Семантическая память и гиппокамп

С тех пор как Эндель Тульвинг выделил два основных вида памяти: эпизодическую и семантическую, значительные усилия были направлены на понимание их сходных и уникальных особенностей. Особый интерес вызывает то, насколько семантическая и эпизодическая память имеют общую зависимость от гиппокампа. В отличие от убедительных доказательств связи между гиппокампом и эпизодической памятью, роль гиппокампа в семантической памяти была предметом значительных дискуссий. Эти споры отчасти связаны с крайне изменчивыми сообщениями о новом семантическом обучении памяти при амнезии, которые варьируются от глубокого нарушения до полного сохранения, а также несут информацию о развитии различных степеней дефицита или, наоборот, полного сохранения функций.

Совсем недавно произошел ряд значительных достижений в экспериментальных методах наряду с новыми провокационными данными о роли гиппокампа в семантической памяти, что делает данный момент идеальным для пересмотра этой дискуссии, для переоценки данных, методов и теорий, а также для получения новых выводов. В соответствии с этими достижениями данный обзор преследует две основные цели. Во-первых, мы предоставляем исторический очерк, с помощью которого можно переоценить и контекстуализировать литературу по семантической памяти и гиппокампу. Вторая цель этого обзора состоит в том, чтобы предоставить синтез новых результатов о роли гиппокампа и семантической памяти. С точки зрения времени и этого критического обзора мы приходим к пониманию, что гиппокамп действительно вносит солидный вклад в поддержание семантической памяти. Мы утверждаем, что семантическая память, как и эпизодическая память, является очень гибкой, реконструктивной, ассоциативной и мультимодальной системой, и что есть ценность в разработке методов и материалов, которые в полной мере отражают эту глубину и богатство для облегчения ее сравнений с эпизодической памятью. Эта работа будет иметь решающее значение при решении вопросов, касающихся когнитивных и нейронных зависимостей между формами памяти и той роли, которую эти формы памяти играют в поддержке познания в более широком смысле. Также эти исследования обещают углубить наше понимание того, как слова, понятия и значения, а также эпизоды и события создаются и сохраняются в памяти и дают новое понимание наших двух наиболее типичных человеческих способностей: памяти и языка.

Введение

Около 50 лет назад Эндель Тульвинг (1972) предположил, что наблюдения различия между эпизодической и семантической памятью могут принести пользу для исследования памяти. Различая эпизодическую и семантическую память, Тульвинг заявил, что эпизодическая память относится к знаниям «о временных датах эпизодов или событий и временно-пространственных отношениях между этими событиями». Так, воспоминания о конкретном переживании — встреча с океаном, первый поцелуй – это все события эпизодической памяти. Также он отметил, что такая память сохраняется «с точки зрения ее автобиографической ссылки на уже существующее содержимое хранилище эпизодической памяти» (Tulving, 1972, с. 385). Семантическая память — это память на слова, понятия, правила и абстрактные идеи; она необходима, чтобы пользоваться языком. По словам Тульвинга: «Это умственный тезаурус, который организует знания человека о словах и других вербальных символах, их значениях и референциях, о связях между ними и о правилах, формулах и алгоритмах манипулирования этими символами, понятиями и отношениями».

Несмотря на амбивалентность Тульвинга, по крайней мере в его ранних работах, относительно реального различия между эпизодической и семантической памятью, это различие сохраняется и сформировало основу для десятилетий теоретической и экспериментальной работы в области когнитивной нейробиологии памяти. Значительные силы были направлены на понимание сходных и уникальных особенностей эпизодической и семантической памяти как части более широких исследований по характеристике нейробиологии памяти, ее функциональных подразделений и нейроанатомических коррелятов (Cohen and Squire, 1980; Squire, 1992; Tulving and Markowitsch, 1998; Thompson-Schill, 2003; Ryan et al., 2008; Greenberg and Verfaellie, 2010; Henke, 2010; Ranganath, 2010; Hannula and Duff, 2017). Ключевой находкой и областью обширного консенсуса является то, что гиппокамп и окружающие структуры медиальной области височной доли играют критическую роль в кодировании и последующем извлечении новых долговременных эпизодических воспоминаний (Cohen, 1984; Squire, 1992; Cohen and Eichenbaum, 1993; Gabrieli, 1998; Davachi, 2006; Eichenbaum et al., 2007; Rugg et al., 2015). Основным источником доказательств связи между эпизодической памятью и гиппокампом стали исследования пациентов с повреждением гиппокампа, у которых был выраженный дефицит в получении новой информации о повседневной жизни и своем опыте (Scoville and Milner, 1957; Damasio et al., 1989; Corkin, 2002; Rosenbaum et al., 2005). Этот наблюдаемый дефицит контрастировал с кажущейся сохраненной способностью этих пациентов подробно рассказывать эпизоды из далекого прошлого или, по крайней мере, относительно событий, произошедших с ними до начала амнезии, и способностью приобретать новые навыки и привычки.

Но каков статус семантической памяти? Зависит ли семантическая память, так же как эпизодическая память, от гиппокампа? И, учитывая повреждение гиппокампа, наблюдается ли общий дефицит эпизодической и семантической? Это был главный вопрос в этой области. Одно из важных предположений состояло в том, что семантическая и эпизодическая память являются частью унитарной системы – эксплицитарной памяти или зависят от нее и что повреждение гиппокампа приведет к равнозначному дефициту (Cohen, 1984; Cohen and Eichenbaum, 1993; Squire and Zola, 1996; Cohen et al., 1997; Eichenbaum, 1998). Альтернативное предположение заключалось в том, что формирование эпизодической и семантической памяти было независимым и могло развиваться или быть повреждено изолированно (Kinsbourne and Wood, 1975). Еще одно исследование предполагало, что все воспоминания начинаются как эпизодические, однако со временем некоторые становятся семантическими благодаря процессам семантизации или деконтекстуализации (то есть, хотя эпизодические воспоминания связаны с временным и пространственным контекстами, отсутствие или потеря этого конкретного контекста делает такие воспоминания семантическими).

В отличие от четких и убедительных доказательств связи между гиппокампом и эпизодической памятью роль гиппокампа в семантической памяти была предметом споров. Эта дискуссия началась из-за весьма разрозненных результатов исследований семантической памяти при амнезии, которые проводились разными группами ученых, в разных группах пациентов, с разными парадигмами.

Хотя интерес к взаимосвязи семантической памяти и гиппокампа оставался высоким, о чем свидетельствуют ряд обзоров и комментариев (например, Mishkin et al., 1998; Squire and Zola, 1998; Manns et al., 2003; Manns , 2004; Moscovitch et al., 2006), исследования за прошедшие десятилетия не дали достаточных данных, чтобы сформировать ядро последовательных результатов, которые могли бы окончательно вынести решение между конкурирующими взглядами или разрешить спор.

Совсем недавно произошел ряд значительных достижений в экспериментальных методах наряду с новыми провокационными данными о роли гиппокампа в семантической памяти, что делает этот момент идеальным для пересмотра этой дискуссии, для переоценки данных, методов и теорий, для получения новых выводов. Эти достижения имеют важное значение для понимания роли, которую гиппокамп может играть на различных этапах приобретения, поддержания, активации и использования семантической памяти в процессе обработки данных, параллельно тому, что мы узнали о роли гиппокампа в приобретении, поддержании, активации и использовании эпизодической памяти.

Новое семантическое обучение и удаленная семантическая память при амнезии

Нейропсихологическое и нейроанатомическое описание случая Генри Моллисона (пациент H.M.) дало существенное понимание организации нейронных коррелятов человеческой памяти (Scoville and Milner, 1957; Corkin, 2002). Он также предоставил возможность для раннего исследования вопроса о том, вызывал ли поврежденный гиппокамп соразмерный дефицит эпизодической и семантической памяти. Особое внимание этой работы было уделено новому обучению. Эмпирическое тестирование и поведенческое наблюдение показали, что у H.M. был выраженный дефицит в кодировании и последующем извлечении новой эпизодической памяти, в то время как его способность вспоминать и подробно описывать детали событий и полученный опыт из своего далекого прошлого, казалось, оставалась нетронутой.

Перед изучением этой литературы важно рассмотреть, как может выглядеть общая зависимость эпизодической памяти и семантической памяти от гиппокампа. Поскольку в этом обзоре основное внимание уделяется способностям и нарушениям у пациентов с амнезией гиппокампа, давайте рассмотрим различные результаты и стандарты оценки данных. Для подтверждения одного из стандартов, указывающих на то, что эпизодическая и семантическая память в равной степени зависят от гиппокампа, может потребоваться демонстрация эквивалентных уровней эффективности, работоспособности или дефицита как эпизодической, так и семантической памяти у пациентов с амнезией. Другим стандартом может быть наличие нарушения в обеих системах, но допускается различная степень дефицита. Однако, если две системы независимы, можно ожидать ослабление функций в одной области и их сохранение в другой. Независимо от применяемого стандарта решение оказалось проблемным из-за трудностей в сопоставлении требований к задачам и характеристик изучаемых стимулов в разных системах памяти, а также в количественной оценке степени нарушений и остаточных способностей у пациентов с амнезией. Таким образом, наиболее распространенным подходом было изучение способности пациентов с гиппокампальной амнезией усваивать новую семантическую информацию и сравнивать их показатели со здоровыми участниками исследования (чтобы установить наличие дефицита), а затем сравнивать (часто в относительных, а не количественных единицах) величину этих дефицитов в разных системах. Здесь одним стандартом могло являться требование, чтобы пациенты с амнезией гиппокампа и здоровые участники сравнения работали одинаково во всех аспектах семантического обучения (объем полученной информации, скорость обучения, обобщение). Другой стандарт мог заключаться в принятии любого уровня обучения пациентов, даже если их результаты существенно отличаются от того, что могут получить здоровые люди, до тех пор пока это обучение проходит успешнее, чем их способность к обучению эпизодической памяти. Как мы увидим ниже, каждый из этих подходов дает разные уровни доказательств и разные группы применяют разные стандарты, которые со временем меняются.

Новое семантическое обучение при амнезии: его нет или, по крайней мере, не так много случаев

Gabrieli et al. (1988) были одними из первых, кто исследовал новую семантическую память у H.M. Они проверили способности Н.М. и семи здоровых участников. В испытаниях они проверили способность участников понимать значения и синонимы восьми редко встречающихся слов (например, quotidian, manumit, hegira). Испытание проведено в формальных лабораторных условиях, каждое слово было представлено со своим определением, которые участники зачитывали вслух. Объем изученных слов был проверен без запроса на наличие связи между словами и воспоминаниями какого-либо явного эпизода из ранее обретенного опыта. Gabrieli et al. (1988) сообщили, что H.M. не выучил ни одного из новых слов или их синонимов, не сумев достичь критерия с экспериментальными сессиями, прерванными после 20 испытаний. Напротив, контрольные группы быстро усваивали значения новых слов и их синонимов и были способны обобщать эти значения слов в новых семантических контекстах, например, в предложении. То, что H.M. не смог понять значение даже одного слова, было воспринято как серьезное свидетельство глубокого нарушения семантической памяти. Авторы сообщили, что «H.M. не мог выучить в лабораторных условиях ни одного слова, которого он еще не знал» (Gabrieli et al., 1988, p. 161). Интерпретация заключалась в том, что нарушение в новом семантическом обучении было настолько серьезным, что казалось соразмерным тому, что наблюдалось с эпизодической памятью; следовательно, как эпизодическая, так и семантическая память, похоже, зависели от гиппокампа.

Затем исследования предоставили дополнительные доказательства дефицита в обучении новой семантической информации у H.M. (Postle and Corkin, 1998), а исследования других пациентов с нарушениями медиальной области височной доли предоставили больше доказательств того, что у пациентов с амнезией были нарушения как в семантической, так и в эпизодической памяти в одинаковой степени (Hamann and Squire, 1995). Они попросили группу пациентов с амнезией изучить новые факты – 40 предложений из трех слов, таких как «MEDICINE cured HICCUP» (перевод: лекарство вылечило икоту), – и проверить свои знания, представив им фрагмент предложения для завершения «MEDICINE cured _____». Пациенты с амнезией учились с аномально медленной скоростью (прогресс от 0% до 19% правильных ответов против более чем 75% в контрольной группе). В этом исследовании принимал участие пациент E.P., страдавший тяжелой амнезией, который, как сообщается, не имел эпизодической памяти. Как и у H.M. в исследованиях Gabrieli et al. (1988), тестирование E.P. не показало никакого семантического обучения. Пересказывая эти данные позже, Squire and Zola (1998) отмечали, что у пациента не обнаружились способности к эпизодической памяти, а также не было обнаружено способностей к приобретению семантических знаний (стр. 208). Подобные исследования предоставили убедительные доказательства нарушения нового семантического обучения при гиппокампальной амнезии, предполагая соизмеримые нарушения в семантической и эпизодической памяти и обеспечении поддержки их общей зависимости от гиппокампа для нормального функционирования. Однако, как мы увидим ниже, акцент исследователей на семантическом обучении и отсутствии обнаруживаемой способности к семантической памяти, вероятно, сдвинул нулевую гипотезу для последующих исследований.

Новое семантическое обучение при амнезии: несколько 

Многочисленные исследования теперь показали, что при некоторых условиях люди с амнезией могут приобрести новую семантическую память. В большинстве этих исследований использовались задачи и действия, которые пытались стимулировать новое обучение, уменьшая ошибки или помехи (например, предотвращая вмешательство неверной информации в процесс воспоминания правильной информации; Glisky, 1992) и увеличивая смысловую значимость (например, встраивание списков слов в высокоразвитые нарративы (Kovner et al., 1983) или используя семантическое родство стимулов для изучения (например, «стул за столом»; Shimamura and Squire, 1984). Подход безошибочного научения, популяризированный Glisky et al. (1986)  должен был преподавать новую семантическую информацию людям с нарушениями памяти, используя технику с так называемыми исчезающими подсказками. Главная мотивация использования стратегий безошибочного обучения для лиц с нарушениями памяти возникла из-за растущего объема работ, демонстрирующих больший успех в подходах, которые компенсируют конкретные проблемы с памятью, по сравнению с теми, которые направлены на восстановление способности памяти (Wilson and Moffat, 1983). Glisky et al. (1986) учили пациентов с амнезией находить связь в компьютерной терминологии (например, сохранять, запускать, загружаться) с привычными для них определениями. Метод был успешным – четырем пациентам с тяжелой амнезией удалось изучить новый компьютерный словарь. Используя аналогичные стратегии обучения, пациенты с амнезией гиппокампа смогли получать некоторую новую семантическую информацию (например, Tulving et al., 1991; Gordon Hayman et al., 1993; Baddeley and Wilson, 1994; Bayley and Squire, 2002; Skotko et al., 2004; Stark et al., 2005; Dewar et al., 2009; Hilverman et al., 2016). Несмотря на то что у пациентов с амнезией действительно наблюдаются некоторые новые знания, их результаты намного ниже, чем могут достичь здоровые участники во всех этих исследованиях, независимо от метода или техники. Пациенты с амнезией гиппокампа запоминают только часть от того, что может выучить контрольная группа, их скорость обучения аномально низкая, например, в исследованиях Bayley и Squire (2002) пациенту потребовалось 48 испытаний вместо четырех испытаний, необходимых контрольной группе.

Основываясь на предыдущих исследованиях, свидетельствующих о некотором новом семантическом обучении при амнезии гиппокампа, O’Kane et al. (2004) вернулся к H.M., который считается золотым стандартом случая амнезии, поскольку он был первым и наиболее широко изученным случаем амнезии в литературе. Они проверили, насколько H.M. знает имена людей, которые стали известными после начала его амнезии. Для распознавания известных имен он использовал метод вынужденного выбора между двумя альтернативами (AFC), а также свободно ассоциируемые воспоминания. O’Kane et al. отметили, что «до недавнего времени казалось маловероятным, что какое-либо семантическое познание могло быть получено после обширного двустороннего повреждения медиальной области височной доли». В своем исследовании ученые оставили открытым вопрос – «является ли собственно гиппокамп необходимым для всего семантического обучения или некоторая степень семантического обучения происходит в отсутствие функционирующего гиппокампа» (O’Kane et al., 2004, p. 417). Результаты Н.М. в этой задаче были выше нуля, что указывало на то, что он приобрел новую семантическую память с момента начала своей амнезии. Но это обучение, безусловно, не было нормальным и не соответствовало показателям здоровых участников. H.M. показывал семантические знания только о части известных людей, которые были известны всем участникам контроля, и то, что он знал, было скудным, очень изменчивым и непоследовательным, особенно по отношению к его знаниям о других известных людях, которых он знал до болезни. Например, H.M. мог правильно идентифицировать кого-то как известного, но не знать его пол. Был сделан вывод, что, «хотя семантическое обучение H.M. было явно нарушено, результаты дают надежные, однозначные доказательства того, что некоторые новые приобретенные семантические знания могут поддерживаться структурами, выходящими за пределы собственно гиппокампа» (O’Kane et al., 2004, p. 417).

Исследование O’Kane et al. (2004) представляет и отражает значительный поворотный момент в литературе. В совокупности с растущим объемом исследований, документируемых некоторое новое семантическое обучение при амнезии, «явно ослабленное» познание H.M. было истолковано как жизнеспособный вызов понятию соразмерных нарушений эпизодической и семантической памяти при амнезии и как свидетельство независимости семантической памяти от гиппокампа.

По мнению авторов, учитывая сходство между семантическими и эпизодическими структурами запоминающихся образов памяти (например, одинаковое использование ассоциативного связывания мультимодальной информации, которая способна гибко выражаться в новых контекстах), их общая зависимость от гиппокампа имеет понятный смысл. Кроме того, так же как авторы поняли, что полная емкость и экспрессия эпизодической памяти критически зависят от структур мозга, включая, но не ограничиваясь гиппокампом (Buckner and Carroll, 2007; Ritchey et al., 2015; Moscovitch et al., 2016), так и семантическая память в своем полном объеме опирается на гиппокамп, но все же выходит за его пределы (Binder et al., 2009; Binder and Desai, 2011). Фактически существует значительное нейроанатомическое перекрытие (дублирование) в семантической сети и сети пассивного режима работы мозга, которая поддерживает эпизодическую память (Binder и Desai, 2011; Irish et al., 2016; Renoult et al., 2019).

Общепринятая интерпретация в исследованиях нового семантического обучения при амнезии заключалась в том, что, даже если полностью нормальное семантическое обучение не может быть получено при наличии повреждения гиппокампа, некоторая степень семантического обучения могла бы поддерживаться структурами за пределами гиппокампа, особенно теми, которые связаны с имплицитной памятью. Связь между ограниченной семантической памятью у взрослых с амнезией и сохраненной у них имплицитной памятью хорошо согласуется со свойствами имплицитной системы памяти (Reber et al., 1996). Кроме того, роль имплицитных процессов в приобретении семантической памяти в сочетании с зависимыми от гиппокампа процессами также хорошо согласуется с ее предполагаемой ролью в нормальной способности к запоминанию слов у здоровых людей (Davis and Gaskell, 2009; Gupta, 2012). С точки зрения того, что процессы имплицитной памяти являются частью нормального обучения словам, становится менее удивительным, что такие процессы используются для поддержки семантического обучения при амнезии, и более поразительным, насколько бедным и трудным является новое семантическое обучение без содействия гиппокампа.

Новое семантическое обучение: достаточно или много, но…

Не так давно несколько групп исследователей сообщили о нормальной семантической памяти в контексте серьезных дефицитов эпизодической памяти. Работа Vargha-Khadem et al. (1997) по семантическому обучению у пациентов с амнезией является наиболее часто цитируемым по этой теме и считается наиболее убедительным доказательством нарушений в новом обучении эпизодической и семантической памяти в литературе. Они сообщили о трех случаях амнезии у людей, которые получили избирательное повреждение гиппокампа в раннем возрасте; в одном случае – при рождении, а в двух других – в возрасте 4 и 9 лет. На момент составления доклада этим трем лицам было от двадцати до тридцати лет. Нейровизуализационный анализ выявил сниженный объем гиппокампа – между 43% и 61% от средних значений здоровой контрольной группы, но показал, что кора в медиальной области височной доли не затронута. Важно отметить, что хотя нейровизуализационный анализ показал, что все еще присутствует остаточная ткань гиппокампа, было высказано предположение, что уменьшение объема гиппокампа примерно на 40%, вероятно, представляет собой почти полную потерю нейронов этой области (Gold and Squire, 2005). Нейропсихологические данные свидетельствуют о серьезном дефиците эпизодической памяти в целом ряде тестов (субтесты логической памяти и зрительной памяти шкал памяти Векслера (WMS), детский тест слухового вербального обучения (AVLT), тест сложных фигур Рея-Остеррайта). Участники также демонстрировали значительные трудности с эпизодической памятью в своей повседневной жизни. Тем не менее, несмотря на серьезные дефекты памяти, эти три человека приобрели языковые, семантические знания и знания фактической информации, которые были помещены в диапазон от низкого среднего до среднего, по стандартным оценкам, и все они смогли посещать обычную школу. Авторы пришли к выводу, что амнезия, полученная при развитии, вызывает серьезную потерю эпизодической памяти, но оставляет общее когнитивное развитие, основанное главным образом на функциях семантической памяти, относительно нетронутым (Vargha-Khadem et al., 1997, стр. 376). Кроме того, рассматривая уровень семантического обучения, достигнутый в контексте значительных нарушений эпизодической памяти и патологии гиппокампа, авторы утверждают, что нормальный уровень семантического обучения может быть достигнут независимо от гиппокампа. До этой публикации предсказывалось, что ранняя патология гиппокампа приведет к разрушительному когнитивному и интеллектуальному дефициту. Объем семантического обучения, приобретенного в этих трех случаях, намного превысил прогнозируемый. Кроме того, уровень семантической памяти, полученный при амнезии в детском возрасте, казался поразительно выше, чем у взрослых с амнезией.

В настоящее время в литературе проводятся более формальные лабораторные исследования нового семантического обучения в случаях амнезии, приобретенной в детстве (Elward and Vargha-Khadem, 2018). При исследовании с использованием лабораторных заданий, похожих на задания для взрослых с амнезией, характер дефицита амнезии, приобретенной в детском возрасте, кажется удивительно схожим с случаями, возникающими у взрослых: скорость обучения ниже (Gardiner et al., 2008; Elward and Vargha-Khadem, 2018), усвоено меньше информации относительно контроля (Baddeley et al., 2001). Дефицит обучения наиболее ярко проявляется в задачах, требующих быстрого обучения и свободного запоминания, что подтверждает представление о том, что гиппокамп имеет решающее значение для быстрого и эффективного семантического обучения, в то время как производительность значительно выше или даже похожа на контрольную группу, когда проводятся дополнительные учебные испытания и когда обучение измеряется с помощью распознавания или вызванного воспоминания (Elward and Vargha-Khadem, 2018). Дополнительные данные о дефиците семантической памяти при амнезии, приобретенной в детском возрасте, получены от Blumenthal et al. (2017). Ученые попросили пациента описать семантические особенности определенных объектов. Они сообщили о нестандартных способах описания признаков объектов у пациента с амнезией, приобретенной в детском возрасте, по сравнению с контрольной группой. Авторы связывают эти нарушения семантической памяти с нарушениями в работе механизмов связывания гиппокампа и предполагают, что разобщение между семантической и эпизодической памятью при амнезии, приобретенной в детском возрасте, может быть не столь полным, как предполагалось ранее (Blumenthal et al., 2017).

Duff et al. (2006) сообщили о неизмененном темпе обучения семантической информации у взрослых с гиппокампальной амнезией. В их исследовании четыре пациента с амнезией гиппокампа выполняли задачу со знакомым партнером (супругом, другом). Пациенты сидели напротив своего партнера, и у каждого была доска с 12 пронумерованными полями и набор из 12 карточек с китайскими танграмами – абстрактные черно-белые фигуры без названий, но которые могли восприниматься как люди, животные или объекты. Между ними был низкий барьер, который не позволял видеть карты друг друга, но позволял им видеть выражения лица и жесты партнера. Пациенты с амнезией были ведущими и сообщали своему партнеру, как заполнить доску карточками, чтобы в конце испытания доска пациента и его партнера выглядели одинаково, т.е. их карточки находились в одинаковых пронумерованных местах на каждой доске. Задание было представлено как игра, и парам было дано указание свободно общаться и веселиться. Несмотря на серьезные эпизодические нарушения памяти, участники с амнезией разработали и использовали уникальные ярлыки-категории для карточек. В ходе испытаний эти ярлыки становились все более краткими и упрощенными. Самым поразительным было то, что скорость обучения, демонстрируемая участниками с амнезией, которая измерялась сокращением времени и слов, необходимых для завершения каждого испытания, не отличалась от скорости обучения здоровых участников. Длительное сохранение в памяти этого нового обучения в течение 30 минут, 6 месяцев и даже 2 лет для одного участника не отличалось между группами. Это были первые результаты, которые показали отсутствие нарушений в скорости нового семантического обучения при амнезии у взрослых в рамках социально-коммуникативной парадигмы обучения. Полученные результаты также имеют существенное значение для реабилитации и подчеркивают роль социального взаимодействия как средства, помогающие новому обучению у лиц с нарушениями памяти.

Тем не менее есть оговорка: это обучение не требовало приобретения новых произвольных связей – способности, которая критически зависит от гиппокампа и является частью того, что обычно требует нормальное семантическое обучение. Пациенты с амнезией договаривались об уникальных ярлыках для танграма, используя уже существующую семантическую информацию (например, «siesta man» для фигуры, которую можно рассматривать как человека, лежащего у дерева). Когда пациенты с амнезией гиппокампа заполняют пустые поля, а их партнеры становятся ведущими (т. е. теми, кто порождает перцептивную и лингвистическую перспективы), пациенты демонстрируют низкий уровень обучения, вероятно, потому, что ярлыки для запоминания, генерируемые их партнерами, в сознаниях пациентов произвольно связаны с фигурами танграма (Gupta Gordon et al., 2018). Таким образом, пациенты с амнезией гиппокампа могут успешно изучать новую семантическую информацию, когда задача не требует опосредованного гиппокампом обучения (например, произвольное ассоциативное связывание). В контексте социального общения в реальном мире это обучение может быть достигнуто даже с нормальной скоростью. Роль социального взаимодействия и общения в новом семантическом обучении требует дальнейшего рассмотрения. Социальное взаимодействие не только является каноническим условием для семантического обучения в процессе развития и овладения языком, но оно также является контекстом для наиболее впечатляющих примеров нового семантического обучения в амнезии, даже если оно не является полностью нормальным, как в случаях амнезии, приобретенной в детском возрасте, так и у взрослых пациентов с амнезией (Koutstaal, 2019).

Удаленная семантическая память при амнезии

Существовал абсолютный консенсус в отношении наличия дистанционных семантических знаний, полученных задолго до появления патологии гиппокампа, которые становятся независимыми от гиппокампа путем консолидации неокортикала (McClelland et al., 1995) и не затрагиваются при амнезии. Эта точка зрения подтверждается данными пациентов с амнезией гиппокампа в тестах на проверку лингвистических знаний: пациенты с амнезией не имеют афазии или семантической деменции, они выполняют тесты в пределах нормальных психоневрологических показателей разговорных знаний (Kensinger et al., 2001). Кроме того, пациенты с амнезией выполняют те же действия, что и здоровые участники, по меркам которых, как считается, оценивают знание слова, например, определение названия или сопоставление определенных слов с фразой, значением или частью предложения (Gabrieli et al., 1988; Verfaellie et al., 2000; Manns et al., 2003). Вместе эти данные были взяты в качестве доказательства того, что у пациентов с амнезией имеется интактная удаленная семантическая память.

Возможно, методы, используемые в этих исследованиях, недостаточно точны для выявления нарушений у пациентов с амнезией. Многие из задач, использовавшихся в этих исследованиях, изначально были предназначены для выявления афазии или семантической деменции. Как таковые, они фиксируют различия в наименовании или лингвистических способностях при грубых нарушениях. Примеры используемых задач включают в себя показ участникам изображения общего объекта, например, яблока, и побуждение пациентов назвать его; сопоставление слова «яблоко» с определением, например, сладкий, красный фрукт, и определение того, является ли A-P-P-L-E настоящим английским словом. Хотя подобные тесты, безусловно, полезны для выявления проблем у людей с тяжелыми нарушениями семантики, они не фиксируют более тонкие нарушения, которые могут проявляться в удаленной семантической памяти пациентов с амнезией.

То же самое можно сказать о клинических инструментах, обычно используемых для выявления нарушений у людей с семантической деменцией или болезнью Альцгеймера. Двумя такими инструментами являются батарея тестов для семантической памяти (Semantic Memory Test Battery) и Бостонский тест по определению наименований (Boston Naming Test). Эти тесты, как правило, проводятся с относительно небольшим количеством наименований. Когда они используются у людей с семантической деменцией, нарушения в определении названий становятся очевидными. Например, исследования группы таких пациентов, которые использовали лишь 28 (Lambon Ralph et al., 2007) и 48 терминов (Schmolck et al., 2002), обнаружили ошибки при определении названий. Когда эти тесты использовались у пациентов с амнезией гиппокампа, то такие нарушения не были обнаружены. Kensinger et al. (2001) проверили пациента H.M. с помощью Бостонского теста по наименованию, который включал 42 черно-белых линейных рисунка, и на его основе разработали два теста по определению наименований изображений. В одном было 96 цветных изображений объектов, а в другом 105 черно-белых рисунков. Н.М. действовал так же, как участники контрольной группы. Это привело к интерпретации того, что его удаленное семантическое знание было целым.

Совсем недавно ученые пытались исследовать удаленную семантическую память у пациентов с амнезией, используя более чувствительные тесты, которые более тесно связаны с подходами к изучению смысловых ресурсов памяти. Klooster and Duff (2015) изучили, какой объем информации связан с хорошо знакомыми словами для пациентов с амнезией и для здоровых участников контрольной группы. Задачи включали тест на словосочетания (определение синонимов и общих словосочетаний), задачу на понимание переносных значений слова (назовите все значения слова: например, лимон может быть фруктом, цветом, неисправным автомобилем (в разговорном английском)) и задание на определение всех особенностей слова (например, лимон имеет кислый вкус, распространен в Азии, используется в чае). Пациенты с гиппокампальной амнезией показали значительно худшие результаты, чем здоровые группы и группы пациентов с вентромедиальным повреждением префронтальной коры, по всем трем показателям знания слова. Выполняя задания, которые оценивают семантическое богатство или глубину семантического знания, пациенты с амнезией гиппокампа показывают значительно худшие результаты, чем пациенты из группы сравнения, предполагающие обедненную удаленную семантическую память. Эти результаты также повышают вероятность того, что гиппокамп играет долгосрочную роль в поддержании семантических представлений на протяжении всей жизни.

Возвращаясь к исследованиям с определением наименований, дефицит удаленного семантического знания при амнезии становится также очевиден, когда исследуется более обширный набор предметов. Dawood et al. (2018) сделали задание по определению названий, аналогичное предыдущим исследованиям, в которых пациенты с амнезией, а также участники контрольной группы, просматривали цветные фотографии предметов и имели указание дать название картинке. В отличие от предыдущих исследований по определению наименований, которые содержали менее 100 изображений, в этом исследовании использовалось 1458 элементов из базы данных банка стандартизированных изображений (BOSS) (Brodeur et al., 2010, 2014). При использовании широкого спектра пар «образ-слово» могут быть обнаружены даже тонкие различия в определении наименований между пациентами с амнезией и контрольной группой. В отличие от предыдущих тестов по определению названий в этом исследовании Dawood et al. (2018) обнаружили, что пациенты с амнезией реже, чем участники группы сравнения, правильно называли объекты, которые они рассматривали. Использование более широкого спектра материалов и подробный анализ типов ошибок дает дополнительные доказательства наличия дефицита удаленной семантической памяти при амнезии.

Hilverman et al. (2017) проанализировали особенности слов, использованных в моменты, когда пациенты с амнезией и здоровые участники описывали прошлые или воображаемые события. Хотя известно, что пациенты с амнезией приводят значительно меньше эпизодических деталей в своих описаниях событий (Race et al., 2011), конкретные слова, которые они используют, не обязательно связаны с количеством эпизодических деталей. Одинаковые события могут быть рассказаны с равным количеством эпизодических деталей, но с использованием слов, которые значительно различаются по своей образности и конкретности. Например, можно сказать: «Я был на гидроцикле в хороший летний день, и вода била мне в лицо, когда я ехал через озеро», или «Я катался на гидроцикле в яркий летний день, и вода брызгала мне в лицо, когда я мчался через озеро». В обоих случаях количество эпизодических подробностей одинаково, но образность и конкретность употребляемых слов гораздо шире во втором рассказе. Hilberman и соавт. (2017) обнаружили, что пациенты с гиппокампальной амнезией использовали менее выразительные слова, чем здоровые участники группы сравнения. Эти данные согласуются с исследованиями Heyworth and Squire (2019), которые обнаружили, что пациенты с амнезией часто использовали и затем повторяли менее выразительные слова при описании воспоминаний о своей прогулке, чем лица из контрольной группы. Таким образом, даже в полуестественных речевых контекстах пациенты с амнезией демонстрируют использование языка, который семантически обеднен.

Эти недостатки в удаленной семантической памяти присутствуют не только в детализированных аспектах языка. Аналогичные результаты были продемонстрированы у пациентов с амнезией при описании их семантического знания, приобретенного задолго до начала амнезии. При пересказе детских сказок и библейских историй пациенты с амнезией описывают меньше деталей, чем контрольные группы (Rosenbaum et al., 2009; Verfaellie et al., 2014). Пациенты с поражением медиальной области височной доли также демонстрируют нарушения в описании общих деталей и в порядке основных этапов повествования (Verfaellie et al., 2014). Кроме того, обзор нейропсихологических исследований по изучению автобиографических знаний показал, что у пациентов с повреждением медиальной области височной доли были нарушены знания автобиографических фактов, которые относятся к типу личной семантической памяти, относительно группы участников сравнения (Grilli and Verfaellie, 2014). Наконец, у пациентов с поврежденной медиальной областью височной доли по сравнению со здоровыми участниками нарушается способность предполагать значения необычных новых словосочетаний из известных пациентам слов (например, «кактусовый ковер»). Ученые предполагают, что гиппокамп играет роль в ассоциативной и комбинаторной семантической обработке даже тогда, когда удаленное семантическое знание отдельных слов оказалось нетронутым (Keane et al., 2019).

Появляется все больше данных о нарушениях удаленной семантической памяти при амнезии. Тщательное изучение удаленной эпизодической памяти при амнезии показывает отсутствие специфичности, детализации и богатства по сравнению со здоровыми участниками (например, Розенбаум и др., 2008; St-Laurent et al., 2014; Robin et al., 2019) и поддерживает предположение о том, что гиппокамп играет долгосрочную или постоянную роль в поддержании эпизодических репрезентаций памяти (Nadel and Moscovitch, 1997). Чтобы проверить представление о том, что гиппокамп играет долгосрочную или постоянную роль в поддержании как эпизодической, так и семантической памяти, исследователям необходимо будет разработать и применить методологические подходы к изучению семантической памяти, которые могли бы стать аналогичными подходам, которые используются для изучения эпизодической памяти, с точки зрения их способности охватывать объем и богатство мультимодальных и ассоциативных особенностей, присущих обеим формам памяти.

Семантическая память как гибкая, конструктивная и мультимодальная система

Эпизодическая память часто описывается как динамическая система, способная к реконструктивным и комбинационным процессам, которые позволяют нам вспоминать о нашем прошлом и моделировать будущие события (Buckner and Carroll, 2007; Schacter and Addis, 2007). До настоящего времени изучение семантической памяти при амнезии часто сводилось к парам определений слов или распознаванию известных лиц или фактов. Сейчас многие исследователи рассматривают семантическую память как очень гибкую, реконструктивную, ассоциативную и мультимодальную систему, которую мы используем для создания, представления и извлечения смысла, когда мы ориентируемся в наших самых фундаментальных взаимодействиях с окружающей средой и друг с другом (Rogers et al., 2004; Reilly et al., 2016). Подобно эпизодической памяти, семантическое знание не является статичным хранилищем информации. Вероятно, она растет и изменяется по мере того, как мы непрерывно приобретаем, интегрируем и усиливаем богатые репрезентации связей между словами, их референтами и их отношениями с ассоциированными референтами (Zettersten et al., 2018; Klooster et al., 2019). По оценкам исследователей, средний англоговорящий взрослый получил 12,5 миллионов бит информации, большинство из которых лексико-семантические знания (Mollica and Piantadosi, 2019). Эти миллионы бит информации не изолированы, а скорее связаны и объединены как знакомыми, так и новыми способами понимания и взаимодействия в мире.

Приобретение широко переплетающихся семантических знаний облегчается благодаря динамическим контекстам, в которых изучаются и используются слова. Например, отдельные слова редко можно запомнить если они встречаются изолированно. Скорее новые слова попадаются в контекстах, где также присутствуют другие слова и понятия, которые способствуют развитию взаимосвязанных семантических представлений (Wojcik and Saffran, 2013, 2015; Wojcik, 2018).

Подобно эпизодической памяти, которая часто характеризуется и измеряется в показателях ее богатства (например, эпизодическое богатство — это количество мультимодальной информации, связанной с данным событием или опытом Levine et al., 2002; St-Laurent et al., 2014), семантическая память также характеризуется и измеряется уровнем семантического богатства. Семантическое богатство относится к количеству информации, содержащейся в слове или в его определении, или в связанных с ними ассоциациях, и влияет на скорость и точность поведенческих реакций (например, высокий уровень семантического богатства связан с более быстрым и точным определением названий, лексическим решением, категоризацией; Pexman et al., 2002, 2003; Du?abeitia et al., 2008; Грондин и др., 2009). Слова и понятия, которые более выразительны или связаны с большим количеством информации, также лучше запоминаются (Hargreaves et al., 2012).

Семантическое богатство может быть проиндексировано или измерено несколькими способами. Это может быть показатель того, сколько ассоциативных слов, определений или признаков связано с определенным словом. Слова с более плотными семантическими связями или слова, которые связаны со многими определениями, обрабатываются быстрее в задачах по определению наименования, лексического поиска и лексического решения (например, легче вспомнить слово «медсестра» после просмотра слова «доктор», чем только что просмотрев слово «трава»; Hargreaves and Pexman, 2012; Yap et al., 2012; Taler et al., 2013). Семантическое богатство также может быть представлено тем, сколько сенсорных и перцептивных признаков связано с конкретным словом или понятием. Слова, которые имеют более высокую степень воображаемости (могут легко представить мысленный образ) и конкретности (могут быть представлены с помощью органов чувств), обычно обрабатываются быстрее. Легче восстановить в памяти слово «банан» — то, что можно увидеть, потрогать и попробовать на вкус, чем восстановить, например, слово «правительство» — так как это более абстрактное понятие (Беннетт и др., 2011). Семантическое богатство также может быть отражением того, со сколькими определениями и ситуациями ассоциируется слово или понятие, в каком контексте они могут быть успешно использованы (Adelman et al., 2006). Слова, которые появляются в разнообразных контекстах, ускоряют определение наименований слов и время принятия лексических решений, чем слова, которые просто встречаются чаще. С точки зрения богатства памяти существуют очевидные параллели между семантической и эпизодической памятью. Манипулирование контекстом как формой семантического богатства также может дать возможность расширить или проверить существующую теорию памяти. Например, контекстуальное разнообразие является интересной мерой, поскольку оно, по-видимому, отражает взаимодействие семантического представления и эпизодического опыта, а не извлечение или деконтекстуализацию семантики из эпизодов.

Богатый спектр семантических представлений позволяет нам выйти за пределы буквальных значений самих слов, объединяясь и интегрируя в различные понятия для передачи значений, которые иначе могли бы быть непередаваемы (Katz, 1989). Например, в человеческом общении и мышлении широко распространено использование метафор (Lakoff and Johnson, 1980). Чтобы формировать и понимать метафоры (например, «моя работа-тюрьма»), пользователи языка создают или идентифицируют отношения между темой метафоры («работа») и образом («тюрьма»). Понимание метафоры требует быстрой обработки новых связей между внешне разнородными лексическими элементами и, следовательно, для этого необходима высокая эффективность реляционной системы памяти медиальной области височной доли. Использование метафоры по сути является творческим делом. Считается, что метафоры являются основным средством, стимулирующим лексические инновации (McGlone et al., 1994; Маккай и др., 1995). Метафоры помогают заполнить лексические “пробелы” в языке, расширяя значения существующих слов для описания новых категорий и понятий. Другой пример – концептуальная комбинация. Говорящие используют связи между лексическими элементами для создания новых понятий и значений, объединяя слова и понятия из уже существующих в их памяти.

Понимание значения гиппокампа в семантической обработке на сегодняшний день

Самый инновационный подход к изучению вклада гиппокампа в оперативную обработку семантической памяти получен из интракраниальных сигналов с электродов у пациентов с трудноизлечимой эпилепсией. Эти исследования обладают в высокой степени преимуществом как пространственной, так и временной специфичности, что позволяет проверять характер и временную зависимость вклада гиппокампа в семантическую обработку. Два таких исследования демонстрируют кодирование семантических представлений по механизму, аналогичному гиппокампальному кодированию пространства /событий: тета-ритм гиппокампа. Роль гиппокампа хорошо известна в кодировании связей для понимания и навигации местоположения в окружающем пространстве (O’Keefe and Nadel, 1978; Nadel, 1991). Solomon et al. (2019) задались вопросом, представляют ли тета-волны гиппокампа значение во время возникновения и воспроизведения семантических связей. В их исследовании пациенты с электродами и подведенными к гиппокампу контактами запоминали и затем вспоминали наборы списков из 12 пунктов. Вспоминая, пациенты демонстрировали ожидаемый поведенческий паттерн. Разделение элементов списка на группы было основано как на их временных, так и на семантических связях пациентов. Тета-ритм гиппокампа указывал на предсказание семантической связи в парах слов еще до возникновения воспоминания о случае, который их связывает. Эти данные поразительны, поскольку они предполагают роль гиппокампа в отслеживании и определении связи между словами в семантической памяти способом, аналогичным тому, как гиппокамп отслеживает и определяет местоположение в окружающем пространстве.

Piai et al. (2016) продемонстрировали взаимосвязь между активностью тета-ритмов гиппокампа и семантической обработкой во время понимания языка. В отличие от списков, которые пациенты изучали в исследовании Solomon et al., пациенты в исследовании Piai не были обязаны изучать какую-либо новую информацию. В этом исследовании пациенты слушали предложения с пропущенным последним словом, а затем им предоставлялась картинка с изображением объекта, значение которого могло бы завершить предложение. В эксперименте половина предложений, представленных пациентам, начинались с фраз, которые лингвистически ограничивали возможное последнее слово (например, «она заперла дверь с помощью» (рисунок: ключ)), в то время как другая половина была лингвистически свободна (например, «она вошла сюда с помощью» (рисунок: ключ)). Результаты показывают, что точно сформулированные фразы, лингвистически ограничивающие выбор пропущенного слова, облегчают реакцию определения названия изображения и что тета-ритм гиппокампа увеличивается во время прослушивания начала предложения для лингвистически ограниченных еще до демонстрации изображения. Дальнейший анализ этих данных показал, что увеличение активности тета-ритма было связано с увеличением семантических ассоциаций между словами в предложении. Используя латентный семантический анализ (LSA), Piai et al. (2016) определили «контекст-определяющее слово» для каждого предложения (то есть слово с самой сильной ассоциацией LSA с окончательным названием изображения). Все пациенты демонстрировали повышенную тета-активность при определении этого ключевого слова по сравнению с другими наименованиями. Эти результаты показали, что гиппокамп способствует отслеживанию и построению семантических ассоциаций между словами. Ученые предполагают, что гиппокамп играет роль в прогностической обработке языка (см. Bonhage et al., 2015), что согласуется с его ролью в прогностической обработке в других областях (Buckner, 2010; Covington and Duff, 2016).

В аналогичном исследовании Piai et al. (2016), Jafarpour et al. (2017) исследовали паттерны активности гиппокампа, в частности  активность высокочастотного диапазона гиппокампа (HFB) во время 0,5-секундной паузы между началом предложения и появлением картинки с ответом. Наибольшая активность HFB наблюдалась в период до появления изображения в лингвистически ограниченных по условию неоконченных предложениях по сравнению со свободно составленными неоконченными предложениями, что предполагает предварительную активацию ожидаемого семантического представления. Эти паттерны гиппокампальной мощности HFB затем сравнивались друг с другом на основе семантического сходства, рассчитанного с использованием LSA. Результаты показали, что паттерны предварительной активации активности HFB были более схожи для изображений, которые были ближе по семантическому значению друг к другу.

Кроме того, данные интракраниальных записей также свидетельствуют о том, что гиппокамп вносит свой вклад в поиск слов во время определения наименования изображений (Hamam? et al., 2014). Во время определения наименования изображений активность высокочастотного диапазона (HFB) левого гиппокампа увеличивалась в период между представлением изображения и воспроизведением слов относительно исходного уровня до стимула. Латентность пика ответа гиппокампа была предиктором пробной задержки определения наименований участников пробного эксперимента. Авторы предполагают, что эти результаты указывают на роль гиппокампа в восстановлении произвольных ассоциаций между объектами и их именами.

Результаты этих исследований внутричерепной записи позволяют предположить, что в дополнение к роли гиппокампа в приобретении новой семантической памяти и поддержании удаленной семантической памяти гиппокамп также кодирует, отслеживает и строит семантические отношения ранее приобретенных слов во время обработки предложения, чтобы создать смысл в данный момент и облегчить коммуникацию (см. Cross et al., 2018; Gaskell et al., 2019). Роль гиппокампа в обработке семантической памяти оказывается удивительно сходной с той ролью, которую гиппокамп играет в своей поддержке эпизодической памяти. Основываясь на этой работе, междисциплинарные подходы к изучению вклада гиппокампа в семантическую память обещают расширить и усовершенствовать теории и методы в различных областях и могут предложить исследователям новые парадигмы, которые позволят интегрировать изучение эпизодической и семантической памяти.

Заключение

Прошло почти 50 лет с тех пор, как Эндель Тульвинг (Tulving, 1972) предположил, что исследование наблюдения различий между эпизодической и семантической памятью может быть полезно для изучения памяти. Бесспорно, эксперимент Тульвинга был значительным катализатором в эмпирическом и теоретическом изучении множественных систем памяти.

Растет признание того, что история изучения систем памяти по отдельности и поиск различий привели к игнорированию многими учеными хорошо описанной взаимозависимости эпизодической и семантической памяти (Greenberg and Verfaellie, 2010; Ferreira et al., 2019; Renoult et al., 2019). Недавние работы также подчеркивают ключевую роль семантической памяти во многих, если не во всех, формах эпизодической памяти, независимо от временных условий (Irish and Piguet, 2013). Будущая работа по разработке методов и материалов, полностью отражающих возможности семантической памяти, будет иметь решающее значение для облегчения сопоставления различных форм памяти и понимания их когнитивных и нейронных взаимозависимостей, а также для проверки психологических и анатомических различий между семантической и эпизодической памятью.

Изучение эпизодической и семантической памяти в совокупности, понимание их взаимодействий, взаимозависимостей и общих механизмов обещает углубить наше понимание того, как слова, понятия и значения, а также эпизоды и события интегрируются, создаются и сохраняются в памяти, давая новые понимания наших двух наиболее типичных человеческих способностей: памяти и языка.

Автор перевода: Сафи А. И.

Источник: Duff MC, Covington NV, Hilverman C, Cohen NJ. Semantic Memory and the Hippocampus: Revisiting, Reaffirming, and Extending the Reach of Their Critical Relationship. Front Hum Neurosci. 2020;13:471. Published 2020 Jan 24. doi:10.3389/fnhum.2019.00471