاى رحمتت را به روى ما بگشا،
وَانْشُرْ عَلَیْنا خَزائِنَ عُلُومِکَ بِرَحْمَتِکَ یا اَرْحَمَ الرّاحِمینَ
و خزانههاى علومت را بر ما باز کن به امید رحمتت اى مهربانترین مهربانان.
۴۵۹ | Overview |
۴۵۹ | Hippocampal Circuits |
۴۶۱ | Oscillatory Activity in Hippocampal Circuits |
۴۶۳ | Functional Segregation in Hippocampal Circuits for Episodic Memory |
۴۶۵ | Modulatory Influences on the Hippocampus |
۴۶۸ | Hippocampal Navigation System and Formation of Event Engrams |
۴۶۹ | Circuits of the Amygdala |
۴۷۰ | Circuits for Acquisition, Expression, and Extinction of Conditioned Responses |
۴۷۳ | Clinical Correlations |
۴۷۴ | Key Points |
نمای کلی | ۴۵۹ |
مدار هیپوکامپ | ۴۵۹ |
فعالیت نوسانی در مدارهای هیپوکامپ | ۴۶۱ |
جداسازی عملکردی در مدارهای هیپوکامپ برای حافظه اپیزودیک | ۴۶۳ |
تأثیر تعدیلی بر هیپوکامپ | ۴۶۵ |
سیستم ناوبری هیپوکامپ و تشکیل انگرامهای رویداد | ۴۶۸ |
مدار آمیگدال | ۴۶۹ |
مدار برای اکتساب، بیان و خاموش کردن پاسخهای شرطی | ۴۷۰ |
همبستگی بالینی | ۴۷۳ |
نکته کلیدی | ۴۷۴ |
Overview
نمای کلی
The term “limbic” used by Broca referred to structures that are at the border or edge of the hemispheres and led to the development of the concept of a limbic system. (1) Anatomical and functional evidence indicates that this system is not a unique entity but rather includes three components. (2) An “anterior” limbic system includes the amygdala, orbitofrontal cortex, insula, and anterior cingulate cortex. These structures are involved in processing emotion and reward value via their connections with areas of the ventral stream that provide information about stimulus features (“what” pathway). A “posterior limbic” circuit includes the hippocampus and the perirhinal, parahippocampal, and posterior cingulate cortices. These structures are involved in object-spatial associations via connections with the dorsal stream that provides information about space, action, and “where” events occur. The hippocampus is a key structure in episodic memory as it receives inputs both from the dorsal and the ventral processing stream. A third “limbic” system, which involves the midcingulate cortex, associates value-based information conveyed via the anterior cingulate cortex with action outcome information conveyed via the posterior cingulate cortex and sends inputs to premotor cortical areas to control further actions. The amygdala and hippocampus are thus core elements of different subsystems that interact to integrate emotion, value, and outcomes to control behavior (3-5) (Figure 25.1). Despite their different yet overlapping functions, the hippocampus and amygdala share several features, including their relatively simple cellular organization, their operations mediated by serial excitatory connections between principal neurons and strongly regulated by local GABAergic interneurons; robust mechanisms of coincidence detection leading to synaptic plasticity, and feedforward and feedback interneuron circuits promoting the formation of cell ensembles. (6-19) These medial temporal lobe structures also share vulnerability in a wide range of neurologic disorders, including limbic encephalitis, medial temporal lobe seizures, and neurodegenerative disorders associated with dementia. The aims of this chapter are to briefly review: (1) the organization of the intrinsic circuits of the hippocampus, (2) the role of the hippocampus in encoding of episodic memory and navigation, (3) the organization of the intrinsic circuits of the amygdala, (4) the role of the amygdala in formation and extinction of conditioned responses, and (5) examples of disruption of these circuits in neurologic disorders.
اصطلاح لیمبیک که توسط بروکا استفاده میشود به ساختارهایی اشاره دارد که در مرز یا لبه نیمکرهها قرار دارند و منجر به توسعه مفهوم سیستم لیمبیک شده است. (۱) شواهد تشریحی و عملکردی نشان میدهد که این سیستم یک موجودیت منحصر به فرد نیست بلکه شامل سه جزء است. (۲) یک سیستم لیمبیک “قدامی” شامل آمیگدال، قشر اوربیتوفرونتال، اینسولا و قشر کمربندی قدامیاست. این ساختارها از طریق ارتباط با نواحی جریان شکمیکه اطلاعاتی در مورد ویژگیهای محرک (مسیر “چه”) ارائه میدهند، در پردازش احساسات و ارزش پاداش نقش دارند. یک مدار “لیمبیک خلفی” شامل هیپوکامپ و قشر سینگولیت پریرینال، پاراهیپوکامپ و خلفی است. این ساختارها از طریق اتصالات با جریان پشتی که اطلاعاتی در مورد فضا، کنش و رویدادهای «مکانی» رخ میدهند، درگیر تداعیهای شی-فضایی هستند. هیپوکامپ یک ساختار کلیدی در حافظه اپیزودیک است زیرا ورودیها را از جریان پردازش پشتی و شکمیدریافت میکند. سومین سیستم “لیمبیک” که شامل قشر میانی سینگوله است، اطلاعات مبتنی بر ارزش را که از طریق قشر کمربندی قدامیمنتقل میشود با اطلاعات نتیجه عمل که از طریق قشر کمربندی خلفی منتقل میشود مرتبط میکند و ورودیها را برای کنترل اقدامات بعدی به نواحی قشر پیش حرکتی میفرستد. بنابراین آمیگدال و هیپوکامپ عناصر اصلی زیرسیستمهای مختلف هستند که برای ادغام احساسات، ارزش و نتایج برای کنترل رفتار (۳-۵) با هم تعامل دارند (شکل ۲۵.۱). هیپوکامپ و آمیگدال علیرغم عملکردهای متفاوت و در عین حال متداخلشان، چندین ویژگی مشترک دارند، از جمله سازماندهی سلولی نسبتاً ساده آنها، عملیات آنها با واسطه اتصالات تحریکی سریال بین نورونهای اصلی و به شدت توسط نورونهای داخلی GABAergic محلی تنظیم میشود. مکانیسمهای قوی تشخیص تصادف منجر به شکلپذیری سیناپسی، و مدارهای بین نورونی پیشخور و بازخوردی که تشکیل مجموعههای سلولی را ترویج میکنند. (۶-۱۹) این ساختارهای لوب گیجگاهی داخلی همچنین در طیف گسترده ای از اختلالات عصبی، از جمله آنسفالیت لیمبیک، تشنج لوب گیجگاهی داخلی و اختلالات عصبی مرتبط با زوال عقل، آسیب پذیری مشترک دارند. اهداف این فصل بررسی مختصر موارد زیر است: (۱) سازماندهی مدارهای ذاتی هیپوکامپ، (۲) نقش هیپوکامپ در رمزگذاری حافظه اپیزودیک و ناوبری، (۳) سازماندهی مدارهای ذاتی هیپوکامپ آمیگدال، (۴) نقش آمیگدال در شکل گیری و انقراض پاسخهای شرطی، و (۵) نمونههایی از اختلال در این مدارها در اختلالات عصبی.
HIPPOCAMPAL CIRCUITS
مدارهای هیپوکامپ
The hippocampus includes several subdivisions: dentate gyrus; CA3, CA2, and CA1 fields; and subiculum (Figure 25.2). All the subfields of the hippocampal formation contain excitatory neurons that are connected via largely unidirectional pathways. (20)
هیپوکامپ شامل چندین زیربخش است: شکنج دندانه دار. فیلدهای CA3، CA2 و CA1. و subiculum (شکل ۲۵.۲). تمام زیرزمینهای تشکیل هیپوکامپ حاوی نورونهای تحریککننده هستند که از طریق مسیرهای تا حد زیادی یک جهته به هم متصل هستند. (۲۰)
Extrinsic Hippocampal Connections
اتصالات خارجی هیپوکامپ
The entorhinal cortex serves as the gateway for access of neocortical information to the hippocampus. Association areas send projections to the perirhinal and parahippo- campal cortices, which in turn project to the entorhinal cortex. (10) These connections are topographically and functionally segregated (Figure 25.3), (21-23) The perirhinal cortex conveys inputs to the lateral entorhinal cortex, whereas the parahippocampal cortex provides input to the medial entorhinal cortex. Inputs from the perirhinal cortex provide information from the ventral stream of sensory involved in object recognition and discrimination (“what/content” pathway). This perirhinal-lateral entorhinal pathway primarily targets the anterior hippocampus. Neurons in this anterior circuit, referred to as anterior temporal circuit, participate in object feature and emotional processing for recognition memory. Inputs from the parahippocampal cortex provide information from the dorsal stream of sensory processing in the posterior parietal cortex, involved in encoding of visuospatial coding (“where/context” pathway). This parahippocampal-medial entorhinal cortex targets the posterior hippocampus. Neurons in this posteromedial circuit encode highly specific locations and time signals and participate in spatiotemporal organization of the event memories and navigation. Inputs from the lateral and medial entorhinal cortex converge in the dentate gyrus, and reach different portions of CA3, CA1 and subiculum.
قشر آنتورینال به عنوان دروازه ای برای دسترسی به اطلاعات نئوکورتیکال به هیپوکامپ عمل میکند. نواحی ارتباطی، پیش بینیها را به قشر پریرینال و پاراهیپوکامپ میفرستند، که به نوبه خود به قشر آنتورینال میرسد. (۱۰) این اتصالات از نظر توپوگرافی و عملکرد از هم جدا هستند (شکل ۲۵.۳)، (۲۱-۲۳) قشر پریرینال ورودیها را به قشر آنتورینال جانبی منتقل میکند، در حالی که قشر پاراهیپوکامپ ورودی را به قشر داخلی داخلی میدهد. ورودیهای قشر پریرینال اطلاعاتی را از جریان حسی شکمیدرگیر در تشخیص و تمایز اشیا (مسیر “چه/محتوا”) فراهم میکنند. این مسیر انتورینال پریرینال-جانبی در درجه اول هیپوکامپ قدامیرا هدف قرار میدهد. نورونهای این مدار قدامیکه به آن مدار زمانی قدامیگفته میشود، در ویژگیهای جسم و پردازش عاطفی برای حافظه شناسایی شرکت میکنند. ورودیهای قشر پاراهیپوکامپ اطلاعاتی را از جریان پشتی پردازش حسی در قشر جداری خلفی که در رمزگذاری کدگذاری بینایی فضایی (مسیر “کجا/زمینه”) دخیل است، ارائه میکند. این قشر انتورینال پاراهیپوکامپ- میانی، هیپوکامپ خلفی را هدف قرار میدهد. نورونها در این مدار خلفی میانی مکانها و سیگنالهای زمانی بسیار خاص را رمزگذاری میکنند و در سازماندهی مکانی-زمانی خاطرات رویداد و ناوبری شرکت میکنند. ورودیهای قشر آنتورینال جانبی و داخلی در شکنج دندانه دار همگرا میشوند و به بخشهای مختلف CA3، CA1 و سابیکولوم میرسند.
FIGURE 25.1 Anterior and posterior limbic circuit.
The hippocampus, together with the amygdala, is a core area of the so-called limbic system. Based on connectivity patterns and functions, this system contains a posterior limbic circuit centered in the hippocampus and involved in episodic and visuospatial memory and an anterior limbic circuit centered in the amygdala and involved in emotional and social processing.
شکل ۲۵.۱ مدار لیمبیک قدامیو خلفی. هیپوکامپ، همراه با آمیگدال، یک ناحیه اصلی از سیستم لیمبیک است. بر اساس الگوهای اتصال و عملکردها، این سیستم شامل یک مدار لیمبیک خلفی است که در هیپوکامپ مرکزی قرار دارد و در حافظه اپیزودیک و فضایی نقش دارد و یک مدار لیمبیک قدامیدر مرکز آمیگدال و درگیر در پردازش عاطفی و اجتماعی است.
Information processed in the hippocampus is fed back via CA1 to the entorhinal cortex, which in turn projects back via the perirhinal and parahippocampal areas to the neocortex. These feedback projections are functionally segregated and respect the topographic organization of the inputs to the hippocampus. The subcortical outputs of the hippocampus originate from CA1 and subicular cortex and are conveyed via the fornix to the septal area, anterior nucleus of the thalamus, mammillary bodies, and nucleus reuniens.
اطلاعات پردازش شده در هیپوکامپ از طریق CA1 به قشر آنتورینال بازگردانده میشود، که به نوبه خود از طریق نواحی پریرینال و پاراهیپوکامپ به نئوکورتکس باز میگردد. این پیشبینیهای بازخورد از نظر عملکردی از هم جدا هستند و به سازمان توپوگرافی ورودیهای هیپوکامپ احترام میگذارند. خروجیهای زیر قشری هیپوکامپ از CA1 و قشر سابکولار سرچشمه میگیرند و از طریق فورنیکس به ناحیه سپتوم، هسته قدامیتالاموس، بدنهای پستاندار و نوکلئوس یونینس منتقل میشوند.
Intrinsic Excitatory Hippocampal Circuit
مدار هیپوکامپ تحریکی درونی
The entorhinal cortex projects to the different components of the intrinsic hippocampal circuit via two separate excitatory pathways (Figure 25.4). Pyramidal neurons of layer 2 of the entorhinal cortex send excitatory inputs to the dentate gyrus via the perforant pathway. The dentate gyrus contains granule cells that convey these inputs via mossy fibers to pyramidal cells of CA3 and CA2. Granule cells also provide excitatory inputs to mossy neurons in the hilus of the dentate gyrus, which interconnect different ter- ritories of the dentate gyrus via projections along the longitudinal extent of the hippocampus. Pyramidal neurons within CA2 and CA3 are interconnected via recurrent autoexcitatory collaterals and provide excitatory inputs to CA1 via the Schaffer collaterals. This constitutes the classical trisynaptic entorhinal-dentate gyrus-CA3-CA1 pathway. Hippocampal area CA2 has several features that distinguish it from CA1 and CA3, including a unique gene expression profile, failure to display long-term potentiation, and relative resistance to cell death. (24) There is a second parallel pathway from the entorhinal cortex to the hippocampal circuit. This pathway originates from pyramidal and stellate cells of layer 3 in the entorhinal cortex, which project directly to CA1 and subiculum; this is known as temporo-ammonic pathway. Information processed in the hippocampus is fed back via CA1 and subiculum to layers 5 and 6 of the entorhinal cortex, which in turn projects back via the perirhinal and parahippocampal areas to the neo- cortex. The CA1 neurons integrate novel information originating from the entorhinal cortex with stored information provided by CA3 (or CA2) via the Schaffer collaterals and thereby detect mismatches between new and old information. The CA1 neurons also send direct top-down projections to neocortical areas, including the perirhinal cortex (a component of the ventral stream) and the retrosplenial cortex (a component of the dorsal stream).
قشر آنتورینال از طریق دو مسیر تحریکی مجزا به اجزای مختلف مدار هیپوکامپ ذاتی میپردازد (شکل ۲۵.۴). نورونهای هرمیلایه ۲ قشر آنتورینال ورودیهای تحریکی را از طریق مسیر سوراخ دار به شکنج دندانه دار ارسال میکنند. شکنج دندانه دار حاوی سلولهای گرانولی است که این ورودیها را از طریق الیاف خزه ای به سلولهای هرمیCA3 و CA2 منتقل میکند. سلولهای گرانول همچنین ورودیهای تحریکی را به نورونهای خزهای در ناف شکنج دندانهدار ارائه میکنند که قلمروهای مختلف شکنج دندانهدار را از طریق برآمدگیها در امتداد وسعت طولی هیپوکامپ به هم متصل میکنند. نورونهای هرمیدرون CA2 و CA3 از طریق وثیقههای خودتحریکی مکرر به هم متصل میشوند و ورودیهای تحریکی را از طریق وثیقههای شافر به CA1 ارائه میکنند. این مسیر کلاسیک سه سیناپسی شکنج-CA3-CA1 آنتورینال-دندانه ای را تشکیل میدهد. ناحیه هیپوکامپ CA2 دارای چندین ویژگی است که آن را از CA1 و CA3 متمایز میکند، از جمله مشخصات بیان ژن منحصر به فرد، عدم نمایش قدرت طولانی مدت و مقاومت نسبی در برابر مرگ سلولی. (۲۴) یک مسیر موازی دوم از قشر آنتورینال به مدار هیپوکامپ وجود دارد. این مسیر از سلولهای هرمیو ستاره ای لایه ۳ در قشر آنتورینال سرچشمه میگیرد که مستقیماً به CA1 و سابیکولوم میرسد. این به عنوان مسیر تمپوروآمونیک شناخته میشود. اطلاعات پردازش شده در هیپوکامپ از طریق CA1 و سابیکولوم به لایههای ۵ و ۶ قشر انتورینال بازگردانده میشود که به نوبه خود از طریق نواحی پریرینال و پاراهیپوکامپ به نئوکورتکس باز میگردد. نورونهای CA1 اطلاعات جدیدی را که از قشر آنتورینال سرچشمه میگیرد با اطلاعات ذخیرهشده ارائهشده توسط CA3 (یا CA2) از طریق وثیقههای Schaffer یکپارچه میکنند و در نتیجه عدم تطابق بین اطلاعات جدید و قدیمیرا تشخیص میدهند. نورونهای CA1 همچنین برجستگیهای مستقیم از بالا به پایین را به نواحی نئوکورتیکال، از جمله قشر پریرینال (یکی از اجزای جریان شکمی) و قشر پشت طحالی (یکی از اجزای جریان پشتی) ارسال میکنند.
FIGURE 25.2 Components of the hippocampal circuits.
The hippocampus includes several subdivisions: dentate gyrus, CA3, CA2, and CA1 fields, and subiculum. All these subfields of the hippocampal formation consist of excitatory projection neurons that are connected by largely unidirectional pathways. The entorhinal cortex serves as a gateway for neocortical information to the hippocampus. Neocortical association areas send projections to the parahippocampal region, which includes the perirhinal and parahippocampal cortices; these areas project to the entorhinal cortex, which channels this information to the hippocampus.
شکل ۲۵.۲ اجزای مدارهای هیپوکامپ. هیپوکامپ شامل چندین زیربخش است: شکنج دندانه دار، میدانهای CA3، CA2 و CA1 و سابیکولوم. همه این زیرزمینهای تشکیل هیپوکامپ از نورونهای برونتابی تحریکی تشکیل شدهاند که توسط مسیرهای عمدتاً یک جهته به هم متصل شدهاند. قشر آنتورینال به عنوان دروازه ای برای اطلاعات نئوکورتیکال به هیپوکامپ عمل میکند. نواحی تداعی نئوکورتیکال، پیش بینیها را به ناحیه پاراهیپوکامپ ارسال میکند که شامل قشر پریرینال و پاراهیپوکامپ است. این نواحی به قشر آنتورینال میرسند که این اطلاعات را به هیپوکامپ هدایت میکند.
Inhibitory Circuits in the Hippocampal Formation
مدارهای بازدارنده در سازند هیپوکامپ
The hippocampus contain several types of GABAergic cell types, many of which are neurochemically and functionally similar to those in the neocortex (25) (Figure 25.5). They include parvalbumin- and cholecystokinin-expressing basket cells targeting the perisomatic territories, somatostatin cells targeting the distal segments of the dendrites, and axo-axonic cells targeting the axon initial segments. These neurons provide for feedforward and feedback inhibition in hippocampal circuits. In the dentate gyrus, basket cells receive inputs from the entorhinal cortex and mediate powerful feedforward inhibition of granule cells. These basket cells are also activated by granule cells both directly and via disynaptic excitation via mossy neurons. In the CA1 and CA3 fields, fast-spiking parvalbumin-expressing and regular-spiking cholecystokinin-expressing basket cells target the perisomatic territories of pyramidal neurons and contribute to feedback circuits. Although both types of basket cells innervate overlapping territories of target pyramidal neurons, they have different properties. Fast- spiking basket cells respond rapidly and reliably to glutamatergic excitation and generate fast and precise inhibitory postsynaptic currents; regular-spiking cholecystokinin basket cells integrate excitatory afferent activity and generate endocannabinoid-sensitive inhibitory postsynaptic potentials. The somatostatin interneurons provide feedback inhibition via projections to the apical dendrites of pyramidal cells. In CA1 most of GABAergic interneurons are also innervated Schaffer collateral axons from CA3 pyramidal neurons and are involved in feedforward circuits.
هیپوکامپ حاوی انواع مختلفی از انواع سلولهای GABAergic است که بسیاری از آنها از نظر عصبی شیمیایی و عملکردی مشابه سلولهای نئوکورتکس (۲۵) هستند (شکل ۲۵.۵). آنها شامل سلولهای سبد بیان کننده پاروالبومین و کوله سیستوکینین هستند که نواحی پریزوماتیک را هدف قرار میدهند، سلولهای سوماتوستاتین که بخشهای انتهایی دندریتها را هدف قرار میدهند و سلولهای آکسو آکسون که بخشهای اولیه آکسون را هدف قرار میدهند. این نورونها بازخورد و بازخورد را در مدارهای هیپوکامپ فراهم میکنند. در شکنج دندانهدار، سلولهای سبد ورودیهایی را از قشر آنتورینال دریافت میکنند و واسطه مهار قدرتمند پیشخور سلولهای گرانول هستند. این سلولهای سبد نیز توسط سلولهای گرانول هم به طور مستقیم و هم از طریق تحریک دیسیناپسی از طریق نورونهای خزهای فعال میشوند. در زمینههای CA1 و CA3، سلولهای سبدی بیانکننده پاروالبومین و بیانکننده کوله سیستوکینین با اسپک منظم، نواحی پریزوماتیک نورونهای هرمیرا هدف قرار میدهند و به مدارهای بازخورد کمک میکنند. اگرچه هر دو نوع سلول سبد، قلمروهای همپوشانی نورونهای هرمیهدف را عصب دهی میکنند، اما دارای خواص متفاوتی هستند. سلولهای سبد پر سرعت به سرعت و با اطمینان به تحریک گلوتاماترژیک پاسخ میدهند و جریانهای پس سیناپسی بازدارنده سریع و دقیقی تولید میکنند. سلولهای سبد کوله سیستوکینین با نوک منظم، فعالیت آوران تحریکی را ادغام میکنند و پتانسیلهای پس سیناپسی مهاری حساس به اندوکانابینوئید ایجاد میکنند. نورونهای سوماتوستاتین از طریق برآمدگیها به دندریتهای آپیکال سلولهای هرمی، بازخوردی را مهار میکنند. در CA1 بیشتر نورونهای بینالمللی GABAergic نیز آکسونهای جانبی شافر از نورونهای هرمیCA3 عصببندی شدهاند و در مدارهای پیشخور دخیل هستند.
In addition to local GABAergic interneurons, there are also bidirectional long-range GABAergic projections connecting the hippocampus with the medial entorhinal cortex or medial septum; many of these GABAergic projection cells express somatostatin and contribute to dendritic inhibition of pyramidal cells and also target other GABAergic neurons.
علاوه بر نورونهای داخلی گابا ارژیک، برجستگیهای GABAergic دوربرد دو طرفه نیز وجود دارد که هیپوکامپ را با قشر داخلی آنتورینال یا سپتوم داخلی متصل میکند. بسیاری از این سلولهای پروجکشن گابا، سوماتوستاتین را بیان میکنند و به مهار دندریتیک سلولهای هرمیکمک میکنند و همچنین سایر نورونهای GABAergic را هدف قرار میدهند.
OSCILLATORY ACTIVITY IN HIPPOCAMPAL CIRCUITS
فعالیت نوسانی در مدارهای هیپوکامپ
Hippocampal circuits exhibit synchronized theta and gamma oscillations during active states and typically generate sharp wave-ripple activity primarily during non-rapid eye movement (NREM) sleep. (26)
مدارهای هیپوکامپ نوسانات تتا و گاما همزمان را در طول حالتهای فعال نشان میدهند و معمولاً فعالیت موجسواری شدید را عمدتاً در طول خواب حرکت غیرسریع چشم (NREM) ایجاد میکنند. (۲۶)
on the supramammillary nucleus of the posterior hypothal-
FIGURE 25.3 Extrinsic hippocampal connections.
Place and scene recognition
Temporal context and temporal order
Cortical association areas send projections to the perirhinal and parahippocampal cortices, which in turn project to the entorhinal cortex that provides the gateway to the hippocampal circuits. The lateral entorhinal cortex receives inputs from the perirhinal cortex, which conveys sensory information from the ventral pathway required from object recognition and discrimination. This perirhinal-lateral entorhinal pathway primarily targets the anterior hippocampus. The medial entorhinal cortex receives inputs from the parahippocampal cortex, which conveys spatial and temporal information, required for encoding of contextual information and navigation. This pathway primarily targets the posterior hippocampus.
شکل ۲۵.۳ اتصالات هیپوکامپ خارجی. تشخیص مکان و صحنه زمینه زمانی و نظم زمانی نواحی ارتباطی قشر مغز، برجستگیهایی را به قشر پریرینال و پاراهیپوکامپ میفرستند، که به نوبه خود به قشر آنتورینال که دروازه ورود به مدارهای هیپوکامپ را فراهم میکند، میفرستد. قشر آنتورینال جانبی ورودیهایی را از قشر پریرینال دریافت میکند، که اطلاعات حسی را از مسیر شکمیمورد نیاز برای تشخیص و تشخیص اشیاء منتقل میکند. این مسیر انتورینال پریرینال-جانبی در درجه اول هیپوکامپ قدامیرا هدف قرار میدهد. قشر داخلی داخلی ورودیهایی را از قشر پاراهیپوکامپ دریافت میکند، که اطلاعات مکانی و زمانی را که برای رمزگذاری اطلاعات متنی و ناوبری لازم است، منتقل میکند. این مسیر در درجه اول هیپوکامپ خلفی را هدف قرار میدهد.
Theta Oscillations
نوسانات تتا
Theta oscillations provide for timing of coordinated activity within and across brain regions during successful encoding and retrieval of memory. They are most regular and have the highest amplitude in CA1 but can also be gen- erated in CA3 and in the subiculum and can “reverse propa- gate” through CA1 to entrain the CA3 network. In humans, hippocampal theta oscillations at 7-9 Hz occur during real- world navigation; slower 3-4 Hz theta oscillations are recorded during navigation in a virtual reality environment. The hippocampal theta rhythm depends on inputs from cholinergic and GABAergic projection neurons in the medial septum and diagonal band, which exhibit a pacemaker activity at theta frequency. (27) In the hippocampus, acetylcholine (ACh) produces excitation of both pyramidal cells and GABAergic interneurons, whereas GABAergic projections from the medial septum inhibit the GABAergic interneurons (Figure 25.6). The timing of pyramidal cell firing relative to the phase of the theta rhythm is required for successful memory encoding. The theta rhythm is in part triggered by inputs from the ascending reticular formation, including the oral pontine reticular nucleus, via a synapse on the supramammillary nucleus of the posterior hypothal amus. Theta activity is then transmitted throughout the hippocampal system.
نوسانات تتا برای زمان بندی فعالیت هماهنگ در داخل و در سراسر مناطق مغز در طول رمزگذاری و بازیابی موفق حافظه فراهم میکند. آنها منظم ترین هستند و بیشترین دامنه را در CA1 دارند، اما همچنین میتوانند در CA3 و در سابیکولوم تولید شوند و میتوانند از طریق CA1 “معکوس” منتشر کنند تا شبکه CA3 را وارد کنند. در انسان، نوسانات تتا هیپوکامپ در ۷-۹ هرتز در طول ناوبری در دنیای واقعی رخ میدهد. نوسانات تتا آهسته ۳-۴ هرتز در حین ناوبری در یک محیط واقعیت مجازی ثبت میشود. ریتم تتا هیپوکامپ به ورودیهای نورونهای کولینرژیک و GABAergic در سپتوم داخلی و نوار مورب بستگی دارد که فعالیت ضربانساز را در فرکانس تتا نشان میدهند. (۲۷) در هیپوکامپ، استیل کولین (ACh) هم سلولهای هرمیو هم سلولهای عصبی گابا ارژیک را تحریک میکند، در حالی که برآمدگیهای گابا ارژیک از سپتوم داخلی، نورونهای گابا ارژیک را مهار میکند (شکل ۲۵.۶). زمان شلیک سلولهای هرمینسبت به فاز ریتم تتا برای رمزگذاری موفق حافظه مورد نیاز است. ریتم تتا تا حدی توسط ورودیهای سازند شبکهای بالارونده، از جمله هسته مشبک پونتین دهان، از طریق سیناپس روی هسته فوق پستانی آموس هیپوتال خلفی تحریک میشود. سپس فعالیت تتا در سراسر سیستم هیپوکامپ منتقل میشود.
Gamma Oscillations
نوسانات گاما
Gamma activity represents local spiking in hippocampal networks and promotes binding of separate details of events. Gamma oscillations in CA1 include fast gamma (~90 Hz), driven by the medial entorhinal cortex and promoting for- mation of new memories, and slow gamma (~40 Hz), driven by CA3 and promoting retrieval in familiar contexts (Figure 25.7). Direct hippocampal recording in patients evaluated for epilepsy surgery show that gamma power synchroniza- tion and its coherence between the hippocampus and ento- rhinal cortex increase during successful memory encoding. Gamma activity in CA3 and CA1 occurs at different phases of the theta cycle in CA. Fast gamma oscillations driven by novel information via the entorhinal cortex occur at the peak of the theta wave; slow gamma oscillations driven by stored representations from CA3 occur during the theta wave trough. This gamma/theta coupling is important for representation and off-line maintenance of signals triggered by events and sequences of events, assessment of novelty, and induction of plasticity during encoding, consolidation, and retrieval of stored memories.
فعالیت گاما نشان دهنده جهش محلی در شبکههای هیپوکامپ است و اتصال جزئیات جداگانه رویدادها را ترویج میکند. نوسانات گاما در CA1 شامل گامای سریع (~۹۰ هرتز) است که توسط قشر داخلی داخلی و ایجاد حافظههای جدید هدایت میشود و گامای آهسته (~۴۰ هرتز) که توسط CA3 هدایت میشود و بازیابی را در زمینههای آشنا ترویج میکند (شکل ۲۵.۷). . ثبت مستقیم هیپوکامپ در بیمارانی که برای جراحی صرع ارزیابی شدهاند نشان میدهد که همزمانی قدرت گاما و هماهنگی آن بین هیپوکامپ و قشر آنتورینال در طول رمزگذاری موفق حافظه افزایش مییابد. فعالیت گاما در CA3 و CA1 در مراحل مختلف چرخه تتا در CA رخ میدهد. نوسانات گامای سریع که توسط اطلاعات جدید از طریق قشر انتورینال هدایت میشوند در اوج موج تتا رخ میدهند. نوسانات آهسته گاما که توسط نمایشهای ذخیره شده از CA3 هدایت میشوند، در طول موج تتا رخ میدهند. این جفت گاما/تتا برای نمایش و نگهداری خارج از خط سیگنالهایی که توسط رویدادها و توالی رویدادها ایجاد میشوند، ارزیابی تازگی، و القای انعطافپذیری در طول رمزگذاری، تثبیت، و بازیابی حافظههای ذخیرهشده مهم است.
FIGURE 25.4 Intrinsic circuit of the hippocampus.
The entorhinal cortex projects to the different components of the intrinsic hippocampal circuit via two separate excitatory pathways that participate in different processing of information. Pyramidal neurons of layer 2 of the entorhinal cortex send excitatory inputs to the dentate gyrus via the perforant pathway. The dentate gyrus contains granule cells that convey these inputs via mossy fibers to pyramidal cells of CA3 and CA2. Granule cells also provide excitatory inputs to mossy neurons in the hilus of the dentate gyrus; which interconnect different territories of the dentate gyrus via projections along the longitudinal extent of the hippocampus. Pyramidal neurons within CA2 and CA3 are interconnected via recurrent autoexcitatory collaterals and provide excitatory inputs to CA1 via the Schaffer collaterals. A second parallel pathway from pyramidal and stellate cells of layer 3 of the entorhinal cortex that project directly to CA1 and the subiculum; this is known as temporo-ammonic pathway. Information processed in the hippocampus is fed back via CA1 and subiculum to layers 5 and 6 of the entorhinal cortex, which in turn projects back via the perirhinal and parahippocampal areas to the neocortex.
شکل ۲۵.۴ مدار درونی هیپوکامپ. قشر آنتورینال از طریق دو مسیر تحریکی مجزا که در پردازشهای مختلف اطلاعات شرکت میکنند، به اجزای مختلف مدار هیپوکامپ درونی میپردازد. نورونهای هرمیلایه ۲ قشر آنتورینال ورودیهای تحریکی را از طریق مسیر سوراخ دار به شکنج دندانه دار ارسال میکنند. شکنج دندانه دار حاوی سلولهای گرانولی است که این ورودیها را از طریق الیاف خزه ای به سلولهای هرمیCA3 و CA2 منتقل میکند. سلولهای گرانول همچنین ورودیهای تحریکی را برای نورونهای خزهای در ناحیه شکنج دندانهدار فراهم میکنند. که قلمروهای مختلف شکنج دندانه دار را از طریق برآمدگی در امتداد وسعت طولی هیپوکامپ به هم متصل میکنند. نورونهای هرمیدرون CA2 و CA3 از طریق وثیقههای خودتحریکی مکرر به هم متصل میشوند و ورودیهای تحریکی را از طریق وثیقههای شافر به CA1 ارائه میکنند. دومین مسیر موازی از سلولهای هرمیو ستاره ای لایه ۳ قشر آنتورینال که مستقیماً به CA1 و سابیکولوم میرسد. این به عنوان مسیر تمپوروآمونیک شناخته میشود. اطلاعات پردازش شده در هیپوکامپ از طریق CA1 و سابیکولوم به لایههای ۵ و ۶ قشر انتورینال بازگردانده میشود، که به نوبه خود از طریق نواحی پریرینال و پاراهیپوکامپ به نئوکورتکس باز میگردد.
Sharp Wave-Ripple Oscillations
نوسانات امواج تیز ریپل
Hippocampal sharp wave-ripples are irregular, synchronous bursts consisting of slow sharp waves (0.1-3 Hz) and associated ripples (~200 Hz) that occur primarily in NREM sleep. Sharp wave-ripples are thought to be involved in memory consolidation by representing reactivation of memories encoded during wakefulness. (12) Sharp waves are initiated by a population burst of reciprocally interconnected CA3 pyramidal cells and trigger a subsequent burst in CA1 resulting in local ripples. GABAergic neurons, including basket parval bumin cells and most long-range projecting GABAergic cells, are consistently activated during sharp wave-ripple, which contributes to entrain the excitability of the dendritic and somatic domains of CA1 pyramidal cells to ripple frequencies.
امواج تیز هیپوکامپ، انفجارهای نامنظم و همزمان متشکل از امواج تیز آهسته (۰.۱-۳ هرتز) و امواج مرتبط (~۲۰۰ هرتز) هستند که عمدتاً در خواب NREM رخ میدهند. تصور میشود که امواج تیز موج با نشان دادن فعال شدن مجدد حافظههای رمزگذاریشده در هنگام بیداری، در تثبیت حافظه نقش دارند. (۱۲) امواج تیز با انفجار جمعیتی از سلولهای هرمیCA3 که به طور متقابل به هم متصل شدهاند آغاز میشوند و باعث انفجار بعدی در CA1 میشوند که منجر به موجهای محلی میشود. نورونهای گابا، از جمله سلولهای بومین سبدی و اکثر سلولهای گاباارژیک با برد بلند، به طور مداوم در طول موج موجدار فعال میشوند، که به تحریکپذیری حوزههای دندریتیک و سوماتیک سلولهای هرمیCA1 به فرکانسهای موجدار کمک میکند.
FUNCTIONAL SEGREGATION IN HIPPOCAMPAL CIRCUITS FOR EPISODIC MEMORY
جداسازی عملکردی در مدارهای هیپوکامپ برای حافظه اپیزودیک
The different stations within the intrinsic hippocampal circuits participate in different aspects of memory encoding, based on novelty and behavioral relevance.
ایستگاههای مختلف در مدارهای هیپوکامپ ذاتی، بر اساس تازگی و ارتباط رفتاری، در جنبههای مختلف رمزگذاری حافظه شرکت میکنند.
Pattern Separation in the Dentate Gyrus
جداسازی الگو در شکنج دندانه دار
Pattern separation refers to the encoding of distinct nonoverlapping representations from similar overlapping inputs. This operation enables processing of similar experiences as distinct memories, even though the general context may be the same. By minimizing the overlap between the representations of two similar events at the time of encoding (learning) pattern separation decreases interference between different memories during the retrieval process. Studies in experimental animals, as well as functional magnetic regional imaging (fMRI) and effects of lesions in humans, show that the dentate gyrus is selectively involved in pattern separation. (28, 29) The role of the dentate gyrus in this process reflects its pattern of connectivity. Dentate granule cells largely outnumber the cells of both entorhinal cortex and CA3, and therefore receive highly divergent excitatory input and provide divergent output to CA3. Mossy fiber terminals from dentate granule cells provide a very strong synaptic contact to the soma and proximal dendrites of the CA3 pyramidal neurons so that inputs from a single dentate granule cells are able to trigger an action potential in CA3 pyramidal cells. Another mechanism potentially contributing to pattern separation is adult neurogenesis in the subgranular zone of the dentate gyrus. (29) Neurons born in the subgranular zone integrate into the local networks and differentiate into excitatory granule cells in the dentate gyrus. Compared to mature cells, immature dentate granule cells are more excitable in response to glutamate, are less sensitive to GABAergic inhibition, and have increased potential for synaptic plasticity. These features make them more likely to be engaged in information processing and undergo use-dependent plasticity triggered by new information, while mature dentate granule cells preserve the information that is already represented. Recent evidence indicates that pattern separation also occurs in proximal fields of CA3.
جداسازی الگو به رمزگذاری نمایشهای متمایز غیر همپوشانی از ورودیهای همپوشانی مشابه اشاره دارد. این عملیات پردازش تجربیات مشابه را به عنوان خاطرات متمایز ممکن میکند، حتی اگر زمینه کلی ممکن است یکسان باشد. با به حداقل رساندن همپوشانی بین نمایش دو رویداد مشابه در زمان رمزگذاری (یادگیری) جداسازی الگوی تداخل بین حافظههای مختلف در طول فرآیند بازیابی کاهش مییابد. مطالعات روی حیوانات آزمایشگاهی، و همچنین تصویربرداری منطقه ای مغناطیسی عملکردی (fMRI) و اثرات ضایعات در انسان، نشان میدهد که شکنج دندانه دار به طور انتخابی در جداسازی الگو نقش دارد. (۲۸ و ۲۹) نقش شکنج دندانه دار در این فرآیند نشان دهنده الگوی اتصال آن است. تعداد سلولهای گرانول دندانه دار تا حد زیادی از سلولهای قشر آنتورینال و CA3 بیشتر است و بنابراین ورودی تحریکی بسیار واگرا دریافت میکنند و خروجی واگرا را برای CA3 ارائه میدهند. پایانههای فیبر خزهای از سلولهای گرانول دندانهدار یک تماس سیناپسی بسیار قوی با سوما و دندریتهای پروگزیمال نورونهای هرمیCA3 ایجاد میکنند، به طوری که ورودیهای یک سلول گرانول دندانهدار میتوانند پتانسیل عمل را در سلولهای هرمیCA3 ایجاد کنند. مکانیسم دیگری که به طور بالقوه به جداسازی الگو کمک میکند، نوروژنز بالغین در ناحیه زیر دانه ای شکنج دندانه دار است. (۲۹) نورونهای متولد شده در ناحیه زیر دانه ای در شبکههای محلی ادغام میشوند و به سلولهای گرانول تحریک کننده در شکنج دندانه دار تمایز مییابند. در مقایسه با سلولهای بالغ، سلولهای گرانول دندانه دار نابالغ در پاسخ به گلوتامات تحریک پذیرتر هستند، نسبت به مهار GABAergic حساسیت کمتری دارند و پتانسیل افزایش انعطاف پذیری سیناپسی را دارند. این ویژگیها باعث میشود که آنها بیشتر درگیر پردازش اطلاعات شوند و تحت انعطافپذیری وابسته به استفاده ناشی از اطلاعات جدید قرار گیرند، در حالی که سلولهای گرانول دندانهدار بالغ اطلاعاتی را که قبلاً ارائه شده حفظ میکنند. شواهد اخیر نشان میدهد که جداسازی الگو در زمینههای پروگزیمال CA3 نیز رخ میدهد.
FIGURE 25.5 Intrinsic inhibitory circuits in the hippocampus.
The hippocampus contain several types of GABAergic cell types, many of which are neurochemically and functionally similar to those in the neocortex. They include parvalbumin (PV)- and cholecystokinin (CCK)-expressing basket cells targeting the perisomatic territories, somatostatin (SOM) cells targeting the distal segments of the dendrites, and axo-axonic cells targeting the axon initial segments. In the dentate gyrus basket cells receive inputs from the entorhinal cortex and mediate powerful feedforward inhibition of granule cells. These basket cells are also activated by granule cells both directly and via disynaptic excitation via mossy neurons. In the CA1 and CA3 fields, fast-spiking PV and regular-spiking CCK basket cells targeting the perisomatic territories of pyramidal neurons, contribute to feedback circuits.
شکل ۲۵.۵ مدارهای بازدارنده ذاتی در هیپوکامپ. هیپوکامپ حاوی انواع مختلفی از انواع سلولهای GABAergic است که بسیاری از آنها از نظر عصبی شیمیایی و عملکردی شبیه به سلولهای نئوکورتکس هستند. آنها شامل سلولهای سبد بیان کننده پاروالبومین (PV) و کوله سیستوکینین (CCK) هستند که نواحی پریزوماتیک را هدف قرار میدهند، سلولهای سوماتوستاتین (SOM) که بخشهای دیستال دندریتها را هدف قرار میدهند و سلولهای آکسو آکسون که بخشهای اولیه آکسون را هدف قرار میدهند. در سلولهای سبد شکنج دندانهدار ورودیهایی را از قشر آنتورینال دریافت میکنند و واسطه مهار پیشخور قدرتمند سلولهای گرانول میشوند. این سلولهای سبد نیز توسط سلولهای گرانول هم به طور مستقیم و هم از طریق تحریک دیسیناپسی از طریق نورونهای خزهای فعال میشوند. در زمینههای CA1 و CA3، سلولهای PV با سرعت بالا و سلولهای سبد CCK با اسپک منظم که نواحی پریزوماتیک نورونهای هرمیرا هدف قرار میدهند، به مدارهای بازخورد کمک میکنند.
Pattern Completion in CA3
تکمیل الگو در CA3
Pattern completion is the ability to lump together similar or related experiences or events. It provides a specific mechanism for memory retrieval and allows the recall of a complete representation even in the presence of a partial input. Pattern completion involves primarily the distal CA3 field and depends on autoassociative connections that functionally couple coactive CA3 pyramidal cells at the time of encoding. By this mechanism, activation of a sufficient subset of CA3 neurons would propagate to all members of the cell ensemble, allowing the complete reinstantation of the learned episode. Since the hippocampus stores memo- ries via these associative networks within CA3, it is necessary that this region receives highly separated inputs from the granule cells of the dentate gyrus to prevent interference among similar, but distinct memories.
تکمیل الگو توانایی جمع کردن تجربیات یا رویدادهای مشابه یا مرتبط است. مکانیزم خاصی برای بازیابی حافظه فراهم میکند و امکان فراخوانی یک نمایش کامل را حتی در حضور یک ورودی جزئی فراهم میکند. تکمیل الگو عمدتاً شامل میدان CA3 دیستال میشود و به اتصالات خوداتصالی بستگی دارد که به طور عملکردی سلولهای هرمیCA3 فعال را در زمان رمزگذاری جفت میکنند. با این مکانیسم، فعال شدن یک زیرمجموعه کافی از نورونهای CA3 به همه اعضای مجموعه سلولی منتشر میشود و امکان بازیابی کامل قسمت آموختهشده را فراهم میکند. از آنجایی که هیپوکامپ حافظهها را از طریق این شبکههای ارتباطی در داخل CA3 ذخیره میکند، لازم است که این ناحیه ورودیهای بسیار جدا شده از سلولهای گرانول شکنج دندانهدار را دریافت کند تا از تداخل بین حافظههای مشابه، اما متمایز جلوگیری شود.
FIGURE 25.6 Generation of the theta rhythm in hippocampal circuits.
The hippocampal theta rhythm depends on inputs from cholinergic and GABAergic projection neurons in the medial septum and diagonal band, which exhibit a pacemaker activity at theta frequency. Acetylcholine produces excitation of both pyramidal cells and GABAergic interneurons, whereas projections from medial septum GABAergic neurons inhibit the GABAergic interneurons. The theta rhythm is in part triggered by inputs from the ascending reticular formation, including the oral pontine reticular nucleus, via a synapse on the supramammillary nucleus of the posterior hypothalamus and is transmitted through the hippocampal system, including the anterior nucleus of the thalamus and medial mammillary nucleus via projections from the subiculum via the fornix.
شکل ۲۵.۶ تولید ریتم تتا در مدارهای هیپوکامپ. ریتم تتا هیپوکامپ به ورودیهای نورونهای کولینرژیک و GABAergic در سپتوم داخلی و نوار مورب بستگی دارد که فعالیت ضربانساز را در فرکانس تتا نشان میدهند. استیل کولین باعث تحریک سلولهای هرمیو بین نورونهای گابا ارژیک میشود، در حالی که برآمدگیهای نورونهای گابا ارژیک سپتوم میانی، نورونهای گابا ارژیک را مهار میکنند. ریتم تتا تا حدی توسط ورودیهای سازند مشبک بالارونده، از جمله هسته شبکه دهانی پونتین، از طریق سیناپس روی هسته فوق پستانی هیپوتالاموس خلفی ایجاد میشود و از طریق سیستم هیپوکامپ، از جمله هسته قدامیتالاموس و میانی منتقل میشود. هسته پستاندار از طریق برآمدگی از سابیکولوم از طریق فورنیکس
Signal Integration at CAI
یکپارچه سازی سیگنال در CAI
CA1 pyramidal neurons receive direct inputs from both the entorhinal cortex and CA3 (or CA2). Inputs from the entorhinal cortex terminate in the distal dendrites and signal new information. In contrast, inputs from CA3 Schaffer collaterals terminate in the ascending dendrite and signal information stored in the autoassociative CA3 networks (Figure 25.7). Thus, CA1 neurons integrate novel information originating from the entorhinal cortex with stored information provided by CA3. (30) Via this mechanism CA1 integrates and detects mismatches between new and old information and may be able to switch between encoding and retrieval modes based on comparison of novel versus already stored information. (11, 31) Invasive electrophysiological recordings and noninvasive functional brain imaging in humans have provided evidence for the rapid formation of hippocampal representations and the ability of the hippocampus to both pattern-separate and pattern- complete input from the neocortex. The hippocampus represents associations between multimodal stimuli, while simultaneously acting as a hub within an extended cortical network during memory retrieval.
نورونهای هرمیCA1 ورودیهای مستقیم را از قشر آنتورینال و CA3 (یا CA2) دریافت میکنند. ورودیهای قشر آنتورینال به دندریتهای دیستال ختم میشوند و اطلاعات جدیدی را ارسال میکنند. در مقابل، ورودیهای وثیقههای CA3 Schaffer به دندریت صعودی و اطلاعات سیگنال ذخیرهشده در شبکههای CA3 autoassociative ختم میشوند (شکل ۲۵.۷). بنابراین، نورونهای CA1 اطلاعات جدیدی را که از قشر آنتورینال سرچشمه میگیرد با اطلاعات ذخیرهشده ارائهشده توسط CA3 یکپارچه میکنند. (۳۰) از طریق این مکانیسم CA1 عدم تطابق بین اطلاعات جدید و قدیمیرا ادغام و تشخیص میدهد و ممکن است بتواند بین حالتهای رمزگذاری و بازیابی بر اساس مقایسه اطلاعات جدید با اطلاعات ذخیره شده قبلی جابجا شود. (۱۱، ۳۱) ضبطهای الکتروفیزیولوژیکی تهاجمیو تصویربرداری عملکردی غیرتهاجمیمغز در انسان شواهدی را برای تشکیل سریع نمایشهای هیپوکامپ و توانایی هیپوکامپ در جداسازی الگو و ورودی کامل از نئوکورتکس ارائه کردهاند. هیپوکامپ نشان دهنده ارتباط بین محرکهای چندوجهی است، در حالی که به طور همزمان به عنوان یکهاب در یک شبکه گسترده قشر مغز در طول بازیابی حافظه عمل میکند.
FIGURE 25.7 Gamma and sharp wave-ripple oscillations in the hippocampus. Gamma activity represents local spiking in hippocampal networks and promotes binding of separate details of events by facilitating learning-related synaptic changes. Gamma oscillations in CA1 include fast gamma (~90 Hz) driven by the medial entorhinal cortex and slow gamma (~40 Hz) driven by CA3. Fast gamma rhythm promotes the transmission of current sensory information to the hippocampus during new memory. Slow gamma activity in CA1 is with inputs from CA3 and may promote memory retrieval by facilitating CA3 inputs to CAI in familiar environments. Gamma activity in CA3 and CA1 occurs at different phases of the theta cycle. In CAI, fast gamma oscillations occur at the peak of the theta wave; slow gamma oscillations driven by stored representations arising from CA3 occur during the theta wave trough. Hippocampal sharp wave-ripples are irregular, synchronous bursts that occur as slow sharp waves (0.1-3 Hz) and associated ripples (~200 Hz) that occur primarily in non-rapid eye movement (NREM) sleep and are thought to be involved in memory consolidation. Sharp waves are initiated by a population burst of reciprocally interconnected CA3 pyramidal cells and trigger a subsequent burst in CA1 resulting in local ripples.
شکل ۲۵.۷ نوسانات گاما و موج تیز ریپل در هیپوکامپ. فعالیت گاما نشان دهنده جهش محلی در شبکههای هیپوکامپ است و با تسهیل تغییرات سیناپسی مرتبط با یادگیری، اتصال جزئیات جداگانه رویدادها را ترویج میکند. نوسانات گاما در CA1 شامل گامای سریع (~۹۰ هرتز) که توسط قشر داخلی آنتورینال هدایت میشود و گامای آهسته (~۴۰ هرتز) که توسط CA3 هدایت میشود. ریتم سریع گاما باعث انتقال اطلاعات حسی فعلی به هیپوکامپ در طول حافظه جدید میشود. فعالیت آهسته گاما در CA1 با ورودیهای CA3 است و ممکن است با تسهیل ورودیهای CA3 به CAI در محیطهای آشنا، بازیابی حافظه را افزایش دهد. فعالیت گاما در CA3 و CA1 در مراحل مختلف چرخه تتا رخ میدهد. در CAI، نوسانات گامای سریع در اوج موج تتا رخ میدهد. نوسانات آهسته گاما که توسط نمایشهای ذخیره شده ناشی از CA3 هدایت میشوند، در طول موج تتا رخ میدهند. موجهای تیز هیپوکامپ انفجارهای نامنظم و همزمانی هستند که به صورت امواج تیز آهسته (۰.۱-۳ هرتز) و موجهای همراه (~۲۰۰ هرتز) رخ میدهند که عمدتاً در خواب حرکت غیرسریع چشم (NREM) رخ میدهند و تصور میشود که در آن نقش دارند. تثبیت حافظه امواج تیز توسط یک انفجار جمعیتی از سلولهای هرمیCA3 که به طور متقابل به هم متصل شده اند آغاز میشوند و باعث انفجار بعدی در CA1 میشوند که منجر به امواج محلی میشود.
MODULATORY INFLUENCES ON THE HIPPOCAMPUS
تأثیرات تعدیلی بر روی هیپوکامپ
Cholinergic and Dopaminergic Modulation of Hippocampal Function
تعدیل کولینرژیک و دوپامینرژیک عملکرد هیپوکامپ
Acetylcholine (ACh) released from afferents originating in the medial septum and diagonal band can directly affect several elements of the hippocampus including glutamatergic and GABAergic neurons, presynaptic terminals, postsynaptic receptors, and astrocytes. (32) Acetylcholine is released in response to novel signals and may modulate the shift of hippocampal operation between a storage and a retrieval state (33) (Figure 25.8). During active waking, the hippocampus exhibits prominent theta rhythm oscillations associated with high levels of ACh. Novel patterns presented to neurons in the dentate gyrus lead to brief periods of depressed firing in the hippocampal circuitry; as the hippocampus has an inhibitory influence on the medial septum, pauses in hippocampal activity lead to increased firing of medial septum cholinergic neurons. The result ing increase in ACh release in the hippocampus produces network dynamics that favor learning of new information over retrieval of old information. (32) Acetylcholine reduces recurrent activity in CA3 by activating dendrite projecting GABAergic neurons and also reduces glutamate release from Schaffer collaterals via presynaptic M2 receptors. ACh also elicits an M3 muscarinic receptor-mediated activation of inhibitory interneurons, leading to activation of GABA receptors and decreased responsiveness of CA1 cells to Schaffer collateral inputs. Acetylcholine may thus impose rhythmic inhibition of CA1 pyramidal neurons at theta frequencies, reducing their output while facilitating synaptic integration within CA1 pyramidal cell dendrites by increasing their excitability via M1 receptors. In contrast, during NREM sleep, the reduced level of ACh in the hippocampus promotes recurrent autoexcitation in CA3, manifested as sharp wave-ripples, and therefore storage of information learned during wakefulness. At this sleep stage, intrahippocampal CA3-CA1 interactions via Schaffer collater also dominate the hippocampal CA1 output, promoting memory retrieval. During REM sleep, increased ACh levels may promote long-term potentiation (LTP) at the CA3-CA1 synapses.
استیل کولین (ACh) آزاد شده از آورانهای منشاء سپتوم داخلی و نوار مورب میتواند مستقیماً بر چندین عنصر هیپوکامپ از جمله نورونهای گلوتاماترژیک و GABAergic، پایانههای پیش سیناپسی، گیرندههای پس سیناپسی و آستروسیتها تأثیر بگذارد. (۳۲) استیل کولین در پاسخ به سیگنالهای جدید آزاد میشود و ممکن است تغییر عملیات هیپوکامپ بین حالت ذخیره و بازیابی را تعدیل کند (شکل ۲۵.۸). در طول بیداری فعال، هیپوکامپ نوسانات برجسته ریتم تتا همراه با سطوح بالای ACh را نشان میدهد. الگوهای جدید ارائه شده به نورونها در شکنج دندانه دار منجر به دورههای کوتاه شلیک افسرده در مدار هیپوکامپ میشود. از آنجایی که هیپوکامپ اثر مهاری بر سپتوم داخلی دارد، مکث در فعالیت هیپوکامپ منجر به افزایش شلیک نورونهای کولینرژیک سپتوم میانی میشود. افزایش در نتیجه انتشار ACH در هیپوکامپ باعث ایجاد پویایی شبکه میشود که به یادگیری اطلاعات جدید نسبت به بازیابی اطلاعات قدیمیکمک میکند. (۳۲) استیل کولین فعالیت مکرر در CA3 را با فعال کردن نورونهای گابا ارژیک بیرونزن دندریت کاهش میدهد و همچنین انتشار گلوتامات از وثیقههای شافر را از طریق گیرندههای M2 پیش سیناپسی کاهش میدهد. ACh همچنین باعث فعالسازی نورونهای بازدارنده با واسطه گیرنده موسکارینی M3 میشود که منجر به فعال شدن گیرندههای GABA و کاهش پاسخدهی سلولهای CA1 به ورودیهای جانبی شافر میشود. بنابراین استیل کولین ممکن است مهار ریتمیک نورونهای هرمیCA1 را در فرکانسهای تتا تحمیل کند و خروجی آنها را کاهش دهد و در عین حال ادغام سیناپسی را در دندریتهای سلول هرمیCA1 با افزایش تحریکپذیری آنها از طریق گیرندههای M1 تسهیل کند. در مقابل، در طول خواب NREM، کاهش سطح ACh در هیپوکامپ باعث تحریک خودکار مکرر در CA3 میشود که به صورت موجهای تیز موج آشکار میشود و بنابراین ذخیره اطلاعاتی که در طول بیداری آموخته میشود. در این مرحله خواب، فعل و انفعالات CA3-CA1 داخل هیپوکامپ از طریق شافر کولاتر نیز بر خروجی CA1 هیپوکامپ مسلط است و بازیابی حافظه را ارتقا میدهد. در طول خواب REM، افزایش سطح ACH ممکن است باعث تقویت طولانی مدت (LTP) در سیناپسهای CA3-CA1 شود.
FIGURE 25.8 Effects of acetylcholine on hippocampal circuits. Acetylcholine is released in response to novel signals and may modulate the shift of hippocampal operation between a storage and a retrieval state. During active waking, the hippocampus exhibits prominent theta-rhythm oscillations associated with high levels of ACh. During alert states, higher ACh concentrations would favor processing of novel inputs from the entorhinal cortex, thus permitting the transient formation of episodic memories in CA1. Acetylcholine reduces recurrent activity in CA3 by activating dendrite projecting GABAergic neurons and also reduces glutamate release from Schaffer collaterals. During NREM sleep, the reduced level of ACh promotes recurrent autoexcitation in CA3, manifested as sharp wave-ripples, and therefore storage of information learned during wakefulness. Lower ACh concentrations would permit intrahippocampal CA3-CA1 interactions via Schaffer collaterals to dominate hippocampal CA1 output and memory retrieval.
شکل ۲۵.۸ اثرات استیل کولین بر مدارهای هیپوکامپ. استیل کولین در پاسخ به سیگنالهای جدید آزاد میشود و ممکن است تغییر عملکرد هیپوکامپ بین حالت ذخیره و بازیابی را تعدیل کند. در طول بیداری فعال، هیپوکامپ نوسانات ریتم تتا را نشان میدهد که با سطوح بالای ACH همراه است. در طول حالتهای هشدار، غلظتهای بالاتر ACH به پردازش ورودیهای جدید از قشر آنتورینال کمک میکند، بنابراین امکان تشکیل گذرا خاطرات اپیزودیک در CA1 را فراهم میکند. استیل کولین فعالیت مکرر در CA3 را با فعال کردن نورونهای گاباارژیک برونکن دندریت کاهش میدهد و همچنین انتشار گلوتامات از وثیقههای شافر را کاهش میدهد. در طول خواب NREM، سطح کاهش یافته ACH باعث تحریک خودکار مکرر در CA3 میشود که به صورت موجهای تیز موج آشکار میشود و بنابراین ذخیره اطلاعاتی که در طول بیداری آموخته میشود. غلظتهای پایین تر ACH به تعاملات CA3-CA1 داخل هیپوکامپ از طریق وثیقههای شافر اجازه میدهد تا بر خروجی CA1 هیپوکامپ و بازیابی حافظه تسلط یابد.
Dopaminergic inputs provide novelty (salience) and reward components to information being processed by the hippocampus, and thereby promote encoding of episodic memory. The anterior hippocampus may detect newly arrived information that is not already stored in its long- term memory, and provide a novelty signal to the ventral tegmental area via a pathway that includes the subiculum, nucleus accumbens, and ventral pallidum. This signal would contribute to novelty-dependent firing of ventral tegmental area neurons and dopamine release in the hippocampus. Dopaminergic inputs to the hippocampus and the PFC may have an important role in regulating their interaction during memory encoding and retrieval.
ورودیهای دوپامینرژیک به اطلاعاتی که توسط هیپوکامپ پردازش میشوند، تازگی (برجستگی) و پاداش میدهند و در نتیجه رمزگذاری حافظه اپیزودیک را ارتقا میدهند. هیپوکامپ قدامیممکن است اطلاعات تازه رسیده ای را که قبلاً در حافظه بلندمدت خود ذخیره نشده است، تشخیص دهد و از طریق مسیری که شامل سابیکولوم، هسته اکومبنس و پالیدوم شکمیاست، سیگنال جدیدی به ناحیه تگمنتال شکمیارائه دهد. این سیگنال به شلیک وابسته به تازگی نورونهای ناحیه تگمنتال شکمیو انتشار دوپامین در هیپوکامپ کمک میکند. ورودیهای دوپامینرژیک به هیپوکامپ و PFC ممکن است نقش مهمیدر تنظیم تعامل آنها در طول رمزگذاری و بازیابی حافظه داشته باشند.
Plasticity of Hippocampal Circuits
پلاستیسیته مدارهای هیپوکامپ
Hippocampal representations undergo a continuous process of strengthening, weakening, and modification. Memories are formed in the hippocampus by creating ensembles of strongly coupled neurons that encode a specific event or episode. This involves long-term synaptic plasticity, either long-term potentiation (LTP) or long-term depression (LTD) of glutamatergic synapses. In the hippo- campus, LTP involves activation of synaptic N-methyl-D- aspartate receptors (NMDARs) allowing influx of calcium (Ca2+), activation of Ca2+ calmodulin kinase II and phosphorylation of the GluA1 subunit of a-amino-3 hydroxy- 5-methyl-isoxazoleproprionic acid receptors (AMPARs), increasing their trafficking to the synapse. In contrast, LTD can be induced by extrasynaptic NMDARs or type 5 metabotropic glutamate receptors and results in internalization of AMPARs. (34) Several neuromodulators, including ACh, dopamine, norepinephrine, and serotonin, are released to focus attention on events in which the predicted outcome does not match the expected reality. Through a variety of presynaptic and postsynaptic receptor mechanisms on both principal cells and GABAergic interneurons, all these neuromodulators facilitate the induction and/or expression of long-term synaptic plasticity within the hippocampus, and therefore may function as a filter that ensures that only the most salient events are memorized. For example, activation of D1 receptors promotes LTP of both dentate gyrus and CA1 synapses, thereby increasing the probability of formation of reward-associated memories. This process may be needed to update memory representations to make better future predictions and reduce uncertainty.
نمایشهای هیپوکامپ تحت یک فرآیند مستمر تقویت، ضعیف شدن و اصلاح قرار میگیرند. خاطرات در هیپوکامپ با ایجاد مجموعههایی از نورونهای به شدت جفت شده که رویداد یا قسمت خاصی را رمزگذاری میکنند، تشکیل میشوند. این شامل انعطاف پذیری سیناپسی طولانی مدت، یا تقویت طولانی مدت (LTP) یا افسردگی طولانی مدت (LTD) سیناپسهای گلوتاماترژیک است. در هیپوپردیس، LTP شامل فعال شدن گیرندههای سیناپسی N-متیل-D- آسپارتات (NMDARs) است که امکان ورود کلسیم (Ca2+)، فعال شدن Ca2+ کالمودولین کیناز II و فسفوریلاسیون زیر واحد GluA1 a-amino-3 هیدروکسی را فراهم میکند. گیرندههای ۵ متیل ایزوکسازول پروپریونیک اسید (AMPARs)، افزایش قاچاق آنها به سیناپس. در مقابل، LTD را میتوان توسط NMDARهای خارج سیناپسی یا گیرندههای گلوتامات متابوتروپیک نوع ۵ القا کرد و منجر به درونی سازی AMPARها شد. (۳۴) تعدیل کنندههای عصبی متعددی از جمله ACh، دوپامین، نوراپی نفرین و سروتونین منتشر میشوند تا توجه را بر روی رویدادهایی متمرکز کنند که در آنها نتیجه پیش بینی شده با واقعیت مورد انتظار مطابقت ندارد. از طریق انواع مکانیسمهای گیرنده پیشسیناپسی و پس سیناپسی روی سلولهای اصلی و سلولهای بیناعصاب GABAergic، همه این تعدیلکنندههای عصبی القاء و/یا بیان انعطافپذیری سیناپسی طولانیمدت در هیپوکامپ را تسهیل میکنند و بنابراین ممکن است به عنوان فیلتری عمل کنند که تضمین میکند که تنها بیشترین وقایع برجسته حفظ میشوند. برای مثال، فعالسازی گیرندههای D1 باعث ارتقای LTP هم شکنج دندانهدار و هم سیناپسهای CA1 میشود و در نتیجه احتمال تشکیل خاطرات مرتبط با پاداش را افزایش میدهد. این فرآیند ممکن است برای به روز رسانی نمایشهای حافظه برای پیش بینیهای آینده بهتر و کاهش عدم قطعیت مورد نیاز باشد.
Diencephalic Inputs to the Hippocampus
ورودی دیانسفالیک به هیپوکامپ
The intrinsic circuits of the hippocampus receive two major external inputs from the diencephalon, one from the supramammillary nucleus of the posterior hypothalamus and the second from the nucleus reuniens of the midline thalamus. (35) These two afferent systems project to separate, nonoverlapping, regions of the hippocampus. Inputs from the supramammillary nucleus distribute to the dentate gyrus and to CA3/CA2 and amplify signals from the entorhinal cortex to the dental gyrus. The supramammillary nucleus is a major part of an ascending brainstem system generating the theta rhythm in the hippocampus. Inputs from the nucleus reuniens target CA1 and subiculum and amplify signals from CA3 (and entorhinal cortex) to CA1. The nucleus reuniens also routes reciprocal information between the prefrontal cortex (PFC) and hippocampus.
مدارهای ذاتی هیپوکامپ دو ورودی خارجی اصلی را از دیانسفالون دریافت میکنند، یکی از هسته فوق پستانی هیپوتالاموس خلفی و دومیاز هسته reuniens تالاموس خط میانی. (۳۵) این دو سیستم آوران به منظور جداسازی، بدون همپوشانی، مناطق هیپوکامپ برنامه ریزی میکنند. ورودیهای هسته فوق پستانی به شکنج دندانهدار و CA3/CA2 توزیع میشوند و سیگنالها را از قشر آنتورینال به شکنج دندانی تقویت میکنند. هسته فوق پستانی بخش عمده ای از سیستم بالارونده ساقه مغز است که ریتم تتا را در هیپوکامپ ایجاد میکند. ورودیهای هسته reuniens CA1 و subiculum را هدف قرار میدهند و سیگنالها را از CA3 (و قشر آنتورینال) به CA1 تقویت میکنند. هسته reuniens همچنین اطلاعات متقابلی را بین قشر جلوی مغز (PFC) و هیپوکامپ هدایت میکند.
HIPPOCAMPAL NAVIGATION SYSTEM AND FORMATION OF EVENT ENGRAMS
سیستم ناوبری هیپوکامپ و شکل گیری انگرامهای رویداد
The hippocampus has a critical role in navigation by providing a representation of space. (36) Space may also represent a frame to organize all experiences within episodic memories, what is referred to as “cognitive map.” (37) Temporally organized activity of hippocampal neurons helps organize these memories both in space and time by formation of “event engrams.” (4)
هیپوکامپ با ارائه نمایشی از فضا، نقش مهمیدر جهت یابی دارد. (۳۶) فضا همچنین ممکن است چارچوبی را برای سازماندهی تمام تجربیات در خاطرات اپیزودیک نشان دهد، چیزی که از آن به عنوان “نقشه شناختی” یاد میشود. (۳۷) فعالیتهای سازمانیافتهی زمانی نورونهای هیپوکامپ به سازماندهی این خاطرات هم در فضا و هم در زمان با تشکیل «انگرامهای رویداد» کمک میکند.
Place Cells, Grid Cells, and Spatial Coding for Navigation
سلولها، سلولهای شبکهای و کدگذاری فضایی را برای پیمایش قرار دهید
Seminal studies from O’Keefe and coworkers in rodents showed that the CA3 and CA1 regions contains a special type of cells, called place cells, that selectively fire when the animal is in a specific location of space. (37) This activity pro- vides a mechanism by which space (allocentric frame of reference) generates an internal cognitive map for integration of all the features that constitute a given experience or episode. (38) The hippocampal system also uses a path integration reference frame for spatial coding and navigation. (8, 9) The entorhinal cortex and subiculum contain different types of cells that encode self-motion and environment cues. These include grid cells, border cells, head direction cells, and speed cells. Grid cells in the medial entorhinal cortex fire in multiple locations of the environment to form a hexag- onal grid-like pattern and provide direct input to place cells in CA1. Border cells fire exclusively along geometric borders of the environment and relate the firing of place and grid cells to the fixed features of the environment. Head- direction cells signal the orientation of the subject’s head in the horizontal plane and integrate direction and velocity signals into a coherent two-dimensional space. In humans, functional MRI studies during imagined navigation tasks and presurgical intracranial recordings on patients with epilepsy show map-like spatial codes in the hippocampus and grid-like codes in the entorhinal cortex.(11, 39)
مطالعات منی از O’Keefe و همکارانش در جوندگان نشان داد که مناطق CA3 و CA1 حاوی نوع خاصی از سلولها به نام سلولهای مکان هستند که زمانی که حیوان در مکان خاصی از فضا قرار میگیرد به طور انتخابی شلیک میکنند. (۳۷) این فعالیت مکانیسمیرا فراهم میکند که به وسیله آن فضا (قاب مرجع آلوسنتریک) یک نقشه شناختی درونی برای ادغام تمام ویژگیهایی که یک تجربه یا قسمت معین را تشکیل میدهند ایجاد میکند. (۳۸) سیستم هیپوکامپ همچنین از یک چارچوب مرجع ادغام مسیر برای کدگذاری فضایی و ناوبری استفاده میکند. (۸، ۹) قشر انتورینال و سابیکولوم حاوی انواع مختلفی از سلولها هستند که نشانههای حرکت خود و محیط را رمزگذاری میکنند. اینها شامل سلولهای شبکه، سلولهای مرزی، سلولهای جهت سر و سلولهای سرعت هستند. سلولهای شبکهای در قشر داخلی آنتورینال در مکانهای مختلف محیط آتش میگیرند تا یک الگوی شبکهمانند شش ضلعی تشکیل دهند و ورودی مستقیم برای قرار دادن سلولها در CA1 فراهم کنند. سلولهای مرزی منحصراً در امتداد مرزهای هندسی محیط شلیک میکنند و شلیک سلولهای مکان و شبکه را به ویژگیهای ثابت محیط مرتبط میکنند. سلولهای جهت سر جهت گیری سر سوژه را در صفحه افقی سیگنال میدهند و سیگنالهای جهت و سرعت را در یک فضای دوبعدی منسجم ادغام میکنند. در انسان، مطالعات MRI عملکردی در طول وظایف ناوبری تصوری و ضبطهای داخل جمجمهای قبل از جراحی روی بیماران مبتلا به صرع، کدهای فضایی نقشهمانند در هیپوکامپ و کدهای شبکهای در قشر انتورینال را نشان میدهد.
Formation of Event Engrams for Episodic Memory
تشکیل انگرامهای رویداد برای حافظه اپیزودیک
The hippocampus is a convergence zone that rapidly forms associations between stimuli represented in distinct neocortical regions. Neocortical representations of the elements of an episodic event, such as locations and people, form links within individual neurons in the hippocampus. These include not only place cells that encode the spatial location of the individual at the time of the event but also “concept” cells that encode object information during the event. Concept cells can respond to the identity of a person in a stimulus-invariant manner; for example, one neuron can respond to both the written name and a photo of the same person. Hippocampal place cells and concept cells may act as the building blocks of episodic memory as they can rapidly form direct associations when firing together during a given experience, thereby forming event engrams. Individual neurons that initially fire selectively in response to viewing a person or a landmark, may also respond after exposure to a composite image (i.e., an image of both the person and landmark) such that they subsequently fire to either image in isolation. At retrieval, when the location is cued, all associated elements are retrieved via the process of pattern completion, supported by the recurrent connections of subfield CA3. Subsequently, the retrieved elements are reinstated in the neocortex, allowing for the experience of recollection under the executive control from the PFC. (40) Hippocampal networks also map temporally organized experiences. Space and time are integrated in the representation of memories through overlapping and interacting systems that converge on the hippocampal region. (4) Whereas spatial and temporal aspects of memory are processed somewhat differently in hippocampal subregions, they become fully integrated within CA1 networks as independent representations of space and time.
هیپوکامپ یک منطقه همگرایی است که به سرعت بین محرکهای نشان داده شده در نواحی مجزای نئوکورتیکال ارتباط ایجاد میکند. بازنمایی نئوکورتیکال عناصر یک رویداد اپیزودیک، مانند مکانها و افراد، پیوندهایی را در درون نورونهای فردی در هیپوکامپ ایجاد میکند. اینها نه تنها سلولهای مکانی را شامل میشوند که مکان مکانی فرد را در زمان رویداد رمزگذاری میکنند، بلکه سلولهای مفهومیرا نیز شامل میشوند که اطلاعات شی را در طول رویداد رمزگذاری میکنند. سلولهای مفهومیمیتوانند به هویت یک فرد به شیوهای غیر متغیر محرک پاسخ دهند. به عنوان مثال، یک نورون میتواند هم به نام نوشته شده و هم به عکس یک شخص پاسخ دهد. سلولهای مکان هیپوکامپ و سلولهای مفهومیممکن است بهعنوان بلوکهای سازنده حافظه اپیزودیک عمل کنند، زیرا میتوانند به سرعت در هنگام شلیک با هم در طول یک تجربه معین، پیوندهای مستقیم ایجاد کنند، در نتیجه شکلهای رویداد را تشکیل میدهند. نورونهای فردی که در ابتدا به طور انتخابی در پاسخ به مشاهده یک شخص یا یک نقطه عطف شلیک میکنند، ممکن است پس از قرار گرفتن در معرض یک تصویر ترکیبی (یعنی تصویری از شخص و نقطه عطف) نیز پاسخ دهند، به طوری که متعاقباً به هر یک از تصاویر به صورت مجزا شلیک کنند. در بازیابی، زمانی که مکان مشخص میشود، تمام عناصر مرتبط از طریق فرآیند تکمیل الگو، که توسط اتصالات مکرر فیلد فرعی CA3 پشتیبانی میشود، بازیابی میشوند. متعاقباً، عناصر بازیابی شده در نئوکورتکس بازگردانده میشوند و امکان تجربه یادآوری تحت کنترل اجرایی PFC را فراهم میکنند. (۴۰) شبکههای هیپوکامپ همچنین تجربیات سازمان یافته زمانی را ترسیم میکنند. فضا و زمان در نمایش خاطرات از طریق سیستمهای همپوشانی و تعاملی که در ناحیه هیپوکامپ همگرا میشوند، ادغام میشوند. (۴) در حالی که جنبههای مکانی و زمانی حافظه تا حدودی متفاوت در مناطق فرعی هیپوکامپ پردازش میشوند، آنها به طور کامل در شبکههای CA1 به عنوان بازنمایی مستقل از فضا و زمان ادغام میشوند.
Hippocampal-Prefrontal Interactions
برهمکنشهای پرهفرونتال – هیپوکمپ
The hippocampus participates in important reciprocal network interactions with PFC. (41-43) Whereas the hippocampus establishes the relationships between events and their context for encoding, storage, and retrieval of new episodic memories, the PFC has an integral role in long-term memory and executive control of retrieval. The PFC contributes to episodic memory by top-down control of memory processing. These two cortical areas are strongly interconnected via direct and indirect pathways. There is a direct projection from CA1 and proximal subiculum to the medial PFC; a direct bidirectional connection between the medial PFC and the perirhinal and lateral entorhinal cortex; and bidirectional connections between the medial PFC and hippocampus via nucleus reuniens. These connections promote transfer of theta oscillations between the hippocampus and the PFC during memory encoding and retrieval. Hippocampal theta precedes medial PFC theta during contextual learning, whereas medial PFC theta precedes hippocampal theta during retrieval. (44, 45) The nucleus reuniens may function to coordinate these interactions by resynchronizing and reversing the direction of information flow between these two cortical areas. A second pathway for theta synchronization between the hippocampus and the medial PFC is via the anteromedial subdivision of the anterior nucleus of the thalamus, which receives inputs from CA1 and subiculum and projects to the medial PFC. The hippocampal-prefrontal interactions also occur via other network oscillatory patterns, including sharp wave-ripples and gamma oscillations. Slow gamma oscillations in the medial PFC are strongly linked to attentional processing, rule representation, and flexible rule switching and are coupled to hippocampal theta oscillations. The parahippocampal, perirhinal, and entorhinal cortices project via the mediodorsal nucleus of the thalamus to the PFC. In this system, beta band synchronization between the medial temporal lobe and the PFC may promote recognition memory and cue-based recollection. The medial PFC may also have a role in directing neocortical learning inde- pendent of the hippocampus during the shift from medial temporal lobe to neocortical representations during consolidation. The main functions of the medial PFC would be to detect the congruency of new information with existing information in the neocortex. (47)
هیپوکامپ در تعاملات شبکه متقابل مهم با PFC شرکت میکند. (۴۱-۴۳) در حالی که هیپوکامپ روابط بین رویدادها و زمینه آنها را برای رمزگذاری، ذخیره سازی و بازیابی خاطرات اپیزودیک جدید برقرار میکند، PFC نقش مهمیدر حافظه بلند مدت و کنترل اجرایی بازیابی دارد. PFC با کنترل از بالا به پایین پردازش حافظه به حافظه اپیزودیک کمک میکند. این دو ناحیه قشر مغز به شدت از طریق مسیرهای مستقیم و غیر مستقیم به هم مرتبط هستند. یک برجستگی مستقیم از CA1 و سابیکولوم پروگزیمال به PFC داخلی وجود دارد. ارتباط مستقیم دو طرفه بین PFC داخلی و قشر آنتورینال پریرینال و جانبی. و اتصالات دو طرفه بین PFC داخلی و هیپوکامپ از طریق هسته reuniens. این اتصالات باعث انتقال نوسانات تتا بین هیپوکامپ و PFC در طول رمزگذاری و بازیابی حافظه میشود. تتای هیپوکامپ در طول یادگیری متنی مقدم بر تتای PFC داخلی است، در حالی که تتای PFC داخلی در طول بازیابی مقدم بر تتای هیپوکامپ است. (۴۴، ۴۵) هسته reuniens ممکن است برای هماهنگ کردن این فعل و انفعالات با همگام سازی مجدد و معکوس کردن جهت جریان اطلاعات بین این دو ناحیه قشر مغز عمل کند. مسیر دوم برای همگام سازی تتا بین هیپوکامپ و PFC داخلی از طریق بخش قدامیمیانی هسته قدامیتالاموس است که ورودیها را از CA1 و سابیکولوم دریافت میکند و به PFC داخلی میرود. فعل و انفعالات هیپوکامپ-پره فرونتال نیز از طریق دیگر الگوهای نوسانی شبکه، از جمله امواج تیز موج و نوسانات گاما رخ میدهد. نوسانات آهسته گاما در PFC میانی به شدت با پردازش توجه، نمایش قوانین و تغییر قانون انعطاف پذیر مرتبط است و با نوسانات تتا هیپوکامپ همراه است. قشر پاراهیپوکامپ، پریرینال و آنتورینال از طریق هسته میانی تالاموس به سمت PFC پیش میروند. در این سیستم، همگام سازی باند بتا بین لوب تمپورال داخلی و PFC ممکن است حافظه تشخیص و یادآوری مبتنی بر نشانه را تقویت کند. PFC داخلی همچنین ممکن است در هدایت یادگیری نئوکورتیکال مستقل از هیپوکامپ در طول تغییر از لوب گیجگاهی داخلی به بازنماییهای نئوکورتیکال در طول تثبیت نقش داشته باشد. عملکرد اصلی PFC داخلی تشخیص تطابق اطلاعات جدید با اطلاعات موجود در نئوکورتکس است. (۴۷)
»» تمامی کتاب