بررسی نقش هیپوکامپ در رمزگذاری و بازیابی حافظه انسان با تصویربرداری

۹.۵ Distinguishing Human Memory Systems With Imaging

۹.۵ تشخیص سیستم‌های حافظه انسان با تصویربرداری

In 1998, two studies (Brewer et al., 1998; A. D. Wagner et al., 1998) published side by side in Science magazine coupled a new analysis technique, event-related fMRI, with an experimental setup called the subsequent-memory paradigm, in which participants are presented with items that they are asked to remember. This method enabled the researchers to isolate activity associated with single events and to directly compare the activity for successfully remembered studied items (hits) to activity for forgotten studied items (misses).

در سال ۱۹۹۸، دو مطالعه (بروور و همکاران، ۱۹۹۸; ای. دی. واگنر، ۱۹۹۸) که در کنار هم در مجلهٔ ساینس منتشر شدند، یک تکنیک تحلیلی جدید -fMRI مرتبط با رویداد- را با سازوکار تجربی به نام الگوواره حافظه پس از رویداد، همراه کردند که در آن از شرکت کنندگان خواسته می‌شود گزاره‌هایی که به آنها ارائه می‌شود را به خاطر بسپارند. این روش، محققان را قادر می‌سازد تا فعالیت‌های مرتبط با رویدادهای منفرد را تشخیص دهند و مستقیماً فعالیت برای گزاره‌های مورد مطالعه که با موفقیت به خاطر سپرده شده‌اند (بازخوردها) را با فعالیت برای گزاره‌های مطالعه‌شده‌ای که فراموش‌شده‌اند (از دست داده‌ها) مقایسه کنند.

For example, in the Wagner study, which we discussed in Section 3.6, participants were presented with a word and, to enhance encoding, were told to decide whether the word was abstract or concrete while being scanned. Afterward they were shown a series of words (some from the encoding task and some that were new) and were asked to indicate whether it was a word they had just studied (recognition test) and how confident they were about their answer. In this way the researchers were able to determine which words had been subsequently remembered. The event-related design enabled researchers to identify brain regions with differential activation during the encoding of words that were subsequently remembered (the hits) and those subsequently forgotten (the misses; Figure 9.23).

به عنوان مثال، در مطالعه واگنر، که در بخش ۳.۶ بحث کردیم، به شرکت کنندگان یک کلمه ارائه شد و برای تقویت رمزگذاری، به آنها گفته شد که در حین اسکن کردن، تصمیم بگیرند که آیا کلمه انتزاعی است یا غیرانتزاعی. پس از آن یک سری کلمات (برخی از تکلیف رمزگذاری و برخی جدید) به آنها نشان داده شد و از آنها خواسته شد که مشخص کنند که آیا این کلمه‌ای است که آنها به تازگی خوانده‌اند (تست تشخیص) و چقدر به پاسخ خود اطمینان دارند. به این ترتیب محققان توانستند تعیین کنند که کدام کلمات متعاقباً به خاطر سپرده شده بودند. طراحی مرتبط با رویداد، محققان را قادر ساخت تا مناطق مغز را با فعال سازی متمایز در طول رمزگذاری کلماتی که متعاقباً به خاطر سپرده شدند (بازخوردها) و کلماتی که متعاقباً فراموش شدند (از دست‌داده‌ها؛ شکل ۹.۲۳) شناسایی کنند.

FIGURE 9.23 The subsequent-memory paradigm.

The neural responses to each visual event are analyzed according to whether they were remembered or forgotten, revealing activations during memory encoding. The graphs show greater responses for remembered events (red) than for forgotten events (blue) in the left prefrontal (a) and temporal (b) cortices.

شکل ۹.۲۳ الگوواره حافظه پس از رویداد

پاسخ‌های عصبی به هر رویداد دیداری با توجه به اینکه آنها به خاطر سپرده شده‌اند یا فراموش شده‌اند، تجزیه و تحلیل می‌شوند و فعال‌سازی‌ها را در طول رمزگذاری حافظه، آشکار می‌کنند. نمودارها، پاسخ‌های بیشتری را برای رویدادهای به یاد ماندنی (قرمز) نسبت به رویدادهای فراموش شده (آبی) در قشر پیش‌پیشانی چپ (a) و تمپورال (b) نشان می‌دهند.

Recollection and Recognition: Two Systems

بازیادآوری و بازشناختی: دو سیستم

The year after the Wagner and Brewer studies, John Aggleton and Malcolm Brown (1999) proposed that encoding processes that merely identify an item as being familiar (recognition) and encoding processes that correctly identify the item as having been seen before (recollection) depend on different regions of the medial temporal lobes. Many behavioral studies supported the idea that two distinct processes are involved in declarative memory: assessing the item’s familiarity, and recollecting the context of when the item was encountered. The key questions involved the hippocampus: Did it become active during the encoding of new information, during the retrieval of information, or during both? And was it involved with both recollection and familiarity assessments?

در سال ۱۹۹۹ یعنی یک سال پس از مطالعات واگنر و بروئر، جان آگلتون و مالکوم براون بیان کردند که فرآیندهای رمزگذاری که صرفاً یک گزاره را به عنوان آشنا شناسایی می‌کنند (تشخیص) و فرآیندهای رمزگذاری که به درستی آن گزاره را به عنوان قبلاً دیده شده شناسایی می‌کند (یادآوری) به مناطق مختلف لوب‌های تمپورال میانی بستگی دارد. بسیاری از مطالعات رفتاری از این ایده حمایت می‌کنند که دو فرآیند مجزا در حافظه اخباری دخیل هستند: ارزیابی میزان آشنایی با گزاره، و یادآوری زمینه زمانی که با گزاره مواجه شده است. در ارتباط با هیپوکامپ، سوالات کلیدی زیر مطرح است: آیا هیپوکامپ در طول رمزگذاری اطلاعات جدید، در طول بازیابی اطلاعات یا در طول هر دو فعال شد؟ و آیا هیپوکامپ هم با ارزیابی بازیادآوری و هم با ارزیابی آشنایی درگیر بوده است؟

A subsequent study revealed that the hippocampus is activated when information is correctly recollected (Eldridge et al., 2000). Participants in this task memorized a list of words. Twenty minutes later, in a retrieval task, they were presented with a new list consisting of previously studied (old) and unstudied (new) words and were asked, one by one, whether they had seen the word before. If they answered “yes”, then they were asked to make a decision about whether they actually recollected the item (remembered seeing it as an episodic memory with a spatial and temporal context) or it merely seemed familiar to them.

مطالعه بعدی نشان داد که هیپوکامپ زمانی فعال می‌شود که اطلاعات به درستی به خاطر سپرده شود (الدریج و همکاران، ۲۰۰۰). در این تکلیف، شرکت کنندگان فهرستی از کلمات را حفظ کردند. بیست دقیقه بعد، در یک تکلیف بازیابی، فهرست جدیدی شامل کلمات مطالعه شده قبلی (قدیمی) و مطالعه نشده (جدید) به آنها ارائه شد و یکی یکی از آنها پرسیده شد که آیا قبلاً این کلمه را دیده‌اند یا خیر. اگر پاسخ آنها «بله» بود، از آنها خواسته می‌شد در مورد اینکه آیا واقعاً آن مورد را به خاطر می‌آورند (به یاد می‌آورند که آن را به عنوان یک حافظه اپیزودیک با زمینه مکانی و زمانی می‌دیدند) یا صرفاً برای آنها آشنا به نظر می‌رسید، تصمیم بگیرند. 

The twist in this study was that neuroimaging data were collected during the retrieval phase. The brain responses, measured with fMRI, were sorted according to whether the participants actually recollected the word, were only familiar with the word, were sure they had not seen the word before, or were mistaken about whether they had seen the word. The results were clear: During retrieval, the hippocampus was selectively active only for words that were actually correctly recollected (Figure 9.24), thus indicating an episodic memory. The hippocampus was not activated for memories that did not contain awareness of the prior event—that is, when the words merely seemed familiar to the participants and were recognized by their familiarity alone. This finding strongly suggests that the hippocampus is involved in both encoding and retrieval of episodic memories, but not of memories based on familiarity.

تغییر غیرقابل انتظار در این مطالعه این بود که داده‌های تصویربرداری عصبی در مرحله بازیابی جمع‌آوری شد. پاسخ‌های مغز با fMRI اندازه‌گیری می‌شد و بر اساس اینکه آیا شرکت‌کنندگان واقعاً کلمه را به خاطر می‌آوردند، فقط با آن کلمه آشنا بودند، مطمئن بودند که قبلاً کلمه را ندیده‌اند و یا در مورد اینکه آیا کلمه را دیده‌اند اشتباه می‌کردند، مرتب شدند. نتایج واضح بود: در طول بازیابی، هیپوکامپ به طور انتخابی فقط برای کلماتی فعال بود که واقعاً به درستی به خاطر سپرده شده بودند (شکل ۹.۲۴)، بنابراین نشان دهنده یک حافظه اپیزودیک است. هیپوکامپ برای خاطراتی که حاوی آگاهی از رویداد قبلی نبود، فعال نمی‌شد. به عبارت دیگر زمانی که کلمات صرفاً برای شرکت کنندگان آشنا به نظر می‌رسیدند و فقط از طریق آشنایی تشخیص داده می‌شدند هیپوکامپ فعال نمی‌شد. این یافته قویاً نشان می‌دهد که هیپوکامپ هم در رمزگذاری و هم در بازیابی حافظه‌های اپیزودیک نقش دارد، اما در حافظه‌های مبتنی بر آشنایی، نقشی ندارد. 

FIGURE 9.24 Retrieval in the hippocampus.

شکل ۹.۲۴ بازیابی در هیپوکامپ.

(a) Horizontal sections through the brain at the level of the inferior (left panel), middle (center panel), and superior (right panel) hippocampus. The red outline of the region of interest in the left hippocampus is based on anatomical landmarks. (b) Hemodynamic responses from event-related fMRI measures taken during the retrieval of previously studied words. The hippocampus was activated by correctly recollected words (solid red line) but not by words that the participants had previously seen but could not recollect, indicating that the words merely seemed familiar (solid black line). No hippocampal activity occurred for words that were correctly identified as new (not seen previously; dashed red line) or for errors in which the participant did not remember the words (dashed black line), despite having seen them previously.

(الف) برش‌های افقی از مغز در سطح تحتانی هیپوکامپ (تصویر سمت چپ)، میانی هیپوکامپ (تصویر وسطی) و فوقانی هیپوکامپ (تصویر سمت راست). محدوده قرمز رنگ، ناحیه مورد نظر در هیپوکامپ چپ بر اساس علائم آناتومیکی است. (b) پاسخ‌های همودینامیک در مدت بازیابی کلمات قبلاً مطالعه شده است که از ارزیابی fMRI مرتبط با رویداد حاصل شده است. هیپوکامپ با کلماتی که به درستی به خاطر سپرده شده بودند (خط ممتد قرمز) فعال می‌شد، اما هیپوکامپ با کلماتی که شرکت کنندگان قبلا دیده بودند اما نمی‌توانستند به خاطر بیاورند فعال نمی‌شد، که نشان می‌دهد کلمات صرفاً آشنا به نظر می‌رسیدند (خط ممتد سیاه). برای کلماتی که به‌درستی به‌عنوان جدید شناسایی شده‌اند (قبلاً دیده نشده‌اند؛ خط چین قرمز) یا برای خطاهایی که در آنها شرکت‌کننده کلمات را به خاطر نمی‌آورد (خط چین مشکی)، با وجود اینکه قبلاً آنها را دیده است، هیچ فعالیت هیپوکامپی رخ نداده است.

Such data raised the question of which brain regions are involved in episodic versus nonepisodic (familiarity-based) memory encoding and retrieval. To figure this out, Charan Ranganath and his colleagues (2004) designed another study that combined event-related fMRI with the subsequent-memory paradigm (Figure 9.25).

چنین داده‌هایی این سوال را مطرح می‌کند که کدام مناطق مغز در رمزگذاری و بازیابی حافظه اپیزودیک در مقابل غیر اپیزودیک (مبتنی بر آشنایی) نقش دارند. برای پی بردن به این موضوع، چاران رانگانات و همکارانش (۲۰۰۴) مطالعه دیگری را طراحی کردند که fMRI مرتبط با رویداد را با الگوواره حافظه پس از رویداد ترکیب کرد (شکل ۹.۲۵).

Healthy volunteers were presented with words on a screen at a rate of about one word every 2 seconds. The words (360 in total), printed in either red or green, represented either animate or inanimate items that were either large or small. Depending on the color, the participants were required to make either an animacy judgment or a size judgment for each item to increase the likelihood that they would encode and remember the word. While the participants viewed the words and made their decisions (the encoding phase of the experiment), they were scanned using fMRI. Later, outside of the scanner, they were presented with a mix of the 360 “old” words with 360 “new” words to test their memory for the words they had seen during the encoding phase.

به داوطلبان سالم کلماتی روی صفحه نمایش داده می‌شد. مدت نمایش هر کلمه ۲ ثانیه بود. کلمات (در مجموع ۳۶۰ کلمه) که به رنگ قرمز یا سبز نمایش داده می‌شد، نشان دهنده گزاره‌های جاندار یا بی جان بزرگ یا کوچک بودند. بسته به رنگ، از شرکت‌کنندگان خواسته شد که قضاوتی در مورد جاندار یا اندازه هر گزاره انجام دهند تا احتمال رمزگذاری و به خاطر سپردن کلمه را افزایش دهند. زمانی که شرکت کنندگان، کلمات را مشاهده می‌کردند و تصمیمات خود را می‌گرفتند (مرحله رمزگذاری آزمایش)، با استفاده از fMRI اسکن می‌شدند. سپس خارج از اسکنر، ترکیبی از ۳۶۰ کلمه «قدیمی» با ۳۶۰ کلمه «جدید» به آنها ارائه شد تا حافظه آنها برای کلماتی که در مرحله رمزگذاری دیده بودند آزمایش شود. 

After this recognition test, participants were tested on familiarity: They were asked to rate each word, shown in black, on a scale of 1 to 6 to indicate how confident they were that they had seen the word before. To test source memory (the context in which the word had been previously viewed), they also were asked to specify whether the word had been presented in green or red-a test of episodic memory. Researchers analyzed whether the old words were properly recollected and whether the source was correctly identified.

شرکت کنندگان پس از این آزمون تشخیص، در زمینه آشنایی مورد آزمایش قرار گرفتند: از آنها خواسته شد تا به هر کلمه که با رنگ سیاه نشان داده شده بود، در مقیاس ۱ تا ۶ امتیاز دهند تا نشان دهند که چقدر مطمئن هستند که قبلاً کلمه را دیده اند. برای آزمایش حافظه مبدا (زمینه ای که قبلاً کلمه در آن مشاهده شده بود)، از آنها همچنین خواسته شد که مشخص کنند آیا کلمه به رنگ سبز یا قرمز ارائه شده بود که آزمونی از حافظه اپیزودیک است. بدین ترتیب محققان بررسی کردند که آیا کلمات قدیمی به درستی به خاطر سپرده شده اند و آیا مبدا به درستی شناسایی شده است یا خیر.

FIGURE 9.25 Testing for involvement of the hippocampus in Information encoding.

شکل ۹.۲۵ بررسی دخالت هیپوکامپ در رمزگذاری اطلاعات

(a) The sequence of events in one scanning run. During encoding, participants viewed a series of words and made either an animacy judgment (animate versus inanimate) or a size judgment (large versus small) for each word, depending on the color of that word (e.g., green represented a size judgment, so for the word NICKEL in green, the correct response would be “small”). Later, participants made two decisions about the items presented, which included the old words and new words not seen before. First, participants were asked to indicate whether and how confidently they recognized the items (e.g., on a scale of 1 to 6, from definitely new to definitely old). Second, they were asked to make a source memory judgment of whether each word had been presented in red or in green. (b) Mean proportions of studied (“old”) and unstudied (“new”) items endorsed at each confidence level. Performance on the source memory judgment (red or green) is not shown.

(الف) مرور اجمالی توالی رویدادها. در طول رمزگذاری، شرکت‌کنندگان مجموعه‌ای از کلمات را مشاهده کردند و بسته به رنگ آن کلمه، یک قضاوت جانداری (جاندار در مقابل بی‌جان) یا یک قضاوت اندازه (بزرگ در مقابل کوچک) برای هر کلمه انجام دادند (به عنوان مثال، سبز نشان دهنده یک قضاوت اندازه است، بنابراین برای کلمه NICKEL به رنگ سبز، پاسخ صحیح «کوچک» خواهد بود). سپس شرکت کنندگان در مورد گزاره‌های ارائه شده دو تصمیم گرفتند که شامل کلمات قدیمی و کلمات جدیدی بود که قبلاً دیده نشده بود. ابتدا، از شرکت‌کنندگان خواسته شد تا مشخص کنند که آیا گزاره‌ها را تشخیص می‌دهند و با چه اطمینانی گزاره‌ها را تشخیص می‌دهند (به عنوان مثال، در مقیاس ۱ تا ۶، از قطعا جدید تا قطعا قدیمی). دوم، برای این که حافظه مبدا آنها بررسی شود از آنها خواسته شد تا در مورد اینکه آیا هر کلمه به رنگ قرمز یا سبز ارائه شده بود نظر بدهند. (b) نسبت میانگین گزاره‌های مورد مطالعه («قدیم») و مطالعه نشده («جدید») در هر سطح اطمینان نشان داده شد. ارزیابی عملکرد حافظه مبدا (قرمز یا سبز) نشان داده نشده است. 

Correctly recollected words activated regions of both the hippocampus and the posterior parahippocampal cortex during encoding, as well as parts of the frontal cortex (Figure 9.26). These findings fit well with evidence from previous studies in animals and in amnesic patients that the hippocampus is important for the formation of new long-term memories. Thus, one effect of hippocampal damage may be an inability to encode information properly in the first place.

کلماتی که به درستی به خاطر سپرده شدند، مناطقی از هیپوکامپ و قشر پاراهیپوکامپ خلفی و همچنین بخش‌هایی از قشر پیشانی را در طول رمزگذاری فعال کردند (شکل ۹.۲۶). این یافته‌ها به خوبی با شواهد به دست آمده از مطالعات قبلی روی حیوانات و بیماران مبتلا به فراموشی مطابقت دارد که نشان می‌دهد هیپوکامپ برای شکل گیری خاطرات بلندمدت جدید مهم است. بنابراین، یکی از اثرات آسیب هیپوکامپ ممکن است در وهله اول ناتوانی در رمزگذاری صحیح اطلاعات باشد.

FIGURE 9.26 Correct recollections trigger activity in medial temporal lobe and frontal cortex.

شکل ۹.۲۶ یادآوری‌های صحیح باعث فعالیت در لوب تمپورال داخلی و قشر فرونتال می‌شود.

Subsequent-memory effects: activity at encoding that correlates with better recollection of words at testing-that is, those for which the source memory judgment of red or green (see Figure 9.25) was correct. (a) Sagittal section through the right medial temporal lobe. Two regions in the medial temporal lobe that exhibited subsequent recollection effects were the posterior hippocampus and the posterior parahippocampal cortex. (b) Surface renderings of the left and right hemispheres show additional regions of cortical activation at encoding for items recollected correctly later.

اثرات حافظه پس از رویداد: فعالیت در رمزگذاری که با یادآوری بهتر کلمات در آزمایش مرتبط است – یعنی آنهایی که ارزیابی حافظه مبدا قرمز یا سبز برای آنها درست بود (شکل ۹.۲۵ را ببینید). (الف) برش ساژیتال از لوب تمپورال میانی راست. هیپوکامپ خلفی و قشر پاراهیپوکامپ خلفی دو ناحیه در لوب تمپورال داخلی هستند که اثرات یادآوری پس از رویداد را نشان دادند. (b) نماپردازی سطحی نیمکره چپ و راست، نواحی بیشتری از فعال شدن قشر مغز را در رمزگذاری مواردی که بعداً به درستی به خاطر آورده می‌شدند، نشان می‌دهد.

The results of these two studies demonstrate a double dissociation in the medial temporal lobe for encoding different forms of memory: one medial temporal lobe mechanism involving the perirhinal cortex that supports familiarity-based recognition memory, and a second system involving the hippocampus and posterior parahippocampal cortex that supports recognition based on the recollection of source (episodic) information.

نتایج این دو مطالعه یک گسست دوگانه را در لوب گیجگاهی میانی برای رمزگذاری اشکال مختلف حافظه نشان می‌دهد: یک مکانیسم لوب گیجگاهی میانی که شامل قشر پریرینال است که از حافظه تشخیص مبتنی بر آشنایی پشتیبانی می‌کند، و سیستم دوم شامل هیپوکامپ و قشر پاراهیپوکامپ خلفی است که از شناسایی مبتنی بر یادآوری اطلاعات مبدا (اپیزودیک) پشتیبانی می‌کند.

What about the words that only seemed familiar? Figure 9.27 presents the neuroimaging results from the analysis of confidence ratings. Parts of the left anterior medial parahippocampal gyrus-a region that corresponds to the perirhinal cortex-were activated during recognition based on familiarity, but the hippocampus itself was not activated.

در مورد کلماتی که فقط آشنا به نظر می‌رسیدند چطور؟ شکل ۹.۲۷ نتایج تصویربرداری عصبی از تجزیه و تحلیل رتبه‌بندی‌های اطمینان را نشان می‌دهد. بخش‌هایی از شکنج پاراهیپوکامپ میانی قدامی چپ – ناحیه‌ای که مربوط به قشر پریرینال است – در طی تشخیص بر اساس آشنایی فعال شدند، اما خود هیپوکامپ فعال نشد.

FIGURE 9.27 Familiarity-based recognition memory.

شکل ۹.۲۷ حافظه تشخیص مبتنی بر آشنایی

Brain activity during encoding correlates with the confidence of recognizing that an item has been seen before. (a) Coronal section through the brain at the level of the anterior medial temporal lobe. Functional MRI activations that correlated with confidence ratings (red box, and expanded sagittal view below the coronal section). The graph shows that as recognition confidence increases, activity in the perirhinal and entorhinal cortex also increases. (b) Images of the left and right hemispheres show additional regions of cortical activation.

فعالیت مغز در طول رمزگذاری با اطمینان از تشخیص اینکه یک گزاره قبلاً دیده شده است ارتباط دارد. (الف) برش کرونال از مغز در سطح لوب تمپورال میانی قدامی. فعال‌سازی‌های MRI عملکردی که با رتبه‌بندی‌های اطمینان (کادر قرمز، و نمای ساژیتال توسعه یافته در زیر برش کرونال) مرتبط است. نمودار نشان می‌دهد که با افزایش اطمینان به تشخیص، فعالیت در قشر پریرینال و آنتورینال نیز افزایش می‌یابد. (b) تصاویر نیمکره چپ و راست، مناطق دیگری از فعال شدن قشر مغز را نشان می‌دهد.

EPISODIC MEMORY AND THE HIPPOCAMPUS The process of encoding episodic memory involves binding an event to a time and place. When you think back on the first rock concert you ever attended, you probably recall where and when you saw it. As we mentioned for the rodent studies, an early theory proposed that the funda- mental role of the hippocampus is to build and maintain spatial maps. The main support for this theory was the discovery of “place cells” identified in the hippocampus. However, you probably also recall who was at the concert with you. Episodic memories involve more than space and time. Furthermore, the memory of your first concert may be distinguished from your memories of other rock concerts, other events held at the same place, and other places you have been with the same friend. The cognitive map theory does not explain how our brain accomplishes these other contextual feats of episodic memory.

حافظه اپیزودیک و هیپوکامپ: فرآیند رمزگذاری حافظه اپیزودیک شامل پیوند دادن یک رویداد به زمان و مکان است. وقتی به اولین باری که در کنسرت راک شرکت کردید فکر می‌کنید، احتمالاً به یاد می‌آورید که کجا و چه زمانی آن را دیدید. همانطور که برای مطالعات جوندگان ذکر کردیم، یک نظریه اولیه پیشنهاد کرد که نقش اساسی هیپوکامپ ساخت و نگهداری نقشه‌های فضایی است. پشتوانه اصلی این نظریه، کشف «سلول‌های مکانی» شناسایی شده در هیپوکامپ بود. با این حال، احتمالاً به یاد می‌آورید که چه کسانی در کنسرت با شما بودند. خاطرات اپیزودیک، مواردی فراتر از مکان و زمان را شامل می‌شود. علاوه بر این، خاطره اولین کنسرت شما ممکن است از خاطرات شما از سایر کنسرت‌های راک، رویدادهای دیگری که در همان مکان برگزار می‌شود و مکان‌های دیگری که با همان دوست بوده اید متمایز شود. تئوری نقشه شناختی، چگونگی انجام دیگر شاهکارهای بافتی حافظه اپیزودیک در مغز ما را توضیح نمی‌دهد. 

How the brain solves the problem of bundling all this information a question known as the binding problem- is central to understanding episodic memory. Anatomy offers some clues: Different types of information from all over the cortex converge on the medial temporal lobe regions surrounding the hippocampus, but not all types. pass through the same structures. Information about the features of items (“what” an item is) coming from unimodal sensory regions of neocortex passes through the perirhinal cortex (the anterior portion of the parahippocampus). In contrast, information from multimodal neocortical areas about “where” something is located passes through the more posterior parts of the parahippocampal cortex (Figure 9.28).

این که چگونه مغز مشکل جمع کردن همه این اطلاعات را حل می‌کند، سوالی است که به عنوان مشکل تجمیع شناخته می‌شود و برای درک حافظه اپیزودیک بسیار مهم است. آناتومی، سرنخ‌هایی را ارائه می‌دهد: انواع مختلف اطلاعات (اما نه همه انواع) از سراسر قشر مغز در نواحی لوب تمپورال میانی اطراف هیپوکامپ همگرا می‌شوند. از همان ساختارها عبور می‌کند. اطلاعات مربوط به ویژگی‌های گزاره‌ها (یک گزاره چیست) که از نواحی حسی یک‌وجهی نئوکورتکس می‌آید، از قشر پریرینال (قسمت قدامی پاراهیپوکامپ) عبور می‌کند. در مقابل، اطلاعات از نواحی نئوکورتیکال چندوجهی در مورد محل قرارگیری چیزی از قسمت‌های خلفی‌تر قشر پاراهیپوکامپ عبور می‌کند (شکل ۹.۲۸).

Both information types project into the entorhinal cortex but do not converge until they are within the hippocampus (Eichenbaum et al., 2007). The binding-of-items-and-contexts (BIC) model proposes that the perirhinal cortex represents information about specific items (e.g., who and what), the parahippocampal cortex represents information about the context in which these items were encountered (e.g., where and when), and processing in the hippocampus binds the representations of items with their context (Diana et al., 2007; Ranganath, 2010). As a result, the hippocampus is able to relate the various types of information about something that the individual encounters. This form of memory is referred to as relational memory, which we will discuss further. So, in this model perirhinal cortex is sufficient to recognize that something is familiar, but to remember the full episode and everything related to it, the hippocampus is necessary to bind the information into a package.

هر دو نوع اطلاعات به قشر انتورینال پروجکت می‌کنند اما تا زمانی که در هیپوکامپ قرار نگیرند به هم نمی‌پیوندند (ایکنبام و همکاران، ۲۰۰۷). مدل پیوند گزاره‌ها و بافت‌ها (BIC) بیان می‌کند که قشر پریرینال اطلاعاتی را در مورد گزاره‌های خاص (به عنوان مثال، چه کسی و چه چیزی) بازنمایی می‌کند، قشر پاراهیپوکامپ بازنمایی‌کننده اطلاعاتی درباره زمینه‌ای است که در آن با این گزاره‌ها مواجه شده‌اند (به عنوان مثال، چه مکانی و چه زمانی) و پیوند بازنمایی گزاره‌ها با زمینه آنها نتیجه پردازش در هیپوکامپ است (دیانا و همکاران، ۲۰۰۷؛ رانگانات، ۲۰۱۰). در نتیجه، هیپوکامپ قادر است انواع مختلفی از اطلاعات را در مورد چیزی که فرد با آن مواجه می‌شود، مرتبط کند. از این نوع حافظه به عنوان حافظه رابطه ای یاد می‌شود که در ادامه به آن خواهیم پرداخت. بنابراین، در این مدل، قشر پریرینال برای تشخیص آشنا بودن چیزی کافی است، اما برای این که یک رویداد به طور کامل و همراه تمام چیزهای مربوط به آن به خاطر سپرده شود، هیپوکامپ لازم است تا اطلاعات را به صورت یک مجموعه بهم متصل کند.

FIGURE 9.28 Flow of Information between the neocortex and the hippocampal system.

شکل ۹.۲۸ جریان اطلاعات بین نئوکورتکس و سیستم هیپوکامپ.

CA = cornu ammonis neuronal fields (CA1, CA3); DG = dentate gyrus; EC = entorhinal cortex; PHC = parahippocampal cortex; PRC = perirhinal cortex; Sub = subiculum.

A similar distinction has also been found between the recollection and familiarity components of long-term memory retrieval. One study that nicely makes this point is the work of Daniela Montaldi and her colleagues at the University of Oxford (2006). During an encoding ses- sion, they showed participants pictures of scenes. Two days later, the researchers tested the participants’ recognition with a mixed batch of new and old scenes while monitoring their brain activity with fMRI.

تمایز مشابهی نیز بین مولفه‌های یادآوری و آشنایی در بازیابی حافظه بلندمدت یافت شده است. یکی از مطالعاتی که به خوبی این نکته را بیان می‌کند، کار دانیلا مونتالدی و همکارانش در دانشگاه آکسفورد (۲۰۰۶) است. در طول یک جلسه کدگذاری، آنها تصاویر صحنه‌ها را به شرکت کنندگان نشان دادند. دو روز بعد، محققان تشخیص شرکت کنندگان را با مجموعه ای ترکیبی از صحنه‌های جدید و قدیمی‌در حالی که فعالیت مغز آنها را با fMRI زیر نظر داشتند، آزمایش کردند.

The researchers asked the participants to rate the pic- tures of scenes as new, slightly familiar, moderately familiar, very familiar, or recollected. Their results showed the same activity pattern as in the Ranganath encoding study. The hippocampus was activated only for pictures of scenes that the participants could recollect having seen before. Regions of the medial temporal lobe, like the perirhinal cortex, that are located outside the hippocampus showed activity patterns that correlated with the strength of familiarity for scenes other than recollected ones (Figure 9.29).

محققان از شرکت‌کنندگان خواستند که تصاویر صحنه‌ها را جدید، کمی‌آشنا، نسبتاً آشنا، بسیار آشنا، یا به یاد ماندنی ارزیابی کنند. نتایج آنها همان الگوی فعالیت را در مطالعه رمزگذاری رانگانات نشان داد. هیپوکامپ فقط برای عکس‌هایی از صحنه‌هایی فعال می‌شد که شرکت کنندگان می‌توانستند به خاطر بیاورند که قبلا دیده بودند. نواحی لوب گیجگاهی میانی، مانند قشر پریرینال، که در خارج از هیپوکامپ قرار دارند، الگوهای فعالیتی را نشان می‌دهند که با قدرت آشنایی برای صحنه‌هایی غیر از آنهایی که به یاد می‌آیند، مرتبط است (شکل ۹.۲۹).

FIGURE 9.29 Recollection and familiarity during retrieval.

شکل ۹.۲۹ یادآوری و آشنایی در طول بازیابی.

Participants studied scenes and were scanned during recognition testing. The partial images of the brain are coronal sections through the hippocampus. (a) Activation in bilateral anterior parahippocampal regions decreased with increasing confidence. (b) In contrast, activations in bilateral hippocampal regions increased for recollected items only, as compared with nonrecollected items. CR = correct rejection (an item that was correctly identified as new); M = miss (an item that was seen before but the participant reported as not having seen previously); F1 = weak familiarity, F2 = moderate familiarity, F3 = strong familiarity; R = recollection.

شرکت کنندگان صحنه‌ها را مطالعه کردند و در طول تست تشخیص اسکن شدند. تصاویر جزئی از مغز بخش‌های تاجی از طریق هیپوکامپ است. (الف) فعال شدن در نواحی پاراهیپوکامپ قدامی‌دو طرفه با افزایش اطمینان کاهش یافت. (b) در مقابل، فعال‌سازی در نواحی دو طرفه هیپوکامپ فقط برای مواردی که به یاد می‌آورند، در مقایسه با مواردی که به خاطر نیامده‌اند، افزایش یافته است. CR = رد صحیح (موردی که به درستی به عنوان جدید شناسایی شده است)؛ M = از دست دادن (موردی که قبلا دیده شده بود اما شرکت کننده گزارش داد که قبلاً ندیده است). F1 = آشنایی ضعیف، F2 = آشنایی متوسط، F3 = آشنایی قوی؛ R = یادآوری. 

In sum, evidence from a number of studies indicates that the medial temporal lobe supports different forms of memory and that these different forms of memory (recollection versus familiarity) are supported by different subdivisions of this brain region. The hippocampus is involved in encoding and retrieval of episodic memories (recollection), whereas areas outside the hippocampus, especially the perirhinal cortex, support recognition based on familiarity. These findings also suggest that the nature of the representations should be considered in distinguishing between memory systems (Nadel & Hardt, 2011). 

در مجموع، شواهد تعدادی از مطالعات نشان می‌دهد که لوب گیجگاهی میانی از اشکال مختلف حافظه پشتیبانی می‌کند و این اشکال مختلف حافظه (یادآوری در مقابل آشنایی) توسط زیربخش‌های مختلف این ناحیه مغز پشتیبانی می‌شوند. هیپوکامپ در رمزگذاری و بازیابی خاطرات اپیزودیک (یادآوری) نقش دارد، در حالی که نواحی خارج از هیپوکامپ، به ویژه قشر پریرینال، از تشخیص بر اساس آشنایی پشتیبانی می‌کنند. این یافته‌ها همچنین نشان می‌دهد که ماهیت بازنمایی‌ها باید در تمایز بین سیستم‌های حافظه در نظر گرفته شود (نادل و‌هارد، ۲۰۱۱).

RELATIONAL MEMORY AND THE HIPPOCAMPUS The memory for relations among the constituent elements of an experience-time, place, person, and so forth-is termed relational memory. Relational memory enables us to remember names with faces, the locations of objects or people, or the order in which various events occurred (Konkel & Cohen, 2009). Moreover, we can retrieve the relational context in which someone or something was previously encountered and know that it is different from the present encounter. For instance, if you live in Los Angeles, you may see Tom Hanks drive past in a Porsche and know that you’ve seen him before-not in a Porsche, but in a movie.

حافظه رابطه ای و هیپوکامپ: حافظه مربوط به روابط بین عناصر تشکیل دهنده یک تجربه – زمان، مکان، شخص و غیره را حافظه رابطه ای می‌نامند. حافظه رابطه‌ای ما را قادر می‌سازد تا نام‌ها را با چهره‌ها، مکان اشیاء یا افراد یا ترتیب وقوع رویدادها را به خاطر بسپاریم (کنکل و کوهن، ۲۰۰۹). علاوه بر این، می‌توانیم زمینه رابطه‌ای را که قبلاً با شخص یا چیزی مواجه شده بود، بازیابی کنیم و بدانیم که با مواجهه فعلی متفاوت است. به عنوان مثال، اگر در لس آنجلس زندگی می‌کنید، ممکن است تام هنکس را با یک پورشه ببینید و بدانید که او را قبلا نه در پورشه، بلکه در یک فیلم دیده اید.

Neal Cohen and his colleagues at the University of Illinois (J. D. Ryan et al., 2000) investigated relational memory by measuring eye fixation in study participants who were watching complex scenes in which the object and spatial relationships were experimentally manipulated. The researchers found that healthy participants were sensitive to changing relationships in the scenes, even when they were unaware of them, as demonstrated by their altered patterns of eye movements (Figure 9.30). In contrast, patients with amnesia as a result of hippocampal damage were insensitive to the changes. These researchers have argued, therefore, that the fundamental deficit in medial temporal amnesia is a disorder of relational memory processing in the hippocampus.

نیل کوهن و همکارانش در دانشگاه ایلینویز (ج. د. رایان و همکاران، ۲۰۰۰) حافظه رابطه‌ای را با اندازه‌گیری تثبیت چشم در شرکت‌کنندگانی که در حال تماشای صحنه‌های پیچیده‌ای بودند که در آن شی و روابط فضایی به‌طور تجربی دستکاری شده بودند، بررسی کردند. محققان دریافتند که شرکت کنندگان سالم به تغییر روابط در صحنه‌ها حساس بودند، حتی زمانی که از آنها بی خبر بودند، همانطور که با الگوهای تغییر یافته حرکات چشم آنها نشان داده شد (شکل ۹.۳۰). در مقابل، بیماران مبتلا به فراموشی در نتیجه آسیب هیپوکامپ نسبت به تغییرات حساس نبودند. بنابراین، این محققان استدلال کرده اند که نقص اساسی در فراموشی زمانی میانی، اختلال در پردازش حافظه رابطه ای در هیپوکامپ است.

FIGURE 9.30 Scenes with changing relational Information used to test relational memory.

شکل ۹.۳۰ صحنه‌هایی با تغییر اطلاعات رابطه ای که برای آزمایش حافظه رابطه ای استفاده می‌شود.

Eye movements (red lines) and fixations (white crosses), which were recorded as healthy participants viewed either repeated or manipulated scenes at two time points, are shown superimposed on the same scene (bottom panels in parts a and b). The critical area of change is outlined with a blue rectangle. (a) When nothing changed in the critical area, the critical area did not attract eye fixations. (b) When the scene changed, many eye fixations focused on the critical area that had contained people. Some participants were aware of the change, while others were not. (c) Quantification of the proportion of fixations in the critical area in parts (a) and (b) for healthy young controls; age-, education-, and intelligence-matched controls; and six patients with amnesia. Both control groups showed more fixations in the critical region when the scene changed. The amnesic patients failed to show this effect of relational memory.

حرکات چشم (خطوط قرمز) و تثبیت‌ها (صلیب‌های سفید)، که به‌عنوان شرکت‌کنندگان سالم که صحنه‌های تکراری یا دستکاری شده را در دو نقطه زمانی مشاهده کرده‌اند، ثبت شده‌اند، روی همان صحنه روی هم قرار گرفته‌اند (پانل‌های پایین در قسمت‌های a و b). منطقه بحرانی تغییر با یک مستطیل آبی مشخص شده است. (الف) هنگامی‌که چیزی در ناحیه بحرانی تغییر نکرد، ناحیه بحرانی تثبیت چشم را جذب نمی‌کرد. (b) هنگامی‌که صحنه تغییر کرد، بسیاری از تثبیت‌های چشم بر ناحیه بحرانی که افراد را در خود جای داده بود، متمرکز شد. برخی از شرکت کنندگان از این تغییر آگاه بودند، در حالی که برخی دیگر از این تغییر آگاه نبودند. (c) تعیین کمیت نسبت تثبیت‌ها در ناحیه بحرانی در بخش‌های (الف) و (b) برای کنترل‌های جوان سالم. کنترل‌های همسان سن، تحصیلات و هوش؛ و شش بیمار مبتلا به فراموشی. هر دو گروه کنترل در هنگام تغییر صحنه تثبیت‌های بیشتری را در ناحیه بحرانی نشان دادند. بیماران فراموشی نتوانستند این اثر حافظه رابطه ای را نشان دهند.

Relational memory theory proposes that the hippo- campus supports memory for all manner of relations. Cohen and colleagues predicted that memory for all manner of relations would be impaired in patients with hippocampal amnesia (Konkel et al., 2008). These research- ers evaluated memory performance for three different types of relational tasks: spatial, associative, and sequential. They also compared recollection of single items by healthy control participants to that of the patients with amnesia, as well as other patients with more extensive medial temporal lobe damage.

نظریه حافظه رابطه‌ای پیشنهاد می‌کند که هیپوکامپ از حافظه برای همه نوع روابط پشتیبانی می‌کند. کوهن و همکارانش پیش بینی کردند که حافظه برای همه نوع روابط در بیماران مبتلا به فراموشی هیپوکامپ مختل می‌شود (کنکل و همکاران، ۲۰۰۸). این محققان عملکرد حافظه را برای سه نوع مختلف کار رابطه ای ارزیابی کردند: فضایی، ارتباطی و ترتیبی. آنها همچنین یادآوری موارد منفرد توسط شرکت کنندگان کنترل سالم را با بیماران مبتلا به فراموشی و همچنین سایر بیماران با آسیب لوب گیجگاهی داخلی گسترده تر مقایسه کردند.

Those with hippocampal-only damage were impaired on all of the relational tasks, but not on the single-item recollection task. Patients with more extensive medial temporal lobe damage were impaired on both types of tests. Multiple neuroimaging studies show increased hippocampal activation when the relationship between items is being evaluated; in contrast, when an item is being individually encoded, activity is not observed in the hippocampus but is seen in other medial temporal lobe cortical regions, especially in the perirhinal cortex (Davachi & Wagner, 2002; Davachi et al., 2003).

آنهایی که فقط آسیب هیپوکامپ داشتند در تمام تکالیف رابطه ای آسیب دیدند، اما در تکلیف یادآوری تک موردی آسیب ندیدند. بیماران با آسیب لوب گیجگاهی داخلی بیشتر در هر دو نوع آزمایش دچار اختلال شدند. مطالعات تصویربرداری عصبی متعدد نشان می‌دهد که هنگام ارزیابی رابطه بین آیتم‌ها، فعالیت هیپوکامپ افزایش می‌یابد. در مقابل، هنگامی‌که یک آیتم به صورت جداگانه رمزگذاری می‌شود، فعالیت در هیپوکامپ مشاهده نمی‌شود، اما در سایر نواحی قشر لوب گیجگاهی داخلی، به ویژه در قشر پریرینال دیده می‌شود (داواچی و واگنر، ۲۰۰۲؛ داواچی و همکاران، ۲۰۰۳).