The memory integrating process, in which new information is integrated into prior knowledge, is critical for our adaptive behaviors. Previous studies have shown that the hippocampus is involved in memory updating processes and have suggested that the hippocampal subregions might have different roles during memory integration processes. However, the neural information processing underlying the memory integration between prior and newly learned memories in the hippocampus remains unclear. To address this, we monitored the neural representational changes during memory integration using event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) and multi-variate analyses. In the experiment, participants were asked to conduct two consecutive learning sessions and one retrieval session. During the first learning session, they learned the first set of common object pairs. Following the first learning session, they learned the second set of the object pairs, which partially overlapped with the first set of object pairs. Using trial-by-trial similarity analysis, we found that the hippocampal representations of associative information dynamically changed during the memory integration process. Moreover, the hippocampal subregions supported different associative information; the CA3 / DG mainly processed the direct associations between objects, while CA1 mainly processed the integration information between indirectly associated objects. Additionally, there was greater correspondence between the representation of the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) and the representations of the CA1 compared to the representations of the dlPFC and the CA3 / DG. These results demonstrate the differential roles of the hippocampal subregions during memory integration and suggest that the interaction between the CA1 and the dlPFC mainly subserves memory integration based on inference processes.
새로 학습한 내용을 기존 지식에 통합하는 과정인 기억연합 과정은 인간의 적응적 행동의 바탕이다. 기존연구들은 해마가 기억연합과정에 중요한 신경 기저로써 작용함을 규명해왔으며, 특히 해마의 하위 영역들이 기억 연합 과정에서 다르게 작용할 가능성을 제안하고 있다. 그러나 기억연합이 진행되는 과정에서 해마에서 저장되어 있던 기억과 새로운 기억 표상이 어떻게 변화되어가며 연합기억을 이루어가는 지에 대한 신경 기전은 아직 밝혀진 바가 없다. 이에 본 연구에서는 이를 규명하고자 기억연합 과정에서 이미 저장되어 있던 정보와 새로운 정보의 표상이 변화하는 양상을 추적하는 인간대상 자기공명뇌영상 실험을 수행하였다. 이 실험에서 참여자들은 총 두 번의 연속된 학습 세션과 한 번의 기억 인출 세션에 참여하였다. 첫 번째 학습 세션을 통해 물체 간의 연결을 학습한 뒤, 이후의 두 번째 학습을 통해 첫 번째 학습 세션의 내용과 겹치는 물체가 일부 포함된 물체 간의 연결을 추가로 학습하였다. 그 결과, 기억연합 과정에서 물체 간의 연관 정보가 계속해서 변화함을 발견하였으며, 직접적 연관 정보와 간접적 연합 정보 각각이 해마 하위 영역에서 다르게 표상되는 것을 발견했다. 특히, 해마 하위 영역 중 CA3 / DG는 직접적 연관 정보를, CA1은 간접적 연합 정보를 처리했다. 그뿐만 아니라, 배외측 전전두피질 역시 CA1과 유사한 정보 처리 양상을 보였으며, 두 영역 간의 구조적 상관관계는 CA3 / DG보다 유의하게 높게 나타났다. 이러한 결과는 기억연합 과정에서 나타나는 해마 하위 영역의 역할이 다르다는 것을 보여주며, 피질 영역과 CA1의 상호작용을 통해 직접적으로 배우지 않은 정보의 연합이 이루어진다는 것을 직접적으로 입증하고 있다.
