Роль областей цингулярной коры в функционировании памяти человека ^{* 1718}

В статье представлены результаты исследования роли основных отделов цингулярной коры правого и левого полушарий в процессах памяти у здоровых людей пожилого возраста, осуществленного при помощи метода магнитно-резонансной морфометрии (МРММ). Результаты исследования свидетельствуют о наличии связи результативности выполнения различных тестов на память и типа ошибок при извлечении информации из памяти со степенью развития определенных отделов цингулярной коры, что позволяет выдвинуть гипотезу о существовании двух базовых подсистем цингулярной коры – передней и задней дорсальной, реципрокно влияющих на выполнение нейропсихологических тестов на память.

Ключевые слова: цингулярная кора, поясная извилина, магнитно-резонансная морфометрия, нейропсихология человека, память

Рубрика: Психофизиология

Тип: научная статья

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ; проекты №№ 09-06-00293-а и 11-06-00343-а.

Введение

Структурой головного мозга человека, исследования которой в последнее время вызывают пристальный интерес специалистов в области когнитивных и нейрокогнитивных исследований, является цингулярная кора (кора поясной извилины), расположенная на медиальной поверхности головного мозга, между мозолистым телом и поясной бороздой. Данная область мозга, являясь составной частью лимбической системы, получает афферентные сигналы от передней группы ядер таламуса, а эфферентные сигналы из цингулярной коры идут в парагиппокампальную извилину и далее в гиппокамп. Кроме того, цингулярная кора имеет многочисленные двусторонние связи с лобной, теменной и затылочной корой больших полушарий.

В цитоархитектоническом отношении цингулярная кора довольно неоднородна. По классификации К. Бродмана, в ней различают семь полей – 23, 24, 26, 29, 30, 31 и 33. Однако в связи с тем, что точные границы между некоторыми полями практически невозможно точно визуально различить на томограммах, в последнее время в цингулярной коре выделяют только три крупных отдела: переднюю (поля 24 и 33), заднюю (поля 23 и 31) и ретросплениальную (поля 26, 29 и 30) кору. Иногда в задней цингулярной коре дополнительно выделяют вентральную (поле 23) и дорсальную (поле 31) части.

Наиболее подробно исследован передний отдел цингулярной коры. Так, в многочисленных работах показано, что активность передней цингулярной коры наблюдается при выполнении заданий, требующих произвольного контроля деятельности, включая детекцию ошибок, мониторинг конфликта и/или переключение внимания, а также в тестах на исполнительный компонент рабочей памяти. Клинические данные о поражении этой области мозга у людей и экспериментальные данные на животных также свидетельствуют о том, что при поражении задней цингулярной коры наблюдаются трудности при выполнении заданий, требующих когнитивного контроля (Rushworth et al., 2003; Botvinick et al., 2004; Kerns et al., 2004; Lenartowicz, McIntosh, 2005; Otsuka et al., 2006; Carter, van Veen, 2007; Posner et al., 2007; Hyafil et al., 2009). Исследования с использованием метода морфометрического анализа свидетельствуют, что у больных шизофренией часто наблюдается снижение объема передней цингулярной коры (Choi et al., 2005; Mitelman et al., 2005; Koo et al., 2008).

1. Вартанов А. В., Козловский С. А., Скворцова В. Б., Созинова Е. В., Пирогов Ю. А., Анисимов Н. В., Куприянов Д. А. Память человека и анатомические особенности гиппокампа // Вестник Московского университета. Серия 14. «Психология». 2009. № 4. С. 3–16.
2. Величковский Б. М. Когнитивная наука: Основы психологии познания. Т. 2. М.: Академия, 2006.
3. Глозман Ж. М. Количественная оценка данных нейропсихологического обследования. М.: ЦЛП, 1999.
4. Кроткова О. А., Величковский Б. М. Межполушарные различия при поражениях высших гностических отделов мозга // Компьютеры, мозг, познание: Успехи когнитивных наук. М.: Наука, 2008. С. 107–132.
5. Познер М. Развитие систем внимания у человека // Компьютеры, мозг, познание: Успехи когнитивных наук. М.: Наука, 2008. С. 93–106.
6. Bai F., Watson D. R., Yu H., Shi Y., Yuan Y., Zhang Z. Abnormal resting-state functional connectivity of posterior cingulate cortex in amnestic type mild cognitive impairment // Brain Res. 2009. № 1302. P. 167–174.
7. Botvinick M. M., Cohen J. D., Carter C. S. Conflict monitoring and anterior cingulate cortex: an update // Trends in Cogn. Sci. 2004. № 8. P. 539–546.
8. Bremner J. D., Vythilingam M., Vermetten E., Vaccarino V., Charney D. S. Deficits in hippocampal and anterior cingulate functioning during verbal declarative memory encoding in midlife major depression // Am. J. Psychiatry. 2004. V. 161. № 4. P. 637–645.
9. Carter C. S., van Veen V. Anterior cingulate cortex and conflict detection: an update of theory and data // Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 2007. № 7. P. 367–379.
10. Cato M. A., Crosson B., Gokcay D., Soltysik D., Wierenga C., Gopinath K. et al. Processing words with emotional connotation: an FMRI study of time course and laterality in rostral frontal and retrosplenial cortices // J. Cogn. Neurosci. 2004. V. 16. № 2. P. 167–177.
11. Choi J. S., Kang D. H., Kim J. J., Ha T. H., Roh K. S., Youn T. et al. Decreased caudal anterior cingulate gyrus volume and positive symptoms in schizophrenia // Psychiatry Res. 2005. V. 139. № 3. P. 239–247.
12. Epstein R. A., Parker W. E., Feiler A. M. Where am I now? Distinct roles for parahippocampal and retrosplenial cortices in place recognition // J. Neurosci. 2007. V. 27. № 23. P. 6141–6149.
13. Epstein R.A. Parahippocampal and retrosplenial contributions to human spatial navigation // Trends Cogn. Sci. 2008. V. 12. № 10. P. 388–396.
14. Hackert V. H., den Heijer T., Oudkerk M., Koudstaal P. J., Hofman A., Breteler M. M. Hippocampal head size associated with verbal memory performance in nondemented elderly // Neuroimage. 2002. V. 17. № 3. P. 1365–1372.
15. Hayden B. Y., Nair A. C., McCoy A. N., Platt M. L. Posterior cingulate cortex mediates outcome-contingent allocation of behavior // Neuron. 2008. V. 60. № 1. P. 19–25.
16. Herrmann M., Rotte M., Grubich C., Ebert A. D., Schiltz K., Munte T. F. et al. Control of semantic interference in episodic memory retrieval is associated with an anterior cingulate-prefrontal activation pattern // Hum. Brain. Mapp. 2001. V. 13. № 2. P. 94–103.
17. Heun R., Freymann K., Erb M., Leube D. T., Jessen F., Kircher T. T. et al. Successful verbal retrieval in elderly subjects is related to concurrent hippocampal and posterior cingulate activation // Dement. Geriatr. Cogn. Disord. 2006. V. 22. № 2. P. 165–172.
18. Hyafil A., Summerfield C., Koechlin E. Two mechanisms for task switching in the prefrontal cortex // J. Neurosci. 2009. № 29. P. 5135–5142.
19. Iaria G., Chen J. K., Guariglia C., Ptito A., Petrides M. Retrosplenial and hippocampal brain regions in human navigation: complementary functional contributions to the formation and use of cognitive maps // Eur. J. Neurosci. 2007. V. 25. № 3. P. 890–899.
20. Ino T., Doi T., Hirose S., Kimura T., Ito J., Fukuyama H. Directional disorientation following left retrosplenial hemorrhage: a case report with fMRI studies // Cortex. 2007. V. 43. № 2. P. 248–254.
21. Kerns J. G., Cohen J. D., MacDonald A. W., Cho R. Y., Stenger V. A., Carter C. S. Anterior cingulate conflict monitoring and adjustments in control // Science. 2004. № 303. P. 1023–1026.
22. Kim J. H., Park K. Y., Seo S. W., Na D. L., Chung C. S., Lee K. H. et al. Reversible verbal and visual memory deficits after left retrosplenial infarction // J. Clin. Neurol. 2007. V. 3. № 1. P. 62–66.
23. Koo M. S., Levitt J. J., Salisbury D. F., Nakamura M., Shenton M. E., McCarley R. W. A cross-sectional and longitudinal magnetic resonance imaging study of cingulate gyrus gray matter volume abnormalities in first-episode schizophrenia and first-episode affective psychosis // Arch. Gen. Psychiatry. 2008. V. 65. № 7. P. 746–760.
24. Lee E., Kinomura S., Meguro K., Akanuma K., Meguro M., Fukuda H. Confabulations on episodic and semantic memory questions are associated with different neurologic backgrounds in Alzheimer disease // Cogn. Behav. Neurol. 2009. V. 22. № 2. P. 81–88.
25. Lenartowicz A., McIntosh A. R. The role of anterior cingulate cortex in working memory is shaped by functional connectivity // J. Cogn. Neurosci. 2005. V. 17. № 7. P. 1026–1042.
26. Maddock R. J., Garrett A. S., Buonocore M. H. Remembering familiar people: the posterior cingulate cortex and autobiographical memory retrieval // Neuroscience. 2001. V. 104. № 3. P. 667–676.
27. Maguire E. A., Woollett K., Spiers H. J. London taxi drivers and bus drivers: a structural MRI and neuropsychological analysis // Hippocampus. 2006. V. 16. № 12. P. 1091–1101.
28. McCoy A. N., Platt M. L. Risk-sensitive neurons in macaque posterior cingulate cortex // Nat. Neurosci. 2005. V. 8. № 9. P. 1220–1227.
29. Mitelman S. A., Shihabuddin L., Brickman A. M., Hazlett E. A., Buchsbaum M. S. Volume of the cingulate and outcome in schizophrenia // Schizophr. Res. 2005. V. 72. № 2-3. P. 91–108.
30. Oka Y., Maeshima S., Morita S., Ishida K., Kunimoto K., Yoshida M. et al. [A case of amnesia caused by a subcortical hematoma in the left retrosplenial region] // No. Shinkei Geka. 2003. V. 31. № 3. P. 289–295.
31. Otsuka Y., Osaka N., Morishita M., Kondo H., Osaka M. Decreased activation of anterior cingulate cortex in the working memory of the elderly // Neuroreport. 2006. V. 17. № 14. P. 1479–1482.
32. Posner M. I., Rueda M. R., Kanske P. Probing the mechanisms of attention // Handbook of psychophysiology/ Eds. J. T. Cacioppo, L. G. Tassinary, and G. G. Berntson. N.Y.: Cambridge University Press, 2007. P. 410–432.
33. Ries M. L., Schmitz T. W., Kawahara T. N., Torgerson B. M., Trivedi M. A., Johnson S. C. Task-dependent posterior cingulate activation in mild cognitive impairment // Neuroimage. 2006. V. 29. № 2. P. 485–492.
34. Rushworth M. F., Hadland K. A., Gaffan D., Passingham R. E. The effect of cingulate cortex lesions on task switching and working memory // J. Cogn. Neurosci. 2003. V. 15. № 3. P. 338–353.
35. Schoning S., Zwitserlood P., Engelien A., Behnken A., Kugel H., Schiffbauer H. et al. Working-memory fMRI reveals cingulate hyperactivation in euthymic major depression // Hum. Brain. Mapp. 2009. V. 30. № 9. P. 2746–2756.
36. Sugiura M., Shah N. J., Zilles K., Fink G. R. Cortical representations of personally familiar objects and places: functional organization of the human posterior cingulate cortex // J. Cogn. Neurosci. 2005. V. 17. № 2. P. 183–198.
37. Sozinova E. V., Kozlovskiy S. A., Vartanov A. V., Skvortsova V. B., Pirogov Y. A., Anisimov N. V., Kupriyanov D. A. The role of hippocampus parts in verbal memory and activation processes // International Journal of Psychophysiology. 2008. № 69. P. 312.
38. Tang J., Ko S., Ding H. K., Qiu C.S., Calejesan A. A., Zhuo M. Pavlovian fear memory induced by activation in the anterior cingulate cortex // Mol. Pain. 2005. Doi: 10.1186/1744–8069–1–6.
39. Teixeira C. M., Pomedli S. R., Maei H. R., Kee N., Frankland P. W. Involvement of the anterior cingulate cortex in the expression of remote spatial memory // J. Neurosci. 2006. V. 26. № 29. P. 7555–7564.
40. Turner M. S., Cipolotti L., Yousry T. A., Shallice T. Confabulation: Damage to a specific inferior medial prefrontal system // Cortex. 2008. V. 44. № 6. P. 637–648.