Declarative memory including semantic and episodic memories refers to those memories that can be explicitly stated or consciously recalled. The declarative memory has been considered to be crucial for communications in our daily life and for the development of human culture. The medial temporal lobe regions are known to be critically involved in the formation and maintenance of declarative memory. Especially, prior studies have suggested that declarative learning enhances neural activity in the hippocampus and that such neural activity is associated with memory consolidation processes. However, it is still unclear whether neural representations of stimuli change during learning, and whether the change in neural representations reflects retention of the declarative memory. Herein, we combined an event-related functional magnetic resonance imaging and association memory paradigms to investigate the relationship between the change in neural representations during declarative learning and the subsequent memory retention in the hippocampus. Using trial-by-trial similarity analysis during learning, we found that between-stimulus pattern similarity for associated stimuli significantly increased during learning in the left hippocampus. Moreover, the change in representational similarity between associated stimuli was significantly correlated with the subsequent memory performance at retrieval one day or four weeks after learning. The same tendency was also found in the entorhinal cortex of the medial temporal lobe regions, especially for the memory performance at retrieval four weeks after learning. In the visual cortex, the change in representational similarity was not correlated with the subsequent memory performance while pattern stability for the same stimulus was correlated with the subsequent memory performance. These results suggest that the change in neural representations in the medial temporal lobe regions, especially the hippocampus, during learning reflects the maintenance of the declarative memory.
서술기억은 외현적으로 진술될 수 있으며 의식적인 인출이 가능한 기억을 의미한다. 의미기억과 일화기억을 포함하는 서술기억은 인간 일상생활의 정보전달과 문화형성에 결정적인 역할을 담당하고 있다. 이러한 서술 기억의 형성과 저장에는 중앙측두엽(MTL) 영역들이 핵심적인 역할을 한다고 알려져 있는데, 특히 기존 연구들은 서술기억 학습 시 해마에서의 신경 활성이 증가한다는 것과 이러한 신경 활성 증가가 기억 경화와 연관될 것이라는 가능성을 제시해왔다. 그러나 해마에서 자극에 대한 신경 표상이 학습이 진행되면서 실제로 변화하는지, 그리고 이러한 신경 표상의 변화가 서술기억의 유지 정보를 직접적으로 담고 있는지는 명확하지 않다. 본 연구에서는 사건 관련 기능적 자기 공명 영상 기법과 연관기억 패러다임을 결합하여 서술기억을 학습하는 동안 해마에서의 신경표상과 기억 유지 정도의 관계를 알아보았다. 다중복셀패턴분석법 기반의 시험별유사성분석법을 사용하여 연관기억 학습이 진행되는 동안 자극에 대한 신경표상을 분석한 결과, 왼쪽 해마에서 연관된 자극의 신경표상 유사성이 점차 증가하는 경향을 발견하였다. 예상했던 바와 같이 이러한 변화는 1일 및 4주 후 피험자의 연관 기억 유지 정도와 유의미한 양의 상관관계를 보였다. 중앙측두엽의 대뇌피질 영역인 내후각피질에서도 유사한 경향을 발견하였는데, 특히 4주 후 기억 유지와 연관자극 신경표상의 유사성 간 양의 상관관계를 확인할 수 있었다. 그러나 시각 피질에서는 이러한 경향이 관찰되지 않은 반면, 같은 자극에 대한 신경 패턴의 안정성이 후속 서술기억과 연관이 있었다. 이러한 결과는, 감각 영역에 비해 중앙측두엽 영역, 특히 해마의 정보에 대한 신경 표상이 학습을 통해 더 역동적으로 변화하며, 이러한 변화를 바탕으로 서술 기억의 유지를 예측할 수 있음을 시사한다.
