【心理學與人工智能】2020-04-30記憶重組與轉化的機制
摘要:海馬被認為是記憶獲得、初始儲存和提取的關鍵結構。本文討論了原本依賴於海馬體的記憶最終是如何在皮層中表達的，以及記憶是如何隨著時間的推移而發生變化的。本文的結論是，TTT理論提供了壹種新的思路來思考重組鞏固，作為壹個連續的相互作用的過程，它與海馬、內側前額葉皮層mPFC等腦區有關。
介紹
關於記憶重組有兩派爭論。壹派認為記憶痕跡是固定在原始形態的，另壹派認為這個過程是不斷發展的。在內存和重新激活後，內存將被更新到新的版本。記憶鞏固的過程壹般有兩種解釋方式:細胞(或突觸)鞏固和系統鞏固。本文追蹤了TTT理論中海馬-皮層的相互作用，考慮了嚙齒類動物記憶鞏固機制與人類記憶的相似性。
記憶痕跡是如何形成的？細胞整合的機制
當壹個經歷過的事件轉變為長時記憶時，需要在大腦中形成記憶痕跡，以突觸連接的形式存在於壹組神經元中。在此期間，它需要誘導神經元去極化和細胞內鈣內流，導致可塑性相關蛋白PRPs的轉錄和翻譯。PRPs誘導局部神經網絡的結構和功能的變化，導致新的、重塑的或增強的突觸連接。這些變化發生在事件發生後的幾分鐘到幾個小時內，需要壹段時間的平靜才能穩定下來。蛋白質的合成抑制或新的學習時間的幹擾會打斷這個過程，破壞穩定的過程，導致鞏固不完全。
壹種特殊的轉錄因子CREB被認為是壹種重要的記憶基因。在嚙齒動物身上也發現了類似的效果。
證據:1。調控參與了許多PRPs的表達，包括生長因子、結構蛋白、信號轉導蛋白等。
2.？CREB介導的轉錄導致神經元興奮性和可塑性增強，並激活細胞神經元形態的結構變化。
3.？即使在學習環境較弱的情況下，也能促進記憶鞏固。
4.？可以認為，增加CERB水平促進了弱編碼記憶的鞏固。
記憶分配範式，連續呈現的項目會被重疊的神經元群編碼，所以在壹個項目被提出後，與之相連的同組神經元可能被激活，這樣在檢索過程中項目之間就會有聯系，時間上接近的往往在檢索中被組合起來。
在嚙齒類動物中觀察到的蛋白質合成依賴可能是人類記憶鞏固的基礎，但在人類研究中有很多局限性，細胞鞏固在人類中沒有很好的特性。而且人類在學習多個項目的時候，每個項目都經過自己的歸並過程，後續的項目會變成幹擾，很難整合信息。雖然不可能在完全不受幹擾的環境下形成牢固持久的記憶，但如何做到這壹點還不清楚。有壹種假說認為，海馬體支持不同記憶的獨特表達，相對抵抗後續項目的幹擾。在皮層中，不受海馬體這種機制影響的熟悉記憶會更容易受到幹擾。
記憶痕跡是如何隨時間變化的？記憶網絡的重組和分布
細胞鞏固的窗口期結束後，記憶痕跡會穩定下來，不會受到蛋白質的合成抑制、藥理破壞和新學習的幹擾。記憶痕跡會轉化為更長的系統鞏固過程，在全腦的神經網絡中形成新的突觸連接。
海馬體和皮層在記憶獲得時都會形成痕跡，但皮層的痕跡會隨著時間的推移而鞏固。尚不清楚海馬體是否也在記憶儲存和提取中發揮持久的作用。
SCT標準整合理論標準鞏固理論:海馬在陳述性記憶的儲存中發揮著有限的作用。隨著時間的推移，記憶在皮層形成新的記憶痕跡，隨著表面記憶痕跡的增強，海馬區的痕跡會減弱，直至離開海馬區。證據:沒有必要在MTL患者和TGRA時間分級逆行性遺忘癥患者的海馬體中儲存和提取語義記憶。這些患者忘記了情景記憶，但語義記憶會保留下來。這種分離不能用SCT來解釋。
MTT多痕跡理論(multiple trace theory)多痕跡理論(multiple trace theory):大腦皮層中的記憶痕跡是壹些* * *相同的元素，會隨著時間的推移被反復激活，然後整合到已有的知識網絡中。記憶再激活還可以形成多種分布不同的記憶痕跡，海馬體儲存情景記憶和更詳細的記憶。
痕跡轉化理論:壹個完整的大腦有兩個版本的記憶，壹個是詳細的依賴於海馬體的版本，另壹個是廣義的語義皮層版本。提取條件影響哪種版本記憶的表達。比如不需要具體細節，只會激活皮層記憶。如果妳需要細節或者場景，妳會檢索海馬版本，但是皮層可能還是會參與。TTT預測，只要檢索到的記憶保留感知細節，海馬體就會有類似的活動，無論是遙遠的記憶還是最近的記憶。特定的情景記憶和轉化的廣義記憶將會存在。
對嚙齒類動物的研究表明，mPFC中的aCC區是參與遠程記憶的區域，aCC和海馬都可以獨立指示記憶的表達，換句話說，單獨滅活其中壹個不會影響提取。mPFC的損傷會影響人類的情景記憶，但沒有證據表明它與遠程記憶有關。人對mPFC的破壞也會造成嚴重的記憶扭曲，受試者也會報假。這種記憶扭曲背後的缺陷的機制仍在爭論中，它將導致無法正確地檢索到想要的目標，並損害個體抑制無關記憶的能力。
mPFC結合人類和嚙齒類動物的研究，參與圖式方案的加工和表達，指導感知和記憶的編碼和提取，提供模板對比和檢索記憶，從而保證最終表達的是正確的信息。在人類中，這種機制會以記憶扭曲的形式損害mPFC，嚙齒類動物會因為缺乏口頭報告而表現出記憶喪失。可以推測，當記憶依賴圖式時，會受到損害，但如果非常清楚，線索引導的記憶不會受到損害
空間記憶轉換的壹個案例
壹直認為空間記憶依賴於海馬體的認知圖。後來發現，壹年多前獲得的、已經成為熟悉環境的記憶不會激活海馬體，而最近的記憶會激活海馬體。這種預留空間的能力依賴於壹種圖式的地形表征，這種表征可以由海馬外部的表達來支持，但具體豐富的環境仍然需要海馬進行內部表達。
例如(Winocur G，Moscovitch M，Fogel S，Rosenbaum RS，Sekeres M (2005b)海馬發作後保留的空間記憶:復雜環境中廣泛經驗的影響。NAT neuro sci 8:273–275)將大鼠放在壹個“村莊”中幾個月，然後海馬體受到損傷。原來的環境和熟悉的路線記憶沒有問題，但是重新設置環境後，出現了明顯的空間記憶障礙。
例如，Ciaramelli E (2008)外來前額葉皮層在導航中的作用:壹個輸入性尋路和康復的案例。neuropsycholia 46(7):2099–2105參與者(腹內側前額葉損傷的患者)被要求從壹個熟悉的地方旅行到另壹個地方，有時他們會迷路。這種缺陷似乎是由於無法排除分散註意力或幹擾性的空間信息，例如在導航到指定位置時遵循環境中線索觸發的不適當路線，而不是丟失了遠程學習的空間信息。
健康嚙齒動物大腦中系統整合和記憶轉化的證據
海馬和海馬外的結構在記憶保持和提取中相互作用。原始記憶的壹些痕跡被海馬保留下來，有助於遠程記憶提取。當海馬受損時，整個網絡的動能會被破壞，但其他網絡可以慢慢適應和彌補海馬的損傷。當原始記憶不可訪問時，記憶網絡的其他組件可以支持檢索，但檢索到的記憶是壹般化的，缺乏場景和細節。
證據:Goshen I，Brodsky M，Prakash R，Wallace J，Gradi Naru V，Ramakrishnan C，
Deisseroth K (2011)遠程記憶提取策略的動力學。cell 147:678–689使用快速光遺傳學方法，通過檢測海馬CA1神經元的貢獻，即使在幾周之後，CA1神經元的光抑制也能消除恐懼記憶(遠程記憶)。長時記憶的提取通常依賴於海馬，但它仍然可以轉移到交替結構。
嚙齒動物記憶鞏固模型的局限性
至今還沒有嚙齒類動物全腦區域的遠程記憶網絡(因為工作量巨大)。在現有的研究中，海馬是連接幾個區域的關鍵樞紐，但這個節點的損傷如何改變活性和功能連接，還需要進壹步研究。
健康人腦中系統整合和記憶轉化的證據
在健康個體中，1周後，隨著情境記憶的消失，海馬活動減弱，但具有生動、感性細節的遠程自傳體情境記憶仍與高海馬活動有關。遠程自傳體記憶也與PFC有關。
例如Sekeres MJ，Bonasia K，St-Laurent M，Pishdadian S，Winocur G，Grady C，Moscovitch M (2016a)驗證和防止細節記憶的丟失:情景記憶中細節類型的遺忘率差異。學習記憶23:72–82使用電影片段的記憶來確定情景記憶的不同元素是如何隨時間變化的。與TTT的預測壹致，發現了以下幾點:(1)編碼後立即提取知覺細節記憶，海馬活躍；(2)隨著時間的推移，感性細節的記憶減少，中心故事元素保留。7天前回憶時，海馬活性下降，mPFC活性上升。(3)無論是立即提取生動的細節記憶還是7天後提取，海馬體都是活躍的，7天後皮層也有很強的活動支持(這與TTT預測壹致)。
記憶的細節版本和與之相關的語義圖形版本可以被保存、交互、補償、被不同的線索訪問和在不同的任務條件下被激活。
系統整合的機制是什麽？
另壹個與重塑相關的可能機制是再固結。當內存被激活時，內存痕跡會處於暫時不穩定的狀態，容易被破壞和改變。如果要保存的話，還需要進壹步的重新加固。
對嚙齒動物的研究發現:
(1)遠距離記憶經歷了壹個類似於蛋白質在海馬體中合成依賴系統的再鞏固過程。
(2)病毒式增加PKMf可增強鞏固記憶的提取，增強皮層可塑性可能促進系統的鞏固。
人類記憶鞏固的研究:
(1)“睡眠中的主動鞏固”，離線海馬離線-海馬可以在慢波睡眠或休息時被激活和重放，使記憶痕跡分布到皮層。突觸鞏固波(促進皮層神經網絡突觸強度和神經傳遞效率的變化)可以看作是記憶鞏固的壹個子程序。壹些很少被激活的記憶經歷的突觸鞏固波較少，所以不會形成多分布痕跡。
(2)記憶的重新激活和隨後的鞏固會導致已有記憶痕跡的改變，而不是消除。
例如St. Jacques PL，Schacter DL (2013)修改記憶通過對個人記憶進行反應來選擇性地增強和更新博物館參觀的個人記憶。心理科學24:537–543參與者帶著他們的相機參觀了博物館。在測試中呈現自己拍攝的照片和在館內其他路線拍攝的照片，會更好地激活匹配度高的照片的記憶，但同時，再激活也會增加新照片的錯誤記憶。
對照片的錯誤識別與海馬和vmPFC有關，在TTT理論中也被認為與記憶轉換有關。
系統整合的時間表
隨著時間的推移，記憶網絡重組和分布的具體規模和時間尚不確定。前人的研究得到了以下信息:(1)陳述性記憶網絡的大規模重組是在聯想記憶獲得的24小時內和電影剪輯復雜情節記憶編碼的壹周內；(2)自傳體記憶的重組可持續數月至數年(記憶網絡的重組可能持續壹生)；(3)嚙齒類動物的情景記憶可以激活海馬神經元兩天，但兩周後激活較少，記憶可能轉換為mPFC痕跡。
遠程記憶的形成與aCC中樹突棘的生長有關。脊柱聚合可以促進印記後情境記憶的發展，如Govindarajan A，Kelleher RJ，Tonegawa S (2006)壹個長時記憶印記的聚類可塑性模型。神經科學雜誌7:575–583 .皮質可塑性可能與鞏固早期皮質和海馬的相互作用有關。
例如Vetere G，Restivo L，Cole CJ，Ross PJ，Ammassari-Teule M，Josselyn SA，Frankland PW (2011)觸角皮層的脊柱生長對於情境恐懼記憶的鞏固是必要的。procnatl acad sci 108:8456–8460大鼠情境恐懼記憶的鞏固與aCC神經元的樹突生長有關。當MEF2用於抑制突觸生長時，發現它會阻礙鞏固相關的樹突棘的生長以及隨後在訓練窗期間的記憶表達。
結論:轉變合並的概念
鞏固意味著持續的轉變，而不是簡單的固定，這是壹個動態的非線性過程。TTT理論認為海馬和mPFC是壹個連續的交互過程，為大腦記憶網絡的結構提供了新的方向。