Episodic memory retrieval requires one to recollect the simultaneously bounded information as well as the sequence of events in the order of occurrence. Previous studies reported the involvement of the hippocampal formation, dorsal striatum, and frontal lobe in processing temporal binding and sequence. But how the neural representations of simultaneity and sequence differ and how the length of temporal distance influences these representations have not yet been brought to light. In this study, we postulated that there would be a neural dissociation of episodic binding and sequence processing in the brain regions mentioned above. To test this hypothesis, we performed an event-related functional resonance imaging (fMRI) experiment on a task that combines components of episodic and associative memory paradigms, designed to compare the neurocognitive representations of temporal distances. Subjects were instructed to remember the order of objects presented on screen and were later asked to make temporal order judgment between two randomly paired objects. Univariate analysis suggested a functional dissociation of simultaneity and sequence in the anterior-posterior frontal lobe. Multivoxel pattern analysis (MVPA) classification revealed the caudate and anterior hippocampus to store dissociable representations of simultaneity and sequence. Regional differential pattern similarity analysis also revealed that the subiculum contains neural representations of sequential conditions clearly distinct from that of simultaneity and the entorhinal cortex to contain representations specific to short distances. Furthermore, representational similarity analysis (RSA) revealed that the caudate codes short temporal distances differently from other ranges, and the hippocampus codes consecutivity differently from other temporal conditions. These results suggest that the brain regions previously implicated in temporal memory, especially the hippocampal formation and the dorsal striatum, may specialize in their functions in processing simultaneously bounded and sequential information of episodic memory retrieval, and contain neural representations specific to temporal distances, which may form a basis of how we utilize temporal information for the complete retrieval of episodic memory.
일화 기억의 인출을 위해서는 동시에 제시된 요소의 연합과 사건의 발생 순서를 기억해야 한다. 연합과 순서 기억에서 해마체, 배후 선조체 및 전두엽이 관여한다는 연구들이 보고되었으나, 동시성과 순서 기억 및 시간적 거리에 따른 신경 표상의 차이는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 위 뇌 영역에서 일화적 결합과 순서 기억의 신경적 분리를 가정하였다. 이 가설을 검증하기 위해 피험자들은 기능적 자기공명영상기기 안에서 일화 기억과 연합 기억 패러다임의 요소가 결합된 과제를 수행하였다. 그 결과, 일변량 분석에서는 전두엽 전후에서 동시성과 순서 기억의 기능적 분리를 보여주었다. 또한, 다중 복셀 패턴 분석은 동시성과 순서 기억 및 시간적 거리가 해마체와 배후 선조체에서 다르게 표현됨을 보였다. 이러한 결과는 동시성과 순차성 인출의 메커니즘이 다르고, 해마체는 시간 거리에 대한 신경 특이성을 포함하고 있음을 보여준다. 이는 일화 기억 인출을 위해 시간 정보를 활용하는 기반을 형성할 수 있음을 시사한다.
