College 13

Deze flashcards zijn ontworpen om de belangrijkste concepten rondom geheugen consolidatie en reorganisatie te bestuderen, zoals besproken in de lezingen van Lucia M. Talamini.

Geheugen reorganisatie

Geheugen is niet statisch

Allerlei veranderingen

1. Vergeten

2. Consolidatie

3. Interactie met nieuwe informatie 

> post encoding processes

> spelen zich parallel af

Vergeten + oorzaken overschrijving uitleggen synaps niveau

Het verlies van opgeslagen informatie door verschillende mechanismen.

door onbruik

• passief verval plasticiteitsmechanismen

door overschrijving

• synapsen raken meer verbonden met nieuw ensemble dan met een ouder ensemble

• synapsen ondergaan LTD

Consolidatie eigenschappen vergeetkans

Vergeetkans daalt naarmate encoderen langer geleden

• Geheugensporen worden in 1ste paar minuten na acquisitie minder gevoelig voor interferentie

• Ribot’s Regression or gradient law (1882): hersen laesies hebben groter effect op recente dan op oudere herinneringen

consolidatie neurale mechanismen, ktg, ltg, synaptische consolidatie en system-level consolidatie

• Van elektrische reverberatie naar synaptische modificatie (seconden/enkele min)

• Korte termijn geheugen > neural activity-based

• Langere termijn geheugen > chemische en structurele modificatie van synapsen

---

Synaptische consolidatie(minuten/uren)

• synaptische verandering, oiv neuromodulatorenen arousal / emotie

---

‘ System-level consolidation’ (weken/maanden/langer?)

• Recodering op systeem niveau. Betrokkenheid verschillende hersen gebieden in recente en oudere herinneringen.

Complementaire geheugensystemen hippo en neo snelheid leren

Complementaire leersystemen ondersteunen geheugen

• hippocampus is een snelle leerder, snapshots maken van episodes

• maaar een shot leerder zal snel zijn geheugen verliezen door interferentie

• de neocortex is een langzame leerder. informaite over de tijd heen, regelmatigheden

Hippocampo-corticale recodering

neocortex heeft lage plasticiteit

hippocampus hoge plasticiteit

Trace-link model ; structure

sensory input via neocortex

neocortex = trace systeem

hippocampus = link systeem

Stadia in ‘system-level’ consolidatie

stage 1

• informatie komt trace binnen, bijna geen acetylcholine aanwezig (wordt aangemaakt)

stage 2

• connecties tussen link en trace vormen, oiv acetylcholine

stage 3

• links vormen tussen trace

stage 4

• links tussen trace en link verdwijnen langzaam, acetylcholine verdwijnt ook

is er evidentie voor hippocampo-corticale consolidatie? episodisch vs semantisch

Episodisch geheugen is gevoelig voor interferentie

• i.e. meer dan semantisch geheugen

• Aangetoond in geheugen studies met interferentie paradigma’s (psychologie)

• In lijn met snelle overschrijving

Hippocampus-afhankelijke items vs neocortex

3 maanden 4 condities :

1. object herkenning en gedetailleerde object herkenning == geen hippocampus voor nodig

2. object locatie en object object == hippocampus voor nodig :

2. groene is echt recht geel bijna recht verlopen heel anders, veel steiler lijkt weg te zijn, ondersteunt dat » hippocampus afhankelijke configuratie delen informatie veel sneller vervalt dan object informatie

Oude vs nieuwe herinneringen

oude en nieuwe herinneringen zijn niet hetzelfde in onze ervaring

recente episodische herinneringen 

• hippocampus-afhankelijk 

• sterk configurationeel, weet nog precies hoe wat waar

Oude autobiografische herinneringen

• minder of niet hippocampus-afhankelijk

• gros van de configuraties tussen componenten (objecten, locaties, volgorden) verloren - klein deel geconsolideerd

• oorspronkelijk aan herinnering verbonden emoties verloren 

• herinnering is ‘gesemantiseerd’ >  stukje autobiografische kennis geworden

Tijdelijke rol hippocampus in lange termijn geheugen Klinische bevindingen 

tijdelijke gradueel retrograde amnesie voor leasies van MTL, (oa hippocampus

in andere delen van de cortex zie je

• temporally flat retrograde amnesia for lesions of other (neo)cortical areas, taalproblemen bijv ineens kan je dat niet meer, grammatica ofz

Bevestiging in dier experimenten - tijdelijke rol hippocampus in ltg

Hippocampus laesies

geheugentaak: contextuele angst conditionering

• Laesie kort na acquisitie > amnesie

• Laesie na enkele weken > geheugenretentie (wel herinneren)

Hippocampo neocorticale recodering ondersteund via fMRI experiment

dag 1 seet herinneringen

dag 2 andere, vervolgens

getoetst door elkaar heen » wat gebeurd er over de tijd heen

zijn ze anders opgeslagen?

Activiteitsveranderingen met consolidatie reusltaten

voor de oude herinneringen was er minder activiteit in de hippocampus maar meer in de corticale regio’s waar die informatie verwerkt wordt

Increases with consolidation in

• FFA, PPC,

Decreases with consolidation in hippocampus

Veranderingen in functionele connectiviteit met consolidatie bevindingen 2

functionele connectiviteit == modulatie is van activiteit tegelijkertijd in verschillende gebieden

Functional connectivity decreases:

hippocampus » early vis areas, FFA, PPC

Functional connectivity increases:

FFA » early vis areas, PPC / motor cortex

welke herinneringen worden geconsolideerd?

Consolidatie kans is hoger voor…

Emotionele stimuli:

• i.e. informatie met hoge biologische relevatie

• Verhoogde excretie van neuromodulatoren ‘boost’ geheugen processen, inc. perceptie, encodering en synaptische consolidatie van de stimulus.

• Emotionele stimuli worden ook op de lange termijn beter onthouden dan neutrale, maar directe ondersteuning voor preferentiele consolidatie op systeem-niveau ontbreekt

---

Regelmatigheden:

• Regelmatigheden in een associatieve stimulus set

werden preferentieel geconsolideerd en langer onthouden dan unieke associaties

regelmatigheden ; Generalisatie over episodische geheugensporen + resultaten + hersengebied

helft van de locaties golden regelmatigheden voor, waren complex konden niet bewust worden

Gedrag

• hogere geheugenprestatie

• Generalisatie naar nieuwe items

• Generale kennis blijft langer behouden dan zonder regelmatigheden

Neurale correlaten

• Functionele connectiviteit tussen neocorticale gebieden stijgt

• Fronto-hippocampale dialoog is de basis voor het onderscheiden van regelmatigheden

> Gegeneraliseerd geheugenspoor wordt ge-extraheert en opgeslagen op

neocorticaal niveau

• ipv vele individuele representaties van gezicht-locatie paren

mediofrontal cortex » hippocampus

Interacties oude en nieuwe geheugensporen

• Reproductie van gehoord verhaal is doorspekt met vervangingen naar ‘eigen inzicht’

• » vermenging met reeds opgeslagen informatie

• Proactieve & retroactieve interferentie

• Geheugen is geen accuraat informatie archief maar een boek dat constant herschreven wordt

Ophalen herinnering induceert plasticiteit

“Retrieval induced plasticity”

• Geheugensporen worden bij ophalen weer plastisch/labiel

• Gevoelig voor aanpassingen of vergeten

• Door interactie oude geheugenpoor met nieuwe informatie

• Daarna weer (re-)consolidatie nodig om geheugenspoor weer stabiel te maken

Is aanleren van semantische kennis afhankelijk van hippocampus? HM

• Bij volledige lesies van hippocampus zeer traag leren van regelmatigheden (semantische kennis)

• HM à duurde jaren voor hij weg kon vinden in nieuw onderkomen (verpleeg instituut)

• Ook rat experimenten

Voor groot deel dus wel

• Leren van associatieve regelmatigheden is waarschijnlijk strikt afhankelijk van hippocampus

• Intacte hippocampus vergemakkelijkt en versnelt wss semantisch geheugen die niet afh is van hippocampus

Speciale rol voor slaap? re-organisatie geheugen door de jaren heen

Idee al heel oud

• Hartley (1802): Dromen versterkt associaties » meer resistent

tegen vergeten

• Freud (1913): The interpretation of dreams

Eerste exp bevindingen

• Ebbinghaus (1885): vergeten van nonsense lettergrepen.

Vergeetcurve stabiliseert 24 uur na leren. Maar ook relatieve

stabilisatie over eerste nacht slaap

• Ebbinghaus schrijft het toe aan fouten in data

Slaap & Consolidatie eerste ideeen

• Jenkins & Dallenbach (1924): rol van slaap in

stabilisatie??

• Studenten onthouden veel meer over slaap dan over dag

interval (n=2)

Van Ormer (1933):

• zelfde resultaat met korte verhalen

Slaap voorkomt vergeten doordat geen retroactieve interferentie?

Vroege slaap en consolidatie literatuur: methodologische problemen

Gemengde resultaten

Bv Meienberg (1977): woordparen > geen effect slaap

Bv Koninck (1989): vreemde talen > wel effect slaap

Groot probleem

Slaap deprivatie: algemene cognitieve gebreken door

vermoeidheid à bemoeilijkt interpretatie van resultaten

Recoding of memories during sleep

Replay of wake-time neuronal firing sequences during SWS in rats

herhaalde representatie, door nachtelijke reactievatie van geheugensporen

Recente paradigma’s » methadologische problemen oplossen, slaap consolidatie onderzoek

• Meer oog voor confounds door aspecifieke effecten van slaap

deprivatie en circadiane effecten

1. Invoeging herstel nacht(en) tussenslaapdeprivatie en test

2. Controles for circadiane confounds

Sleep benefits perceptual and procedural memory expeeriment + resultaten

• Texture discrimination task

» T of L herkennen

n Participanten getraind

n Slaap gedepriveerd in 1ste

nacht na training

n Getest na 3 nachten

A. Verbetering voor en na 1 nacht slapen

B. Verbetering over dagen. Witte balk: slaap deprivatie in 1ste nacht.

C. Slaap verbetering correleert met SWS in 1ste kwartiel van

nacht en REM in laatste kwartiel van nacht

Sleep benefits episodic memory

Training on episodic memory task > face location binding

- Test of immediate recall

- Test of delayed recall (no feedback) at 12h and 24h retention

interval

niet slaap,waak maar ging ook om volgorde

• slaap » waak

• waak » slaap

resultaten

waak + slaap heel veel vergeten

slaap + waak veel minder vergeten

bevestigd consolidatie rol van slaap ook voor episodisch geheugen

Generalisatie over episodische geheugensporen sematisatie van

zelfde taak als eerder met die generalisatie

4 Experimenten…

• Dutje

• Slaap deprivatie met herstelnachten

• Vergelijken slaap en waak intervallen in natuurlijk slaapwaak

ritme

– controle voor circadiane effecten

• Decontextualisatie tijdens slaap

Resultaat

• Slaap en waak dragen in ongeveer gelijke mate tot generalisatie en decontextualisatie

en ‘system-level consolidation’?

• Men gaat uit belangrijke rol voor slaap,

maar…

• Moet nog blijken

bewijs dat slaap actief helpt bij geheugenconsolidatie

• Mensen die meer slaapspoeltjes hebben → beter geheugen na slaap

• Meer diepe slaap (SWS) → beter geheugen

• Sterkere trage oscillaties → beter geheugen

swarp-wave ripples : ratten onderbreekt, vergeten ze wat ze vóór de slaap hebben geleerd

Slaapspoeltjes (sleep spindles)

Trage oscillaties

• Wanneer je deze ritmes bij mensen versterkt »
  → Presteren mensen beter op geheugentests na de slaap
  → Dus trage oscillaties helpen actief bij consolidatie

neocortical behoorlijk synchrone corticale staat verandering van stille fase zonder vuren naar actieve fase met vuren

depol komen vooral die rippels voor

en in die depol komen vaak hippocampal ripples vor

framework voor synaptische versterking

Targetted memory reactivation by presenting memory cues during sleep

slaapspoeltjes

• Task: Associate words with screen locations

• Words presented in blocks

• Blocks‘biased’ to left or right visual field

Set-up

• Leftward blocks > with odor A

Rightward blocks > with odor B

30 s on - 30 s off, during nonREM sleep

Results

Local spindling in ‘corresponding’

place area reflects memory reactivation

geheugen reactivatie dirrect gecorreleerd met spindels

Geheugenmanipulatie tijdens slaap

Selectieve reactivatie van specifieke geheugensporen

• dmv Aanbieden geheugen cue tijdens slaap

– bv auditieve geheugen cue

• tijdens nrem en rem slaap

samenvatting

consolidatie : kans op vergeten van informatie daalt over de tijd

• typische vergeetcurve volgt een exponentiele of powerfunctie

• verschillende odnerliggende neurale mechanismen, die op verschillende tijdsschalen ageren

hippocmapus heeft tijdelijke rol in lange termijn geheugen

recodering geheugensporen van hippocampus afhanekelijke naar hippocampus onafhankelijke vorm

gaat nog verder …