海馬體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)相關(guān)項(xiàng)目重新激活的皮質(zhì)指數(shù)

1.研究背景

關(guān)系記憶的關(guān)鍵組成部分之一是將記憶體驗(yàn)的組成元素結(jié)合在一起的能力，這種能力是由海馬體負(fù)責(zé)支持的。之前研究表明，這些關(guān)系綁定可用于在存在關(guān)系綁定關(guān)聯(lián)的情況下重新激活缺失項(xiàng)目的皮層處理器。具體來(lái)說(shuō)，在測(cè)試之前對(duì)被試者呈現(xiàn)人臉和場(chǎng)景配對(duì)的顯示并記錄了事件相關(guān)光信號(hào) (EROS)，并在后續(xù)測(cè)試的場(chǎng)景展示時(shí)探測(cè)到了所配對(duì)的面部處理皮層區(qū)域（顳上溝，STS）的重新激活。此實(shí)驗(yàn)將同一預(yù)覽范式中的 EROS 測(cè)量與海馬完整性的解剖學(xué)估計(jì)（海馬體積的結(jié)構(gòu) MRI 測(cè)量和平均分?jǐn)?shù)各向異性和擴(kuò)散率的擴(kuò)散張量成像測(cè)量）相結(jié)合，以提供證據(jù)表明海馬正在調(diào)解這種再激活現(xiàn)象。

2.研究方法

2.1 被試

研究共有15名有效被試，其中男性7人，女性8人，平均年齡為68.3歲。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

視覺(jué)刺激包含444張彩色人臉圖片以及592張風(fēng)景圖片。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程包括學(xué)習(xí)試次組和測(cè)試試次組。如圖1a所示，學(xué)習(xí)組中參與者被告知需要學(xué)習(xí)并記住人臉與風(fēng)景的配對(duì)。人臉和風(fēng)景會(huì)先單獨(dú)出現(xiàn)750ms，隨后一起出現(xiàn)1500ms。如圖1b所示，測(cè)試組中風(fēng)景圖片先單獨(dú)出現(xiàn)1000ms，隨后與一張人臉圖片一起出現(xiàn)2500ms；被試者需判斷這對(duì)人臉-風(fēng)景組合是否在學(xué)習(xí)階段看到過(guò)。

圖1.學(xué)習(xí)試次組與測(cè)試試次組。

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

使用六個(gè)同步 ISS 型號(hào) 96208 頻域血氧計(jì)（Imagent?；ISS, Inc., Champaign, IL）記錄光學(xué)數(shù)據(jù)。光源是發(fā)射波長(zhǎng)為 830 nm 的激光二極管（最大振幅：10 mW，復(fù)用后的平均振幅：1 mW），調(diào)制頻率為 110 MHz。光纖用于將每束光引導(dǎo)至頭皮表面。檢測(cè)器是連接到光電倍增管 (PMT) 的光纖束（直徑 = 3 mm）。源和探測(cè)器光纖安裝在改裝的摩托車頭盔上。24 個(gè)探測(cè)器和 64 個(gè)源（見(jiàn)圖 2）覆蓋了皮質(zhì)表面。源探測(cè)器距離介于 15 和 94 毫米之間。為避免串?dāng)_，源的排列使得在多路復(fù)用循環(huán)的任何給定時(shí)分期間，只有一個(gè)源在任何給定檢測(cè)器的 6 cm 范圍內(nèi)。檢測(cè)以 39.0625 Hz 的頻率從 384 個(gè)通道（源和檢測(cè)器的配對(duì)）進(jìn)行記錄。

圖2. 源和探測(cè)器的分布。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 測(cè)試階段不同試次的行為反應(yīng)結(jié)果

結(jié)果顯示在測(cè)試階段，被試者對(duì)于之前沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的刺激（novel）展現(xiàn)了更快更準(zhǔn)確的反應(yīng)；而在學(xué)習(xí)階段出現(xiàn)過(guò)，與當(dāng)時(shí)匹配刺激一起出現(xiàn)（match）和不一起出現(xiàn)（re-pair）的試次，沒(méi)有展現(xiàn)出反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)和準(zhǔn)確率的差別（表1）。

表1. 測(cè)試階段每種試次的準(zhǔn)確率和反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

3.2 測(cè)試階段由風(fēng)景圖片刺激激活的區(qū)域

圖3a顯示了在學(xué)習(xí)階段人臉vs.風(fēng)景的EROS數(shù)據(jù)。圖3b顯示了在測(cè)試階段舊風(fēng)景刺激（學(xué)習(xí)階段出現(xiàn)過(guò)）vs. 新風(fēng)景刺激（都為單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)）的EROS比較數(shù)據(jù)。圖3a和b展示的顯著EROS數(shù)據(jù)差異均在左側(cè)STS, 且有重合區(qū)域。

圖3. （a）學(xué)習(xí)階段在 409 ms 和 435 ms 時(shí)左側(cè) STS 中面部?jī)?yōu)先試驗(yàn)與場(chǎng)景優(yōu)先試驗(yàn)的研究試驗(yàn)期間的活動(dòng)。 (b) 測(cè)試階段風(fēng)景刺激單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)左側(cè) STS 中 742 毫秒和 767 毫秒的活動(dòng)。

3.3 海馬體結(jié)構(gòu)與其他結(jié)果的相關(guān)性

海馬體體積與左側(cè)STS的激活度呈正相關(guān)，與反應(yīng)的正確率也呈正相關(guān) （圖4）。

圖4. 海馬體體積與STS激活程度和反應(yīng)正確率的關(guān)系。

4.結(jié)論

這項(xiàng)研究提供了海馬體與重新激活皮層中相關(guān)項(xiàng)目的能力之間關(guān)聯(lián)的直接證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)支持海馬體對(duì)于關(guān)系綁定的使用至關(guān)重要的觀點(diǎn)。此外，這些結(jié)果證明了海馬體和皮層處理器之間的相互作用，以重新激活存儲(chǔ)在整個(gè)皮層中的相關(guān)信息。

5.文獻(xiàn)名稱及DOI號(hào)

Walker, J.A., Low, K.A., Fletcher, M.A., Cohen, N.J., Gratton, G. and Fabiani, M., 2017. Hippocampal structure predicts cortical indices of reactivation of related items. Neuropsychologia, 95, pp.182-192.

DOI: 10.1016/j.neuropsychologia.2016.12.005