Apprendimento e memoria: la procedura ricorda-conosci

Fonte: Laboratori di Jonas T. Kaplan e Sarah I. Gimbel—University of Southern California

La nostra esperienza della memoria è varia e complessa. A volte ricordiamo gli eventi in vividi dettagli, mentre altre volte possiamo avere solo un vago senso di familiarità. I ricercatori della memoria hanno fatto una distinzione tra i ricordi che sono ricordati rispetto a quelli che sono familiari. Un oggetto raccolto è uno che non solo viene ricordato, ma porta con sé i dettagli del momento in cui è stato appreso o codificato. Come un elemento ricordato, anche un elemento familiare viene ricordato, ma è privo di dettagli sulle circostanze che circondano la sua codifica. Molti studi di ricordo e familiarità si sono concentrati sul lobo temporale mediale (MTL), in particolare sull'ippocampo, poiché il suo coinvolgimento nella codifica della memoria, nel consolidamento e nel recupero è ben noto e ben studiato. ^1-3

Questo video mostra come amministrare l'attività Remember-Know⁴ per confrontare l'attivazione cerebrale in questi due tipi di recupero della memoria. In questo contesto, ricordare è un altro termine per ricordare, mentre sapere si riferisce a ricordi che sono familiari ma non esplicitamente ricordati. In questa versione dell'attività Remember-Know, i partecipanti sono esposti a una serie di immagini a colori e viene chiesto di ricordare ciò che vedono. All'interno di uno scanner fMRI, saranno esposti sia alle immagini che sono state studiate che a nuove immagini, e faranno un giudizio "ricorda", "conosci" o "nuovo" su ogni immagine, indicando che tipo di memoria hanno per quell'oggetto. Dopo la scansione, verrà esaminata l'intera attività cerebrale e ippocampale per determinare l'attività differenziale correlata al ricordo e alla familiarità. Questo studio si basa su uno studio condotto da Gimbel e Brewer. ⁵

1. Reclutamento dei partecipanti

1. Recluta 20 partecipanti.
   1. I partecipanti dovrebbero essere destrimani e non avere una storia di disturbi neurologici o psicologici.
   2. I partecipanti dovrebbero avere una visione normale o corretta a normale per garantire che saranno in grado di vedere correttamente i segnali visivi.
   3. I partecipanti non dovrebbero avere metallo nel loro corpo. Questo è un importante requisito di sicurezza a causa dell'elevato campo magnetico coinvolto nella fMRI.
   4. I partecipanti non dovrebbero soffrire di claustrofobia, poiché la fMRI richiede di sdraiarsi nel piccolo spazio del foro dello scanner.

2. Procedure di pre-scansione

1. Compila i documenti pre-scansione.
2. Quando i partecipanti arrivano per la loro scansione fMRI, istruisci prima di compilare un modulo di schermo metallico per assicurarsi che non abbiano controindicazioni per la risonanza magnetica, un modulo di risultati incidentali che dà il consenso affinché la loro scansione sia esaminata da un radiologo e un modulo di consenso che dettaglia i rischi e i benefici dello studio.
3. Chiedere al partecipante di sedersi davanti a un computer portatile e mostrare loro 256 immagini a colori di oggetti nominabili(ad esempio,ventilatore, mela, baseball), ciascuna per 3 s.
   1. Per ogni oggetto, i partecipanti premono un pulsante per indicare se si trattava di un oggetto vivente o non vivente. Questo compito assicura la loro attenzione agli stimoli.
4. Prepara i partecipanti ad andare nello scanner rimuovendo tutto il metallo dal loro corpo, tra cui cinture, portafogli, telefoni, fermagli per capelli, monete e tutti i gioielli.

3. Fornire istruzioni per il partecipante.

1. Nello scanner, mostra al partecipante tutte le 256 immagini che sono state studiate prima della scansione e altre 256 nuove immagini.
2. I partecipanti giudicano ogni immagine con risposte "ricorda", "conosci" o "nuove" tramite una casella di pulsanti di sicurezza MR.
   1. Istruire i partecipanti a rispondere "ricorda" se hanno visto l'immagine durante la sessione di studio e potrebbero ricordare dettagli specifici sulla sua presentazione.
   2. Chiedi ai partecipanti di rispondere "sapere" se l'immagine era familiare ma non ricordavano dettagli specifici su come vederla prima.
   3. Istruisci i partecipanti a rispondere "nuovo" se non avevano mai visto l'immagine prima.
3. Sottolinea al partecipante l'importanza di mantenere la testa ferma per tutta la scansione.

4. Metti il partecipante nello scanner.

1. Dare ai partecipanti tappi per le orecchie per proteggere le orecchie dal rumore dello scanner e dei telefoni auricolari da indossare in modo che possano sentire lo sperimentatore durante la scansione e farli sdraiare sul letto con la testa nella bobina.
2. Dare al partecipante la palla di spremimento di emergenza e istruirlo a spremerlo in caso di emergenza durante la scansione.
3. Utilizzare cuscinetti di schiuma per fissare la testa dei partecipanti nella bobina per evitare movimenti eccessivi durante la scansione e ricordare al partecipante che è molto importante rimanere il più fermo possibile durante la scansione, poiché anche i più piccoli movimenti offuscano le immagini.

5. Raccolta dei dati

1. Raccogli la scansione anatomica ad alta risoluzione.
2. Avviare la scansione funzionale.
   1. Sincronizzare l'inizio della presentazione dello stimolo con l'avvio dello scanner.
   2. Presenta le immagini tramite un laptop collegato a un proiettore. Il partecipante ha uno specchio sopra gli occhi, che riflette uno schermo sul retro del foro dello scanner.
   3. Presenta ogni immagine per 3 s.
      1. La presentazione dell'immagine è intervallata da 1,5-4,5 s di una linea di base trasversale di fissazione, poiché si tratta di un'attività correlata all'evento. La sovrapposizione differenziale nella risposta emodinamica a ciascuna prova rende i segnali più separabili.

6. Procedure post-scansione

1. Portare il partecipante fuori dallo scanner.
2. Debriefing del partecipante.

7. Analisi dei dati

1. Pre-elaborare i dati.
   1. Eseguite la correzione del movimento per ridurre gli artefatti di movimento.
   2. Eseguire il filtraggio temporale per rimuovere le derive del segnale.
   3. Fluidi i dati per aumentare il rapporto segnale-rumore.
2. Modellare i dati per ogni partecipante.
   1. Creare un modello di quale dovrebbe essere la risposta emodinamica prevista per ogni condizione di attività.
   2. Adatta i dati a questo modello, risultando in una mappa statistica, in cui il valore a ciascun voxel rappresenta la misura in cui quel voxel è stato coinvolto nella condizione di attività.
   3. Registrare il cervello del partecipante in un atlante standard per combinare i dati tra i partecipanti.
3. Combina mappe statistiche tra soggetti per un'analisi a livello di gruppo dei dati.
   1. Soglia delle mappe statistiche, tenendo conto della correzione per confronti multipli. Poiché i test statistici vengono eseguiti ad ogni voxel nel cervello, ci aspettiamo un numero considerevole di risultati falsi positivi con soglie statistiche standard. Un modo per affrontare questo problema è accettare voxel significativi solo se si verificano anche all'interno di un cluster di una determinata dimensione.

Le regioni più attive per le risposte di memorizzamento che per le risposte di conoscenza sono mostrate nella Figura 1. In particolare, l'ippocampo, una struttura situata nel MTL e nota per essere coinvolta in molte fasi della formazione e del recupero della memoria, ha mostrato una maggiore attività per ricordare rispetto alle prove di conoscenza.

Figura 1: Mappe cluster di Remember meno Know. L'ippocampo è delineato in giallo. I cluster sono sovrapposti su un cervello anatomico medio dei partecipanti allo studio(p < 0,01, corretto per confronti multipli). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

L'ispezione del tempo-corso dell'attività nell'ippocampo (Figura 2) mostra che questa struttura risponde selettivamente quando i partecipanti riferiscono di ricordare esplicitamente gli stimoli e non risponde quando hanno solo sentimenti di familiarità o quando non ricordano affatto gli stimoli.

Figura 2. Attività ippocampale nel tempo. Ogni linea mostra l'attività nell'ippocampo nel corso di prove di ogni tipo. "Ricorda" e "Conosci" sono studi in cui i partecipanti hanno correttamente riferito di ricordare gli stimoli. Le prove "Miss" si riferiscono a stimoli che sono stati presentati prima ma non correttamente ricordati dal partecipante. I "rifiuti corretti" sono nuovi stimoli che i partecipanti hanno correttamente identificato come nuovi. L'asse Yè la variazione percentuale del segnale rispetto alla linea di base; L'asse Xè il tempo (i) dopo l'inizio dello stimolo.

Questi risultati suggeriscono che l'ippocampo è coinvolto nel processo di recupero della memoria, ma che non contribuisce a sentimenti di familiarità, supportando una teoria a doppio processo. Secondo questa visione, un secondo processo cognitivo, uno che non dipende dall'ippocampo, genera familiarità. Tuttavia, nell'attività Ricorda-Conosci, la forza della memoria può essere confusa con il tipo di memoria. In altre parole, è possibile che l'attività dell'ippocampo sia maggiore per le prove di memoria perché quei ricordi sono più forti e non perché sono qualitativamente diversi dalle prove di conoscenza. Per distinguere tra queste spiegazioni, la forza della memoria dovrebbe essere equiparata tra i tipi di prova.

Questo esperimento dimostra come i neuroscienziati cognitivi tentano di separare i contributi specifici di una regione del cervello a un compito cognitivo. Isolare sottili variazioni all'interno di un dominio cognitivo, in questo caso le diverse esperienze soggettive associate al recupero della memoria, può rivelare dissociazioni nei sistemi neurali che supportano tali funzioni. Capire come funziona il cervello durante i diversi tipi di recupero della memoria è importante per comprendere le menomazioni della memoria come quelle che derivano da lesioni cerebrali traumatiche o da malattie degenerative. Inoltre, una comprensione della neuroscienza cognitiva del recupero della memoria può anche informare le strategie per migliorare la memoria.

1. Bayley, P.J. & Squire, L.R. Failure to acquire new semantic knowledge in patients with large medial temporal lobe lesions. Hippocampus 15, 273-280 (2005).
2. Cohen, N.J. & Squire, L.R. Preserved learning and retention of pattern-analyzing skill in amnesia: dissociation of knowing how and knowing that. Science 210, 207-210 (1980).
3. Scoville, W.B. & Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20, 11-21 (1957).
4. Yonelinas, A.P. Components of episodic memory: the contribution of recollection and familiarity. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 356, 1363-1374 (2001).
5. Gimbel, S.I. & Brewer, J.B. Reaction time, memory strength, and fMRI activity during memory retrieval: Hippocampus and default network are differentially responsive during recollection and familiarity judgments. Cogn Neurosci 2, 19-23 (2011).