Forskellige funktioner for forskellige strukturer i den mediale temporallap?

  1. Alison R. Preston og
  2. John D.E. Gabrieli1
  1. Department of Psychology, Stanford University, Stanford, California 94305, USA

Siden den skelsættende undersøgelse af den globalt hukommelseshæmmede patient H.M. af Scoville og Milner (1957), er den væsentlige rolle, som de mediale temporallapper (MTL) spiller for langtidshukommelsen, blevet veletableret. Man har haft betydelig succes med at adskille deklarative hukommelsesprocesser (eksplicit hukommelse for begivenheder og fakta), som er afhængige af MTL’s integritet, fra ikke-deklarative hukommelsesprocesser, som er afhængige af andre kortikale, subkortikale og cerebellære strukturer (Gabrieli 1998). Der er også sket fremskridt med hensyn til at skelne mellem frontallaps- og MTL-bidrag til deklarativ hukommelse. Det har imidlertid vist sig at være en udfordring at bestemme de præcise bidrag fra strukturerne i MTL til den deklarative hukommelse. MTL består af flere strukturer, herunder hippocampusformationen (dentatgyrus, CA-felter og subiculum), amygdala, entorhinal cortex og de omkringliggende perirhinale og parahippocampale cortexer. Amygdalaens centrale rolle i den følelsesmæssige modulation af hukommelsen synes klar (Phelps og Anderson 1997), men der er kun lidt konsensus om, hvordan man karakteriserer de differentielle bidrag fra specifikke MTL-strukturer til deklarativ hukommelse. Isolering af funktionen af hver af disse strukturer er imidlertid central for at forstå deklarativ hukommelsesbehandling og hvordan skade eller sygdom forstyrrer en sådan behandling.

Differente MTL-strukturer må formidle forskellige komponentprocesser, der ligger til grund for deklarativ hukommelse, men det ubesvarede spørgsmål er, hvad disse forskellige processer er. En ny idé om differentielle funktioner inden for MTL er, at hippocampusformationen er nødvendig for deklarative hukommelsesopgaver, der kræver behandling af relationer mellem flere stimuli, mens de omkringliggende cortexer formidler præstation på opgaver, der er afhængige af stimulusfortrolighed (eller det omvendte, nyhed). Denne hypotese er i overensstemmelse med den hierarkiske konnektivitet i denne region (Fig. 1A). Information fra unimodale og polymodale associationskortikler kommer ind i MTL gennem de perirhinale og parahippocampale kortikler, som projicerer til den entorhinale cortex, som igen giver det vigtigste input til hippocampalformationen. Denne forbindelsesanatomi tyder på, at den perirhinale og parahippocampale cortex’ repræsentative kapacitet kan være stærkt relateret til de indkommende sensoriske oplysninger. Disse cortexer kan formidle velkendthedsbaserede hukommelsesprocesser, der er knyttet til sensoriske aspekter af genstande. I modsætning hertil kan hippocampus generere en mere abstrakt repræsentation, der integrerer eller binder flere kortikale informationskilder, hvilket er et vigtigt aspekt af relationelle hukommelsesprocesser.

Figur 1.

Se større version:

  • I dette vindue
  • I et nyt vindue
  • Download som PowerPoint-slide

Figur 1.

(A) Skematisk diagram over projektionerne i den mediale temporallap. (B) Et mere detaljeret diagram over medial temporallappens konnektivitet, herunder sammenkoblinger inden for og mellem strukturer. Tilpasset fra Lavenex og Amaral (2000).

I henhold til dette synspunkt ville den grad, i hvilken en hukommelsesopgave rekrutterer relationelle versus fortrolighedsprocesser, bestemme dens relative afhængighed af hippocampale versus ikke-hippocampale MTL-strukturer. Opgaver, der i høj grad er afhængige af relationel behandling, som f.eks. parvis-associeret indlæring, ville blive stærkt forringet af skader på den hippocampale formation. I modsætning hertil kunne opgaver, der kan udføres på grundlag af stimulusbekendthed, såsom test af genkendelse af genstande, understøttes af funktionen af de omkringliggende MTL-cortexer i fravær af hippocampal funktion. Flere sammenfaldende resultater har støttet denne hypotese, herunder beviser fra læsioner og elektrofysiologiske undersøgelser hos dyr (for gennemgang, se Brown og Aggleton 2001; Eichenbaum 2001) og fra neuropsykologiske (Vargha-Khadem et al. 1997) og neuroimaging (Eldridge et al. 2000; Yonelinas et al. 2001) undersøgelser hos mennesker.

En provokerende udfordring til denne idé er fremsat i en undersøgelse af Stark et al. (2002), der undersøger amnestiske patienter med bilaterale MTL-læsioner, som menes at være begrænset til hippocampusformationen. Ved at bruge patienter med velkarakteriserede læsioner tilføjer forfatterne et vigtigt bidrag til de igangværende bestræbelser på at karakterisere MTL-funktionen i deklarativ hukommelse. Ved at undersøge patienter med fokal hippocampal skade giver forfatterne mulighed for at teste, hvordan skader på denne struktur påvirker hukommelsesopgaver, der differentielt kræver relationel og familiaritetsbehandling. I denne undersøgelse udførte hippocampale patienter både single-item- og associative genkendelsesopgaver. Ved genkendelse af enkeltemner studerede patienterne billeder af enkelte ansigter eller huse og udførte efter en forsinkelse en ja/nej-genkendelseshukommelsesvurdering. Ved den associative genkendelse studerede patienterne parvise associationer af ansigter og huse og blev efter en forsinkelse præsenteret for par af genstande. I denne associative opgave skulle patienterne skelne mellem genstande, der var blevet studeret sammen (intakte par), og genstande, der ikke var blevet studeret sammen (rekombinerede par).

Disse opgaver fokuserer forskelligt på behandlingen af relationer mellem testemner sammenlignet med behandlingen af testemnernes relative kendskab til hinanden. Genkendelse af enkeltemner kan udføres på grundlag af emnernes fortrolighed, fordi tidligere studerede emner er mere velkendte end nye emner, hvilket gør det muligt for forsøgspersoner at bekræfte de mere velkendte emner som værende blevet studeret (Yonelinas 2001). Brugen af nye ansigter og huse øger fortrolighedens fremtrædende karakter, således at enhver følelse af fortrolighed kun kan være opnået i undersøgelsesfasen, og at folierne er helt ukendte. I modsætning hertil forsøger den associative hukommelsestest i denne undersøgelse at eliminere bidraget fra fortrolighedsprocesser ved kun at præsentere tidligere studerede emner ved testen. Forskellen mellem intakte og rekombinerede par skyldes således sandsynligvis ikke den relative fortrolighed af emnerne, fordi alle emnerne er blevet studeret, men snarere den vilkårlige association mellem disse emner i undersøgelsesfasen. Disse to genkendelsestests har således til formål at adskille fortrolighed og relationelle processer, som antages at være differentielt afhængige af bidragene fra henholdsvis den perirhinale cortex og hippocampusformationen.

På grundlag af denne hypotese forudsiger sondringen mellem relatering og fortrolighed, at patienter med fokal hippocampal skade ville være selektivt eller uforholdsmæssigt svækket ved associativ genkendelse, men udvise intakt eller mindre svækket præstation ved genkendelse af enkeltemner. Patienter med selektiv hippocampal beskadigelse var imidlertid lige så svækkede på opgaverne med genkendelse af enkeltemner og associativ genkendelse. Forringelserne på de to opgaver forblev lige store, selv når patienternes samlede præstation blev sidestillet med raske kontrolpersoner ved at øge patienternes eksponering for undersøgelsesmaterialet. Det forhold, at nøjagtigheden forblev proportional på forskellige præstationsniveauer, er med til at løse de måleproblemer, der er forbundet med at sammenligne præstationer på to opgaver, der er forskellige i sværhedsgrad (forsøgspersonerne præsterede mere nøjagtigt på single-item-prøven end på den associative genkendelsestestest).

Disse resultater tyder på, at den hippocampale formation bidrager på samme måde til deklarative hukommelsesopgaver, der kræver relationel eller fortrolighedsbehandling. Disse resultater understøttes af andre elektrofysiologiske, neuropsykologiske og neuroimaging-undersøgelser (Manns og Squire 1999; Wood et al. 1999; Stark og Squire 2000, 2001). Der findes mange modstridende beviser vedrørende funktionen af forskellige MTL-strukturer, og det er uklart, om sådanne konflikter skyldes begrænsninger i de nuværende eksperimenter og metoder, der anvendes til at besvare sådanne spørgsmål, eller om de skyldes begrænsninger i de nuværende opfattelser af, hvad disse strukturer bidrager til deklarativ hukommelsesbehandling. Neuropsykologiske undersøgelser af patienter med MTL-læsioner kan være begrænsede af en række forskellige årsager. In vivo strukturel billeddannelse, selv når den udføres omhyggeligt, har begrænset opløsning. Desuden havde patienterne i denne undersøgelse en reduktion af hippocampusvolumen på mellem 22 % og 46 %, hvilket giver mulighed for, at nogle hukommelsesprocesser, der formidles af hippocampusformationen, i det mindste delvist blev skånet. Desuden har det været umuligt at undersøge dobbelte dissociationer mellem funktionerne i forskellige MTL-strukturer, fordi der ikke er rapporteret om patienter, der har intakt hippocampal funktion i tilstedeværelse af skader på den parahippocampale gyrus. Elektrofysiologiske og læsionsundersøgelser på dyr har også metodologiske udfordringer, fordi det i de fleste tilfælde er uklart, hvordan de opgaver, der anvendes på dyr til at modellere den deklarative hukommelsesfunktion, svarer til dem, der anvendes til at vurdere den deklarative hukommelse hos mennesker. Begrænsninger i den nuværende rumlige og tidsmæssige opløsning af neuroafbildningsmetoder forhindrer også en præcis forståelse af funktionen af de forskellige MTL-strukturer. Det er derfor sandsynligt, at det vil være nødvendigt med mange konvergerende undersøgelser, der anvender en række forskellige metoder, for at opnå en klarere forståelse af de forskellige funktioner i flere MTL-understrukturer.

Det er imidlertid muligt, at vores forståelse af MTL ikke kun er begrænset af metodologiske udfordringer, men også af konceptuelle udfordringer. Stark, Bayley og Squire (2002) antyder, at simple dikotomier såsom associative og ikkeassociative processer sandsynligvis ikke vil være vellykkede til at skelne den funktionelle rolle af hippocampalformationen fra de omkringliggende strukturer. Selv om tildeling af en specialiseret relationel hukommelseskapacitet til hippocampusformationen og en specialiseret fortroligheds- eller objektbaseret hukommelseskapacitet til de omkringliggende strukturer kan forklare mange fund, kan det ikke forklare andre, herunder det resultat, der er offentliggjort her af Stark, Bayley og Squire (2002). I modsætning til de klare dissociationer, der findes mellem deklarative og ikke-deklarative hukommelsessystemer, er der måske ikke enkle eller absolutte dissociationer mellem forskellige MTL-strukturer. Den hierarkiske og stærkt sammenkoblede anatomi af MTL-strukturer (Lavenex og Amaral 2000; Fig. 1B) kan gøre det vanskeligt at artikulere enkle sondringer i behandlingen og nødvendiggør mere beregningsmæssige tilgange til karakterisering af sondringer mellem MTL-processer (O’Reilly og Rudy 2001).

Alternativt kan denne patientundersøgelse begrænse en mere præcis definition af relationel behandling i hippocampus. Det er blevet foreslået, at hippocampus er afgørende for kodning af relationer mellem oplevelser snarere end flere elementer af en enkelt oplevelse (Eichenbaum 2001). Ifølge dette synspunkt er pardannelserne mellem ansigter og huse associationer mellem elementer af en enkelt oplevelse og involverer således en anden form for binding end den, der kan forekomme mellem tidsmæssigt adskilte oplevelser. Nogle undersøgelser med rotter støtter denne fortolkning af relationel behandling i hippocampus (Bunsey og Eichenbaum 1996), men der er endnu ikke overbevisende beviser på dette punkt hos mennesker.

Uanset af metodologiske og konceptuelle begrænsninger er undersøgelsen af funktionen af MTL’s komponentstrukturer et vigtigt spørgsmål inden for hukommelsesforskning og afgørende for at forstå, hvordan hjernen formidler deklarative hukommelsesprocesser.

Anerkendelser

Vi takker Howard Eichenbaum og Andy Yonelinas for tankevækkende kommentarer. Forfatterne er støttet af National Institute of Health Grants MH59940, MH63576 og NS26985.

Fodnoter

  • ↵1 Korresponderende forfatter.

  • E-MAIL gabrieli{at}psych.stanford.edu; FAX (650) 725-5699.

  • Artikel og publikation er på http://www.learnmem.org/cgi/doi/10.1101/lm.54702.

  • Cold Spring Harbor Laboratory Press
Forrige afsnit
    1. Brown M.W.,
    2. Aggleton J.P.

    (2001) Erkendelseshukommelse: Hvilke roller spiller den perirhinale cortex og hippocampus? Nat. Rev. Neurosci. 2:51-61.

    1. Bunsey M.,
    2. Eichenbaum H.

    (1996) Bevaring af hippocampal hukommelsesfunktion hos rotter og mennesker. Nature 379:255-257.

    1. Eichenbaum H.

    (2001) A cortical-hippocampal system for declarative memory. Nat. Rev. Neurosci. 1:41-50.

    1. Eldridge L.L.,
    2. Knowlton B.J.,
    3. Furmanski C.S.,
    4. Furmanski C.S.,
    5. Bookheimer S.Y.,
    6. Engel S.A.

    (2000) Remembering episodes: En selektiv rolle for hippocampus under genfinding. Nat. Neurosci. 3:1149-1152.

    1. Gabrieli J.D.E.

    (1998) Cognitive neuroscience of human memory (Kognitiv neurovidenskab af den menneskelige hukommelse). Annu. Rev. Psychol. 49:87-115.

    1. Lavenex P.,
    2. Amaral D.G.

    (2000) Hippocampal-neocortical interaction: Et hierarki af associativitet. Hippocampus 10:420-430.

    1. Manns J.R.,
    2. Squire L.R.

    (1999) Forringet genkendelseshukommelse på dør- og persontest efter skade begrænset til hippocampusregionen. Hippocampus 9:495-499.

    1. O’Reilly R.C.,
    2. Rudy J.W.

    (2001) Konjunktive repræsentationer i læring og hukommelse: Principper for kortikal og hippocampal funktion. Psychol. Rev. 108:311-345.

    1. Phelps E.A.,
    2. Anderson A.K.

    (1997) Emotionel hukommelse: Hvad gør amygdalaen? Curr. Biol. 7:R-311-R-314.

    1. Scoville W.B.,
    2. Milner B.

    (1957) Tab af nyere hukommelse efter bilaterale hippocampal læsioner. J. Neurol. Neurosur. Psychia. 20:11-21.

    1. Stark C.E.,
    2. Squire L.R.

    (2000) Functional magnetic resonance imaging (fMRI) activity in the hippocampal region during recognition memory. J. Neurosci. 20:7776-7781.

  1. (2001) Simpel og associativ genkendelseshukommelse i hippocampalregionen. Lær. Mem. 8:190-197, ibid.

    1. Stark C.E.L.,
    2. Bayley P.J.,
    3. Squire L.R.

    (2002) Genkendelseshukommelse for enkelte elementer og for associationer er på samme måde nedsat efter skade på hippocampusregionen. Lær. Mem. 9:238-242.

    1. Vargha-Khadem F.,
    2. Gadian D.G.,
    3. Watkins K.E.,
    4. Connelly A.,
    5. Van Paesschen W.,
    6. Mishkin M.

    (1997) Differential effects of early hippocampal pathology on episodic and semantic memory. Science 277:376-380.

    1. Wood E.,
    2. Dudchenko P.,
    3. Eichenbaum H.

    (1999) The global record of memory in hippocampal neural activity. Nature 397:613-616.

    1. Yonelinas A.P.

    (2001) Components of episodic memory: Bidrag fra erindring og fortrolighed. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 356:1-12.

    1. Yonelinas A.P.,
    2. Hopfinger J.B.,
    3. Buonocore M.H.,
    4. Kroll N.E.,
    5. Baynes K.

    (2001) Hippocampal, parahippocampal og occipital-temporale bidrag til associativ og itemgenkendelseshukommelse: En fMRI-undersøgelse. Neuroreport 12:359-363.

  • Leave a Reply

    Skriv et svar

    Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.