Hippocampus is required for paired associate memory with neither delay nor trial uniqueness

Abstract

공간정보와 공간외적 정보들은 서로 연합되어 특정한 일화기억을 형성하게 된다. 예를 들어 강남역 이라는 공간을 표상하는 정보와 철수라는 인물을 표상하는 정보는 서로 연합되어 강남역에서 철수를 만난 일화기억을 이루는 토대를 형성한다. 이러한 과정에는 해마(hippocampus)가 중요한 역할을 한다고 알려져왔으며 이를 시험하기 위한 여러가지 짝짓기 연합기억 과제 (paired associate memory task)가 고안되어 왔다. 일례로, 최근 몇몇의 연구들은 쥐가 사물이나 냄새등의 비공간적 요소를 특정장소와 임의적으로 연합할수 있으며, 비공간적 요소가 후에 단서로 제시 되었을때 그와 연합된 장소에 대한 기억을 인출해 내는데 해마가 중요한 역할을 한다고 밝힌바 있다. 하지만 앞서 소개한 예와 같이 선행되어온 대부분의 짝짓기 연합 기억 과제에는 임의적인 연합(arbitrary association) 이라는 요소뿐만 아니라 시간간격(delay)이라는 요소 또한 포함되어 있다. 사물을 보는 것과 그 사물과 연합된 장소를 찾아가는 사건 사이에는 시간적 간격이 존재하며, 이 간격 동안 실험대상은 사물에 대한 기억을 머릿속에 떠올리고 유지하여야 한다. 시간간격 동안의 정보처리 과정 또한 해마의 중요한 역할로 여겨지고 있으며 이는 해마가 불능화된 쥐에 지연성 자극물 짝짓기(delayed matching to sample test)와 같은 과제를 수행함으로써 잘 밝혀져 있다. 이와 같이 임의적인 연합에 대한 해마의 기능을 시험하기 위해 사용된 기존의 과제들은 임의적 연합 요소 이외에도 시간간격 요소를 포함하고 있으므로, 임의적 연합에 대한 해마의 직접적 역할을 밝히는데 여려움을 지니고 있다. 이에 본 연구에서는 임의적 연합에 대한 해마의 직접적 역할을 뚜렷히 규명하고자 자극간의 시간간격 요소 및 이 밖의 해마 의존적이라고 알려진 자극의 시행별 고유성(trial uniqueness), 길찿기(spatial navigation)등의 요소를 모두 제거한 새로운 과제를 개발하였다. 이 과제에서 쥐는 사물을 경험한 후에 그 사물을 단서삼아 그 연합된 장소를 선택하게 되는데, 이 과정에서는 시간간격 동안 사물에 대한 정보를 기억할 필요가 없을 뿐만 아니라 특정 시행에 국한된 물체/장소를 기억할 필요가 없고 공간상에서 길을 찿을 필요가 없다. 훈련된 쥐의 해마에 muscimol 이라는 GABA-A 수용체를 활성화시키는 약물을 주입하여 해마를 일시적으로 불능화 시킨 후에 이 과제에 대한 수행능력을 시험해 보았다. 그 결과 muscimol을 주입해 해마를 불능화 시켰을 때의 과제 수행능력은 해마가 정상적으로 기능을 할때의 과제 수행능력보다 현저히 떨어짐을 관찰할수 있었다. 본 연구를 통한 일련의 결과들은 해마가 임의적 연합에 직접적인 역할을 함을 강력히 시사하고 있다.

Cued retrieval of memory is typically examined with delay when testing hippocampal functions as in delayed matching-to-sample tasks. Equally emphasized in the literature, on the other hand, is the hippocampal involvement in making arbitrary associations. Paired associate memory tasks are widely used for examining this function. However, the two variables (i.e., delay and paired association) were often mixed in paired associate tasks and this makes it difficult to localize the cognitive source of deficits with hippocampal perturbation. Specifically, a few studies have recently shown that rats can learn arbitrary paired associations between certain locations and non-spatial items (e.g., object or flavor) and later can retrieve the paired location when cued by the item remotely. Such tasks involve both (i) delay between sampling the cue and retrieving the target location and (ii) arbitrary association between the cueing object and its paired location. Here, we tested if delay was necessary in a cued paired associate task by using a task in which no delay existed between object cueing and the choice of its paired associate. Moreover, fixed associative relationships between the cueing objects and their paired locations were repeatedly used, thus involving no trial-unique association. The results powerfully demonstrate that the hippocampus is inherently required for retrieving paired associations between objects and places, and that delay and trial-uniqueness of the paired associates are not necessarily required.