To successfully identify and respond to objects, the human brain utilizes previously stored information related to the objects. Understanding this object memory retrieval process is important in that it provides a basis for interpreting the human cognitive process of interacting with the outside world. To understand how the learned information is processed in the human brain during retrieval, we conducted two different experiments on automatic and active retrieval using object-value memory and object-object memory, respectively. In the study on automatic retrieval of object-value memory, we focused on how the long-term value memory is maintained and processed efficiently in order to induce automatic retrieval. Using long-term value learning with fractal objects and functional magnetic resonance imaging (fMRI), we found that the ventral striatum (VS) retains the learned values even in the absence of any immediate outcome. Neural responses in the VS showed significant value discrimination and the similarity of neural representations for good-valued objects increased after learning. This suggests that the VS is involved in storing and efficient processing of positive values associated with an object. In the study on active retrieval of object-object memory, we focused on the information processing in the hippocampus, a well-known core region for declarative memory. Using a simple object-object association paradigm with fMRI and representational similarity analysis (RSA), we successfully confirmed that the hippocampus is involved in cortical reinstatement during active retrieval. Moreover, we found that there exists an additional information processing beyond reinstatement in the hippocampal subregion CA3/DG during retrieval, and suggest that this information processing in CA3/DG may be related to memory strengthening. Taken together, the obtained results show how information is processed during automatic and active retrieval of object memory and provide insights to better understand the process of memory retrieval.
사람의 뇌는 물체를 성공적으로 식별하고 그에 맞게 대응하기 위해 해당 물체와 연관되어 저장된 기존 정보를 인출하여 활용한다. 이러한 기억 인출 과정을 이해하는 것은 외부 세상과의 상호 작용에 필요한 인간의 인지 과정을 해석하는 기반을 제공한다는 점에서 중요한 의미를 가진다. 본 학위논문에서는 학습된 정보가 인출과정에서 어떻게 처리되는지 이해하기 위해 물체와 가치의 연합, 그리고 물체 간의 연합을 이용하여 각각 자동적 기억 인출과 능동적 기억 인출에 대한 두 가지 실험을 수행하였다. 우선, 물체에 연합된 가치의 자동적 기억 인출에 관한 실험에서는 자동적인 인출을 유도하기 위해 장기적 가치 기억이 어떻게 유지되고 또한 효율적으로 처리 되는지에 초점을 맞추고 연구를 진행하였다. 프랙탈 물체에 대한 장기적 가치 학습 전후로 측정한 기능적 자기공명영상의 데이터를 바탕으로 분석을 수행하였고, 그 결과 복부선조영역(ventral striatum)에서 과거에 학습된 물체에 대한 긍정적인 가치 기억 정보가 처리되고 있다는 것을 발견하였다. 학습 전후로 복부선조영역의 신경 반응은 물체에 연합된 가치에 따라 유의미한 차이를 보였고, 긍정적인 가치가 연합된 물체 간의 신경 표현 유사도가 증가하였다. 이러한 결과들은 복부선조영역이 물체와 연합된 가치 기억의 저장 및 처리 과정에 기여한다는 것을 의미한다. 물체 간 연합의 능동적 기억 인출에 대한 실험에서는 서술기억의 핵심 영역으로 잘 알려진 해마(hippocampus)의 정보 처리에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 물체 연관 패러다임을 활용한 기능적 자기공명영상 실험을 수행하였고, 이를 통해 확보한 뇌활성패턴 데이터에 대해 표현의 유사성 분석을 진행한 결과, 해마가 기억 인출 과정에서 기억의 복귀에 관여한다는 것을 확인하였다. 더하여, 기억 인출 과정에서 해마의 하위 영역인 CA3/DG에는 기억의 복원을 넘어선 추가적인 정보 처리가 있음을 발견하였으며 이것이 기억의 강화와 관련될 수 있음을 제시하였다. 종합하면, 본 학위논문은 물체 기억의 인출 과정에서 정보가 처리되는 방식을 설명하고, 전체적인 기억 인출 기작의 이해를 위한 기반을 제시하였다.
