Memory processing in intracerebral recordings

MUDr. Klára Štillová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Úvod: Cílem naší práce bylo detekovat zapojení posteriorního mediálního kortexu (PMC), předních talamických jader (ANT) a hipocampu v procesech rozpoznávání a vybavování paměťových stop při plnění obrazových (vizuálních) a slovních paměťových úkolů. Metody: Zkoumali jsme intracerebrální záznamy u pacientů, kandidátů epileptochirurgické léčby epilepsie, kteří měli implantovány hluboké mozkové elektrody v oblasti retrospleniálního cingula, precuneu, cuneu, linguálního gyru, hipocampu, a dále u pacientů s farmakorezistentní epilepsii, kteří byli indikováni k hluboké mozkové stimulaci (DBS) ANT a měli implantovány elektrody oboustranně v ANT. Nahrávali jsme kognitivní evokované potenciály (ERP) při plnění obrazových (vizuálních) a slovních (verbálních) úkolů v paměťových procesech zapamatování a následně rozpoznávání prezentovaných podnětů. Výsledky: V hipokampu jsme zaznamenali ERP v průběhu zapamatování a rozpoznávání u obou testovaných modalit. V PMC a ANT jsme zaznamenali ERP u obou vizuálních úkolů (zapamatování a rozpoznávání) a dale v průběhu rozpoznávání slov. Nezachytili jsme žádné ERP v průběhu zapamatování slov jak v oblasti PMC, tak ani v ANT. ERP byly zaznamenány v průběhu rozpoznávání u obou modalit (vizuální a verbální) v oblasti ANT předcházeli ERP (P300 like potenciál), zachycené v hipocampu. Závěr: PMC a ANT jsou zavzaty do pamětového procesu v závislosti na modalitě. Zachytili jsme ERP u obou modalit v procesu rozpoznávání, ale nezaznamenali jsme žádne ERP v procesu zapamatování slov v PMC ani ANT. Zdá se, že PMC má určitou paměťovou funkci nejenom ve specifických následních kognitivních procesech, ale i v bazálnějších primárních paměťových úkolech. Dále jsme zjistili, že ANT je strukturou, která zpracovává paměťovou informaci dřívě než hipocampus, zejména v procesu rozpoznávání. Zdá se tedy, že ANT má specifickou roli v paměťových procesech, zejména v průběhu rozpoznávání podnětů. Mělo by se tedy myslet na možné postižení paměti u pacientů s DBS - ANT a také u pacientů s lezionálním postižením ANT a PMC. Rovněž se zdá, že ANT má strategickou pozici jako podkorové centrum - “brána” pro následné zpracování paměti v korových oblastech.

Abstract:

Objective: To study the involvement of the posterior medial cortex (PMC), the anterior nuclei of the thalamus (ANT), and the hippocampus in the processes of encoding and recognition during visual and verbal (auditory) memory tasks. Methods: We studied intracerebral recordings in epilepsy-surgery candidates using depth electrodes implanted in the retrosplenial cingulate, precuneus, cuneus, lingual gyrus, and hippocampus and in patients with pharmacoresistent epilepsy who underwent deep brain stimulation (DBS) of the ANT with depth electrodes implanted bilaterally in the ANT. We recorded the event-related potentials (ERPs) evoked by visual and verbal memory encoding-recognition tasks. Results: In the hippocampus, ERPs were elicited in the encoding and recognition phases in both visual and verbal modalities. In the PMC and ANT, ERPs were recorded in both the encoding and recognition visual tasks; in the verbal modality, they were recorded in the recognition task, but not in the encoding task. In the visual and verbal recognition tasks, the ERPs (P300-like potentials) in the ANT preceded the P300-like potentials in the hippocampus. Conclusions: The PMC and the ANT are modality dependent in memory processing. ERPs are elicited by memory recognition, but they are not elicited by verbal encoding memory processing in the PMC and ANT. The PMC appears to be involved in higher-order top-down cognitive activities as well as in more basic, rather bottom-up activities. The ANT is a structure in the memory pathway that processes memory information before the hippocampus. We suggest that the ANT has a specific role in memory processes, especially memory recognition, and that memory disturbance should be considered in patients with ANT-DBS and in patients with ANT and PMC lesions. ANT is well positioned to serve as a subcortical gate for memory processing in cortical structures.

Keywords

event-related potentials (ERPs), P300 like potentials, memory, posterior medial cortex (PMC), hippocampus, stereoelectroencephalography (SEEG), deep brain stimulation (DBS), anterior nuclei of the thalamus (ANT) evokované potenciály (ERPs), P300 like potenciál, paměť, posteriorní mediální kortex (PMC), hipocampus, stereoencefalografie (SEEG), hluboká mozková stimulace (DBS), přední talamická jádra (ANT)

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 12. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2015
• Supervisor: prof. MUDr. Ivan Rektor, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Neurology (4-years) / Neurology