Мультимодальная слуховая и зрительная память

Роль лобэктомии лобных долей. Prisco в 1963 году (неопубликованное исследование, описанное Теуbеr и Milner в 1968 году) использовал тест Конорского (Коnorski, 1959) для изучения рабочей памяти пациентов с фронтальной лобэктомией. Испытуемый должен был сравнить два «одинаковых или различных» стимула одной и той же модальности, разделенных во времени промежутками от 1 до 60 с. В качестве визуальных и звуковых стимулов Prisco использовал щелчки, звуки разной высоты, вспышки, цвета и неправильные фигуры. Каждый стимул имел пять разных значений, чтобы затруднить возможность вербального узнавания. Пациенты с односторонней лобэктомией правой или левой лобной доли показали ухудшение выполнения тестовых заданий для обеих модальностей при сравнении щелчков, звуков разной высоты, цветов и вспышек, в то время как у пациентов с лобэктомией правой лобной доли наблюдались явные затруднения при сравнении неправильных фигур. Все тесты были выполнены правильно пациентами с лобэктомией левой височной доли. Prisco не опубликовал свои данные и полученные им результаты не проверены независимыми исследованиями.

Результаты исследований Prisco могут быть объяснены тем, что поражения лобных долей принимают участие в развитии полимодальных трудностей в категоризации более трудных для понимания стимулов с увеличенным выбором основных значений. Такая интерпретация появления трудностей при выполнении подобных тестов подтверждается исследованиями Прибрама и Таббса (Pribram, Tubbs, (1967). Они обнаружили, что трудности в выполнении отставленного альтернирующего задания (delayed alternation tasks) у животных с повреждениями лобных долей исчезают при введении 15-секундной паузы между презентациями каждой пары стимулов. Авторы предположили, что 15-секундная пауза используется для организации информации в кратковременной памяти состоящих из удобных для обработки «кусков» или категорий. Конечно, дальнейшие исследования могут помочь выделить роль поражений лобных долей в развитии расстройств специфической кратковременной памяти, относящихся к полимодальной категоризации процесса обработки сенсорной информации.

Роль лобэктомии передней части височных долей. Stepien и Sierpinski (1964) изучали слуховую и зрительную краткосрочную память у пяти пациентов с односторонней лобэктомией 5-7 см от переднего конца височной доли, включая зону гиппокампа. Задняя часть первой височной извилины обычно сохранялась. Авторы использовали тест сравнения последовательных сигналов в парах, разработанный Конорским (1959) на основе тестов для животных, которые широко использовались Павловым и его коллегами. При изучении краткосрочной памяти пациентов просили найти различия между двумя составными звуковыми или зрительными стимулами. Каждый стимул состоял из двух сигналов одинаковой модальности. Когда оба сигнала стимула были идентичными, пациент должен был сжимать динамометр, соединенный с записывающей аппаратурой. Когда два сигнала были разными, сжимать динамометр не требовалось. Краткосрочная память тестировалась без интервалов между сигналами внутри стимула или с интервалами, длительностью 30, 60 и 120 с. Пациент должен был сохранять в своей памяти первый сигнал, пока ему не демонстрировали второй. Длительность этого сохранения варь-

ировала от 2 до 120 с в различных вариантах теста. Краткосрочная память также испытывалась вставкой отвлекающего внимание сигнала между двумя сигналами стимула.

Авторы обнаружили, что число ошибок достигало 45-50% от числа попыток для слуховой и зрительной краткосрочной памяти после операции. Авторы предполагают, что причиной нарушений краткосрочной памяти может быть двусторонняя дисфункция гиппокампа, которая приводит к разрыву нейронных связей, критичных для процессов обработки и записи новой информации.

Ряд исследований ограничивались тестированием зрительной рабочей памяти без тестирования слуховой рабочей памяти и наоборот у пациентов с лобэктоми-ей передней и задней части височной доли. Расстройства рабочей памяти были показаны в обоих случаях. Milner (1962; 1967) обнаружила ряд различий в слуховой кратковременной памяти, проявлявшейся при распознавании серии звуков различной высоты пациентами с лобэктомией височных долей, выполненной при лечении эпилепсии по Пенфилду. Лобэктомии подвергались передние и задние части височных долей на расстоянии 4-8 см вдоль основания, включая гиппокам-пальные формации. Верхняя задняя часть височной доли сохранялась. Две серии звуков разной высоты, от 3 до 5 в серии были представлены испытуемым для сравнения. Звуки демонстрировались один после другого с минимальным интервалом между ними. После прослушивания двух серий звуков пациент должен был определить высоту звуков в сериях. Высота могла быть одинакова для всех тонов в обеих сериях или различалась в одном или более тонах. Пациент также должен был определять последовательность тонов, различавшихся в двух сериях. Смысл ошибок не различался до и после лобэктомии, но их число было на 23% выше у пациентов с лобэктомией правых височных долей, по сравнению с пациентами с лобэктомией левых височных долей.

Эти расстройства слуховой кратковременной памяти у пациентов с лобэктомией передней части височной доли были менее сильными, чем расстройства у пациентов с афазией Вернике. Дорофеева (1967) изучала различение испытуемыми серий состоящих из трех тонов. Второй тон каждой серии отличался на величину от 5 до 150 Гц. Дифференциальный порог оставался в районе 5-10 Гц у пациентов с афазией Брока, но увеличивался до 110-120 Гц (!) у пациентов с афазией Вернике. Возможно, что увеличение числа ошибок и повышение порогов дифференциации связано с маскировкой высоты тона предшествующими и последующими тонами последовательности. В этом случае исследования были более направлены на оценку распознавания высоты тона, чем на оценку ухудшения слуховой рабочей памяти.

Меерсон (1986) изучал зрительную рабочую память с помощью изображений разных углов у 22 пациентов с лобэктомией правой височной доли и 20 пациентов с лобэктомией левой доли. Секция была произведена в ходе лечения эпилепсии и включала лобэктомию от полюса височной доли до вены Лябе. Порог чувствительности для углов был 3,0 ± 0,2, 3,5 ± 0,3, 3,5 ± 0,05 для межстимульных интервалов 0,1,5,10 с в контрольных опытах на нормальных испытуемых. У пациентов с лобэктомией височных долей порог чувствительности значительно увеличивался для интервалов 5 и 10 с. Дифференциальные пороги чувствительности были

3,6 ± 0,3, 8,2 ± 1,3, 14,4 ± 2,3 для интервалов между стимулами 0,1; 5 и 10 с, соответственно. Не было найдено значительных различий среди групп пациентов с лобэктомией левых и правых височных долей.

Поражения теменной доли. У пациентов с поражением теменной доли ранее охарактеризованные расстройства становились полимодальными. Значительное число ошибок регистрировалось для последовательностей как звуковых, так и зрительных стимулов при 2-секундной задержке для пациентов с поражениями левого и правого полушария. Это число составляло 13,6 и 10,6% для последовательностей углов, линий и кривых и 14,3 и 10,5% для последовательностей звуков для пациентов с поражениями левого и правого полушария, соответственно. Однако увеличение интервала до 5 или 10 с не приводило к статистически достоверному увеличению числа ошибок. Также мультимодальные, но менее серьезные расстройства дифференциации зрительных и звуковых последовательностей были отмечены у пациентов после лобэктомии нижней передней части височной доли (Меерсон, 1986). Мультимодальность расстройств у пациентов с поражениями теменных долей подтверждается также ухудшениями в представлении данных в дифференциации кинестетических последовательностей (Кайданова, Меерсон, 1969).

Расстройства распознавания звуковых и зрительных последовательностей были более выражены у пациентов с повреждениями левого полушария, по сравнению с пациентами с повреждениями правого полушария во всех сериях тестов. Это может быть частично связано с вербальным кодированием как слуховых, так и зрительных последовательностей. Такое кодирование может быть частично ухудшено у пациентов с поражениями левого полушария.

В то же время, увеличение временного промежутка между звуковыми или визуальными последовательностями не приводило к значительному увеличению числа ошибок у группы пациентов с поражениями теменной доли, в то время как у пациентов с повреждениями верхней задней части височной доли количество ошибок увеличивалось в тестах звуковых последовательностей, а у пациентов с повреждениями затылочной доли увеличивалось количество ошибок в тестах с использованием зрительных рядов. Это может быть использовано для возможного объяснения расстройств рабочей памяти в различении последовательностей тонов и цветов. Возможно, что дифференциация последовательностей сигналов обеспечивается двумя механизмами. Первый механизм основан на рабочей памяти для порядка простых элементов, включенных в последовательность. Эта способность уменьшалась в случаях мономодальных зрительных или слуховых расстройств памяти, развившихся в результате повреждений затылочной доли или верхней задней части височной доли, соответственно. Второй механизм включает операции переноса описания последовательностей, содержащего порядки одиночных звуковых, зрительных или кинестетических элементов, в единое мультимо-дальное описание последовательности, которое легче сохранять в рабочей памяти и использовать в будущих операциях, таких как различение двух последовательностей. Повреждения теменной доли или передних или задних частей височной доли могут ухудшать процессы формирования таких мультимодальных паттернов последовательностей, но когда такой паттерн сформирован, он может быть

зафиксирован за время интервала между представлением двух последовательностей, как это было показано в описываемом исследовании. В то же время, формирование такого паттерна для перевода в мультимодальное описание затруднено для звуковых модальностей в случае поражений верхней задней части височной доли и визуальной модальности при повреждении затылочной доли. Дифференциация последовательностей основана на запоминании порядков их простых звуковых или зрительных элементов, что затруднительно для фиксации в рабочей памяти во время периода задержки. Это приводит к заметному увеличению числа ошибок во время этих задержек (операция формирования паттерна в распознавании комплекса особенностей, состоящего из простых элементов, также обсуждается в разделе «Зрительная агнозия», подразделе «Распознавание комплексных особенностей» главы 2).

Рабочая память пространственного расположения и ориентации. Роль поражений лобных долей. Роль повреждений лобных долей в различных расстройствах рабочей памяти требует дальнейшего исследования, особенно на фоне предположений о специфической функции лобных долей в реализации механизмов рабочей памяти стимулов различной модальности, когда они представляются совместно (Baddeley, 1994). Ряд данных свидетельствует о сохранении звуковой и зрительной рабочей памяти у пациентов с афазией Брока и поражением премоторного региона левой лобной доли. Однако пациенты с префронтальными повреждениями не исследовались систематически в отношении возможных расстройств слуховой или зрительной рабочей памяти.

Расстройства пространственной рабочей памяти после поражения лобной доли впервые были показаны в экспериментах на животных. Было показано (Jacob-sen, 1935, 1936), что обезьяны с повреждениями лобных долей не могли выбрать после определенного интервала коробку с пищей из двух одинаковых закрытых коробок, стоявших справа и слева перед обезьяной. Обе коробки были установлены перед обезьяной в незакрытом состоянии и продемонстрированы обезьяне до эксперимента. Положение коробок не изменялось. В более сложном отставленном альтернативном задании (delayed alternation task) пища помещалась во время задержки в альтернативную коробку, если ответ был правильным. Серия исследований, последовавшая за оригинальными экспериментами, проведенными Jacobsen, позволила предположить, что неправильное выполнение этого задания зависит от расстройств внимания, мотивации и кинестетики более чем от дефицита памяти (Finan, 1942, Melmo, 1942, Pribram et al., 1952, Gross, Weizkrantz, 1962, Konorski, 1967, Stamm, 1987).

Исследования Jacobsen по изучению роли лобных долей в пространственной рабочей памяти были позже продолжены с использованием записи потенциалов одиночной клетки {single-cell recording) нейронов областей 46 и 8А Уолкера выше основной борозды (для обзора см. Goldman-Rakic et al., 2000). Макаки-резусы были выдрессированы сохранять пространственную информацию о местоположении восьми маленьких квадратов в течение короткого периода времени. По окончании периода задержки, обезьяны вознаграждались за смещение пристального взгляда к определенным позициям, занимаемым квадратами. Во время выполнения теста животным зафиксирована активность нейронов различных регионов

мозга. Установлено, что клетки, активные только во время периода задержки, были локализованы в префронтальных областях 46 и 8А выше основной борозды (Funahashi et al., 1989). Сходные результаты показаны и на людях. Функциональные магнитно-резонансные и индукционно-потенциальные исследования показали, что наиболее активные при функционировании пространственной памяти области, по-видимому, лежат впереди лобных зрительных полей (Courtney et al., 1998, Goldman-Rakic et al., 2000). Эти данные подтверждают многослойную гипотезу префронтальной функциональной архитектуры с вышерасположенной зоной обработки пространственной информации и расположенной ниже зоны обработки информации об объектах, особенно о лицах. Многослойная гипотеза подтверждается также данными об активации нижнего, островкового и переднего пре-фронтального регионов левого полушария при протекании процессов обработки звуковой информации, включая создание слов, названий объектов и кодирования слов (Kapur et al, 1994; Price et al., 1996; Kelley et al., 1998).

Однако ряд авторов, используя позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) для изучения ориентационной рабочей памяти, показали, что поддержание состояния ориентации требует участия не только верхних лобных извилин, но и вентрального предлобного кортекса с обеих сторон (Cornette et al., 2001). В то же время уточнение ориентации, согласно этому исследованию, происходит с участием дорсолатерального префронтального кортекса и медиальной области верхней лобной извилины Наиболее активные области включают также верхнюю теменную дольку и предклинье полушарий головного мозга с двух сторон.

Роль поражений теменной доли. Активация заднего теменного кортекса была также показана во время выполнения тестов на рабочую память пространственной ориентации у приматов (обзор см. у Goldman-Rakic et al., 2000). Chafee и Goldman-Rakic (1998) зарегистрировали активацию нейронов как в префронтальной, так и в теменной зонах в экспериментах на обезьянах. Опыты производились на тех же животных, что и в первой описанной работе, чтобы исключить индивидуальные различия среди животных и методов, использующихся в различных исследованиях. Они обнаружили сходство в активности обеих зон в период задержки сигнала. Верхний префронтальный кортекс находился в тесном функциональном взаимодействии с корой теменных долей при обработке и сохранении пространственной информации, в то время как значительные корреляции активности вентролатерального префронтального кортекса и коры задней части теменной области отсутствовали. Остается неясным, какие специфические функции выполняют префронтальный кортекс и кора теменных долей в работе памяти пространственной ориентации. Некоторые авторы (Smith, Jonides, 1999) предполагают роль коры теменных долей в качестве накопительного буфера, в то время как кора лобных долей вовлечена в манипуляционные и исполнительные функции, так же как и в постоянное обновление информации, находящейся в буфере коры теменных долей. Это выдвигает области коры лобных долей на ведущее место в неконвенциональной обработке информации.

Однако в наших исследованиях пациентов с локальными патологиями мозга было обнаружено, что поражения теменной доли ведут к нарушениям восприятия углов с различной ориентацией в пространстве, то есть операции, которая может

не требовать пространственной информации, хранящейся в буфере памяти. Испытуемый должен был оценить величину в градусах двух по-разному ориентированных углов, которая была одинаковой либо различной. Дифференциальный порог у пациентов с поражением коры теменной доли увеличивался от значения в 5,7° для углов с идентичной ориентацией до 13,5° для углов с различной ориентацией. Это увеличение остается достаточно незначительным у пациентов с повреждениями затылочной доли (от 6,3 до 7,6°) и повреждениями верхней задней части височной доли (от 5,3 до 6,3°) (см. главу 2, раздел «Зрительно-пространственная агнозия»).

Возможно, что верхний префронтальный кортекс играет более значимую роль в переработке более сложной нешаблонной пространственной информации, по сравнению с относительно простым процессом обработки информации корой теменных долей. Это может быть окончательно подтверждено наличием постоянного повторения и обновления информации, необходимого в случае неконвенциональной обработки информации корой теменных долей. Надо принять во внимание, что шаблонная, хорошо изученная пространственная информация в основном обрабатывается в коре теменных долей и различные нарушения этого процесса могут быть следствием повреждений теменных долей. Нарушения процесса переработки неконвенциональной пространственной информации могут быть также обнаружены у пациентов с повреждениями теменных долей. Несомненно, что их влияние на ухудшение пространственной рабочей памяти, как результат функционирования коры лобных долей, требует дальнейших исследований.

Выводы

1. Нарушения рабочей памяти могут быть следствием повреждений различных структур коры. Они не ограничиваются ухудшением способности использования рабочей памяти как подчиненной системы для сохранения информации в случае ее обработки «центральным исполнителем». В действительности, нарушения включают в себя механизмы не только сохранения, но и обработки информации в ходе различных операций на разных уровнях рабочей (оперативной) памяти.

2. Становится более ясной тенденция мономодального характера ухудшения памяти, развивающегося в результате поражений главных зрительных зон в случае расстройств зрительной рабочей памяти и окрестностей главных слуховых зон в случае расстройств слуховой рабочей памяти. Например, повреждение затылочной доли ведет к нарушениям зрительной рабочей памяти для одиночных и комплексных свойств объектов или для последовательностей зрительных сигналов, в то время как слуховая рабочая память полностью сохраняется или повреждается минимально. В то же время, поражения верхней задней части височной доли ведет к расстройствам слуховой рабочей памяти для одиночных звуковых сигналов и их последовательностей без ухудшения зрительной рабочей памяти.

3. Расстройства мультимодальной слуховой и зрительной рабочей памяти для последовательностей стимулов являются результатом повреждения теменной доли и передней нижней части височной доли. Некоторые данные подчеркивают мультимодальный характер рабочей памяти лобных долей, но большинство таких исследований ограничены изучением лишь зрительной модальности, поэтому

в настоящее время невозможно провести корректное сравнение со слуховой рабочей памятью.

4. Значение различий локализации поражений в развитии мономодальных и мультимодальных расстройств рабочей памяти может быть объяснено ролью передних кортикальных структур в обработке неконвенциональной информации, которая может быть облегчена переводом визуальных или звуковых описаний в описания унитарным кодом, например, в передней части височных долей. Такой унитарный код, возможно, используется теменными и лобными долями в описании пространственной и временной информации, обрабатываемой в рабочей памяти. Этот процесс может нарушаться при повреждениях вышеуказанных структур и проявляться как расстройства рабочей памяти для пространственного положения, ориентации и для дифференциации слуховых и зрительных последовательностей.

5. Расстройства «центрального исполнителя» могут быть мономодальными и относиться к процессам, направленным на осуществление хорошо известного процесса «рутинной» переработки конвенциональной информации и на участие в процессе переработки неконвенциональной информации, обладающей неполным набором свойств (см. дискуссию в предыдущих главах).

6. Несомненно, различия в операциях, осуществляемых рабочей памятью в различных областях коры, требуют дальнейших систематизированных исследований, особенно в отношении сравнения ролей коры лобных долей и задних кортикальных областей.