Exploring autobiographical memories: from neurocognitive mechanisms to real-life experience

Abstract

Our daily life event experiences fall into two general classifications: those that are remembered and those that are not. The act of remembering involves a perfect gearing of neurocognitive operations that begin with the encoding of information and conclude with the retrieval of a complete memory. The success or failure of any of these operations will determine the fate of a memory. Capturing memory processes and their dysfunction in real-life situations is technically and methodologically challenging. Therefore, much basic and clinical memory research uses highly controlled materials and tasks, recorded by pen and paper or on a computer in a laboratory setting. While such an approach is extremely powerful in allowing good experimental control and straight-forward analysis of many parameters, such artificial paradigms fail to provide valid conclusions on function and impairment in naturalistic real-life situations. In this thesis, we explored some of the factors that can influence the encoding and retrieval of memories with the aim of developing novel approaches that enhance ecological validity. Relative to the process of encoding, in Study 1, we studied how the integration of new information into long-term memory takes place when novel experiences overlap with existing structures of memory networks. In particular, we focused on understanding whether the nature of these overlapping representations, either at episodic or semantic level, could affect the process of integration into a relational memory network. Our neurophysiological results supported the notion that different neural responses and mechanisms subserved memory integration processes and they differed as a function of the underlying relational network properties. Given its clinical relevance, we also examined the role of the hippocampus in inferential learning by exploring the generalization ability of a group of TLE patients with specific lesions at the MTL structures. Our behavioural results showed that the hippocampus is a key structure that support mnemonic generalization. In study 2, we propose a novel naturalistic approach that share the overall aim of bridging the gap between the highly controlled yet artificial laboratory studies and the more ecologically-valid processes that occur in everyday life. In this study, we developed a new experimental approach that allowed us to extract individual experiences from real-life episodic routine and used them as cues by using a convolution network-based algorithm (SR-clustering). With these individual cues we also explored how the pass of time impacted on the retrieval of these event episodes assessing their recollection one week, two weeks and 6 to 12 months after the encoding period. Additionally, participants also enrolled into a separate study that require them to encode and retrieve lab-based pictures, not related with their personal experiences, to delineate the feasible differences between retrieval processes cued by real-life autobiographical vs lab-based event experiences. Our behavioural results suggested that picture cues were effective in eliciting the retrieval of Autobiographical Memories (AMs). Furthermore, from our neurophysiological results we observed that these ‘cues’ clearly triggered a solid differential response when compared to pictures depicting other’s past. In study 3, we used functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) to investigate the brain regions engaged during the retrieval of AMs for single event episodes cued by pictures recorded by healthy adults through a wearable camera for 4 consecutive days. The findings of this study corroborate that the use of real-life picture cues elicit the activation of a core AM brain network of regions that can be observed even at the individual level. Altogether, this thesis provides novel insights into how encoding and retrieval processes unfolded and contributed to exciting and debated topics about the cognitive and neural mechanisms that support autobiographical memories. I hope that the findings and the thoughts contained in this thesis would be useful to start novel research initiatives that improve our understanding of the mechanisms that govern human memory.

Nuestras vivencias del día a día se pueden clasificar entre las que recordaremos y las que no. El acto de recordar implica un perfecto engranaje de operaciones neurocognitivas que comienzan con la codificación de una información y concluyen con la recuperación completa de una memoria. El éxito o el fracaso de alguna de estas operaciones determinará el destino de esa memoria. Ser capaces de capturar estos procesos y sus errores en situaciones de la vida real es metodológica y técnicamente un reto. Por lo tanto, mucha de la investigación básica y clínica en el campo de la memoria utiliza estímulos y tareas en condiciones controladas, administradas en lápiz y papel o en un ordenador en un entorno de laboratorio. Aunque este enfoque cuenta con puntos fuertes en el control experimental y en el análisis directo de muchos parámetros, estos paradigmas artificiales no son capaces de ofrecer conclusiones válidas que expliquen la función y el deterioro en la vida real. En esta tesis, hemos explorado algunos de los factores que pueden influenciar la codificación y recuperación de la memoria con el esfuerzo de desarrollar nuevos enfoques que aumenten la validez ecológica. Referente al proceso de codificación, en el estudio 1, estudiamos cómo tiene lugar la integración de una nueva información en la memoria a largo plazo cuando se solapa con estructuras de redes de memoria ya existentes. En particular, nos centramos en entender si la naturaleza de estas representaciones solapadas, tanto a nivel episódico como semántico, pueden afectar al proceso de integración en una red de memoria relacional. Nuestros resultados neurofisiológicos apoyan la idea de que diferentes respuestas y mecanismos neuronales favorecen los procesos de integración y que se diferencian en función de las propiedades relacionales de la red. Dada su relevancia clínica, examinamos también el papel que el hipocampo tiene en el aprendizaje inferencial mediante la exploración de la habilidad para generalizar de un grupo de pacientes con epilepsia en el lóbulo temporal y con lesiones específicas en el lóbulo temporal medial. Nuestros resultados conductuales mostraron que el hipocampo es una de las estructuras principales que sustenta la generalización. En el estudio 2, proponemos un enfoque nuevo que abarca el objetivo general de establecer puentes entre estudios artificiales que estén altamente controlados a nivel experimental con procesos más ecológicos que ocurren en el día a día. En este estudio, desarrollamos un protocolo que nos permitió extraer experiencias individuales de las rutinas diarias y usarlas como pistas de recuperación aplicando un algoritmo (SR-Clustering). Con estas pistas de recuperación tomadas individualmente, exploramos también cómo el paso del tiempo impacta en la recuperación de los eventos episódicos al evaluar el recuerdo a una semana, dos semanas y de 6 a 12 meses del periodo de codificación. Además, los participantes también formaron parte de otro estudio donde se les requería que codificaran y recuperaran imágenes artificiales creadas en el laboratorio, y que no tenían ninguna relación con sus experiencias personales, para delimitar posibles diferencias entre los procesos de recuperación generados a partir de experiencias autobiográficas comparadas con las de laboratorio. Nuestros resultados conductuales sugieren que las fotografías utilizadas fueron efectivas ya que provocaron la recuperación de memorias autobiográficas. Además, nuestros resultados neurofisiológicos mostraron que estas pistas de recuperación eran capaces de producir una clara y sólida respuesta diferente a la producida por fotografías que mostraban el pasado de otras personas. En el estudio 3, usamos resonancia magnética funcional (fMRI) para investigar las regiones del cerebro que se activan al recuperar memorias autobiográficas usando fotografías tomadas por adultos sanos con una cámara portátil durante 4 días consecutivos. Los hallazgos de este estudio corroboran que el uso de imágenes reales provoca la activación de una red central de regiones relacionadas con la memoria autobiográfica que pueden observarse a nivel individual. En resumen, esta tesis ofrece nuevas ideas acerca de cómo se desenvuelven los procesos de codificación y recuperación de la memoria, y contribuye a fomentar el debate existente entre los mecanismos cognitivos y neuronales que sostienen la memoria autobiográfica. Espero que los hallazgos y pensamientos que contiene esta tesis puedan ser útiles para fomentar nuevas investigaciones y mejorar el entendimiento de los mecanismos que gobiernan la memoria humana.