Der Hippocampus, der präfrontale Kortex und der perirhinale Kortex sind entscheidend für das Gedächtnis der zufälligen Ordnung

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Abstrakt

Beträchtliche Forschungen an Nagetieren und Menschen zeigen, dass der Hippocampus und der präfrontale Kortex für die Erinnerung an zeitliche Beziehungen zwischen Reizen unerlässlich sind, und sich häufende Beweise deuten darauf hin, dass auch der perirhinale Kortex beteiligt sein könnte. Die experimentellen Parameter unterscheiden sich jedoch erheblich zwischen den Studien, was unsere Fähigkeit einschränkt, die grundlegenden Beiträge dieser Strukturen vollständig zu verstehen. Frühere Studien unterscheiden sich in der Art der zeitlichenErinnerungSie betonen (z. B. Reihenfolge, Reihenfolge oder zeitliche Trennung), die Stimuli und Reaktionen, die sie verwenden (z. B. versuchsspezifische oder wiederholte Sequenzen und zufälliges oder belohntes Verhalten) und den Grad, in dem sie potenzielle Störfaktoren kontrollieren ( zB Primär- und Neuheitseffekte oder OrdnungGedächtnisdefizitesekundär zum ArtikelGedächtnisstörungen).Um bei der Integration dieser Erkenntnisse zu helfen, haben wir einen neuen Paradigmentest entwickeltbeiläufige Erinnerungfür eine versuchsspezifische Reihe von Ereignissen und gleichzeitiger Bewertung des Ordnungs- und Itemgedächtnisses bei Tieren mit Schäden am Hippocampus, präfrontalen Kortex oder perirhinalen Kortex. Wir haben festgestellt, dass dieser neue Ansatz zu einer robusten Ordnung und führteArtikelspeicher, und dass hippocampale, präfrontale und perirhinale Schäden selektivbeeinträchtigte Speicher bestellen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Hippocampus, der präfrontale Kortex und der perirhinale Kortex Teil eines breiten Netzwerks von Strukturen sind, die für das zufällige Erlernen der Reihenfolge der Ereignisse unerlässlich sindepisodisches Gedächtnis.

Leila M. Allen, Rachel A. Lesyshyn, Steven J. O'Dell, Timothy A. Allen, Norbert J. Fortin

1Center for the Neurobiology of Learning and Memory, University of California, Irvine, CA 92697 2Department of Neurobiology and Behavior, University of California, Irvine, CA 92697 3Cognitive Neuroscience Program, Department of Psychology, Florida International University , Miami, FL 33199

EINLEITUNG

Die Fähigkeit, persönliche Erfahrungen im Gedächtnis zeitlich zu organisieren, ist ein entscheidender Aspekt des episodischen Gedächtnisses. Mehrere Ansätze wurden entwickelt, um das Gedächtnis für „wenn“ Ereignisse bei Nagetieren und Menschen zu untersuchen (z al., 2005; Babb und Crystal, 2006; Kart-Teke et al., 2006; Barker et al., 2007; Fouquet et al., 2010; Allen et al., 2014) und zahlreiche Beweise deuten darauf hin, dass der Hippocampus (HC) spielt dabei eine zentrale Rolle (Eichenbaum, 2013; Davachi & DuBrow, 2015). Beispielsweise beeinträchtigen HC-Läsionen bei Nagetieren das zeitliche Ordnungsgedächtnis, aber nicht das Itemgedächtnis (Chiba et al. 1994; Fortin et al. 2002; Kesner et al. 2002; DeVito & Eichenbaum, 2011; Barker&Warburton, 201l; 2013). HC-Neuronen verstärken und wiederholen räumliche Sequenzen in der Reihenfolge, in der sie während des Lernens gefeuert wurden, was auf ein Gedächtnis für Sequenzen räumlicher Orte hindeutet (Skaggs & McNaughton, 1996; Farooq et al., 2019). Es wurde auch festgestellt, dass HC-Neuronen zuverlässig in bestimmten Momenten feuern während Lücken zwischen Stimuli ("Zeitzellen"; Pastalkova et al., 2008; MacDonald et al., 2013) und um zwischen Elementen zu unterscheiden, die in der richtigen oder falschen sequentiellen Position präsentiert werden ("Sequenzzellen"; Allen et al.. 2016) . In ähnlicher Weise haben MRT-Studien beim Menschen gezeigt, dass der HC während des Kodierens oder Abrufens verschiedener Formen zeitlicher Informationen über die eigenen Erfahrungen signifikant aktiviert wird (Cabeza et al., 1997; Hayes et al., 2004; Kumaran & Maguire, 2006; Lehn , et al., 2009; Ross et al., 2009; Ekstrom et al., 2011; Tubridy & Davachi, 2011; Hsieh et al., 2014; Davachi & Dubrow, 2015; Reeders et al., 2018).

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Der präfrontale Kortex (PFC) ist eine weitere Struktur, von der angenommen wird, dass sie eine Schlüsselrolle bei der zeitlichen Organisation von Erinnerungen spielt. Bei Nagetieren beeinträchtigen Läsionen und vorübergehende Inaktivierungen des medialen PFC die zeitliche Ordnungsunterscheidung für Objekte und räumliche Orte (Mitchell & Laiacona, 1998; Hannesson, et al. 2004a, b; Barker, et al., 2007; DeVito & Eichenbaum, 2011; Jayachandran et al., 2019). Darüber hinaus zeigen mediale PFC-Neuronen ein anhaltendes Feuern in der Lücke zwischen Reizen, was dazu beitragen kann, Reizassoziationen über die Zeit hinweg zu überbrücken (z. B. Cowen & McNaughton, 2007; Gilmartin & McEchron, 2005). Es gibt auch zahlreiche Belege aus Humanstudien, die PFC mit vergleichbaren Funktionen implizieren (siehe St. Jacques, et al., 2008; Jenkins & Ranganath, 2010; Preston & Eichenbaum; 2013; Hsieh & Ranganath, 2015; Reeders et al., 2018).

Neben HC und PFC kann auch der perirhinale Kortex (PER) eine wichtige Rolle spielen. Obwohl PER am häufigsten mit dem Item-Gedächtnis in Verbindung gebracht wurde (Murray et al., 2000, Bussey et al., 2002; Murray et al., 2007; Barker & Warburton, 2011; Feinberg et al., 2012), deutet die Häufung von Beweisen darauf hin, dass es auch zur Ordnung beitragen kann Erinnerung. Zum Beispiel wird angenommen, dass PER einheitliche Darstellungen von Ereignissen erleichtert, die über die Zeit hinweg auftreten, indem zeitlich diskontinuierliche Merkmale zu einem einzigen Wahrnehmungsobjekt im Gedächtnis kombiniert werden (Allen et al., 2007; Kholodar-Smith et al., 2008a; Kent & Brown, 2012). PER-Neuronen zeigen ein anhaltendes Feuern, das durch synaptische Stimulation in Vitra ausgelöst wird und länger als eine Minute nach Beendigung der Stimulation andauern kann, was darauf hindeutet, dass PER-Neuronen in der Lage sind, Ereignisse über zeitliche Lücken hinweg zu verknüpfen (Navaroli et al., 2012). Zuletzt wurde gezeigt, dass das Stummschalten der synaptischen Aktivität in medialen PFC-PER-Projektionen das Gedächtnis für gut trainierte Geruchssequenzen aufhebt (Jayachandran et al, 2019).

Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass es beträchtliche Unterschiede in den in den obigen Experimenten verwendeten Paradigmen gibt, was es schwierig macht, die spezifischen Beiträge von HC, PFC und PER vollständig zu verstehen. Erstens unterscheiden sich Paradigmen in der Art des zeitlichen Gedächtnisses, das sie betonen, einschließlich des Gedächtnisses für die relative Reihenfolge von Ereignissen (z. B. B trat vor D auf) für die spezifische Reihenfolge, in der sie auftraten (z. B. A wurde von B gefolgt, dann von C, dann D) oder für die zeitliche Trennung zwischen Items (z. B. A ereignete sich vor ~5 min, B~l min vor; siehe Friedman, 1993; Allen & Fortin, 2013). Zweitens beinhalten einige Paradigmen Nebensächlichkeiten

Lernen, ein Schlüsselaspekt des episodischen Gedächtnisses (Zhou et al., 2012), während andere (hauptsächlich bei Nagetieren) Reizpräsentationen oder Ordnungsbeurteilungen belohnen. Drittens beinhalten einige Paradigmen versuchsspezifische Abfolgen von Ereignissen, ein Schlüsselmerkmal des episodischen Gedächtnisses, während andere wiederholte Präsentationen derselben Ereignisse beinhalten. Schließlich beinhalten einige Paradigmen, typischerweise auch bei Nagetieren, Shortlists von Stimuli (2 oder 3 Elemente), sodass Bestellsonden die ersten und/oder letzten Probenelemente enthalten müssen. In solchen Fällen können zeitliche Gedächtnisurteile nicht auf Primacy- oder Recency-Effekte kontrollieren, die zu Unterschieden in der Gedächtnisstärke zwischen den Items führen können, und auf die Tatsache, dass sie gelöst werden könnten, indem sie sich nur an eines der Beispiel-Items erinnern (z. B. das Tier könnte sich erinnern). nur den letzten Punkt und vermeide ihn dann im Sondentest).

Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, frühere Erkenntnisse zu integrieren, indem gleichzeitig der Beitrag von HC, PFC und PER zum Ordnungs- und Artikelgedächtnis unter Verwendung eines neuen Paradigmas bei der Ratte bewertet wird. Aufbauend auf früheren spontanen Präferenzansätzen haben wir zunächst eine Aufgabe entwickelt, die die zufällige Reihenfolge und das Gedächtnis von Gegenständen für versuchsspezifische Ereignisserien testet. Insbesondere verwendet die Aufgabe eine lange Reihe von Ereignissen (5 Geruchspräsentationen), was den Einfluss von Primat- und Neuheitseffekten abschwächt, die Möglichkeit verringert, das Gedächtnis für nur ein Element in Ordnungsbeurteilungen zu verwenden, und auch eine bessere Parallele zu Humanstudien bietet. Zweitens führten wir selektive Schäden an HC, PFC oder PER durch und verglichen direkt die Leistung jeder Gruppe in Bezug auf das Bestell- und Artikelgedächtnis für dieselbe Reihe von Ereignissen. Wir fanden heraus, dass unser neuer Ansatz zu einem robusten Bestell- und Artikelgedächtnis führte und dass HC, PFCor PER selektiv das Bestellgedächtnis beeinträchtigten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein breites Netzwerk von Strukturen entscheidend dafür ist, die Reihenfolge der Ereignisse im episodischen Gedächtnis zufällig zu lernen.

METHODEN

Themen

Die Probanden waren männliche Long-Evans-Ratten, die bei der Ankunft 250-300 g wogen (n= 52). Die Ratten wurden einzeln in durchsichtigen rechteckigen Polycarbonatkäfigen untergebracht und in einem 12-Stunden-Hell-Dunkel-Zyklus gehalten (Licht aus um 8:00 Uhr). Alle Verhaltenstests fanden während der Dunkelphase (aktive Periode) unter Umgebungsbedingungen mit rotem Licht statt. Der Zugang zu Nahrung und Wasser war vor der Operation uneingeschränkt. Nach der Operation erhielten die Ratten eine leichte Nahrungseinschränkung, um 85 Prozent ihres Körpergewichts bei freier Fütterung bei freiem Zugang zu Wasser während des gesamten Tests aufrechtzuerhalten. Alle chirurgischen und verhaltensbezogenen Methoden entsprachen den Vorgaben des Irvine Institutional Animal Care and Use Committee der University of California.

Operationen

Exzitotoxische Läsionen wurden unter Verwendung lokaler Infusionen von NMDA (Sigma, St. Louis, MO) erzeugt. Eine allgemeine Anästhesie wurde eingeleitet (5 Prozent) und durch Isofluran (1-2,5 Prozent) gemischt mit Sauerstoff (800 ml/min) aufrechterhalten. Die Ratten wurden dann in den stereotaktischen Apparat (Stoelting Instruments, Wood Dale, IL) gesetzt und die Kopfhaut wurde mit Marcaine⑧ (7,5 mg/ml, {{10}},5 ml, sc) anästhesiert. Der Schädel wurde nach einem Mittellinienschnitt freigelegt und es wurden Anpassungen vorgenommen, um sicherzustellen, dass Bregma, Lambda und Stellen ± 0,2 mm lateral zur Mittellinie eben waren. Während der Operation wurde allen Ratten Glycopyrrolat (0,2 mg/ml, 0,5 mg/kg, sc) verabreicht, um Atembeschwerden vorzubeugen, und 5 ml Ringer-Lösung mit 5 Prozent Dextrose (sc) zur Hydratation. Nach Entfernung des Knochens über den Infusionsstellen ( siehe unten), NMDA wurde in das Gehirn unter Verwendung einer 33--Gauge-10-μ-Spritze (Hamilton Company, Reno, NV) infundiert, die von einer motorisierten Infusionspumpe (World Precision Instruments, Sarasota, FL) angetrieben wurde, die auf einem stereotaktischen Manipulatorarm montiert war. Die Nadel blieb für 5 min nach der Arzneimittelinfusion an der Injektionsstelle, um eine Diffusion zu ermöglichen. Dorsoventrale (DV)-Koordinaten wurden von der Dura mater aus gemessen. Die Probanden wurden nach dem Zufallsprinzip einer der fünf Gruppen zugeordnet: HCl-Läsion, PFC-Läsion PER-Läsion, sekundäre Kontrollläsionen des visuellen Kortex (V2) oder scheinoperierte Kontrollen.

HC-Läsionen （n{{0}}）.一Der Knochenabschnitt, der über den sieben HC-Infusionsstellen lag, wurde bilateral reseziert und blieb während der Infusionen in steriler Kochsalzlösung hydratisiert. Der Knochenschnitt wurde nach den Infusionen zurückgegeben. Drei bilaterale dorsale HC-Stellen wurden wie folgt anvisiert:-2.2 A/P,±1.0M/L,-3.0DV;{{7} }.0A/P, ±1,8/L,-2,8 D/V;-4,0A/P,±2,8 M/L, -2,6 D/V. Vier bilaterale ventrale HC-Stellen wurden wie folgt anvisiert:-4.8 A/P, ±4,8 ML, 6,5 D/V;-4.8 A/P, ±4,5 M/L,{{29 }}.3D/V;-5.7 A/P,±4.9 M/L,-2.8,D/V;-5.7A/,±5.1 ML, { {41}}.8 D/V. Jede HC-Stelle wurde mit 200-225 nL NMDA (85 mM; 50 mg/ml) bei 200-250 nL/min infundiert.

PFC-Läsionen (n {{0}}). – Kleine Löcher wurden dorsal der Infusionsstellen gebohrt, die auf den prälimbischen Kortex von PFC abzielten. PFC wurde bilateral mit 25 {{1{0}} nL NMDA infundiert (85 mM; 50 mg/ml) bei 200 L/min (3,2 A/R, ±0,75 M/L, -3,0 D/V von Dura) ähnlich Sharpe und Killcross (2012). PER-Läsionen （n=11）. 一Zwei Löcher wurden bilateral gebohrt (~-4 und -7 mm A/P, ~1 mm medial zum Temporalkamm) für Ankerschrauben zum Halten eines Gewebespreizers (Kholodar-Smith et al.2008a) . Dann wurden die Schläfenmuskeln weggezogen, um die Schläfen- und Scheitelknochen freizulegen, bis der Jochbogen sichtbar war. Der Gewebespreizer wurde zwischen den Ankerschrauben und der Innenfläche der Schläfenmuskeln befestigt. Der über dem zeitlichen Kortex liegende Knochen (~2 mm × 5 mm) wurde reseziert und das Fragment wurde in sterile Kochsalzlösung gegeben. Das Knochenfragment wurde nach den Infusionen zurückgegeben. Die Spritze (nicht bohrende Nadel; Hamilton Company, Reno, NV) wurde in einem 45-Grad-Winkel von der vertikalen Oberfläche des Schläfenkortex positioniert, wobei das Nadelöhr nach ventral und posterior gerichtet war, um den NMDA-Fluss in Richtung PER zu lenken. NMDA-Infusionen (85 mM; 50 mg/ml) wurden an 7-8-Stellen (80 nl pro Infusion; 70 nl/min; gleichmäßig beabstandet bei ~0,5 mm) über die rostrokaudale Ausdehnung von PER von -2 durchgeführt.8 zu -7.6 A/Prälativ zu Bregma (Burwell, 2001). Sieben Injektionen wurden vorgenommen, wenn ein großes Blutgefäß an einer beabsichtigten Infusionsstelle vorhanden war. Die Nadelspitze wurde relativ zur Dura etwa 1,5 mm in die Kortikalis eingeführt.

Kontrollen des sekundären visuellen Kortex (V2) (n=8). – Kleine Löcher wurden dorsal der V2-Infusionsstellen gebohrt. Die V2-Stellen wurden mit 250 nl NMDA (85 mM) bei 200 l/min infundiert (-4 0,5 A/P, ±2,5 M/L; -0 0,8 D/V von Dura). Scheinoperierte Kontrollen (n=10). – Diese Probanden unterzogen sich den gleichen chirurgischen Eingriffen wie ihre entsprechende Läsionsgruppe (Anzahl: HC,4; PFC,4; PER,2), außer dass keine NMDA-Infusion durchgeführt wurde. Nach Läsionen wurden Schnitte genäht und mit einem topischen Antibiotikum verbunden. Die Ratten wurden in ihre Käfige zurückgebracht und überwacht, bis sie aufwachten. Einen Tag nach der Operation wurde den Ratten ein Analgetikum (Flunixin, 50 mg/ml, 2,5 mg/kg sc.) verabreicht, und ein topisches Antibiotikum wurde auf die Inzisionsstelle aufgetragen. Den Ratten wurde erlaubt, sich vor dem Verhaltenstest etwa zwei Wochen lang von der Operation zu erholen.

Geruchsreize

Duftstoffe wurden auf runden 1-Zoll-Holzperlen (Woodworks Ltd. Haltom City, TX) präsentiert, die jeweils mit einem Haushaltsgewürz parfümiert waren (siehe Feinberg et al., 2012). Gewürz.Für jede Ratte wurden Düfte pseudozufällig ausgewählt, um Düfte über Reihenpositionenüber die Versuchspersonen hinweg auszugleichen und wiederholte Düfte zu vermeiden.Düfte wurden aus der folgenden Liste ausgewählt: Piment, Anis, Basilikum, Lorbeerblätter,Kardamom, Sellerie, Zimt, Nelke, Koriander , Kreuzkümmel, Dillkraut, Fenchel, Ingwer, Zitronenschale, Muskatnuss, Rosmarin, Salbei, Majoran, Minze, Orangenschale, Paprika, Thymian und Kurkuma Der Sand wurde hinzugefügt, um Geruchsstoffe zu verdünnen und als einheitlicher Hintergrundgeruch für alle Perlen zu dienen Die Geruchsliste sowie die Geruchskonzentrationen im Sand wurden empirisch unter Verwendung einer unabhängigen Kohorte naiver Ratten bestimmt, um sicherzustellen, dass die gleichen Grade der angeborenen Präferenz für die einzelnen Gerüche sichergestellt sind (Daten nicht gezeigt). Ratten wurden vor dem Testen mit Holzperlen vertraut gemacht durch mehrere unparfümierte Kügelchen für mindestens zwei Tage in ihre Käfige legen, bevor Verhaltenstests durchgeführt werden (Spinetta et al., 2008; O’Dell et al., 2011; Feinberg et al., 2012). Die Vertrautheit mit Holzperlen sorgte dafür, dass sich die Tiere während der Tests auf den Geruch konzentrierten, der den Versuchsperlen hinzugefügt wurde.

Geruchs- und Gegenstandsgedächtnis testen

Naive Ratten wurden für 3-5 Tage nach der anfänglichen Ankunft und während der Verhaltensprozeduren kurz behandelt. Alle Verhaltenssitzungen wurden im Heimkäfig jeder einzelnen Ratte durchgeführt. Die Verhaltenstests begannen nach der postoperativen Genesung und fanden während der Dunkelphase (aktive Periode) unter Umgebungsbedingungen mit rotem Licht statt. Ratten wurden während der Verhaltenstests bei 85 Prozent ihres Gewichts bei freier Fütterung gehalten, weil wir herausfanden, dass Pilotratten Kügelchen länger und konsequenter untersuchten, wenn sie leicht futterbeschränkt waren (siehe auch Feinberg, et al. 2012). Eine Stunde vor dem Verhaltenstest wurden Futtertrichter und Wasserflaschen entfernt, um die Ratten an die Testbedingungen zu gewöhnen. Eine Reihe von fünf Gerüchen wurde als Ereignissequenz präsentiert, wobei jede Geruchspräsentation durch ein 20-Minuten-Intervall getrennt war (siehe Abbildung IA). Jedes Kügelchen wurde in der Mitte des vordersten Quadranten des Käfigs präsentiert und die Untersuchungszeiten (definiert als Schnüffeln und Rühren innerhalb von ~1 cm des Kügelchens) wurden auf einem Laptop-Computer unter Verwendung der ODLog-Software aufgezeichnet. Um sicherzustellen, dass alle Gerüche in der Reihe gleichwertig beprobt werden, bestimmt die Zeit, die für die Beprobung des ersten Geruchs aufgewendet wird (verfügbar für insgesamt 30 s), wie viel Zeit jede Ratte hat, um jeden nachfolgenden Geruch zu beproben (z. B. wenn eine Ratte verbrachten 4 s mit der Untersuchung von Geruch A, würden wir sicherstellen, dass die Gerüche B bis E jeweils 4 s lang beprobt wurden). Testsitzungen, in denen eine Ratte keinen Probengeruch im gleichen Ausmaß wie den ersten Geruch (innerhalb eines 5-Minuten-Zeitfensters) erforschte, wurden nicht in die Analyse aufgenommen. Um eine Kreuzkontamination zu verhindern, wurde jedes Kügelchen nach jeder Präsentation während der Probenahme oder des Tests entsorgt, und der Experimentator wechselte die Handschuhe jedes Mal, wenn ein neues Kügelchen verwendet wurde.

Das Gedächtnis für die Reihenfolge, in der Gerüche präsentiert wurden, und das Gedächtnis für die Gerüche selbst wurde dann unter Verwendung einer Reihenfolgesonde und einer Elementsonde bewertet (siehe Abbildung IA). Die Auftragsprobe wurde 60 min nach der Probenliste verabreicht und beinhaltete die Präsentation von zwei Gerüchen aus der Liste (B vs. D). Unsere Pilotarbeit zeigte, dass Ratten auch andere Ordnungsprüfungen oberhalb des Zufallsniveaus durchführen könnten (z. B. A vs. C, C vs. D), aber dass die Leistung variieren könnte (ähnlich den Ergebnissen in Fortin et al., 2002). Daher wurde hier eine einzige Geruchspaarung gewählt, um die statistische Aussagekraft zu maximieren. In Übereinstimmung mit früheren Arbeiten (z. B. Dere et al., 2005) erwarteten wir, dass Tiere ihre Erinnerung an die Reihenfolge, in der Ereignisse auftraten, zum Ausdruck brachten, indem sie vorzugsweise das Element untersuchten, das früher in der Serie auftauchte. Die Item-Memory-Sonde wurde 20 min nach der bestellten Sonde (~80 min nach der Probenliste) verabreicht und beinhaltete die Präsentation von zwei Gerüchen: dem mittleren Geruch aus der Liste und einem neuen Geruch (C vs. X). Die Item-Sonde ist eine wichtige Kontrolle, um sicherzustellen, dass sich die Ratten an die auf der Liste präsentierten Gerüche erinnern, was als bevorzugte Untersuchung des Neuen/Geruchs (gegenüber dem zuvor angetroffenen Geruch) ausgedrückt wird. Beachten Sie, dass sowohl für Bestell- als auch für Artikelsonden die Perlen in denselben Käfigquadranten wie die Probenperle gelegt und etwa 3 cm voneinander entfernt positioniert wurden (siehe Abbildung 1B), wobei die linke/rechte Position über Ratten hinweg ausbalanciert war. Die Explorationszeit für jede Perle wurde in ODLog aufgezeichnet.

Schnell präsentierte Sequenzbedingung

Wir haben die gleichen Gruppen auch in einer anspruchsvolleren Version des Paradigmas getestet, in der die Abfolge der Items schneller präsentiert wird (~45 Sekunden zwischen den Items). Alle Abläufe, einschließlich der Aufbewahrungsfristen vor der Bestellung und der Artikelgedächtnisprüfung (60 bzw. 80 min), waren ansonsten identisch.

Kontrollzustand der Gedächtnisstärke

Wir führten ein Kontrollexperiment in einer separaten Kohorte naiver Tiere durch, um die Möglichkeit zu berücksichtigen, dass die Leistung bei der bestellten Sonde einfach von Unterschieden in der Gedächtnisstärke der untersuchten Elemente abhängt. Hier wurde den Ratten eine Reihe von fünf Gerüchen gegeben, wobei jede Geruchspräsentation durch ein 20-Minuten-Intervall getrennt war, das den Hauptaufgabenparametern entsprach. Anschließend wurde jeder Ratte ein Geruch aus der Sequenz neben einem neuen Geruch präsentiert (z. B. As.V, VBS.W, Cvs.X, Dvs.Y, E.vs.Z). Sondentest war 60 min. Jede Ratte erhielt fünf Sitzungen (auf ausgeglichene Weise), in denen alle Vergleiche durchgeführt wurden (ein Vergleich pro Sitzung). Pro Sitzung und Tag wurde nur eine Sequenzposition getestet, mit mindestens einem freien Tag zwischen den Testsitzungen. Jede Sitzung beinhaltete eine neue, sich nicht überschneidende Reihe von Gerüchen.

Datenanalyse

DI-Werte reichen von plus 100 bis -100 Prozent . Positive Werte entsprechen einer Präferenz gegenüber dem früheren Geruch in der bestellten Probe und dem neuen Geruch in der Artikelprobe. Negative Werte entsprechen einer Bevorzugung des späteren Geruchs in der bestellten Sonde oder des zuvor angetroffenen Geruchs in der Artikelprobe. Eine Punktzahl von Null zeigt an, dass keiner der beiden Gerüche bevorzugt wird (Zufall). DI-Punktzahlen, die sich signifikant von Null unterscheiden, werden als Beweis für die Reihenfolge bzw. das Erinnerungsvermögen interpretiert. Jedes Tier wurde bei jeder Aufgabe dreimal getestet (unter Verwendung unterschiedlicher Geruchssätze) und die mittlere Punktzahl jeder Ratte wurde für die Datenanalyse verwendet.

Statistiken wurden unter Verwendung von Prism 8 durchgeführt. Gruppendaten wurden unter Verwendung einer Varianzanalyse (ANOVAs) mit Post-hoc-Tests analysiert, die die Anzahl der durchgeführten Vergleiche kontrollierten (unter Verwendung von Holm-Sidak-Tests oder der Bonferroni-Korrektur). Gruppendaten werden als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) ausgedrückt. Die statistische Signifikanz wurde unter Verwendung von p bestimmt<>

Histologie

Ratten wurde eine Überdosis Natriumpentobarbital (Euthasol, 390 mg/ml, 150 mg/kg, ip) verabreicht und sie wurden transkardial mit 100 ml PBS perfundiert, gefolgt von 200 ml 4-prozentigem Paraformaldehyd (pH 7,4; Sigma-Aldrich, St. Louis , MO), wurden die Gehirne über Nacht in 4 Prozent Paraformaldehyd nachfixiert und danach zum Kryoschutz in eine 30 Prozent Saccharoselösung gegeben. Gefrorene Gehirne wurden auf einem verschiebbaren Mikrotom (50 um; koronale Orientierung) in vier Sätze unmittelbar benachbarter Schnitte für eine zellkörperspezifische Cresylviolett-Färbung und eine neuronenspezifische NeuN-Färbung geschnitten. Die genauen Methoden für jeden Fleck werden an anderer Stelle ausführlich beschrieben (siehe Ergänzende Materialien von Kholodar-Smith et al., 2008a).

Läsionsanalyse

Unter Verwendung der Software Image J und Photoshop (Version CS6) wurde das Ausmaß der neurotoxischen Schädigung des HC, PER, PFC und V2 sowie des lateralen entorhinalen Kortex, des infralimbischen Kortex und des anterioren cingulären Kortex basierend auf seriellen NeuN-gefärbten Schnitten geschätzt .

ERGEBNISSE

Ausmaß der Läsion

HC-Läsionen. – HC-geschädigte Probanden hatten große und vollständige Läsionen am gesamten HC, während umgebende Fasern verschont blieben (Abbildung 3A). Es gab einen deutlichen Mangel an HC-Gewebe über die gesamte rostral-kaudale Ausdehnung der Gehirne. Eine zweidimensionale Läsionsbereichsanalyse wurde unter Verwendung von NeuN-gefärbten Schnitten durchgeführt. Insgesamt waren 85,5 ± 2,52 Prozent des Hippocampus läsiert. Es gab keinen Unterschied im Schaden, der in der linken Hemisphäre (85,72 ± 2,77 Prozent) im Vergleich zur rechten Hemisphäre (85,36 ​​± 2,26 Prozent) erzeugt wurde; -Prüfung).

PFC-Läsionen. – Patienten mit PFC-Läsionen hatten große Läsionen im prälimbischen Kortex (PL) und in geringerem Maße im infralimbischen Kortex (IL; Abbildung 3B). PL, IL und ACC wurden in eine quantitative zweidimensionale Läsionsflächenanalyse eingeschlossen. PL war am stärksten geschädigt (40,34 ± 3,25 Prozent), gefolgt von IL (18,23 ± 5,85 Prozent), und es gab sehr wenig Schaden an ACC (5,03 ± 1,60 Prozent). Das Ausmaß der Schädigung von PL ist ähnlich dem, was zuvor mit einer ähnlichen Läsionstechnik festgestellt wurde (DeVito & Eichenbaum, 2011), jedoch wurde das Ausmaß der Schädigung von Regionen außerhalb der PL in dieser Studie erheblich reduziert. Daher spiegeln alle Auswirkungen dieser Läsionen trotz geringfügiger Schäden außerhalb der Region wahrscheinlich hauptsächlich die PL-Funktion wider. Unter Verwendung eines t-Tests mit gepaarten Stichproben fanden wir keinen signifikanten Unterschied in der Schädigung der PL auf der linken Hemisphäre (37,96 ± 3,55 Prozent) im Vergleich zur rechten Hemisphäre (42,72 ± 3, 86 Prozent; t{{26} }.40,p=0.09).

PER-Läsionen. – Bei Personen mit PER-Läsion konzentrierte sich der Schaden auf das kortikale Gewebe, das den mittleren hinteren Rhinalsulcus umgab (Abbildung 3C), wobei 58,32 ± 4,27 Prozent des vollen Ausmaßes der PER-Läsion (A/P-2) auftraten. 0 bis -7.2). Der Großteil des Schadens trat im hinteren PER (A/P-4.0 bis -7.2) auf, wo der durchschnittliche Gesamtschaden 80,23 ± 4,54 Prozent betrug . Unter Verwendung eines t-Tests mit gepaarten Stichproben stellten wir fest, dass es keinen Unterschied in der Schädigung des posterioren PER in der linken Hemisphäre (76,34 ± 5,30 Prozent) im Vergleich zur rechten Hemisphäre (84,13 ± 5,08 Prozent) gab; t10=-1.62 ,p=0.14). Es gab auch einen geringfügigen Schaden an dem Teil des lateralen entorhinalen Kortex (LEC), der sich unmittelbar ventral von Bereich 35 von PER befindet (36,71 ± 4,21 Prozent). Das Ausmaß des Schadens ist ähnlich dem, was zuvor bei der Verwendung dieser Läsionstechnik festgestellt wurde (Kholodar-Smith et al., 2008a; Feinberg et al. 2012).

V2-Läsionen. – V2-Läsionsratten dienten als Negativkontrolle, um zu demonstrieren, dass eine Schädigung des Kortex, der über HC liegt, in einer Region, die zuvor nicht mit dem Sequenzgedächtnis assoziiert war, die Leistung bei unserer Aufgabe nicht beeinträchtigt. Der Schaden war weitgehend auf V2 beschränkt, mit 40,38 ± 3,27 Prozent Schaden insgesamt bei den Ratten. Bei vier der Ratten gab es eine geringfügige einseitige Beschädigung von CA1, und bei zwei Ratten gab es eine geringfügige beidseitige CA1-Schädigung. Dieser Schaden schien sich jedoch weder auf die Auftrags- noch auf die Artikelprüfung auf ihre Leistung auszuwirken.

Scheinläsionen. – HC-, PFC- und PER-Schein-Ratten (n=4, 4 bzw. 2) zeigten keine merklichen Anzeichen einer Hirnschädigung, wie mit histologischen NeuN-Färbungen beurteilt wurde. Somit wurden die Scheintiere während aller Verhaltensexperimente so interpretiert, als hätten sie volle und normale neuronale Fähigkeiten, und sie wurden für nachfolgende Analysen kombiniert.

Bestell- und Artikelspeicher

Wie erwartet waren die Leistungsniveaus bei scheinoperierten Tieren und V2 gleich hoch. verletzte Tiere, also fassten wir sie zusammen, um die Kontrollgruppe zu bilden.

Leistung bei Auftragsspeichersonden.

Eine einfache ANOVA wurde verwendet, um Unterschiede im Diskriminationsindex (DI) auf der bestellten Sonde über Läsionsgruppen hinweg zu untersuchen. Es gab einen signifikanten Haupteffekt der Gruppe (Fy, 48=5.084, p=0.0039), und Post-hoc-Vergleiche zeigten, dass sich die Kontrollgruppe signifikant von den HC-, PFC- und PER-Gruppen unterschied (Holm -Sidak testet p's<0.05).one-sample-tests showed="" that="" the="" control="" group="" was="" significantly="" different="" from="" chance(di="0;" t17=""><0.0001),but the="" lesioned="" groups="" were="" not(hc:tu0="0.8667,p=0.4064;PFC:to" =1.941,p="0.0783;PER:t10=1.310,p=0.2196)." to="" limit="" the="" number="" of="" posthoc="" tests,="" pairwise="" comparisons="" among="" hc,="" pfc,="" and="" per="" groups="" were="" not="" directly="" tested;="" instead,="" group="" differences="" were="" examined="" using="" a="" group="" x="" probe="" interaction="" (see="" below).="" see="" figure="" 2a="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Leistung bei Elementspeichertests.

A one-way ANOVA on item memory performance did not show a significant difference across groups(Group effect: F3.48= 1.167,p=0.3320), and no group was significantly different from the control group (Holm-Sidak tests p's>0.05). Unter Verwendung von t-Tests bei einer Stichprobe gegen den Zufall (DI=0) zeigten alle Gruppen eine signifikante Präferenz für den neuartigen Geruch (Geruch X) im Vergleich zu dem in der Sequenz präsentierten Geruch (Gerüche; alle p's<0.001). see="" figure="" 2b="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Direkter Vergleich von Bestell- und Artikelproben.

Eine Zweiweg-ANOVA mit wiederholten Messungen wurde verwendet, um die Gruppenleistung über Sondentypen hinweg zu vergleichen. Wir fanden signifikante Haupteffekte von Group (F,48=5.80,p=0.002) und Probe (F1.48=32.55,p<0.001).however, the="" group="" x="" probe="" interaction="" did="" not="" reach="" significance="" (f3,48="1.96," p="0.133)indicating" that="" the="" pattern="" of="" results="" did="" not="" significantly="" differ="" across="" lesion="" groups,="" post-hoc="" comparisons="" revealed="" that="" di="" scores="" were="" significantly="" lower="" on="" the="" order="" probes="" relative="" to="" the="" item="" probes="" for="" the="" hc,="" pfc="" and="" per="" groups="" (bonferroni-corrected="" one-sample="" t-tests;=""><0.017), whereas="" the="" control="" group="" showed="" no="" significant="" difference.="" these="" findings="" strongly="" suggest="" that="" the="" deficit="" observed="" is="" selective="" to="" order="" memory="" and="" cannot="" be="" attributed="" to="" a="" secondary="" impairment="" in="" item="" memory.="" these="" data="" are="" displayed="" in="" the="" form="" of="" difference="" scores="" (dlorder-ditem)="" in="" figure="">

Kontrollbedingungen und Analysen

Schnelle Präsentation der Probenliste.

Um die Leistung zwischen den Gruppen zu dissoziieren, haben wir dieselben Tiere bei einer anspruchsvolleren Version der Aufgabe getestet, bei der die Probenliste schneller präsentiert wurde (~ 45 Sekunden zwischen den Elementen). Wir fanden heraus, dass alle Gruppen ein starkes Itemgedächtnis zeigten (nicht signifikanter Gruppeneffekt: F3,41=1.48,p=0.24; alle Gruppen zeigten t-Tests bei einer Stichprobe über 0 , p<0.05).however, none="" of="" the="" groups,="" including="" the="" control="" group,="" showed="" clear="" order="" memory="" under="" this="" condition(non-significant="" group="" effect:="" f,41="1.09,p=0.365;" mean="" di="" for="" all=""><0.2), which="" makes="" it="" difficult="" to="" further="" interpret="" these="">

Gedächtnisstärke.

We ran a control experiment in a separate cohort of naive animals to determine whether the memory strength of the different sample odors was significantly different at the time of the ordered probe. We found no significant differences in item memory across odor positions (F4.20=0.88,p=0.49), suggesting that all positions are remembered equally well (i.e., they have the same memory strength). Furthermore, all odor positions were significantly greater than chance exploration times for the novel odor(DI>0). Daher ist es höchst unwahrscheinlich, dass die Gedächtnisstärke in unserem Paradigma für Ordnungsgedächtnisurteile verantwortlich sein kann.

Geruchsproben.

Die erste Geruchsperle der Probephase stand der Ratte insgesamt 30s zur Verfügung. Insgesamt untersuchten die Ratten es aktiv für 4,14 ± 1,49 Sekunden (Mittelwert ± 1 Standard; gemittelt über 3 Sitzungen für jedes Subjekt). Diese Probenahmezeit wurde über Sitzungen und Läsionsgruppen hinweg unter Verwendung einer ANOVA mit wiederholten Messungen verglichen. Wir fanden heraus, dass Ratten ihre Probenahmezeit über die drei Sitzungen verringerten (Mittelwerte von 4,82 s, 4,67 s bzw. 4,13 s; signifikanter Haupteffekt der Probenahmezeit; F,.138=24.06,p<0.001), but="" that="" this="" effect="" did="" not="" differ="" across="" groups(non-significant="" session="" lesion="" interaction;f9,138="1.18,p=0.31).There" was="" a="" significant="" main="" effect="" of="" group="" (f146="3.339," p="0.027)," though="" the="" means="" were="" very="" close(3.85s,4.39s,="" 5.00s,="" and="" 3.88s="" for="" controls,="" hc,="" pfc,="" and="" per,="" respectively).="" a="" post-hoc="" holm-sidak="" test="" revealed="" slightly="" longer="" sample="" times="" in="" pfc="" animals="" relative="" to="" controls=""><0.037), but="" no="" other="" group="" differences="" were="" observed(p's="">0.05). Es ist unwahrscheinlich, dass dieser kleine Gruppenunterschied unsere Ergebnisse verfälscht hat; obwohl dies in der PFC-Gruppe zu einer etwas höheren Ordnungs- und Item-Memory-Leistung geführt haben könnte. Wichtig ist, dass dieser Effekt im Wesentlichen durch die in Abb. 2C gezeigten Differenzbewertungen herausgerechnet wird. Die Schlüsselkontrolle hier ist, dass wir für jedes Tier die Untersuchungszeit innerhalb einer Sequenzpräsentation gleichgesetzt haben.

Diskussion

Unter Verwendung eines neuen zufälligen Gedächtnisparadigmas bewerteten wir die Auswirkungen einer selektiven Schädigung des HC, PFC oder PER auf das Bestell- und Artikelgedächtnis. Wir fanden heraus, dass jede der drei geschädigten Gruppen im Vergleich zu den Kontrollen signifikant im Ordnungsgedächtnis beeinträchtigt war und dass die Defizite von vergleichbarer Größenordnung waren. Wichtig ist, dass wir auch herausfanden, dass alle Läsionsgruppen ein normales Itemgedächtnis zeigten, was darauf hinweist, dass ihre Fähigkeit, sich an die präsentierten Items zu erinnern, intakt blieb (dh ihr Defizit war spezifisch für die Unfähigkeit, sich an ihre Reihenfolge zu erinnern). Während zuvor gezeigt wurde, dass diese Strukturen für verschiedene Formen des zeitlichen Gedächtnisses wichtig sind, gab es erhebliche Unterschiede in den Aufgabenanforderungen zwischen den Studien und daher die Notwendigkeit, ihre Beiträge innerhalb desselben Experiments zu bewerten. Die vorliegende Studie hilft bei der Integration dieser früheren Ergebnisse, indem sie zeigt, dass HC, PFC und PEReach eine Schlüsselrolle bei der Erinnerung an versuchsspezifische Abfolgen von Ereignissen spielen, ein grundlegendes Merkmal des episodischen Gedächtnisses.

Integration der Schlüsselmerkmale des episodischen Gedächtnisses in ein einziges Paradigma

Das episodische Gedächtnis beinhaltet die Erinnerung an eine Reihe von Erfahrungen unseres täglichen Lebens, die zufällig kodiert und bei Bedarf abgerufen werden (Tulving, 1972; Allen & Fortin, 2013). Daher ist es bei der Modellierung des episodischen Gedächtnisses bei Tieren wichtig, die zufällige Natur der episodischen Kodierung zu erfassen (z. B. Dere et al., 2005; Zhou et al., 2012). Dazu haben wir eine zufällige Version eines Paradigmas We entwickelt zuvor verwendet, um das Reihenfolge- und Gegenstandsgedächtnis zu bewerten, bei dem Tiere während der Probenahme von Gegenständen und Sondentests ausdrücklich belohnt wurden (Fortin et al., 2002).

Dieses Paradigma geht über frühere Bemühungen hinaus, indem es Schlüsselmerkmale anderer Modelle des episodischen Gedächtnisses (z. B. Chiba et al., 1994; Mitchell & Laiacona, 1998; Fortin et al.,2002; Kesner et al,2002; Hannesson et al.,2004a,b; Babb und Crystal, 2006; DeVito & Eichenbaum,2011; Barker & Warburton,2011; Warburton et al, 2013). Erstens, um sich auf die zufällige Kodierung und den Abruf zu konzentrieren, wurden Geruchspräsentationen während der Probenliste oder Sondentests nicht belohnt. Stattdessen machten wir uns die Tendenz von Nagetieren zunutze, vorzugsweise neue Stimuli zu erkunden, um das Gedächtnis zu bewerten, ein Ansatz, der von anderen entwickelt und validiert wurde (siehe Ennaceur, 2010). Genauer gesagt, stellten wir fest, dass Kontrolltiere, wenn ihnen zwei Stimuli präsentiert wurden, bevorzugt das frühere der beiden Elemente auf der bestellten Sonde und den neuartigen Geruch auf der Elementsonde erkundeten, die wir als Indikator für die Reihenfolge bzw. das Elementgedächtnis verwendeten. Wir glauben, dass die Präferenz für den früheren Geruch eine ethologisch relevante Strategie in Bezug auf ein optimales Futtersuchverhalten ist (z. B. findet die Ratte wahrscheinlicher, dass Nahrung oder Wasser an einer früheren Position wieder aufgefüllt wird als an einer späteren, weil mehr Zeit vergangen ist; siehe Allen & Fortin ,2013). Dieses Verhalten könnte unterstützt werden, indem bestimmte Elemente mit ihrer sequentiellen Position oder Darstellung des zeitlichen Kontexts oder durch sequentiell gepaarte Assoziationen verknüpft werden (z. B. Allen et al. 2014. Jayachandran et al. 2019; Long & Kahana 2019). Zweitens, um die Kodierung auf den olfaktorischen Reiz zu konzentrieren, wurden Gerüche auf Holzperlen präsentiert, die ansonsten in allen anderen sensorischen Attributen identisch sind, und jede Perle wurde nur einmal verwendet, um eine Kontamination mit dem Tier oder der Einstreu zu vermeiden (siehe Feinberg, et al., 2012 O'Dell, et al., 2012, Spinetta, et al., 2008).Zusätzlich wurden alle Kügelchen an derselben Stelle präsentiert, und die Links-Rechts-Konfigurationen bei den Sondentests wurden über Tiere und Sitzungen hinweg ausgeglichen räumliche Lage irrelevant für die Leistung. Drittens, um die Möglichkeit zu kontrollieren, dass das Ordnungsgedächtnis einfach auf Unterschiede in der Gedächtnisstärke zwischen den beiden Elementen zurückzuführen sein könnte, stellten wir sicher, dass die Untersuchungszeit für alle Gerüche (für jede Liste und jedes Tier) gleich war. Schließlich verwendeten wir eine längere Probenliste als andere Paradigmen (in diesem Fall 5 Geruchspräsentationen). Die Verwendung von fünf Elementen in der Probenliste ermöglichte es uns, unsere Reihenfolge- und Elementprüfungen auf die mittleren drei Elemente zu konzentrieren, die sich in unserem Kontrollexperiment als vergleichbare Gedächtnisstärke erwiesen haben (Dl's von ~0,6), und Reihenfolgeprüfungen mit einzubeziehen erste oder letzte Stichprobenelemente (die durch Primacy- oder Recency-Effekte verwechselt werden können).

Ein unerwartetes Verhaltensergebnis war, dass die schnelle Version der Aufgabe (~45 s zwischen den Elementen während der Stichprobe) kein zuverlässiges Ordnungsgedächtnis in den Kontrollen zeigte. Während unsere Pilotarbeit zeigte, dass diese schnelle Version zu einem nachweisbaren Ordnungsgedächtnis führen könnte, unterschied sich die Kontrollgruppe in der vorliegenden Studie nicht signifikant vom Zufall. Ein genauerer Blick auf die Leistung einzelner Kontrolltiere legt nahe, dass sich eine Untergruppe wie unsere Pilottiere verhielt, während der Rest den Effekt nicht zeigte, was zu einer erhöhten Variabilität führte. Die zukünftige Verwendung dieser Aufgabe kann von einer systematischen Variation der Intervalllängen profitieren, um die Beziehung zwischen Artikelverzögerungen und der Zuverlässigkeit/Stärke des resultierenden Auftragsgedächtnisses zu beleuchten.

Beiträge von HC, PFC und PER zum Gedächtnis für die Reihenfolge der Ereignisse

In der bestellten Sonde stellten wir fest, dass die Kontrollen, eine Gruppe, die HC-, PFC- und PER-Shams sowie V2-Läsionen (eine Negativkontrolle) kombinierte, eine signifikante Präferenz für den Geruch zeigten, der früher in der Sequenz auftrat (Geruch B), was darauf hindeutet dass sie ein intaktes Gedächtnis für die Reihenfolge der Ereignisse haben. Allerdings zeigten Ratten, denen entweder HC, PFC oder PER eine Läsion zugefügt wurde, keine Präferenz für entweder Geruch B oder D und daher keinen Hinweis auf ein Ordnungsgedächtnis. Bei der Item-Sonde zeigten alle Gruppen eine signifikante Präferenz für den neuartigen Geruch (Geruch X), was darauf hindeutet, dass sie ein vergleichbares Gedächtnis für die auf der Liste präsentierten Items hatten und somit das Defizit des Ordnungsgedächtnisses nicht einfach eine Folge eines Fehlers war um sich an die präsentierten Gerüche zu erinnern. Dieser Befund des verschonten Objektspeichers nach HC-, PFC- oder PER-Schäden stimmt mit früheren Berichten überein. Beispielsweise wurde zuvor gezeigt, dass HC oder PFC für die Neuheitsdiskriminierung nicht erforderlich sind (Feinberg et al., 2012; Barker, et al., 2007; Fortin, et al., 2002; Mitchell & Laicona, 1998). Darüber hinaus führten PER-Läsionen bei einer verwandten Aufgabe in keinem der getesteten Retentionsintervalle (5 min bis 48 h) zu Defiziten im Geruchserkennungsgedächtnis für die Art der hier verwendeten Geruchsstoffe (Haushaltsgerüche), obwohl die Erkennung von sozialen/Gerüchen war bei langen Retentionsintervallen beeinträchtigt (Feinberg, et al.2012).

Unsere Ergebnisse stimmen mit früheren Läsionsstudien bei Nagetieren überein, die den HC unter Verwendung einer Vielzahl von Paradigmen mit dem Ordnungsgedächtnis impliziert haben (Kesner & Novak, 1982; Chiba, et al. 1994; Mitchell & Laiacona, 1998; Fortin, et al., 2002; Kesner , et al.2002; DeVito & Eichenbaum, 201l; Barker & Warburton, 2011; 2013) und mit neuropsychologischen und bildgebenden Studien am Menschen (Cabeza et al., 1997; Hayes et al., 2004; Kumaran & Maguire, 2006; Lehn, et al. ,2009; Ross et al., 2009; Ekstrom et al., 2011; Tubridy & Davachi, 2011; Hsieh et al., 2014; Davachi & Dubrow, 2015; Reederset al., 2018; zur Überprüfung Long & Kahana, 2019). Unsere Ergebnisse bauen auf diesen früheren Studien auf, indem sie zeigen, dass der HC eine Schlüsselrolle bei der zufälligen Codierung und dem Abrufen von Sequenzen nichträumlicher Episoden spielt, nachdem der verwirrende Einfluss von Primacy- und Recency-Effekten kontrolliert wurde. Wie der HC diese Funktion durchführt, bleibt zu bestimmen. Es wurde gezeigt, dass HC-Neuronen Informationen über den zeitlichen Kontext liefern, in dem Ereignisse aufgetreten sind (z. B. Manns et al., 2007; MacDonald et al., 2013; Allen et al. 2016), und es wird angenommen, dass der HC diese Art von raumzeitlichen Signalen verwendet episodische Erinnerungen zu bilden, indem Informationen über einzelne Ereignisse mit den räumlichen und zeitlichen Kontexten verknüpft werden, in denen sie aufgetreten sind (Allen & Fortin, 2013; Knierim, 2015; Eichenbaum, 2017). Die Aufklärung dieses Prozesses erfordert die Aufzeichnung der elektrophysiologischen Aktivität während der zufälligen Kodierung und des Abrufs einer Folge von Ereignissen.

PFC wurde auch mit dem Ordnungsgedächtnis sowohl bei räumlichen als auch bei Objektunterscheidungsaufgaben bei Nagetieren (Barker et al., 2007; Hannesson et al., 2004a, b; DeVito & Eichenbaum, 2011; Mitchell & Laicona, 1998; Fuster, 2001) und Menschen in Verbindung gebracht (Staresina & Davachi, 2009; Jenkins & Ranganath, 2010; Tubridy & Davachi, 2011; Allen & Fortin, 2013). nichträumliche Episoden. Jüngste Ergebnisse deuten darauf hin, dass PFC möglicherweise an der Steuerung beteiligt ist, wie Sequenzen aus HC-Speichern abgerufen werden, abhängig von aktuellen Verhaltensanforderungen (Jayachandran et al., 2019: Schmidt et al. 2019). Zukünftige Studien, die transiente Inaktivierungen bei dieser Aufgabe verwenden, können nützlich sein, um die spezifische Rolle von PFC bei der Kodierung und dem Abruf von versuchsspezifischen Ereignissequenzen aufzuklären.

Obwohl gezeigt wurde, dass das Stummschalten von Medaillen-PFC-Terminals bei PER das Sequenzgedächtnis stört (Jayachandran et al., 2019), ist dies der erste Bericht, der zeigt, dass Läsionen bei PER ein Defizit verursachen, das spezifisch für das zufällige Ordnungsgedächtnis ist. Dieser Effekt steht im Einklang mit früheren Beweisen, dass PER an der Überbrückung zeitlicher Erinnerungen an der Konditionierung von Spurenangst und der Vereinigung diskontinuierlicher Reize beteiligt ist (Kholodar-Smith, et al., 2008a, b; Navaroli, 2012). Außerdem haben Barker et al. (2007) berichteten, dass Ratten mit PER-Läsionen Defizite im Ordnungsgedächtnis haben, aber die Selektivität dieses Effekts war unklar, da sie auch signifikante Defizite im Wiedererkennungsgedächtnis fanden. Es gibt auch Bedenken, dass ihre Studie auf Objekterkennung beruhte, die empfindlich auf PER-Läsionen reagiert (z. B. Murray & Richmond. 2001; Bussey et al., 2005), und dass ihre Sequenz nur aus zwei Elementen bestand, die verwechselt werden können durch Primacy- und Recency-Effekte. Die hier beobachteten PER-Effekte verdeutlichen, dass die Rolle von PER im Gedächtnis über die Wahrnehmung von Objekten mit mehreren Merkmalen hinausgeht, indem sie zeigen, dass die Auswirkungen von Läsionen für das Gedächtnis spezifisch sein können. PER ist bekanntermaßen an der Modulation des Informationsflusses zwischen HC, PFC beteiligt und entorhinale Regionen (z. B. Paz et al. 2007), und diese modulatorische Rolle kann der Schlüssel zur Kodierung und zum Abruf von Ereignissequenzen sein.

Schlussfolgerungen

Wir haben ein neues Paradigma des zufälligen Bestell- und Artikelgedächtnisses entwickelt, das Schlüsselmerkmale aus anderen Modellen des episodischen Gedächtnisses integriert und gezeigt hat, dass HC, PFC und PER alle entscheidend für das Bestellgedächtnis sind. Während dies wichtige Ergebnisse sind, besteht der Hauptmangel der Studie darin, dass sich die Muster der Ergebnisse zwischen den drei Läsionsgruppen nicht signifikant unterschieden und daher die jeweiligen Beiträge dieser Strukturen nicht beleuchteten. Unsere Unfähigkeit, Unterschiede zwischen den Läsionsgruppen zu finden, war hauptsächlich auf das experimentelle Design zurückzuführen, das viele Gruppen umfasste. Während dieses Design es uns ermöglichte, die Rolle jeder Struktur innerhalb desselben Experiments zu testen (ein Hauptziel der Studie), waren paarweise Vergleiche zwischen geschädigten Gruppen unpraktisch, da die Anzahl der durchgeführten Post-hoc-Tests kontrolliert werden musste. Wir hatten gehofft, dass die schnell präsentierte Version dieser Aufgabe dazu beitragen könnte, die Rollen dieser Strukturen über Zeitskalen hinweg zu differenzieren, aber leider führte diese alternative Version nicht zu einem robusten Ordnungsgedächtnis bei den Kontrollpersonen. Ein weiterer Faktor, der möglicherweise ebenfalls zu der fehlenden Differenzierung zwischen HC-, PFC- und PER-Effekten beigetragen hat, ist unsere Verwendung von Läsionen vor dem Training, die alle Gedächtnisstadien betrafen (dh Codierungskonsolidierung und -abruf). Zukünftige Studien, die vorübergehende Inaktivierungen verwenden, könnten geeigneter sein, um unterschiedliche Beeinträchtigungen aufzudecken, indem sie die Möglichkeit bieten, auf ein bestimmtes Stadium abzuzielen von Ereignissen im episodischen Gedächtnis. Die Aufklärung der spezifischen Art ihrer jeweiligen Beiträge sowie ihrer zugrunde liegenden neuralen Mechanismen erfordert weitere Untersuchungen.