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Neuropsychology

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Overview

Fonte: Laboratori di Jonas T. Kaplan e Sarah I. Gimbel—University of Southern California

L'amnesia anterograda è la perdita della capacità di formare nuovi ricordi. Questo può essere distinto dall'amnesia retrograda, che è la perdita di vecchi ricordi. L'amnesia anterograda può derivare da danni alle strutture del cervello che sono coinvolte nella formazione di nuovi ricordi. I pazienti che hanno danni alle strutture del lobo temporale mediale, tra cui l'ippocampo, l'amigdala e le cortecce circostanti, spesso hanno gravi deficit nella formazione di alcuni tipi di ricordi. Questi casi possono essere informativi su come la memoria è organizzata nel cervello e su come diversi sistemi supportano diversi tipi di ricordi.

In questo video, testeremo un paziente con danno al lobo temporale mediale su una serie di attività di memoria progettate per distinguere tra diverse forme di memoria. In primo luogo, testeremo la memoria a breve termine o di lavoro, che è il processo che utilizziamo per tenere temporaneamente a mente le informazioni. Successivamente, testeremo due diverse forme di memoria a lungo termine: memoria esplicita e implicita. I ricordi espliciti sono coscienti e facili da verbalizzare. Ad esempio, i ricordi di fatti o episodi della nostra vita sono ricordi espliciti. Possiamo facilmente dire a qualcuno cosa abbiamo mangiato a colazione, o quale città è la capitale della Francia. La memoria implicita implica la conoscenza che acquisiamo dall'esperienza, ma che non è facilmente esprimibile. Ad esempio, saper fare le cose, o abituarsi a uno stimolo sono forme di memoria implicita.

Queste procedure si basano in parte su studi del famoso paziente Henry Molaison, noto anche con le sue iniziali H.M., che aveva una grave amnesia anterograda a seguito di un intervento chirurgico per epilessia intrattabile in cui parti di entrambi i lobi temporali sono state resecate. 1 Eseguiremo un test di digit span, che misura la memoria a breve termine, un test di apprendimento associato accoppiato, che misura la memoria esplicita o dichiarativa, e mirror-drawing, un test di apprendimento implicito delle abilità. 2

Procedure

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1. Reclutare partecipanti.

  1. Reclutare un paziente con danno al lobo temporale mediale.
    1. Ci sono diverse cause di danno del lobo temporale mediale, che vanno dalla chirurgia alle malattie virali e ad altre condizioni degenerative. In questo studio testeremo un paziente simile a Henry Molaison a cui sono state rimosse parti dell'ippocampo e del lobo temporale circostante come parte di un trattamento chirurgico per l'epilessia.
    2. Per essere in grado di trarre conclusioni sulle strutture cerebrali coinvolte in varie forme di memoria, eseguire neuroimaging per identificare e descrivere l'estensione delle strutture danneggiate.
  2. Recluta 15 soggetti di controllo di pari età con cervello sano e nessuna storia di malattie neurologiche.
  3. Ottenere il consenso informato dei partecipanti.

2. Prova la memoria a breve termine: Digit Span.3

  1. Fornire istruzioni al partecipante.
    1. Istruisci il partecipante che quando sente una serie di cifre, deve cercare di ricordarle e parlarle allo sperimentatore, in ordine, non appena lo sperimentatore ha finito di elencare le cifre.
  2. Eseguire il test dello span delle cifre in avanti.
    1. Pronuncia un elenco di cifre al paziente, ad una velocità di circa 1/s. Le cifre vengono estratte da un elenco di cifre casuali.
    2. Inizia con una sequenza di quattro cifre. Eseguire tre prove di quattro cifre. Se il partecipante ripete correttamente una delle tre sequenze di quattro cifre senza errori, nell'ordine corretto, passare a sequenze a cinque cifre.
    3. Ogni volta che il partecipante ripete correttamente una delle serie, aumentare la lunghezza della sequenza di cifre. Se il partecipante non ripete correttamente nessuna delle tre serie, il test viene eseguito; registrare la lunghezza massima della sequenza che il partecipante è stato in grado di ripetere correttamente.
  3. Eseguire il reverse digit span test.
    1. La procedura è esattamente la stessa del Forward Digit Span, tranne per il fatto che al partecipante viene chiesto di ripetere i numeri nell'ordine inverso. Ad esempio, se lo sperimentatore parla 5, 6, 1, 4, la risposta corretta è 4, 1, 6, 5.
    2. Trova la lunghezza massima della sequenza che il partecipante è in grado di ripetere utilizzando la stessa procedura di cui sopra.

3. Testare la memoria esplicita: apprendimento verbale accoppiato-associato. 4

  1. Fornire istruzioni al partecipante.
    1. Dì al partecipante che in questo test sentirà una serie di coppie di parole e che dovrebbe cercare di ricordare le parole che vanno insieme. Dì al partecipante che dopo aver ascoltato tutte le coppie di parole, gli verrà data una parola e ci si aspetterà che venga fuori la sua coppia. Fai un esempio al partecipante: "Ad esempio, potresti sentire le parole elephant-desk. Più tardi, quando dico elefante,mi aspetto che tu risponda alla scrivania".
  2. Presentare la fase di studio.
    1. Leggi le 15 coppie di parole al partecipante, una alla volta. Le 15 coppie di parole sono tratte dalla lista in Uttl et al., 2002. 4 Leggere una coppia di parole ogni 5 s circa.
  3. Presentare la fase di test.
    1. Al termine della fase di studio, attendere tre minuti. Quindi leggere la prima parola di ciascuna delle coppie di parole e chiedere al partecipante di generare la parola accoppiata dall'elenco originale. Se il partecipante non risponde in 10 s, o indica che lui o lei non lo sa, quella prova è considerata errata.

4. Testare la memoria implicita: Mirror Drawing. 5

  1. Fornire istruzioni al partecipante.
    1. Dì al partecipante che devono tracciare intorno al contorno della figura stellare a cinque punte sul pezzo di carta di fronte a loro, rimanendo il più possibile all'interno delle linee. Spiega che non saranno in grado di vedere direttamente la loro mano; la loro mano sarà vista solo attraverso un riflesso speculare.
  2. Eseguire il test Mirror Drawing.
    1. Posizionare la mano del partecipante nell'apparecchio da disegno a specchio (Figura 1). Questo apparecchio consente al partecipante di vedere la propria mano solo attraverso la riflessione dello specchio.
    2. Chiedi al partecipante di tracciare la forma della stella dalla freccia iniziale tutt'intorno.
    3. Una volta che il partecipante completa un disegno, attendi 5 minuti e ricomincia con un disegno a stella fresca.
    4. Completare 10 prove dell'attività di disegno a specchio.

Figure 1
Figura 1: L'apparato di disegno a specchio. Questo apparecchio consente al partecipante di vedere la propria mano solo attraverso il riflesso dello specchio. L'obiettivo è quello di tracciare all'interno le doppie linee della forma a stella senza toccare le linee. Questo è un compito difficile perché il feedback visivo dallo specchio è in conflitto con il feedback sensoriale e motorio della mano.

Per molte persone, la creazione di nuovi ricordi e il ricordo di quelli vecchi avvengono senza soluzione di continuità. Tuttavia, in caso di amnesia, questi processi vengono interrotti.

Quando gli individui non riescono a ricordare vecchi ricordi, pronunciano il nome del loro animale domestico d'infanzia o dove sono cresciuti, soffrono di amnesia retrograda. Confronta questo con l'amnesia anterograda – un'incapacità di formare nuovi ricordi – come il viaggio verso l'oceano oggi non sarà ricordato domani.

Questo gradiente di memoria, che va da fatti ed episodi accaduti molto tempo fa al presente, ha portato a importanti scoperte su come il cervello organizza e memorizza i ricordi.

In questo video, testeremo un paziente con danno cerebrale specifico al lobo temporale mediale, simile al famoso H.M. che soffriva di grave amnesia anterograda. Studieremo una serie di compiti progettati per distinguere tra diverse forme di memoria, così come altri casi in cui la perdita di memoria varia con l'entità del danno cerebrale.

In questo esperimento, a due gruppi di partecipanti – pazienti con danni noti all'ippocampo e al lobo temporale circostante e controlli sani – viene chiesto di completare tre distinti compiti di memoria: digit span test, verbal paired-associate learning e Mirror Drawing.

Nel primo compito, il Digit Span Test, ai partecipanti viene chiesto di ascoltare e ricordare una serie di cifre, iniziando prima con una sequenza randomizzata di quattro numeri. Alla fine di ogni lista, vengono istruiti a parlarli in ordine.

Le sequenze sono raggruppate in blocchi di tre, con ogni linea contenente numeri diversi. Se il partecipante è in grado di ripetere una qualsiasi delle righe all'interno di un blocco senza errori, viene aggiunta un'altra cifra, creando un secondo blocco. Questo processo viene continuato fino a quando il partecipante non ripete erroneamente un ordine.

Quando ciò accade, l'attività viene modificata e i partecipanti devono ripetere le sequenze al contrario. Ad esempio, se vengono pronunciati 5, 6, 1, 4, la risposta corretta sarà 4, 1, 6, 5. In entrambi i casi, la variabile dipendente è il numero massimo di cifre che sono stati in grado di ripetere correttamente.

I test Forward e Reverse Digit Span verificano la memoria a breve termine o di lavoro, che è il processo che utilizziamo per tenere temporaneamente a mente le informazioni. Questo tipo di memoria non dipende dall'ippocampo, quindi i livelli di prestazione dovrebbero essere simili nelle amnesiaci e nei partecipanti normali.

Per il secondo compito, Verbal Paired-associate Learning, i partecipanti ascoltano prima 15 coppie di parole, tra cui coppie come bank-milk, durante la fase di studio e poi viene chiesto di ricordarle. Più avanti nella fase di test, una di ciascuna delle parole accoppiate viene verbalizzata e devono fornire l'altra metà.

Questa volta, la variabile dipendente è quante coppie di parole vengono ricordate correttamente. Si ipotizza che ci saranno più studi errati – quelli che richiedono più di 10 s per una risposta o sono ritenuti sconosciuti – per i pazienti rispetto ai controlli, perché il Test verbale accoppiato-associato valuta una forma di memoria a lungo termine denominata esplicita, che dipende dall'ippocampo.

Il terzo e ultimo compito è Mirror Drawing, in cui ai partecipanti viene chiesto di tracciare intorno al contorno di una stella a cinque punte su un pezzo di carta mentre guardano la loro mano nel riflesso di uno specchio.

Qui, la variabile dipendente è il numero totale di volte in cui il partecipante disegna al di fuori delle linee in ciascuna delle 10 prove. Ci si aspetta che entrambi i gruppi conservino ciò che hanno imparato nel corso di diversi studi per mostrare miglioramenti perché la forma di memoria a lungo termine che il disegno a specchio valuta è procedurale – memoria implicita che coinvolge conoscenze che non sono facilmente esprimibili – ed è indipendente dall'ippocampo.

Per iniziare, prima reclutare pazienti con danno del lobo temporale mediale noto. Verificare l'entità del loro danno sulle immagini MRI prese dopo l'intervento chirurgico, più comunemente per il trattamento dell'epilessia. Inoltre, reclutare controlli di pari età senza alcuna storia di disturbi neurologici o malattie.

Dopo aver ottenuto il consenso di tutti i partecipanti, spiega le istruzioni per il primo compito, il Digit Span Test, che prevede la ripetizione di una serie di cifre nello stesso ordine in cui sono state dichiarate. Elabora che la sequenza si allungherà fino a quando non riusciranno più a ricordare tutti i numeri.

Da un foglio di insiemi randomizzati, leggi la serie a quattro cifre 4-6-3-1, ad un tasso di 1 numero per s, e fatti ripetere a ciascun partecipante. [I partecipanti dicono: 4-6-3-1]. Si noti che una cifra viene aggiunta alla lunghezza purché una delle tre sequenze all'interno di un blocco venga ripetuta correttamente.

Continuare fino a quando i partecipanti non riescono a ripetere correttamente una delle tre serie e successivamente registrare le lunghezze massime della sequenza ottenute per ciascuna. Successivamente, modificare l'attività in modo che i partecipanti ripetano le cifre in ordine inverso utilizzando la stessa procedura di prima. Ancora una volta, registrare le lunghezze massime che sono state ripetute correttamente all'indietro.

Dopo una pausa di 2 minuti, ora spiega le regole per il prossimo compito, Apprendimento verbale accoppiato-associativo: sentiranno 15 coppie di parole e dovrebbero cercare di ricordarle insieme. Dopo una piccola pausa, riceveranno uno degli oggetti e dovrebbero indicare ciò che è stato originariamente abbinato ad esso.

Utilizzando un elenco stabilito, leggere 1 coppia ogni 5 s durante questa fase di studio. Dopo aver esaminato l'intero elenco, concedi ai partecipanti una pausa di 3 minuti. Riprendi con la fase di test leggendo la prima parola di ogni set in ordine casuale. Attendi che i partecipanti dichiarino l'altro. Segna se le risposte sono corrette o errate se scadono 10 s o non lo sanno.

Infine, avvia l'attività finale, il disegno a specchio. Spiega che devono tracciare intorno al contorno della figura stellare a cinque punte, rimanendo il più possibile all'interno delle linee. Indica che saranno in grado di vedere la loro mano solo attraverso un riflesso dello specchio. Quindi, consenti ai partecipanti di tracciare intorno alla forma.

Una volta completato, fornisci loro una pausa di 5 minuti e una nuova stella da tracciare. Ripeti fino a quando non sono state delineate 10 stelle. Per ognuno, registra quante volte i partecipanti hanno attraversato i confini.

Per visualizzare i dati per il Digit Span Test, tracciare il numero massimo di cifre richiamate dal paziente e controllare le versioni avanti e indietro. Si noti che le sequenze più lunghe sono state richiamate nella direzione avanti rispetto a quella indietro, ma non ci sono state differenze significative tra i gruppi.

Successivamente, per il test verbale accoppiato,associato, rappresentare graficamente il numero totale di coppie di parole che sono state richiamate sia per il paziente che per i controlli. Il paziente non è stato in grado di ricordare nessuno degli abbinamenti di parole, rispetto a una media di 10 per i controlli. Questi risultati suggeriscono che il danno al lobo temporale mediale ha causato un grave deficit nella formazione di ricordi a lungo termine.

Infine, rappresenta graficamente il numero di errori di tracciamento commessi tra gli studi sia per il paziente che per i controlli. Si noti che entrambi i gruppi hanno commesso un numero simile di errori e sono migliorati nel tempo, suggerendo che le prestazioni su un'attività di memoria implicita sono intatte e, quindi, non dipendono dall'ippocampo.

Per riassumere, i risultati dimostrano due importanti dissociazioni. Il primo è tra memoria a breve e lungo termine. I pazienti con danno al lobo temporale mediale generalmente non hanno grandi difficoltà con la memoria a breve termine, come dimostrato da un intervallo di cifre intatto.

Tuttavia, dopo alcuni secondi, se le informazioni non vengono provate, non vengono mantenute. Ciò è stato dimostrato dalla completa incapacità di mantenere le associazioni di parole accoppiate nel paziente.

La seconda dissociazione è tra memoria esplicita e implicita. Mentre questo paziente non riusciva a ricordare le parole viste di recente, il test di disegno a specchio ha dimostrato che erano in grado di apprendere un'abilità motoria, un tipo di apprendimento che non dipende dalle strutture del lobo temporale mediale.

Ora che hai familiarità con l'uso di diversi test per valutare la funzione di memoria a breve e lungo termine, compresi quelli espliciti e impliciti, diamo un'occhiata a come la perdita di memoria può derivare da una serie di disturbi e variare con l'entità del danno.

Ad esempio, il morbo di Alzheimer e la demenza fronto-temporale sono noti per influenzare i ricordi espliciti a lungo termine, mentre il morbo di Parkinson colpisce l'apprendimento motorio implicito, che dipende da diverse regioni del cervello, compresi i gangli della base.

La gravità della perdita di memoria è legata alla quantità di danni alle regioni del cervello. Ciò è esemplificato dalla natura progressiva di disturbi come il morbo di Alzheimer, in cui la perdita di memoria di un paziente peggiora nel tempo. Questo è il motivo per cui la diagnosi precoce e il trattamento sono un campo di ricerca così importante.

Hai appena visto il video di JoVE sull'amnesia anterograda. Ora dovresti avere una buona comprensione di come i ricordi possono essere influenzati e come implementare più test comportamentali per valutare la funzione. Dovresti anche sapere come valutare i risultati e applicare l'approccio per indagare su altri scenari che suggeriscono la perdita di memoria.

Grazie per l'attenzione!

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Results

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Nel Digit Span Test, il paziente ha ripetuto con successo una sequenza di sei cifre in ordine in avanti e cinque cifre in ordine inverso. Questo livello di prestazioni mostra un certo grado di memoria a breve termine intatta; le prestazioni medie su questa attività per i controlli sani sono state sette in avanti, sei in retromarcia (Figura 2A). Nel test verbale accoppiato-associato, il paziente non è stato in grado di ricordare una singola coppia di parole. Ciò dimostra un grave deficit nella formazione di memorie esplicite a lungo termine (Figura 2B). Nell'attività Mirror Drawing, il paziente amnesico mostra meno errori con la pratica, evidenziando la capacità di apprendere un compito motorio (Figura 2C).

Figure 2
Figura 2: Prestazioni in tre test di memoria. Il paziente ha mostrato prestazioni relativamente intatte nel Digit Span Test, ma è stato gravemente compromesso nel compito verbale di apprendimento associato. Le prestazioni sul compito di apprendimento motorio hanno mostrato miglioramenti nel tempo.

Questi risultati dimostrano due importanti dissociazioni. Il primo è una dissociazione tra la memoria a breve termine, che richiede prove attive per mantenere, e la memoria a lungo termine, il processo che ci consente di trattenere le informazioni senza bisogno di prove continue. I pazienti con danno al lobo temporale mediale generalmente non hanno grandi difficoltà con la memoria a breve termine, come dimostrato da un intervallo di cifre intatto. Tuttavia, dopo alcuni secondi, se le informazioni non vengono provate, non vengono mantenute. Ciò è dimostrato dalla completa incapacità di mantenere le associazioni di parole accoppiate nel nostro paziente. La seconda dissociazione è tra memoria esplicita e implicita. Mentre questo paziente non riesce a ricordare le parole viste di recente, il test Mirror Drawing mostra che sono in grado di apprendere un'abilità motoria, un tipo di apprendimento che non dipende dalle strutture del lobo temporale mediale.

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Casi come questi sono stati incredibilmente importanti nella storia delle neuroscienze cognitive per l'apprendimento delle associazioni tra strutture cerebrali e funzione. Mentre questo video ha dimostrato un effetto generale del danno del lobo temporale mediale sulla funzione della memoria, è importante notare che una comprensione più profonda richiede un esame della relazione tra le specifiche di quali strutture sono state danneggiate e le prestazioni della memoria. Nel caso di Henry Molaison, ci vollero molti anni prima che la tecnologia dell'imaging cerebrale consentisse una chiara comprensione della natura della sua lesione. Dopo la sua morte nel 2008, un esame post-mortem ha permesso una ricostruzione precisa della lesione, dimostrando che oltre a gran parte dell'ippocampo, c'era anche un danno alla corteccia circostante e fibre di sostanza bianca che trasportano segnali dentro e fuori l'ippocampo. 6

La perdita di memoria è una componente consequenziale di molte forme di malattia neurale; oltre a derivare da danni cerebrali focali, i disturbi della memoria possono derivare da malattie degenerative come il morbo di Alzheimer e la demenza fronto-temporale. Queste condizioni in genere influenzano i ricordi espliciti a lungo termine. In alternativa, l'apprendimento motorio, come il tipo testato qui, può essere influenzato in condizioni che colpiscono i gangli della base come il morbo di Parkinson. Data l'importanza della memoria nelle nostre vite, comprendere i sistemi neurali che sono alla base delle diverse forme di memoria e come la memoria è parcellata in diversi processi può anche portare a tecniche per migliorare le prestazioni della memoria.

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References

  1. Scoville, W.B. & Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20, 11-21 (1957).
  2. Milner, B., Corkin, S. & Teuber, H.L. Further Analysis of Hippocampal Amnesic Syndrome - 14-Year Follow-up Study of Hm. Neuropsychologia 6, 215-& (1968).
  3. Drachman, D.A. & Arbit, J. Memory and the hippocampal complex. II. Is memory a multiple process? Arch Neurol 15, 52-61 (1966).
  4. Uttl, B., Graf, P. & Richter, L.K. Verbal Paired Associates tests limits on validity and reliability. Arch Clin Neuropsychol 17, 567-581 (2002).
  5. Milner, B. Memory and the medial temporal regions of the brain. in Biology of Memory (eds. Pribram, K.H. & Broadbent, D.E.) 29-50 (Academic Press, New York, 1970).
  6. Annese, J., et al. Postmortem examination of patient H.M.'s brain based on histological sectioning and digital 3D reconstruction. Nat Commun 5, 3122 (2014).

Transcript

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