ترجمه کتاب علوم اعصاب شناختی؛ سیستم حافظه لوب گیجگاهی میانی
۹.۴ The Medial Temporal Lobe Memory System
۹.۴ سیستم حافظه لوب گیجگاهی میانی
The formation of new declarative memories (both episodic and semantic) depends on the medial temporal lobe. Let’s explore how this region, which includes the amygdala, the hippocampus, and the surrounding parahippocampal, entorhinal, and perirhinal cortical areas, is involved in long-term memory. We begin with evidence from patients with memory deficits and then look at lesion studies in animals.
شکلگیری حافظههای اخباری جدید (اعم از اپیزودیک و معنایی) به لوب تمپورال میانی بستگی دارد. این ناحیه شامل آمیگدال، هیپوکامپ، و نواحی پاراهیپوکامپ، انتورینال و قشر پریرینال اطراف است. بیایید بررسی کنیم که چگونه این ناحیه در حافظه بلندمدت نقش دارد. ما با شواهدی از بیماران مبتلا به نقص حافظه شروع میکنیم و سپس به مطالعات ضایعه در حیوانات میپردازیم.
Evidence From Amnesia
شواهد فراموشی
As we have learned, memory mechanisms can be divided into encoding (acquisition and consolidation), storage, and retrieval. Let’s look first at the functions that are lost in amnesic patients like H.M. and ask, Which neural mechanisms and brain structures enable us to acquire new long-term memories?
همانطور که آموختیم، مکانیسمهای حافظه را میتوان به کدگذاری (اکتساب و تثبیت)، ذخیره سازی و بازیابی تقسیم کرد. بیایید ابتدا به عملکردهایی که در بیماران مبتلا به فراموشی مانند H.M از بین میرود بپردازیم. و بپرسیم، کدام مکانیسمهای عصبی و ساختارهای مغزی ما را قادر میسازند تا حافظههای بلندمدت جدیدی به دست آوریم؟
H.M.’s original surgical reports indicated that his hippocampi were completely removed bilaterally (Figure 9.14). Decades later, Suzanne Corkin of the Massachusetts Institute of Technology and journalist author Philip Hilts (1995) discovered through some detective work that the clips used in H.M.’s surgery were not ferromagnetic-which meant he could have an MRI. So in 1997, more than 40 years after his surgery, H.M.’s surgical lesion was investigated with modern neuroimag- ing techniques (Figure 9.15).
گزارشهای اولیه جراحی H.M نشان داد که هیپوکامپ او به طور دوطرفه برداشته شد (شکل ۹.۱۴). چندین دهه بعد، سوزان کورکین از مؤسسه فناوری ماساچوست و فیلیپ هیلتز، نویسنده روزنامه نگار (۱۹۹۵) از طریق برخی کارهای موشکافانه دریافتند که کلیپهای استفاده شده در عمل جراحی H.M فِرّومغناطیس نبوده و به این معنی است که او میتواند MRI انجام دهد. بنابراین در سال ۱۹۹۷ یعنی بیش از ۴۰ سال پس از عمل جراحی، ضایعه جراحی H.M با تکنیکهای تصویربرداری عصبی مدرن مورد بررسی قرار گرفت (شکل ۹.۱۵).
FIGURE 9.14 Region of the medial temporal lobe believed to have been removed from H.M.
شکل ۹.۱۴ ناحیه لوب گیجگاهی میانی که تصور میشود از H.M برداشته شده است.
As reported by his surgeon, the areas of H.M’s brain that were removed are shown in red. (The resection is shown here only on the left side to enable comparison with an intact brain, shown on the right side at the same level. H.M.’s actual lesion was bilateral.) At the top is a ventral view of the brain, showing both hemispheres. The four anterior-to-posterior levels (a-d) shown in this ventral view correspond to the four coronal sections in parts (a) through (d).
همانطور که توسط جراح وی گزارش شده، مناطقی از مغز H.M که برداشته شده است به رنگ قرمز نشان داده شده است. (در اینجا فقط برداشت بافت در سمت چپ نشان داده شده است و برای این که امکان مقایسه با یک مغز دست نخورده را فراهم کند، در سمت راست در همان سطح، بافت دست نخورده نشان داده شده است. ضایعه واقعی H.M دوطرفه بود.) در بالا یک نمای شکمی از مغز وجود دارد که هر دو نیمکره را نشان میدهد. در این نمای شکمی، چهار سطح قدامی به خلفی (a-d) نشان داده شده که با چهار بخش کرونال در قسمتهای (a) تا (d) مطابقت دارد.
FIGURE 9.15 Coronal MRI scans of H.M.’s brain.
شکل ۹.۱۵ اسکن MRI کرونال مغز H.M
(a) The red circles in this anterior slice indicate where the hippocampus was removed bilaterally. (b) This more posterior slice, however, shows that the hippocampus (circled in red) was still intact in both hemispheres! This finding stood in marked contrast to the belief that H.M. had no hippocampus a view, based on the surgeon’s report, that the scientific community had held for 40 years.
(الف) دایرههای قرمز در این برش قدامی نشان میدهد که هیپوکامپ به صورت دو طرفه برداشته شده است. (ب) با این حال، این برش خلفیتر، نشان میدهد که هیپوکامپ (به رنگ قرمز) هنوز در هر دو نیمکره دست نخورده بود! این یافته کاملاً در تضاد با این باور بود که H.M. هیپوکامپ نداشت. باوری که بر اساس گزارش جراح، به مدت ۴۰ سال در جامعه علمی حفظ شده بود.
Data gathered by Corkin and her colleagues were analyzed by neuroanatomist David Amaral of UC Davis (Corkin et al., 1997). This analysis revealed that H.M.’s lesion was smaller than originally reported (Figure 9.16). Contrary to Scoville’s reports, approximately half of the posterior region of H.M.’s hippocampus was intact, and only 5 cm (not 8 cm) of the medial temporal lobe had been removed. Thus, the posterior parahippocampal gyrus was mostly spared, but the anterior portion, the perirhinal and entorhinal cortices, was removed. The remaining portions of H.M.’s hippocampi, however, were atrophied, probably as a result of the loss of inputs from the surrounding perihippocampal cortex that had been removed in the 1953 surgery. Thus, despite the original error in our knowledge about H.M.’s lesion, it’s possible that no functional hippocampal tissue remained. Consequently, H.M.’s lesions could not help us determine the role of the hippocampus versus parahippocampal cortex in memory.
دادههای جمعآوریشده توسط کورکین و همکارانش توسط نوروآناتومیست دیوید آمارال از یو سی دیویس (کورکین و همکاران، ۱۹۹۷) تجزیه و تحلیل شد. این تجزیه و تحلیل نشان داد که ضایعه H.M. از آنچه در ابتدا گزارش شده بود کوچکتر بود (شکل ۹.۱۶). برخلاف گزارشهای اسکویل، تقریباً نیمی از ناحیه خلفی هیپوکامپ H.M دست نخورده بود و تنها ۵ سانتیمتر (نه ۸ سانتیمتر) از لوب تمپورال میانی برداشته شده بود. بنابراین، شکنج پاراهیپوکامپ خلفی عمدتا از عمل جراحی در امان بود، اما بخش قدامی، قشر پریرینال و آنتورینال، برداشته شده بود. با این حال، بخشهای باقیمانده هیپوکامپ H.M. احتمالاً در نتیجه از دست دادن ورودیهای قشر اطراف هیپوکامپ که در جراحی ۱۹۵۳ برداشته شده بود، آتروفی شدند. بنابراین، علیرغم خطای اصلی در دانش ما در مورد ضایعه H.M.، این امکان وجود دارد که هیچ بافت عملکردی هیپوکامپ باقی نماند. در نتیجه، ضایعات H.M نتوانست به ما در تعیین نقش هیپوکامپ در مقابل قشر پاراهیپوکامپ در حافظه کمک کند.
FIGURE 9.16 Region of the medial temporal lobe actually removed from H.M.
شکل ۹.۱۶ ناحیه لوب تمپورال میانی در واقع از H.M برداشته شد.
Modern reconstruction by David Amaral and colleagues, showing that portions of H.M’s posterior hippocampus were not removed during surgery. This tissue, however, showed signs of atrophy and might no longer have been functioning normally. Red areas indicate where portions were removed. Compare with Figure 9.14.
بازسازی مدرن توسط دیوید آمارال و همکارانش که نشان میدهد بخشهایی از هیپوکامپ خلفی H.M در طی جراحی برداشته نشده است. با این حال، این بافت علائم آتروفی را نشان میدهد و ممکن است دیگر عملکرد طبیعی نداشته باشد. مناطق قرمز نشان میدهد که کدام قسمتها برداشته شده اند. با شکل ۹.۱۴ مقایسه کنید.
Another remarkable patient story revolves around R.B., who in 1978 lost his memory after an ischemic episode (reduction of blood to the brain) during heart bypass surgery. Changes in R.B.’s memory performance were studied in detail by Stuart Zola-Morgan and his col- leagues (1986). R.B. developed dense anterograde amnesia similar to H.M.’s: He could not form new long-term memories. He also had a mild temporal retrograde amnesia that went back about one or two years, so R.B.’s amnesia was slightly less severe than H.M.’s retrograde loss. After R.B.’s death, an autopsy revealed that his lesions were restricted to a particular region of the hippocampus only. Although gross examination suggested that the hippocampus was intact (Figure 9.17a), histological analysis revealed that, within each hippocampus, he had sustained a specific lesion restricted to the CA1 pyramidal cells. Compare R.B.’s hippocampus (Figure 9.17c) with that of a nonamnesic person after death (Figure 9.17b).
یکی دیگر از داستانهای قابل توجه حول بیمار R.B میچرخد که در سال ۱۹۷۸ حافظه خود را پس از یک دوره ایسکمیک (کاهش خون به مغز) در طی عمل جراحی بای پس قلب از دست داد. تغییرات در عملکرد حافظه R.B توسط استوارت زولا مورگان و همکارانش به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفت (۱۹۸۶). R.B دچار فراموشی شدید انتروگراد مشابه H.M شد: او نمیتوانست خاطرات بلندمدت جدیدی را ایجاد کند. او همچنین دچار فراموشی رتروگراد گیجگاهی خفیف بود که حدود یک یا دو سال به عقب برمیگشت، بنابراین فراموشی R.B کمی کمتر از فراموشی رتروگراد H.M بود. پس از مرگ R.B، کالبد شکافی نشان داد که ضایعات او فقط به یک منطقه خاص از هیپوکامپ محدود شده است. اگرچه بررسی تشریحی یا ماکروسکوپی نشان داد که هیپوکامپ دست نخورده است (شکل ۹.17a)، تجزیه و تحلیل بافت شناسی نشان داد که در هر یک از هیپوکامپهای او یک ضایعه خاص، محدود به سلولهای هرمی CA1 وجود داشته است. هیپوکامپ پس از مرگ R.B. (شکل ۹.17c) را با هیپوکامپ فردی که مبتلا به فراموشی نیست مقایسه کنید (شکل ۹.17b).
FIGURE 9.17 Comparison of R.B.’s brain with that of a nonamnesic participant.
شکل ۹.۱۷ مقایسه مغز R.B. با سوژهای که مبتلا به فراموشی نیست.
(a) This section is from R.B’s brain following his death. In contrast to what the MRI sections from H.M. in Figure 9.16 show-that is, an absence of the anterior and middle portions of the hippocampus-R.B.’s medial temporal lobe appeared intact on gross examination. (b) This histological section, obtained at autopsy from the brain of a person who hadn’t had amnesia, shows an intact CA1 region (labeled “CA1” and delimited as the region between the arrows). (c) Careful histological examination of R.B’s temporal lobe revealed that cells in the CA1 region of the hippocampus were absent (see the region between the arrows). The absence of cells was the result of an ischemic episode following surgery. Cells of the CA1 region are particularly sensitive to transient ischemia (temporary loss of blood supply to a brain region). DG = dentate gyrus; PaS = parasubiculum; PrS = presubiculum; S = subiculum.
(الف) این برشی از مغز R.B پس از مرگ او است. بر خلاف آنچه که برشهای MRI از H.M. در شکل ۹.۱۶ نشان داده است، یعنی عدم وجود قسمتهای قدامی و میانی هیپوکامپ – لوب گیجگاهی میانی R.B. در معاینه تشریحی، دست نخورده به نظر میرسد. (ب) این برش بافت شناسی که در کالبد شکافی از مغز فردی که فراموشی نداشته است به دست آمده است، یک ناحیه CA1 دست نخورده را نشان میدهد (با برچسب «CA1» و به عنوان منطقه بین فلشها مشخص شده است). (ج) بررسی دقیق بافتشناسی لوب تمپورال R.B نشان داد که سلولهای ناحیه CA1 هیپوکامپ وجود ندارند (به ناحیه بین فلشها مراجعه کنید). عدم وجود سلول در نتیجه یک دوره ایسکمیک پس از جراحی بود. سلولهای ناحیه CA1 به ویژه به ایسکمیگذرا (از دست دادن موقت خون رسانی به ناحیه مغز) حساس هستند. DG = شکنج دندانه دار; PaS = پاراسابیکولوم; PrS = پیشسابیکولوم; S = سابیکولوم.
These findings of specific hippocampal damage in patient R.B. support the idea that the hippocampus is crucial for the formation of new long-term memories. R.B.’s case also supports the distinction between areas that store long-term memories and the role of the hippocampus in forming new memories. Even though retrograde amnesia is associated with damage to the medial temporal lobe, it is temporally limited and does not affect long-term memories of events that happened more than a few years before the amnesia-inducing event. Subsequently, several patients with similar lesions were also identified and studied, and they have shown highly similar patterns of memory loss. Memory must be stored elsewhere.
یافتههای حاصل از آسیب خاص هیپوکامپ در بیمار R.B از این ایده حمایت میکند که هیپوکامپ برای شکلگیری حافظههای بلندمدت جدید بسیار مهم است. مورد R.B. همچنین از تمایز بین مناطقی که حافظههای بلندمدت را ذخیره میکنند و نقش هیپوکامپ در تشکیل حافظههای جدید پشتیبانی میکند. اگرچه فراموشی رتروگراد با آسیب به لوب گیجگاهی داخلی همراه است، اما از نظر زمانی محدود است و بر حافظههای بلندمدت رویدادهایی که بیش از چند سال قبل از رویداد ایجاد کننده فراموشی رخ داده اند تأثیر نمیگذارد. پس از آن، چندین بیمار با ضایعات مشابه نیز شناسایی و مورد مطالعه قرار گرفتند و الگوهای بسیار مشابهی از کاهش حافظه را نشان دادند. حافظه باید در جای دیگری ذخیره شود.
Further evidence that the hippocampus is involved in long-term memory acquisition comes from patients with transient global amnesia (TGA). This syndrome has a number of causes, but it is triggered most commonly by physical exertion in men over 50 and by emotional stress in women over 50. In this situation, the typical blood flow is disrupted in the brain. In particular, the vertebrobasilar artery system, which supplies blood to the medial temporal lobe and the diencephalon, has been implicated as a critical site. The result is a transient ischemia that later returns to normal.
شواهد بیشتر مبنی بر اینکه هیپوکامپ در اکتساب حافظه بلندمدت دخیل است از بیماران مبتلا به فراموشی کلی گذرا (TGA) میآید. این سندرم دلایل متعددی دارد، اما معمولاً در مردان بالای ۵۰ سال در اثر فعالیت بدنی و در زنان بالای ۵۰ سال در اثر استرس عاطفی ایجاد میشود. در این شرایط، جریان خون معمولی در مغز مختل میشود. به ویژه سیستم شریان ورتبروبازیلار که خون را به لوب گیجگاهی میانی و دیانسفالون میرساند به عنوان یک محل مهم، درگیر شده است. نتیجه یک ایسکمی گذرا است که بعداً به حالت عادی باز می گردد.
High-resolution imaging data now suggest that the lesions caused by such an event are located within the CA1 subfield of the hippocampus and that these neurons are selectively vulnerable to metabolic stress (see Bartsch & Deuschl, 2010). This disruption of blood flow results in a sudden transient anterograde amnesia, and retrograde amnesia spanning weeks, months, and sometimes even years. In a typical scenario, a person may wind up in the hospital but not be sure about where he is, or why, or how he got there. He knows his name, birth date, job, and perhaps address, but if he has moved recently, then he will supply his past address and circumstances.
دادههای تصویربرداری با وضوح بالا اکنون نشان میدهد که ضایعات ناشی از چنین رویدادی در زیرشاخه CA1 هیپوکامپ قرار دارند و این نورونها به طور انتخابی در برابر استرس متابولیک آسیبپذیر هستند (به بارتش و دوشل، ۲۰۱۰ مراجعه کنید). این اختلال در جریان خون منجر به فراموشی ناگهانی گذرا و فراموشی پسرونده میشود که هفتهها، ماهها و گاهی حتی سالها را در بر میگیرد. در یک سناریوی معمولی، یک فرد ممکن است در بیمارستان بستری شود اما مطمئن نباشد که کجاست، چرا، یا چگونه به آنجا رسیده است. او نام، تاریخ تولد، شغل و شاید آدرس خود را میداند، اما اگر اخیرا نقل مکان کرده باشد، آدرس و اوضاع گذشتهاش را ارائه خواهد کرد.
He performs within the standard range on most neuropsychological tests, except for those requiring memory. He has normal short-term memory and thus can repeat lists of words told to him; when asked to remember a list of words, however, he forgets it within a couple of minutes if he is prevented from rehearsing it. He continually asks who the physician is and why she is there. He does show awareness that he should know the answer to some questions. He manifests a loss of time sense, and so he responds incorrectly to questions asking how long he has been in the hospital. During the hours following the amnesia-inducing event, distant memories return, and his anterograde memory deficit is resolved. Within 24 to 48 hours, he is essentially back to normal, although mild deficits may persist for days or weeks.
او در اکثر تستهای عصبروانشناختی، به جز آزمایشهایی که نیاز به حافظه دارند، در محدوده استاندارد عمل میکند. او حافظه کوتاه مدت طبیعی دارد و بنابراین میتواند لیستی از کلماتی که به او گفته شده را تکرار کند. با این حال، وقتی از او خواسته میشود فهرستی از کلمات را به خاطر بسپارد، در عرض چند دقیقه آن را فراموش میکند اگر از تکرار آن جلوگیری شود. او مدام میپرسد که پزشک کیست و چرا آنجاست. او آگاه است که باید پاسخ برخی از سوالات را بداند. او احساس زمان خود را از دست میدهد، و بنابراین به سوالاتی که میپرسند چه مدت در بیمارستان بوده پاسخ اشتباه میدهد. در طی ساعات پس از رویداد القا کننده فراموشی، حافظههای دور باز میگردند و نقص حافظه پیشین او برطرف میشود. در عرض ۲۴ تا ۴۸ ساعت، او اساساً به حالت عادی باز میگردد، اگرچه کسری خفیف ممکن است برای روزها یا هفتهها ادامه داشته باشد.
As you may have noticed, patients with transient global amnesia have symptoms similar to those of people with permanent damage to the medial temporal lobe, such as H.M. So far, we do not know whether TGA patients have normal implicit learning or memory, in part because their impairment does not last long enough for researchers to adequately index things like procedural learning. The answer to this question would improve our understanding of human memory and of a form of amnesia that any of us could experience later in life.
همانطور که ممکن است متوجه شده باشید، بیماران مبتلا به فراموشی کلی گذرا علائمی مشابه علائم افرادی دارند که آسیب دائمی به لوب تمپورال میانی دارند، مانند H.M. تا کنون، ما نمیدانیم که آیا بیماران TGA یادگیری یا حافظه ضمنی طبیعی دارند یا خیر، تا حدی به این دلیل که اختلال آنها به اندازه کافی طول نمیکشد تا محققان به اندازه کافی چیزهایی مانند یادگیری روندی را فهرست کنند. پاسخ به این سوال درک ما را از حافظه انسانی و نوعی فراموشی که هر یک از ما میتواند بعداً در زندگی تجربه کند، بهبود میبخشد.
Further evidence of hippocampal involvement in long-term memory formation comes from patients with Alzheimer’s disease (AD), in whom the hippocampus deteriorates more rapidly than in people undergoing the normal aging process. The amyloid plaques characteristic of AD congregate in this medial temporal area (Figure 9.18). MRI measurements of brain volumes have shown that the size of the hippocampus changes with the progression of AD, and that patients who had thicker hippocampi before they developed AD will later display dementia to a lesser extent than the average AD patient displays (Jack et al., 2002; Jobst et al., 1994). Morris Moscovitch and colleagues at the Rotman Research Institute and the University of Toronto have demonstrated that the extent of atrophy in the medial temporal lobe in AD patients is most closely related to their deficits in episodic memory (Gilboa et al., 2005).
شواهد بیشتری مبنی بر دخالت هیپوکامپ در شکلگیری حافظه بلندمدت از بیماران مبتلا به بیماری آلزایمر (AD) به دست میآید که در آنها هیپوکامپ سریعتر از افرادی که روند طبیعی پیری را پشت سر میگذارند خراب میشود. پلاکهای آمیلوئید مشخصه آلزایمر در این ناحیه تمپورال میانی جمع میشوند (شکل ۹.۱۸). اندازهگیریهای MRI از حجم مغز نشان داده است که اندازه هیپوکامپ با پیشرفت آلزایمر تغییر میکند و بیمارانی که قبل از ابتلا به آلزایمر، هیپوکامپ ضخیمتری داشتند، بعداً دمانس را به میزان کمتری نسبت به میانگین بیماران مبتلا به آلزایمر نشان میدهند (جک و همکاران، ۲۰۰۲، جابست و همکاران، ۱۹۹۴). موریس موسکوویچ و همکارانش در موسسه تحقیقاتی روتمن و دانشگاه تورنتو نشان دادهاند که میزان آتروفی در لوب تمپورال میانی در بیماران مبتلا به آلزایمر، بیشترین ارتباط را با اختلالات آنها در حافظه اپیزودیک دارد (گیلبوا و همکاران، ۲۰۰۵).
FIGURE 9.18 Comparison of cortex in Alzheimer’s patients and healthy participants.
شکل ۹.۱۸ مقایسه قشر در بیماران مبتلا به آلزایمر و سوژههای سالم.
(a) A healthy section of cortex with cortical neurons. (b) A section of cortex in an Alzheimer’s patient containing amyloid plaques between neurons and neurofibrillary tangles within neurons.
(الف) نورونهای قشری در یک برش سالم از قشر مغز. (ب) برشی از قشر مغز در یک بیمار آلزایمر که حاوی پلاکهای آمیلوئیدی بین نورونها و گرههای نوروفیبریلاری درون نورونهاست.
Lesions that damage the lateral cortex of the anterior temporal lobe but do not extend to the hippocampus, such as those associated with some forms of frontotemporal lobar degeneration and herpes simplex encephalitis, can lead to severe retrograde amnesia for semantic memory but not episodic memory. This memory loss may extend back many decades or may even encompass the patient’s entire life. In severe cases, perirhinal atrophy is also observed (Davies et al., 2004).
ضایعاتی که به قشر جانبی لوب تمپورال قدامی آسیب میرسانند اما به هیپوکامپ گسترش نمییابند، مانند ضایعاتی که با برخی از اشکال دژنراسیون لوبار فرونتوتمپورال و آنسفالیت هرپس سیمپلکس مرتبط هستند، میتوانند منجر به فراموشی رتروگراد شدید برای حافظه معنایی شوند، اما حافظه اپیزودیک از آنها در امان است. این از دست دادن حافظه ممکن است به چندین دهه قبل بازگردد یا حتی ممکن است کل زندگی بیمار را در برگیرد. در موارد شدید، آتروفی پریرینال نیز مشاهده میشود (دیویس و همکاران، ۲۰۰۴).
Some patients with anterior temporal lobe damage and the consequent dense retrograde amnesia, however, can still form new long-term episodic memories. This condition is known as isolated retrograde amnesia. For instance, patients with semantic dementia have progressive loss of previously established semantic knowledge (non-context-specific fact, word, and object knowledge), yet their episodic memory is intact and they are still able to learn new episodic information (Hodges et al., 1992).
با این حال، برخی از بیماران با آسیب لوب گیجگاهی قدامی و در نتیجه فراموشی رتروگراد شدید، همچنان میتوانند خاطرات اپیزودیک درازمدت جدیدی را ایجاد کنند. این وضعیت به عنوان فراموشی رتروگراد ایزوله شناخته میشود. به عنوان مثال، بیماران مبتلا به زوال عقل معنایی، دانش معنایی قبلی را از دست میدهند (واقعیت غیر زمینهگرا، کلمه و دانش عینی)، با این حال حافظه اپیزودیک آنها دست نخورده است و آنها هنوز میتوانند اطلاعات اپیزودیک جدید را بیاموزند (هاجز و همکاران، ۱۹۹۲).
If these portions of the temporal lobe are not essential for acquiring new episodic information, then what role do they play? One possibility is that they are sites where long-term semantic memories are stored. Another view is that these regions may be important for the retrieval of information from long-term stores.
اگر این بخشهای لوب تمپورال برای کسب اطلاعات اپیزودیک جدید ضروری نیستند، پس چه نقشی دارند؟ یک احتمال این است که آنها مکانهایی هستند که در آن حافظههای معنایی بلندمدت ذخیره میشوند. دیدگاه دیگر این است که این مناطق ممکن است برای بازیابی اطلاعات از ذخایر بلندمدت مهم باشند.
Evidence From Animals With Medial Temporal Lobe Lesions
شواهدی از جانوران با آسیبهای لوب تمپورال میانی
Studies in animals ranging from invertebrates to non-human primates with lesions to the hippocampus and surrounding cortex have been invaluable to improving our understanding about the contributions of the medial temporal lobe to memory. A comprehensive review of this field is beyond the scope of this textbook, but a few of the most important findings are essential for understanding memory mechanisms.
مطالعات بر روی جانوران از بیمهرگان گرفته تا پستانداران غیر انسانی با ضایعات به هیپوکامپ و قشر اطراف آن برای افزایش درک ما در مورد نقش لوب گیجگاهی میانی در حافظه، بسیار ارزشمند بوده است. بررسی جامع این حوزه، فراتر از محدوده این کتاب درسی است، اما تعدادی از مهمترین یافتهها برای درک مکانیسمهای حافظه ضروری هستند.
A key question has been how much the hippocampus alone, as compared with surrounding structures in the medial temporal lobe, participates in the episodic memory deficits of patients like H.M. For example, does the amygdala influence memory deficits in people with amnesia? Data from amnesic patients indicate that the amygdala is not part of the brain’s episodic memory system, although—as we will learn in Chapter 10—it has a role in emotion and emotional memories. Another question is, what kind of memory and learning is impaired with various temporal lobe lesions?
یک سوال کلیدی این بوده است که هیپوکامپ به تنهایی، در مقایسه با ساختارهای اطراف در لوب گیجگاهی میانی، چقدر در نقص حافظه اپیزودیک بیمارانی مانند H.M شرکت دارد. به عنوان مثال، آیا آمیگدال بر نقص حافظه در افراد مبتلا به فراموشی تأثیر میگذارد؟ دادههای بیماران فراموشی نشان میدهد که آمیگدال بخشی از سیستم حافظه اپیزودیک مغز نیست، اگرچه – همانطور که در فصل ۱۰ خواهیم آموخت – آمیگدال در احساسات و خاطرات عاطفی نقش دارد. سوال دیگر این است که چه نوع حافظه و یادگیری با ضایعات مختلف لوب گیجگاهی مختل میشود؟
NONHUMAN PRIMATE STUDIES To test whether the amygdala is essential in memory formation, surgical lesions were created in the medial temporal lobe and amygdala of monkeys. In classic work on monkeys conducted by Mortimer Mishkin at the National Institute of Mental Health (1978), either the hippocampus, the amygdala, or both were removed surgically. Mishkin found that the resulting amount of impairment varied according to what had been lesioned.
مطالعات نخستیان غیر انسانی: برای آزمایش اینکه آیا آمیگدال در شکلگیری حافظه ضروری است یا خیر، ضایعات جراحی در لوب تمپورال میانی و آمیگدال میمونها ایجاد شد. در کار کلاسیک روی میمونها که توسط مورتیمر میشکین در موسسه ملی سلامت روان (۱۹۷۸) انجام شد، هیپوکامپ، آمیگدال یا هر دو با جراحی برداشته شدند. میشکین دریافت که میزان آسیب ناشی از آن با توجه به آنچه دچار ضایعه شده است متفاوت است.
The brain-lesioned monkeys were tested with a popular behavioral task that Mishkin developed, known as the delayed nonmatch-to-sample task: A monkey is placed in at box with a retractable door in the front. While the door is closed so that the monkey cannot see out, a food reward is placed under an object (Figure 9.19a). The door is opened, and the monkey is allowed to pick up the object to get the food (Figure 9.19b). The door is then closed again, and the same object plus a new object are put in position (Figure 9.19c). The new object now covers the food reward, and after a delay that can be varied, the door is reopened and the monkey must pick up the new object to get the food reward. If the monkey picks up the old object, there is no reward (Figure 9.19d). With training, the monkey picks the new, or nonmatching, object; hence, learning and memory are measured by observing the monkey’s performance.
میمونهای آسیبدیده مغزی با یک تکلیف رفتاری آسان که میشکین آن را توسعه داد، آزمایش شدند، که به عنوان تکلیف تاخیری عدم تطابق با نمونه شناخته میشود: یک میمون در اتاقک قرار میگیرد که در جلوی آن یک در متحرک وجود دارد. در حالی که در بسته است تا میمون نتواند بیرون را ببیند، یک جایزه غذا در زیر یک شی قرار میگیرد (شکل ۹.19a). در باز میشود و به میمون اجازه داده میشود برای به دست آوردن غذا، شی را بردارد (شکل ۹.19b). سپس در دوباره بسته میشود و همان جسم به اضافه یک شی جدید در موقعیت قرار میگیرد (شکل ۹.19c). اکنون شی جدید پاداش غذا را میپوشاند و پس از تاخیری که میتواند متنوع باشد، در دوباره باز میشود و میمون باید شی جدید را برای دریافت جایزه غذا بردارد. اگر میمون شی قدیمی را بردارد، پاداشی وجود ندارد (شکل ۹.19d). با آموزش، میمون شیء جدید یا شیء عدم تطابق را انتخاب میکند. از این رو، یادگیری و حافظه با مشاهده عملکرد میمون اندازه گیری میشود.
FIGURE 9.19 Delayed nonmatch-to-sample task.
شکل ۹.۱۹ تکلیف تأخیری عدم تطابق با نمونه
(a) The correct response has a food reward located under it. (b) The monkey is shown the correct response, which will yield a reward for the monkey. (c) The door is closed, and the reward is placed under a second response option. (d) The monkey is then shown two options and must pick the correct response (the one that does not match the original sample item) to get the reward. Here the monkey is pictured making an error.
(الف) پاسخ صحیح دارای پاداش غذایی است که در زیر آن قرار دارد. (ب) پاسخ صحیح به میمون نشان داده میشود که پاداشی برای میمون خواهد داشت. (ج) در بسته است، و پاداش زیر گزینه پاسخ دوم قرار میگیرد. (د) سپس دو گزینه به میمون نشان داده میشود و باید پاسخ صحیح را انتخاب کند (موردی که با نمونه اصلی مطابقت ندارد) تا جایزه را دریافت کند. در اینجا تصویر میمون در حال خطا است.
In his early work, Mishkin found that the monkey’s memory was impaired only if the lesion included both the hippocampus and the amygdala. This finding led to the (incorrect) idea that the amygdala is a key structure in memory. That idea, however, does not fit well with data from amnesic people like R.B., who had anterograde amnesia caused by a lesion restricted to CA1 neurons of the hippocampus and no damage to the amygdala.
میشکین در پژوهشهای اولیه خود دریافت که حافظه میمون تنها در صورتی مختل میشود که ضایعه شامل هیپوکامپ و آمیگدال باشد. این یافته منجر به این ایده (نادرست) شد که آمیگدال یک ساختار کلیدی در حافظه است. با این حال، این ایده به خوبی با دادههای افراد مبتلا به فراموشی مانند R.B، که فراموشی انتروگراد ناشی از ضایعه محدود به نورونهای CA1 هیپوکامپ و بدون آسیب به آمیگدال داشتند، مطابقت ندارد.
Stuart Zola-Morgan and colleagues (1993) investigated this dilemma. They distinguished the amygdala, the hippocampus, and the surrounding cortex near each structure in the monkeys’ brains (Brodmann areas 28 and 34; Figure 9.20), and they made more surgically selective lesions of the amygdala, the entorhinal cortex, or the surrounding neocortex of the parahippocampal gyrus and the perirhinal cortex (Brodmann areas 35 and 36). They wanted to extend Mishkin’s work, which always had involved lesions of the neocortex surrounding the amygdala or hippocampus because of the way the surgery was performed.
استوارت زولا مورگان و همکارانش (۱۹۹۳) این معما را بررسی کردند. آنها آمیگدال، هیپوکامپ و قشر اطراف نزدیک هر ساختار در مغز میمونها تشخیص دادند (نواحی برودمن ۲۸ و ۳۴؛ شکل ۹.۲۰)، و با جراحی، ضایعات انتخابی بیشتری در آمیگدال، قشر آنتورینال یا نئوکورتکس اطراف شکنج پاراهیپوکامپ و قشر پریرینال ایجاد کردند (نواحی برودمن ۳۵ و ۳۶). آنها میخواستند کار میشکین را ادامه دهند؛ کارهایی که به دلیل نحوه انجام جراحی، همیشه نئوکورتکس اطراف آمیگدال یا هیپوکامپ را درگیر ضایعات کرده بود.
FIGURE 9.20 Gross anatomy of the monkey’s medial temporal lobe.
شکل ۹.۲۰ آناتومی کلان لوب تمپورال میانی میمون.
(a) This lateral, see-through view of the left hemisphere shows the amygdala (red) and hippocampus (blue) within the temporal lobe. (b) This view from the ventral surface of the same hemisphere shows the amygdala and hippocampus, and indicates the locations of the parahippocampal gyrus and the entorhinal area (consisting of Brodmann areas 28 and typically also 34, which are located in the most anterior portion of the parahippocampal gyrus).
(الف) این نمای جانبی و آشکار نیمکره چپ، آمیگدال (قرمز) و هیپوکامپ (آبی) را در لوب تمپورال نشان میدهد. (ب) این نمایی از سطح شکمی همان نیمکره مغز، آمیگدال و هیپوکامپ را نشان میدهد و محل شکنج پاراهیپوکامپ و ناحیه آنتورینال را به نمایش میگذارد (شامل نواحی ۲۸ و به طور معمول ۳۴ برودمن است که در قسمت قدامی شکنج پاراهیپوکامپ قرار دارند).
The results indicated that lesions of the hippocampus and amygdala produced the most severe memory deficits only when the cortex surrounding these regions was also lesioned. When lesions of the hippocampus and amygdala were made but the surrounding cortex was spared, the presence or absence of the amygdala lesion did not affect the monkey’s memory. The amygdala, then, could not be part of the system that supported the acquisition of long-term memory.
نتایج نشان داد که ضایعات هیپوکامپ و آمیگدال شدیدترین نقصهای حافظه را تنها زمانی ایجاد میکنند که قشر اطراف این نواحی نیز دچار ضایعه شده باشد. هنگامی که ضایعات هیپوکامپ و آمیگدال ایجاد شد اما قشر اطراف آن در امان بود، وجود یا عدم وجود ضایعه آمیگدال بر حافظه میمون تأثیری نداشت. پس آمیگدال نمیتواند بخشی از سیستمی باشد که کسب حافظه بلندمدت بدان متکی است.
In subsequent investigations, Zola-Morgan and his colleagues selectively created lesions of the surrounding cortex in the perirhinal, entorhinal, and parahippocampal regions. These selective lesions worsened memory performance in delayed nonmatch-to-sample tests (Figure 9.21). Follow-up work showed that lesions of only the parahippocampal and perirhinal cortices also produced significant memory deficits.
در تحقیقات بعدی، زولا مورگان و همکارانش به طور انتخابی ضایعات قشر اطراف را در نواحی پریرینال، آنتورینال و پاراهیپوکامپ ایجاد کردند. این ضایعات انتخابی باعث بدتر شدن عملکرد حافظه در آزمایشهای تاخیری عدم تطابق با نمونه شدند (شکل ۹.۲۱). پژوهش تکمیلی نشان داد که ضایعاتی که تنها قشر پاراهیپوکامپ و پریرینال را درگیر میکنند نیز نقص حافظه قابل توجهی ایجاد میکنند.
FIGURE 9.21 Selective lesions around the hippocampus worsen memory.
شکل ۹.۲۱ ضایعات انتخابی در اطراف هیپوکامپ، حافظه را بدتر میکند.
Performance across time intervals on the delayed nonmatch-to-sample task (see Figure 9.19) for normal monkeys (N); monkeys with lesions of the hippocampal formation and the parahippocampal cortex (HP); and monkeys with lesions of the hippocampal formation, parahippocampal cortex, and perirhinal cortex (HPP).
عملکرد در فواصل زمانی در تکلیف تأخیری عدم تطابق با نمونه (نگاه کنید به شکل ۹.۱۹) برای میمونهای سالم (N). میمونهایی با ضایعات ساختار هیپوکامپ و قشر پاراهیپوکامپ (HP)؛ و میمونهایی با ضایعات ساختار هیپوکامپ، قشر پاراهیپوکامپ و قشر پریرینال (HPP).
How do we reconcile these results with R.B.’s profound anterograde amnesia, caused by damage limited to the hippocampus and not involving the surrounding parahippocampal or perirhinal cortex? The answer is that the hippocampus cannot function properly if these vital connections are damaged. But more than this, we now know that these regions are involved in a great deal of processing themselves, and hence lesions restricted to the hippocampus do not produce as severe a form of amnesia as do lesions that include surrounding cortex.
چگونه میتوانیم این نتایج را با فراموشی شدید انتروگراد R.B، که در اثر آسیب محدود به هیپوکامپ ایجاد میشود و قشر پاراهیپوکامپ یا قشر پریرینال اطراف را درگیر نمیکند، تطبیق دهیم؟ پاسخ این است که اگر این اتصالات حیاتی آسیب ببینند، هیپوکامپ نمیتواند به درستی عمل کند. اما بیشتر از این، ما اکنون میدانیم که این نواحی درگیر پردازش زیادی هستند و از این رو ضایعات محدود به هیپوکامپ به اندازه ضایعاتی که قشر اطراف هیپوکامپ را درگیر میکند، یک نوع فراموشی شدید ایجاد نمیکنند.
RODENT STUDIES Another key question that animal researchers have addressed involves the kind of memory and learning that is impaired with lesions to the hippocampus. Rodents have a hippocampal memory system that closely corresponds to that of primates (Figure 9.22), and early studies in rats found that while hippocampal lesions did not disrupt stimulus-response learning, the lesioned rats did exhibit a bewildering vari- ety of abnormal behaviors. These observations led to the suggestion that the hippocampus was involved with the storage and retrieval of one specific type of memory: contextual memory (Hirsh, 1974).
مطالعات جوندگان: یکی دیگر از سوالات کلیدی که محققان حیوانات به آن پرداخته اند مربوط به نوع حافظه و یادگیری است که با ضایعات هیپوکامپ مختل میشود. جوندگان دارای یک سیستم حافظه هیپوکامپ هستند که دقیقاً با پستانداران مطابقت دارد (شکل ۹.۲۲) و مطالعات اولیه در موشها نشان داد که در حالی که ضایعات هیپوکامپ در یادگیری پاسخ-محرکی اختلال ایجاد نمیکند، موشهای آسیب دیده انواع گیج کننده ای از رفتارهای غیرطبیعی را از خود نشان میدهند. این مشاهدات به این پیشنهاد منجر شد که هیپوکامپ با ذخیره و بازیابی نوع خاصی از حافظه درگیر است: حافظه زمینهای (هیرش، ۱۹۷۴).
FIGURE 9.22 Anatomy of the hippocampal memory system in monkeys and rats.
شکل ۹.۲۲ آناتومی سیستم حافظه هیپوکامپ در میمونها و موشها
Most areas of cortex send information to the hippocampus. Different neocortical zones (blue) project to one or more subdivisions of the parahippocampal region. These subdivisions are the perirhinal cortex (light purple), the parahippocampal cortex (dark purple), and the entorhinal cortex (pink). These latter areas are interconnected and project to different regions of the hippocampus (green), including the dentate gyrus, the CA3 and CA1 fields of the hippocampus, and the subiculum. As a result, various cortical inputs converge within the parahippocampal region. In addition, the parahippocampal region passes this information from the cortex to the hippocampus. Following processing in the hippocampus, information can be fed back via the parahippocampal region to the same areas of the cortex that the original inputs came from.
بیشتر نواحی قشر مغز اطلاعات را به هیپوکامپ ارسال میکنند. مناطق مختلف نئوکورتیکال (آبی) به یک یا چند بخش فرعی از ناحیه پاراهیپوکامپ پروجکت میکند. این بخشها عبارتند از: قشر پریرینال (بنفش روشن)، قشر پاراهیپوکامپ (بنفش تیره)، و قشر آنتورینال (صورتی). این نواحی اخیر به هم پیوسته اند و به نواحی مختلف هیپوکامپ (سبز)، از جمله شکنج دندانه دار، محدودههای CA3 و CA1 هیپوکامپ و سابیکولوم میرسند. در نتیجه، ورودیهای مختلف قشر مغز در ناحیه پاراهیپوکامپ همگرا میشوند. علاوه بر این، ناحیه پاراهیپوکامپ این اطلاعات را از قشر به هیپوکامپ منتقل میکند. پس از پردازش در هیپوکامپ، اطلاعات را میتوان از طریق ناحیه پاراهیپوکامپ به همان نواحی از قشر که ورودیهای اولیه از آن وارد شده است، بازگرداند.
For instance, when electrodes were implanted in the rat hippocampus, certain cells, later dubbed place cells, fired only when the rat was situated in a particular location and facing a particular direction (O’Keefe & Dostrovsky, 1971). A particular place cell might have become silent when the animal moved to a different environment but then assumed a location-specific firing in that new area. As the animal moved about the environment, the activity of specific CA1 and CA3 hippocampal neurons correlated with specific locations.
به عنوان مثال، زمانی که الکترودها در هیپوکامپ موش کاشته شدند، سلولهای خاصی که بعداً سلولهای مکان نامیده شدند، تنها زمانی شلیک میکنند که موش در یک مکان خاص و در جهت خاصی قرار داشته باشد (اوکیف و داستروفسکی، ۱۹۷۱). یک سلول مکانی خاص ممکن است زمانی که حیوان به محیط دیگری نقل مکان میکند خاموش میشود، اما پس از آن شلیک مکان خاصی را در آن منطقه جدید فرض میکند. همانطور که حیوان در اطراف محیط حرکت میکرد، فعالیت نورونهای خاصی از نواحی CA1 و CA3 هیپوکامپ با مکانهای خاص ارتباط داشت.
This study led to the idea that the hippocampus represented spatial contexts (O’Keefe & Nadel, 1978), the where in context memory. The hippocampus was soon found to be involved in spatial navigational learning. Subsequently, rudimentary forms of place cells, head direction cells, and grid cells were found to be already active upon the first movements that rat pups made from their nests, demonstrating that three neuronal representations of space were already present before extensive experience. This finding strongly suggests that cognitive maps in the hippocampus representing location are innate (Wills et al., 2010).
این مطالعه منجر به این ایده شد که هیپوکامپ زمینههای فضایی را در حافظه زمینهای بازنمایی میکند (اوکیف و نادل، ۱۹۷۸). به زودی مشخص شد که هیپوکامپ در یادگیری تمرکز فضایی نقش دارد. متعاقباً، اشکال ابتدایی سلولهای مکان، سلولهای جهت سر و سلولهای شبکهای در اولین حرکاتی که موشها از لانههای خود انجام دادند، فعال بودند و نشان میداد که در حالت عادی سه بازنمایی عصبی از فضا قبل از تجربه گسترده وجود داشته است. این یافته قویاً نشان میدهد که نقشههای شناختی بازنمایی کننده مکان در هیپوکامپ، ذاتی هستند (ویلز و همکاران، ۲۰۱۰).
In rats, spatial navigational leaming is tested using the Morris water maze, a circular tank filled with opaque water (R. G. Morris, 1981). Above the water are different identifiable visual cues, such as windows and doors, and somewhere below the surface of the water is an invisible platform. Rats are dropped into the tank at different points on different trials. The time it takes for them to reach the platform becomes shorter over time, indicating that they learn where the platform is in relation to the visual cues above the water.
در موشها، یادگیری تمرکز فضایی [در کتاب غلط املایی وجود دارد leaming به جای learning] با استفاده از ماز آبی موریس، -یک مخزن دایرهای پر از آب مات- آزمایش میشود (آر. جی. موریس، ۱۹۸۱). در بالای آب نشانههای دیداری قابل شناسایی مختلفی مانند پنجرهها و درها وجود دارد و جایی در زیر سطح آب یک سکوی نامرئی وجود دارد. در آزمایشهای مختلف، موشها در نقاط مختلف داخل مخزن رها میشوند. مدت زمانی که طول میکشد تا آنها به سکو برسند با گذشت زمان، کمتر میشود و نشان میدهد که آنها در رابطه با نشانههای دیداری بالای آب یاد میگیرند که سکو در کجا قرار دارد.
Rats with hippocampal lesions do not learn to associate the visual cues with the platform’s location when dropped from different spots, but rather swim randomly about on every trial looking for the platform (Schenk & Morris, 1985). If they are always dropped into the water from exactly the same spot, however, they do learn where the platform is located (Eichenbaum et al., 1990). Thus, rats with hippocampal lesions can learn a repeated, practiced task (a stimulus-response task) but are unable to relate space information with different contextual information.
موشهای مبتلا به ضایعات هیپوکامپ یاد نمیگیرند که وقتی از نقاط مختلف رها میشوند، نشانههای دیداری را با مکان سکو مرتبط کنند، بلکه در هر آزمایشی بهطور تصادفی به دنبال سکو میگردند (شنک و موریس، ۱۹۸۵). با این حال، اگر آنها را همیشه دقیقاً از همان نقطه به داخل آب بیندازند، یاد میگیرند که سکو در کجا قرار دارد (آیکنباوم و همکاران، ۱۹۹۰). بنابراین، موشهای مبتلا به ضایعات هیپوکامپ میتوانند یک تکلیف تکراری و تمرینشده (یک تکلیف محرک-پاسخی) را بیاموزند، اما نمیتوانند اطلاعات فضایی را با اطلاعات زمینهای متفاوت مرتبط کنند.
Context is not just about space. Some rat hippocampal neurons have been found to fire for specific odors and for specific combinations of odors and locations (Wood et al., 1999); some, for visual or auditory stimuli or a combination of both (Sakurai, 1996); and some, for many other nonspatial features, including behavior (see Eichenbaum et al., 1999). These findings have led to the suggestion that the function of the hippocampus may be to bind together different contextual information to form a complex contextual memory.
زمینه فقط مربوط به فضا نیست. مشخص شده است که برخی از نورونهای هیپوکامپ موش برای بوهای خاص و ترکیبات خاصی از بوها و مکانها (وود وهمکاران، ۱۹۹۹)؛ و برخی دیگر برای محرکهای دیداری یا شنیداری یا ترکیبی از هر دو (ساکورای، ۱۹۹۶)؛ و برخی دیگر برای بسیاری از ویژگیهای غیرفضایی دیگر، از جمله رفتار (نگاه کنید به آیکنباوم و همکاران، ۱۹۹۹) شلیک میکنند. این یافتهها به این پیشنهاد منجر شده است که عملکرد هیپوکامپ ممکن است این باشد که اطلاعات زمینهای مختلف را به هم پیوند بدهد تا یک حافظه زمینهای پیچیده را تشکیل بدهد.
Although initial work in both animals (see Squire, 1992) and humans suggested that the hippocampus was not involved in the retrieval of long-term distant memories and had only a temporary involvement with forming and retrieving new contextual memories, subsequent work has suggested otherwise. For instance, in spatial navigation tasks, both recent and remote memories are equally disrupted after hippocampal lesions (S. J. Martin et al., 2005).
گرچه پژوهش ابتدایی هم در حیوان (نگاه کنید به اسکوایر، ۱۹۹۲) و هم در انسان نشان داد که هیپوکامپ در بازیابی حافظه دور درازمدت نقشی ندارد و فقط برای شکلگیری و بازیابی خاطرات زمینهای جدید به صورت موقتی درگیر است، اما پژوهش تکمیلی خلاف آن را پیشنهاد کرد. به عنوان مثال، در تکالیف تمرکز فضایی، پس از ضایعات هیپوکامپ، هم حافظه اخیر و هم حافظه دور به یک اندازه مختل میشوند (اس. ج. مارتین و همکاران، ۲۰۰۵).
The retrieval of contextual memory in rats is often studied using contextual fear learning, where rats are placed in a small chamber with specific visual features and a foot shock is delivered. The rats then show a variety of conditioned responses, such as freezing in place, when put back into the same visually identifiable chamber. The retention of fear conditioning is evaluated by the amount of freezing the rats show. In one study, after experiencing a single shock episode, some rats underwent sham surgery (the control condition). Other rats had their hippocampus partially or fully destroyed at one of three times: 1 week, 2 months, or 6 months later. None of the rats were returned to the shock chamber during the interval between the shock and the surgery.
بازیابی حافظه زمینهای در موشها اغلب با استفاده از یادگیری ترس زمینهای مورد مطالعه قرار میگیرد، به این ترتیب که موشها در یک محفظه کوچک با ویژگیهای دیداری خاص قرار میگیرند و به پای آنها شوک وارد میشود. سپس وقتی موشها دوباره در همان محفظه قابل شناسایی دیداری قرار میگیرند پاسخهای شرطی مختلفی مانند انجماد حرکتی در محل را نشان میدهند. حفظ شرطی شدن ترس با میزان انجماد حرکتی موشها ارزیابی میشود. در یک مطالعه، پس از تجربه یک رویداد شوک، برخی از موشها تحت عمل جراحی ساختگی (وضعیت گروه کنترل) قرار گرفتند. هیپوکامپ موشهای دیگر به طور جزئی یا کامل در یکی از سه زمان زیر تخریب شد: ۱ هفته، ۲ ماه یا ۶ ماه بعد. هیچ یک از موشها در فاصله بین شوک و جراحی به محفظه شوک بازگردانده نشدند.
Two weeks after surgery, all of these groups were tested for fear retention. The control rats froze when put back in the chamber, though the response lessened with longer retention intervals. The rats with a completely destroyed hippocampus did not freeze, no matter the interval, while the rats with partial damage showed some freezing but less than controls, especially at longer intervals. The severity of retrograde amnesia for the contextual fear was related to the extent of hippocampal damage, but amnesia existed for even remote retrograde contextual memory (Lehmann et al., 2007).
دو هفته پس از جراحی، همه این گروهها از نظر حفظ ترس مورد آزمایش قرار گرفتند. موشهای گروه کنترل وقتی دوباره در محفظه قرار گرفتند دچار انجماد حرکتی شدند، اگرچه با فواصل نگهداری طولانیتر، پاسخ کاهش یافت. موشهایی که هیپوکامپشان کاملاً تخریب شده بود، بدون توجه به فاصله زمانی، دچار انجماد حرکتی نشدند، در حالی که موشهایی که آسیب جزئی داشتند تا حدی دچار انجماد حرکتی شدند اما آنها نسبت به گروه کنترل، بهویژه در فواصل زمانی طولانیتر، به میزان کمتری انجماد حرکتی نشان دادند. شدت فراموشی رتروگراد برای ترس زمینهای به میزان آسیب هیپوکامپ بستگی داشت، اما فراموشی حتی برای حافظه زمینهای رتروگراد دور نیز وجود داشت (لهمان و همکاران، ۲۰۰۷).
Interestingly, an earlier rat study had shown that if the fear memory was reactivated 45 days after being formed (when it no longer requires the hippocampus for expression) and then a hippocampal lesion was made, the rats no longer showed fear when placed back in the chamber (Debiec et al., 2002). Retrieval and reactivation of a hippocampal-independent memory appear to have made that memory hippocampus dependent again and susceptible to hippocampal damage. Such studies suggest that the hippocampus has a more extensive role in long-term contextual (and episodic) memory retrieval than was originally postulated after early studies of H.M.
جالب توجه است، قبلاً یک مطالعه روی موشها نشان داده بود که اگر حافظه ترس ۴۵ روز پس از تشکیل دوباره فعال شود (زمانی که دیگر برای بروز به هیپوکامپ نیاز ندارد) و سپس یک ضایعه هیپوکامپ ایجاد شود، موشها وقتی دوباره در داخل محفظه قرار میگیرند، دیگر ترسی از خود نشان نمیدهند. (دبیک و همکاران، ۲۰۰۲). به نظر میرسد بازیابی و فعال سازی مجدد یک حافظه مستقل از هیپوکامپ، آن حافظه را دوباره به هیپوکامپ وابسته میکند بنابراین آن حافظه، مستعد آسیب هیپوکامپ میشود. چنین مطالعاتی نشان میدهد که نسبت به آنچه که در ابتدا پس از مطالعات اولیه H.M فرض شده بود هیپوکامپ نقش گستردهتری در بازیابی حافظه زمینهای (و اپیزودیک) بلند مدت دارد.
There is yet another variable to be considered: memory detail and its accuracy. For example, mice are initially able to distinguish between a fear-conditioning chamber and slightly different chambers: They freeze only in the specific chamber where they were first shocked. Over time, however, they no longer distinguish between the chambers, and their fear generalizes to similar chambers (Wiltgen & Silva, 2007). Thus, contextual memories become less detailed and more general with time, allowing the animal to be more adaptable, such that the fear memory is activated in novel but similar contexts.
متغیر دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شود: جزئیات حافظه و دقت آن. به عنوان مثال، موشها در ابتدا میتوانند بین یک محفظه شرطیسازی ترس و محفظههای کمی متفاوت تمایز قائل شوند: آنها فقط در محفظه خاصی که برای اولین بار در آن شوکه شده بودند دچار انجماد حرکتی میشوند. اما با گذشت زمان، آنها دیگر بین محفظهها تمایز قائل نمیشوند و ترس آنها به محفظههای مشابه تعمیم مییابد (ویلتگن و سیلوا، ۲۰۰۷). بنابراین، جزئیات حافظههای زمینهای با گذشت زمان کمتر میشود و آنها کلیتر میشوند و به حیوان اجازه میدهند تا سازگارتر باشد، به طوری که حافظه ترس در زمینههای جدید اما مشابه فعال میشود.
It has been proposed that memory quality may be a critical factor that determines whether the hippocampus is essential for retrieval. The proposal is that it plays a permanent role in retrieving detailed contextual memory but is not necessary for retrieval once detail is lost and memory has generalized. Thus, if testing conditions promote retention of detailed memories, such as spatial navigation in water mazes where the exact location of a platform is required, the hippocampus is needed in the retrieval of both short- and long-term memories. If the conditions result in memory generalization across time, such as in fear conditioning, they will lead to a temporal gradient of hippocampal involvement in memory retrieval, as was seen in Wiltgen and Silva’s experiment. In the next sections we see how some of these findings have been mirrored in humans.
پیشنهاد شده است که کیفیت حافظه ممکن است عامل مهمی باشد که تعیین میکند آیا هیپوکامپ برای بازیابی ضروری است یا خیر. پیشنهاد این است که نقش دائمی در بازیابی حافظه زمینهای دقیق ایفا میکند، اما پس از از بین رفتن جزئیات و تعمیم حافظه، برای بازیابی ضروری نیست. بنابراین، اگر شرطیسازی آزمایش باعث حفظ حافظههای دقیق شود، مانند تمرکز فضایی در مازهای آبی که در آن مکان دقیق سکو مورد نیاز است، هیپوکامپ برای بازیابی حافظههای کوتاه مدت و بلندمدت مورد نیاز است. اگر شرایط منجر به تعمیم حافظه در طول زمان شود، مانند شرطی سازی ترس، منجر به یک گرادیان زمانی درگیری هیپوکامپ در بازیابی حافظه خواهد شد، همانطور که در آزمایش ویلتگن و سیلوا مشاهده شد. در بخشهای بعدی میبینیم که چگونه برخی از این یافتهها در انسان منعکس شده است.
TAKE-HOME MESSAGES
نکات کلیدی
■ The hippocampus is critical for the formation of long- term memory, and the cortex surrounding the hippocampus is critical for normal hippocampal memory function.
■ هیپوکامپ برای تشکیل حافظه بلندمدت حیاتی است و قشر اطراف هیپوکامپ برای عملکرد طبیعی حافظه هیپوکامپ حیاتی است.
■ Evidence from humans and animals with brain damage suggests a degree of independence of procedural mem- ory, perceptual priming, conditioning, and nonassociative learning from the medial temporal lobe memory system.
■ شواهد به دست آمده از انسانها و حیوانات مبتلا به آسیب مغزی حاکی از درجه ای از استقلال حافظه روندی، پرایمینگ ادراکی، شرطیسازی و یادگیری غیرارتباطی از سیستم حافظه لوب گیجگاهی میانی است.
■ Neurons that activate when rats are in a particular place and facing a particular direction have been identified in the hippocampus and are called place cells. They provide evidence that the hippocampus has cells that encode contextual information.
■ وقتی موشها در یک مکان خاص و در جهت خاصی قرار دارند در هیپوکامپ آنها نورونهایی فعال میشوند که این نورونها شناسایی شدهاند و سلولهای مکان نامیده میشوند. آنها شواهدی ارائه میدهند که هیپوکامپ دارای سلولهایی است که اطلاعات زمینه ای را رمزگذاری میکنند.
■ Damage to the temporal lobe outside of the hippocampus can produce the loss of semantic memory, even while the ability to acquire new episodic memories remains intact.
■ آسیب به لوب گیجگاهی خارج از هیپوکامپ میتواند باعث از دست رفتن حافظه معنایی شود، هرچند که توانایی به دست آوردن خاطرات اپیزودیک جدید دست نخورده باقی میماند.