Нейроанатомический базис памяти Локализация памяти в мозге человека

Нейроанатомический базис памяти Локализация памяти в мозге человека и животных

Локализация памяти в мозге человека Френология Ф. Галль Современный френолог

Локализация памяти в мозге человека Френологические карты Галля

Локализация памяти в коре мозга

Локализация памяти в коре мозга Episodic Memory The medial temporal lobes, including the hippocampus and parahippocampus, form the core of the episodic memory system. Other brain regions are also necessary for episodic memory to function correctly.

Локализация памяти в коре мозга Semantic Memory The inferolateral temporal lobes are important in the naming and categorization tasks by which semantic memory is typically assessed. However, in the broadest sense, semantic memory may reside in multiple and diverse cortical areas that are related to various types of knowledge.

Локализация памяти в коре мозга Procedural Memory The basal ganglia, cerebellum, and supplementary motor area are critical for procedural memory.

Локализация памяти в коре мозга Working Memory The prefrontal cortex is active in virtually all working memory tasks. Other cortical and subcortical brain regions will also be active, depending on the type and complexity of the working memory task.

Структура рабочей памяти Две подсистемы рабочей памяти Alan Baddeley and Graham Hitch model Зрительно-пространственная и вербальная

Структура рабочей памяти Две подсистемы рабочей памяти Alan Baddeley and Graham Hitch Зрительно-пространственная и вербальная

Структура рабочей памяти Компоненты выявляются методом dual-task paradigm Декламация стихов во время езды на велосипеде – одинаково успешно выполняются одновременно и по отдельности. Однако декламация стихов и написание какого-либо текста одновременно существенно ухудшает выполнение хотя бы одного из заданий, поскольку они мешают другу. Ресурсы для обработки информации ограничены и используют некий совместный блок, и поэтому могут быть разделены на некоторые классы. Недавние работы показали, что тренировка выполнения «dual n-back task» может «усилить» рабочую память и, соответственно, умственные способности.

Петля «проговаривания» Phonological loop

Зрительно-пространственный «блокнот» Visuo-spatial sketchpad Выделяют зрительный (форма, цвет и проч. , visual cache), пространственный (расположение объектов в пространстве) и кинестетический (двигательный) компоненты (inner scribe, внутренняя разметка).

Episodic buffer Связывает информацию между отдельными блоками рабочей памяти и формирует интегративные единицы из зрительных, пространственных и вербальных компонентов организуя их во времени (при запоминании последовательности событий).

Локализация рабочей памяти в префронтальной коре Верхняя и нижняя части префронтальной коры: дорзолатеральная (пурпурн. ) вентролатеральная (зеленая) Обезьяны Человек

Нейрофизиологический базис рабочей памяти обезьяны: парадигма «delayed response task»

Нейрофизиологический базис рабочей памяти обезьяны: парадигма 0 длительность задержки (с) 3 6

Нейрофизиологический базис рабочей памяти обезьяны: результаты

Нейрофизиологический базис рабочей памяти обезьяны: парадигма «delayed matching to sample»

Нейрофизиологический базис рабочей памяти обезьяны: парадигма «delayed matching to sample» 40 нейронов у двух обезьян. Активируются во время процесса «считывания из рабочей памяти» (memory load)

Нейрофизиологический базис рабочей памяти человек: парадигма «N-back task» Последовательно предъявляют буквы на мс 500 с паузой 2500 мс DFFBCFBB N _ 1 no–no–yes–no–no–yes N _ 2 no–no–no–no–no N _ 3 no–no–no–yes–no

Нейрофизиологический базис рабочей памяти человек: парадигма «N-back task» Задача: реакция правой рукой – target hеакция левой рукой – nontarget

Нейрофизиологический базис рабочей памяти человек: парадигма «N-back task» Активность префронтальной коры увеличивается по мере увеличения трудности задачи (N)

Нейрофизиологический базис рабочей памяти человек: парадигма «N-back task» , активация DLPC и зоны Брока

Нейрофизиологический базис рабочей памяти человек: парадигма «N-back task» Активность префронтальной коры и зоны Брока увеличивается по мере увеличения трудности задачи (N)

Декларативная память Эпизодическая. Роль гиппокампа. Теория когнитивных карт John O’Keefe (1978) Гиппокамп для формирования сохранения и воспроизведения новой «эпизодической» информации.

Henry Gustav Molaison (1926– 2008), known as H. M. , was an American memory disorder patient whose hippocampus, parahippocampal gyrus, and amygdala were surgically removed in an attempt to cure his epilepsy. He was widely studied from late 1957 until his death. His case played a very important role in the development of theories that explain the link between brain function and memory, and in the development of cognitive neuropsychology, a branch of psychology that aims to understand how the structure and function of the brain relates to specific psychological processes. Molaison in 1953 before his surgery Most of HM's hippocampus was removed bilaterally

Functional brain imaging of temporal lobe during face recognition. (A) Face stimulus presented to a normal subject at time indicated by arrow. Graph shows activity change in the relevant area of the right temporal lobe. (B) Location of f. MRI activity in the right inferior temporal lobe.

Изучение эпизодической памяти у животных

Изучение эпизодической памяти у животных Водный лабиринт Морриса используется для изучения пространственной памяти. Крыса обучается находить скрытую платформу, неглубоко погруженную в непрозрачную воду. Вверху – траектория плавания во время обучения. Внизу – после обучения.

Изучение эпизодической памяти у животных

Изучение памяти у животных ( «клетки места» ) Когда мышь находится в определенном месте, в гиппокампе активируются определенные клетки (канонические «клетки места» ). При молекулярных нарушениях (устранение регуляции активности одного из фермента-киназы) у мышеймутантов функциональные «клетки места» отсутствуют – пространственная специфичность отсутствует.

Изучение памяти у животных ( «клетки места» ) Когда крыса находится в определенном месте, в гиппокампе активируются определенные «клетки места» .

Spatial firing patterns of 7 place cells recorded from the CA 1 layer of a rat. The rat ran several hundred laps clockwise around an elevated triangular track, stopping in the middle of each arm to eat a small portion of food. Black dots indicate positions of the rat's head; colored dots indicate action potentials, using a different color for each cell.

Изучение эпизодической памяти у животных Т-образный лабиринт используется для изучения пространственной памяти. Когда крыса находится в определенном месте (отмечено кругами), в гиппокампе активируются определенные клетки (канонические «клетки места» ), определяющие траекторию движения.

Анализ траектории передвижения мыши позволил выявить эффект избирательного удаления части гиппокампа. Системы видеотрекинга (автоматической регистрации траектории) радикально расширяют возможности анализа поведения животных. Траектория контрольной мыши Траектория мыши, лишенной каудального гиппокампа

Декларативная память. Семантическая У человека эпизодическая (episodic encoding) и семантическая (semantic retrieval) памяти тесно взаимодействуют. Задачи: «a-checking» и «living/nonliving» Активность представлена разностью: «living/nonliving» - «a-checking»

Декларативная память. Семантическая Задача: нажать на стимул (после длинной паузы), соответствующий по цвету образцу

Декларативная память. Взаимодействие семантической и рабочей памяти Задача: нажать на стимул (после длинной паузы), соответствующий по цвету образцу. «Двухцветная» задача. Эффект охлаждения префронтальной коры

Декларативная память. Взаимодействие семантической и рабочей памяти Задача: нажать на стимул (после длинной паузы), соответствующий по цвету образцу. «Четырехцветная» задача. Эффект охлаждения префронтальной коры

fusiform gyrus (веретенообразная извилина) в левой височной доле отвечает за распознавание языковых конструкций.

Декларативная память. Семантическая у человека Задачи: запомнить зрительно предъявляемые слова Тестирование: запомненные и забытые слова Активность в левой средней височной извилине одинакова в ответ на запомненные и забытые слова Активность в левой нижней префронтальной коре больше в ответ на запомненные, чем в ответ на забытые слова.

Декларативная память. Семантическая у человека Речевые зоны левого полушария человека

Речевые центры у человека данные нейропсихологических наблюдений (по А. Р. Лурия)

Центр восприятия слов формирование слова из последовательности символов Зрительное восприятие слов Центр слуха

Центр понимания слов формируются представления о значении слова Центр слуха Понимание «зрительных» слов

Лингвистические переменные высокого порядка идиоматические буквальные различие Идиоматические предложения вызывают более обширную активацию двигательных областей (особенно речевых). Абстрактная семантика связана с идеей неразрывности системы движение-восприятие.

Примеры предложений: А канонические В средней сложности (один переставленный объект) C высокой сложности (два переставленных объекта) D неграмматические

Схема предъявления предложений

Синтаксис представлен в поле 44 (зона Брока) На графике справа: максимальную активацию этой зоны вызывают предложения высокой синтаксической сложности (красная линия)

Синтаксис представлен в зоне Брока и в передней и задних частях височной доли 3 2 1 1 - построение локальной структуры фразы, 2 - отношения подчинения между составляющими предложения 3 - интеграция синтаксической и лексической (синтакс-релевантной) информации

Нейронная сеть, обеспечивающая речевые функции Представлены результаты более 100 ф. МРТ-экспериментов, которые отражают около 730 фокусов активности. Синие – обработка и генерация звуков речи Красные – семантика, значение слов и фраз Зеленые – смысл предложений и текста, синтаксис.

Нейронная сеть, обеспечивающая речевые функции 247 фокусов активности отражают фонологические процессы. Синие – обработка и генерация звуков речи

Нейронная сеть, обеспечивающая речевые функции 322 фокуса активности отражают семантические процессы. Красные – семантика, значение слов и фраз

Нейронная сеть, обеспечивающая речевые функции 161 фокус активности отражают смысловые и синтаксические процессы. Зеленые – смысл предложений и текста Ярко-зеленые - синтаксис.

Нейронная сеть, обеспечивающая речевые функции В 128 работах показаны 728 фокусов активности речевых процессов в левом полушарии (слева) Среди 128 работ в 59 показаны 218 фокусов активности речевых процессов в правом полушарии (справа)

Нейронная сеть, обеспечивающая речевые функции Внизу представлены результаты исследований, в которых показано билатеральное распределение фокусов активности речевых процессов в левом и правом полушариях.

Процедурная (моторная) память «как что-либо делать» Процедурная (имплицитная) память обеспечивает приобретение и сохранение - автоматизированных моторных навыков, - классических условных - и инструментальных рефлексов, - перцептуальных стратегий.

Движения глаз при болезни Паркинсона норма паркинсонизм

Изучение памяти у животных Т-образный лабиринт используется для изучения стратегии выбора: декларативная память – «place» - в гиппокампе; процедурная память – «response» - в стриатуме.

Изучение памяти у животных Т-образный лабиринт после одной недели обучения крысы используют стратегию «place» (декларативная память, гиппокамп)

Изучение памяти у животных Т-образный лабиринт после обучения в последующей неделе в первоначальных условиях крысы используют стратегию «response» (учатся повороту налево, процедурная память, стриатум)

Изучение памяти у животных После недельного обучения Если заблокировать стриатум, крысы не отличаются от контрольных и демонстрируют стратегию «place» . Стратегия «place» не зависит от стриатума.

Изучение памяти у животных После недельного обучения Если заблокировать гиппокамп крысы не демонстрируют никакой стратегии. На ранних стадиях обучения стратегия «place» зависит от гиппокампа.

Изучение памяти у животных После двухнедельного обучения Если заблокировать гиппокамп, крысы не отличаются от контрольных и демонстрируют стратегию «response» .

Изучение памяти у животных После двухнедельного обучения Если заблокировать стриатум, крысы демонстрируют стратегию «place» .

Процедурная (моторная) память Выделяют перцептивную и моторную память. В обеих системах память подразделяется на иерархические уровни, которые взаимодействуют между собой.