海马体结构预测相关项目重新激活的皮质指数

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研究背景

关系记忆的关键组成部分之一是将记忆体验的组成元素结合在一起的能力，这种能力是由海马体负责支持的。之前研究表明，这些关系绑定可用于在存在关系绑定关联的情况下重新激活缺失项目的皮层处理器。具体来说，在测试之前对被试者呈现人脸和场景配对的显示并记录了事件相关光信号 (EROS)，并在后续测试的场景展示时探测到了所配对的面部处理皮层区域（颞上沟，STS）的重新激活。此实验将同一预览范式中的 EROS 测量与海马完整性的解剖学估计（海马体积的结构 MRI 测量和平均分数各向异性和扩散率的扩散张量成像测量）相结合，以提供证据表明海马正在调解这种再激活现象。
 

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研究方法
 

2.1、被试

研究共有15名有效被试，其中男性7人，女性8人，平均年龄为68.3岁。
 

2.2、实验材料

视觉刺激包含444张彩色人脸图片以及592张风景图片。
 

2.3、实验过程

实验流程包括学习试次组和测试试次组。如图1a所示，学习组中参与者被告知需要学习并记住人脸与风景的配对。人脸和风景会先单独出现750ms，随后一起出现1500ms。如图1b所示，测试组中风景图片先单独出现1000ms，随后与一张人脸图片一起出现2500ms；被试者需判断这对人脸-风景组合是否在学习阶段看到过。

图1.学习试次组与测试试次组。
 

2.4、数据采集和处理

使用六个同步 ISS 型号 96208 频域血氧计（Imagent®；ISS, Inc., Champaign, IL）记录光学数据。光源是发射波长为 830 nm 的激光二极管（最大振幅：10 mW，复用后的平均振幅：1 mW），调制频率为 110 MHz。光纤用于将每束光引导至头皮表面。检测器是连接到光电倍增管 (PMT) 的光纤束（直径 = 3 mm）。源和探测器光纤安装在改装的摩托车头盔上。24 个探测器和 64 个源（见图 2）覆盖了皮质表面。源探测器距离介于 15 和 94 毫米之间。为避免串扰，源的排列使得在多路复用循环的任何给定时分期间，只有一个源在任何给定检测器的 6 cm 范围内。检测以 39.0625 Hz 的频率从 384 个通道（源和检测器的配对）进行记录。

图2. 源和探测器的分布。
 

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研究结果
 

3.1 测试阶段不同试次的行为反应结果

结果显示在测试阶段，被试者对于之前没有出现过的刺激（novel）展现了更快更准确的反应；而在学习阶段出现过，与当时匹配刺激一起出现（match）和不一起出现（re-pair）的试次，没有展现出反应时长和准确率的差别（表1）。

表1. 测试阶段每种试次的准确率和反应时长。
 

3.2、测试阶段由风景图片刺激激活的区域

图3a显示了在学习阶段人脸vs.风景的EROS数据。图3b显示了在测试阶段旧风景刺激（学习阶段出现过）vs. 新风景刺激（都为单独出现时）的EROS比较数据。图3a和b展示的显著EROS数据差异均在左侧STS, 且有重合区域。

图3. （a）学习阶段在 409 ms 和 435 ms 时左侧 STS 中面部优先试验与场景优先试验的研究试验期间的活动。(b) 测试阶段风景刺激单独出现时左侧 STS 中 742 毫秒和 767 毫秒的活动。
 

3.3、海马体结构与其他结果的相关性

海马体体积与左侧STS的激活度呈正相关，与反应的正确率也呈正相关 （图4）。

图4. 海马体体积与STS激活程度和反应正确率的关系。
 

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结论

这项研究提供了海马体与重新激活皮层中相关项目的能力之间关联的直接证据。这些发现支持海马体对于关系绑定的使用至关重要的观点。此外，这些结果证明了海马体和皮层处理器之间的相互作用，以重新激活存储在整个皮层中的相关信息。

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