Eri tehtävät eri ohimolohkorakenteille?

  1. Alison R. Preston ja
  2. John D.E. Gabrieli1
  1. Psykologian laitos, Stanfordin yliopisto, Stanford, Kalifornia 94305, USA

Sen jälkeen, kun maamerkkinä toimineessa tutkimuksessa, jossa tutkittiin globaalisti muistinsa menettänyttä H.M. Scovillen ja Milnerin (1957) tekemästä tutkimuksesta, mediaalisten ohimolohkojen (MTL) olennainen rooli pitkäkestoisessa muistissa on todettu hyvin. Huomattavaa menestystä on saavutettu erottamalla deklaratiiviset muistiprosessit (eksplisiittinen muisti tapahtumista ja tosiasioista), jotka tukeutuvat MTL:n eheyteen, ei-deklaratiivisista muistiprosesseista, jotka tukeutuvat muihin kortikaalisiin, subkortikaalisiin ja pikkuaivojen rakenteisiin (Gabrieli 1998). Myös otsalohkon ja MTL:n osuuksien erottamisessa deklaratiiviseen muistiin on edistytty. MTL:n rakenteiden tarkan osuuden määrittäminen deklaratiivisessa muistissa on kuitenkin osoittautunut haastavaksi. MTL koostuu useista rakenteista, kuten hippokampusmuodostelmasta (dentate gyrus, CA-kentät ja subiculum), amygdalasta, entorinaalisesta aivokuoresta ja sitä ympäröivistä peririnaalisista ja parahippokampuskuorista. Amygdalan keskeinen rooli muistin emotionaalisessa modulaatiossa näyttää olevan selvä (Phelps ja Anderson 1997), mutta siitä, miten erityisten MTL-rakenteiden erilaista osuutta deklaratiiviseen muistiin voidaan luonnehtia, ei ole juurikaan yksimielisyyttä. Kunkin rakenteen toiminnan eristäminen on kuitenkin keskeistä, jotta voidaan ymmärtää deklaratiivisen muistin käsittelyä ja sitä, miten vaurio tai sairaus häiritsee tällaista käsittelyä.

Erojen MTL-rakenteiden on välitettävä erilaisia komponenttiprosesseja, jotka ovat deklaratiivisen muistin taustalla, mutta vastaamaton kysymys on, mitä nämä erilaiset prosessit ovat? Yksi syntymässä oleva ajatus MTL:n sisäisistä erilaisista toiminnoista on, että hippokampusmuodostelma on välttämätön sellaisissa deklaratiivisen muistin tehtävissä, jotka edellyttävät useiden ärsykkeiden välisten suhteiden käsittelyä, kun taas ympäröivät aivokuoret välittävät suorituskykyä tehtävissä, jotka perustuvat ärsykkeiden tuttuuteen (tai päinvastoin, uutuuteen). Tämä hypoteesi on yhdenmukainen tämän alueen hierarkkisen liitettävyyden kanssa (kuva 1A). Tieto unimodaalisista ja polymodaalisista assosiaatiokortteleista tulee MTL:ään peririnaalisen ja parahippokampuksen korteksin kautta, jotka projisoituvat entorinaaliseen aivokuoreen, joka puolestaan antaa tärkeimmän syötteen hippokampusmuodostumalle. Tämä yhteysanatomia viittaa siihen, että peririnaalisen ja parahippokampuksen aivokuoren representaatiokapasiteetti voi olla hyvin riippuvainen saapuvasta aistitiedosta. Nämä aivokuoret voivat välittää tuttuuteen perustuvia muistiprosesseja, jotka liittyvät kohteiden aistitietoon. Sitä vastoin hippokampus voi tuottaa abstraktimman edustuksen, joka integroi tai sitoo useita kortikaalisia tietolähteitä, mikä on tärkeä näkökohta relationaalisissa muistiprosesseissa.

Kuvio 1.

Näytä suurempi versio:

  • Tässä ikkunassa
  • Uudessa ikkunassa
  • Lataa PowerPoint-diaesityksenä

Kuvio 1. Kuva 1. Muistitieto.

(A) Kaaviokuva mediaalisen ohimolohkon sisällä olevista projektioista. (B) Yksityiskohtaisempi kaavio mediaalisen ohimolohkon kytkeytyvyydestä, mukaan lukien rakenteiden sisäiset ja väliset yhteydet. Mukautettu lähteestä Lavenex ja Amaral (2000).

Tämän näkemyksen mukaan se, missä määrin muistitehtävä rekrytoi relationaalisia vs. tuttuusprosesseja, määrittäisi sen suhteellisen riippuvuuden hippokampuksen vs. ei-hippokampuksen MTL-rakenteista. Tehtävät, jotka tukeutuvat suuresti relationaaliseen prosessointiin, kuten pareittainen assosiaatio-oppiminen, heikkenisivät suuresti, jos hippokampusmuodostelma vaurioituisi. Sitä vastoin tehtävät, jotka voidaan suorittaa ärsykkeen tuttuuden perusteella, kuten esineiden tunnistamistestit, voisivat tukeutua ympäröivien MTL-aivokuorialueiden toimintaan hippokampuksen toiminnan puuttuessa. Useat yhtenevät havainnot ovat tukeneet tätä hypoteesia, mukaan lukien eläimillä tehdyistä vaurio- ja elektrofysiologisista tutkimuksista saadut todisteet (ks. Brown ja Aggleton 2001; Eichenbaum 2001) sekä ihmisillä tehdyistä neuropsykologisista (Vargha-Khadem ym. 1997) ja neurokuvantamistutkimuksista saadut todisteet (Eldridge ym. 2000; Yonelinas ym. 2001).

Provokatiivinen haaste tälle ajatukselle esitetään Stark ym. (2002) tutkimuksessa, jossa tutkittiin muistisairaita potilaita, joilla oli kahdenvälisiä MTL-vaurioita, joiden ajateltiin rajoittuvan hippokampusmuodostumaan. Käyttämällä potilaita, joilla on hyvin karakterisoituja vaurioita, kirjoittajat lisäävät tärkeän panoksen meneillään oleviin pyrkimyksiin luonnehtia MTL:n toimintaa deklaratiivisessa muistissa. Tutkimalla potilaita, joilla on fokaalinen hippokampusvaurio, kirjoittajat voivat testata, miten tämän rakenteen vaurioituminen vaikuttaa muistitehtäviin, jotka vaativat eri tavoin suhteellista ja tuttuuden käsittelyä. Tässä tutkimuksessa hippokampuspotilaat suorittivat sekä yhden kohteen että assosiatiivisia tunnistustehtäviä. Yksittäisten kohteiden tunnistamista varten potilaat tutkivat yksittäisten kasvojen tai talojen kuvia ja suorittivat viiveen jälkeen kyllä/ei-tunnistusmuistitehtävän. Assosiatiivisessa tunnistustehtävässä potilaat tutkivat kasvojen ja talojen parittaisia assosiaatioita, ja viiveen jälkeen heille esitettiin esinepareja. Tässä assosiatiivisessa tehtävässä potilaiden oli erotettava kohteet, joita oli tutkittu yhdessä (ehjät parit), kohteista, joita ei ollut tutkittu yhdessä (uudelleen yhdistetyt parit).

Näissä tehtävissä keskitytään eri tavoin testikohteiden välisten suhteiden käsittelyyn verrattuna testikohteiden suhteellisen tuttuuden käsittelyyn. Yksittäisten kohteiden tunnistaminen voidaan suorittaa kohteiden tuttuuden perusteella, koska aiemmin opiskellut kohteet ovat tutumpia kuin uudet kohteet, jolloin koehenkilöt voivat hyväksyä tutummat kohteet opiskelluiksi (Yonelinas 2001). Uusien kasvojen ja talojen käyttö lisää tuttuuden merkitystä siten, että tuttuuden tunne on voinut syntyä vain tutkimusvaiheessa ja kalvot ovat täysin tuntemattomia. Sitä vastoin tämän tutkimuksen assosiatiivisessa muistitestissä pyritään eliminoimaan tuttuusprosessien vaikutus esittämällä testissä vain aiemmin tutkittuja kohteita. Ero ehjien ja uudelleen yhdistettyjen parien välillä ei tällöin todennäköisesti johdu kohteiden suhteellisesta tuttuudesta, koska kaikki kohteet on tutkittu, vaan pikemminkin näiden kohteiden välisestä mielivaltaisesta tutkimusvaiheen assosioinnista. Näin ollen näiden kahden tunnistustestin tarkoituksena on erottaa toisistaan tuttuus ja suhteelliset prosessit, joiden oletetaan tukeutuvan eri tavoin peririnaalisen aivokuoren ja hippokampusmuodostuman panokseen.

Tämän hypoteesin perusteella relationaalinen/tuttuuden erottelu ennustaa, että potilaat, joilla on fokaalinen hippokampusvaurio, olisivat valikoivasti tai suhteettomasti heikentyneet assosiatiivisessa tunnistamisessa, mutta niillä olisi ehjä tai vähemmän heikentynyt suorituskyky yksittäisten kohteiden tunnistamisessa. Potilaat, joilla oli selektiivinen hippokampusvaurio, olivat kuitenkin yhtä heikentyneet sekä yksittäisten kohteiden että assosiatiivisen tunnistamisen tehtävissä. Näiden kahden tehtävän heikentyminen pysyi samana myös silloin, kun potilaiden kokonaissuorituskyky rinnastettiin terveisiin kontrolleihin lisäämällä potilaiden altistumista tutkimusaineistolle. Se, että tarkkuus pysyi verrannollisena eri suoritustasoilla, auttaa ratkaisemaan mittausongelmat, jotka liittyvät kahden vaikeudeltaan erilaisen tehtävän suoritusten vertailuun (koehenkilöt suoriutuivat tarkemmin yhden kohdan kuin assosiatiivisen tunnistustestin tehtävistä).

Nämä tulokset viittaavat siihen, että hippokampusmuodostelma vaikuttaa samalla tavalla deklaratiivisiin muistitehtäviin, jotka edellyttävät suhteellista tai tuttuuden käsittelyä. Näitä tuloksia tukevat muut elektrofysiologiset, neuropsykologiset ja neurokuvantamistutkimukset (Manns ja Squire 1999; Wood ym. 1999; Stark ja Squire 2000, 2001). Eri MTL-rakenteiden toiminnasta on paljon ristiriitaista näyttöä, ja on epäselvää, johtuvatko nämä ristiriidat nykyisten kokeiden ja menetelmien rajoituksista, joita käytetään vastaamaan näihin kysymyksiin, vai johtuvatko ne rajoituksista nykyisissä käsityksissä siitä, mitä nämä rakenteet edistävät deklaratiivisen muistin käsittelyä. Neuropsykologiset tutkimukset potilailla, joilla on MTL-vaurio, voivat olla rajoitettuja monista eri syistä. In vivo -rakenteellisen kuvantamisen tarkkuus on rajallinen, vaikka se tehtäisiinkin huolellisesti. Lisäksi tämän tutkimuksen potilailla hippokampuksen tilavuus väheni 22-46 prosenttia, mikä nostaa esiin mahdollisuuden, että jotkin hippokampuksen välittämät muistiprosessit säästyivät ainakin osittain. Lisäksi eri MTL-rakenteiden toimintojen välisiä kaksinkertaisia eroja on ollut mahdotonta tutkia, koska ei ole raportoitu potilaista, joiden hippokampuksen toiminta olisi säilynyt ennallaan, vaikka parahippokampuksen gyrus parahippocampus olisi vaurioitunut. Eläimillä tehdyissä elektrofysiologisissa ja leesiotutkimuksissa on myös metodologisia haasteita, koska useimmissa tapauksissa on epäselvää, miten eläimillä deklaratiivisen muistin toiminnan mallintamiseen käytetyt tehtävät ovat samanlaisia kuin ne, joita käytetään deklaratiivisen muistin arvioimiseksi ihmisillä. Neurokuvantamismenetelmien nykyisen alueellisen ja ajallisen resoluution rajoitukset estävät myös tarkan käsityksen eri MTL-rakenteiden toiminnasta. Näin ollen on todennäköistä, että tarvitaan monia erilaisia menetelmiä käyttäviä yhteneviä tutkimuksia, jotta saadaan selkeämpi käsitys useiden MTL:n alarakenteiden erilaisista toiminnoista.

Ymmärtämystämme MTL:stä saattavat kuitenkin rajoittaa paitsi metodologiset myös käsitteelliset haasteet. Stark, Bayley ja Squire (2002) ehdottavat, että yksinkertaiset kahtiajaot, kuten assosiatiiviset ja ei-assosiatiiviset prosessit, eivät todennäköisesti onnistu erottamaan hippokampusmuodostuman toiminnallista roolia ympäröivistä rakenteista. Vaikka se, että hippokampusmuodostumalle osoitetaan erikoistunut relaatiomuistikapasiteetti ja ympäröiville rakenteille erikoistunut tuttuus- tai kohdepohjainen muistikapasiteetti, voi selittää monia löydöksiä, se ei voi selittää muita, kuten Starkin, Bayleyn ja Squiren (2002) tässä julkaisemaa tulosta. Toisin kuin deklaratiivisten ja ei-deklaratiivisten muistijärjestelmien välillä on selviä eroja, eri MTL-rakenteiden välillä ei välttämättä ole yksinkertaisia tai absoluuttisia eroja. MTL:n rakenteiden hierarkkinen ja pitkälle toisiinsa kytkeytynyt anatomia (Lavenex ja Amaral 2000; kuva 1B) saattaa vaikeuttaa yksinkertaisten prosessointierojen ilmaisemista ja edellyttää enemmän laskennallisia lähestymistapoja MTL:n prosessien välisten erojen kuvaamiseksi (O’Reilly ja Rudy 2001).

Vaihtoehtoisesti tämä potilastutkimus voi rajoittaa tarkempaa määritelmää suhteellisesta prosessoinnista hippokampuksessa. On ehdotettu, että hippokampus on olennainen kokemusten välisten suhteiden koodaamisessa pikemminkin kuin yhden kokemuksen useiden elementtien koodaamisessa (Eichenbaum 2001). Tämän näkemyksen mukaan kasvojen ja talojen väliset parit ovat yhden kokemuksen elementtien välisiä assosiaatioita, ja niihin liittyy siten erilaista sitomista kuin ajallisesti erillisten kokemusten välillä. Jotkut rotilla tehdyt tutkimukset tukevat tätä tulkintaa suhteiden käsittelystä hippokampuksessa (Bunsey ja Eichenbaum 1996), mutta ihmisillä tästä ei ole vielä vakuuttavia todisteita.

Metodologisista ja käsitteellisistä rajoituksista riippumatta MTL:n komponenttirakenteiden toiminnan tutkiminen on tärkeä kysymys muistitutkimuksessa ja ratkaisevan tärkeää sen ymmärtämiseksi, miten aivot välittävät deklaratiivisia muistiprosesseja.

Kiitokset

Kiitämme Howard Eichenbaumia ja Andy Yonelinasia harkituista kommenteista. Kirjoittajia ovat tukeneet National Institute of Health Grants MH59940, MH63576 ja NS26985.

Footnotes

  • ↵1 Corresponding author.

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

  • Artikkeli ja julkaisu ovat osoitteessa http://www.learnmem.org/cgi/doi/10.1101/lm.54702.

  • Cold Spring Harbor Laboratory Press
Edellinen jakso
  1. http://www.learnmem.org/cgi/doi/10.1101/lm.54702 http://www.learnmem.org/cgi/doi/10.1101/lm.54702,

  2. Aggleton J.P.
  3. (2001) Recognition memory: Mitkä ovat peririnaalisen aivokuoren ja hippokampuksen roolit? Nat. Rev. Neurosci. 2:51-61.

    1. Bunsey M.,
    2. Eichenbaum H.

    (1996) Hippokampuksen muistitoimintojen säilyminen rotilla ja ihmisillä. 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. Bookheimer S.Y.,
    5. Engel S.A.

    (2000) Episodien muistaminen: Hippokampuksen valikoiva rooli palautuksen aikana. Nat. Neurosci. 3:1149-1152.

    1. Gabrieli J.D.E.

    (1998) Cognitive neuroscience of human memory. Annu. Rev. Psychol. 49:87-115.

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

    (2000) Hippokampuksen ja aivokuoren vuorovaikutus: Assosiatiivisuuden hierarkia. Hippocampus 10:420-430.

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

    (1999) Heikentynyt tunnistamismuisti ovien ja ihmisten testissä hippokampusalueeseen rajoittuvan vaurion jälkeen. Hippocampus 9:495-499.

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

    (2001) Conjunctive representations in learning and memory: Aivokuoren ja hippokampuksen toiminnan periaatteet. Psychol. Rev. 108:311-345.

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

    (1997) Emotional memory: Mitä amygdala tekee? Curr. Biol. 7:R-311-R-314.

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

    (1957) Viimeaikaisen muistin menettäminen bilateraalisten hippokampusleesioiden jälkeen. J. Neurol. Neurosur. Psychia. 20:11-21.

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

    (2000) Toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) -aktiivisuus hippokampuksen alueella tunnistamismuistin aikana. J. Neurosci. 20:7776-7781.

  • (2001) Yksinkertainen ja assosiatiivinen tunnistamismuisti hippokampuksen alueella. Learn. Mem. 8:190-197, ibid.

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

    (2002) Yksittäisten kohteiden ja assosiaatioiden tunnistamismuisti on samalla tavalla heikentynyt hippokampuksen alueen vaurion jälkeen. Learn. 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) Varhaisen hippokampuksen patologian erilaiset vaikutukset episodiseen ja semanttiseen muistiin. Science 277:376-380.

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

    (1999) Muistin globaalit tallenteet hippokampuksen neuraalisessa toiminnassa. Nature 397:613-616.

    1. Yonelinas A.P.

    (2001) Components of episodic memory: Muistamisen ja tuttuuden osuus. 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) Hippokampuksen, parahippokampuksen ja takaraivolisäke-temporaalisen osuudet assosiatiiviseen ja kohteen tunnistamismuistiin: An fMRI study. Neuroreport 12:359-363.

  • Leave a Reply

    Vastaa

    Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.