background image

 

PHYSIOLOGY 

Dr. Basim Mohamad Awan

                                    

Lecture 21

 

MEMORY 

Memory  is  the  ability  of  the  brain  to  store  information  and 

retrieve  it  at  a  later  time.  The  storage  capacity  of  the  human 

brain  is  limited.  So,  the  information  that  flow  into  the  brain  is 

classified  into  significant  one  that  will  stored  and  insignificant 

one that is ignored and not stored. The most important ones (less 

than  1%)  are  selected  and  stored,  but  all  the  rest  are  neglected 

and forgotten. 

 

STORAGE CAPACITY OF THE BRAIN 

The information unit is the  "bit",  which is the simplest form  of 

sensory experience; i.e. a letter, a line, a color, a tone, a smell...etc. 

The  capacity  of  all  the  sensory  system  to  send  information  to  the 

brain is less than 50 bits/s. An average rate of information flow is 

about  20  bits/s.  Ten  neurons  are  required  to  store  one  bit  of 

information.  The  total  storage  capacity  of  the  human  brain  is 

about 3x 10

8

 bits. 

 

TYPES OF MEMORY : 

 Four different types of memory: 

[I]  SENSORY MEMORY (Immediate memory). 

[II]  PRIMARY MEMORY (Short-term memory) 

 


background image

 

[III]  SECONDARY MEMORY (Long-term memory)   

[IV]  TERTIARY MEMORY (permanent memory) 

 

[I] SENSORY MEMORY (Immediate memory) 

Any sensory signal is automatically stored in the sensory memory 

for  few  seconds.  This  memory  can  accommodate  15-20  bits. 

Forgetting 

starts 

spontaneously 

immediately 

after 

the 

information is acquired. The spontaneous gradual decline in the 

amount of stored information is called "fading" of information. 

The spontaneous disappearance of information from the memory 

is  called  "extinction"  of  information.  The  information  in 

sensory memory can be transferred to the secondary memory. 

 

[II] PRIMARY MEMORY (Short-term memory) 

This  is  a  memory  that  lasts  for  few  minutes  to  few  hours.  The 

information  enters  this  memory  by  verbalization;  i.e.  through 

spoken  or  written  words.  The  primary  memory  is  not  found  in 

young  infants  or  animals  as  they  would  not  understand  the 

meaning of spoken or written words. 

The  capacity  of  primary  memory  is  small.  Bits  of  information 

are  introduced into it in chronological order, one  after  the other. 

The  new  information  replaces  the  old  ones.  The  latter  are  then 

forgotten. 

The access to the primary memory stores is rapid; one can retrieve 

the information rapidly. 


background image

 

[III] SECONDARY MEMORY (Long-term memory) 

This is a memory that lasts for several hours up to several years. 

The information is introduced into this memory from the sensory 

and primary memories by two mechanisms: 

1. Stimulation of the reward or punishment systems.  

2. Repeated practice or rehearsal of the experience. 

The capacity of the secondary memory is large. The information 

is stored according to its significance. The bits of information of 

related  significance  are  stored  together.  The  access  to  the 

secondary memory stores is slow; it takes some time to remember 

the wanted information. 

Forgetting of information in the secondary memory occurs when 

a new information conflicts with an old stored one. In this case, 

one  information  cancels  the  other  either  by  repulsion  or  by 

replacement.  If  the  'old  information  repels  the  new  one;  the 

process  is  called  "proactive  inhibition"  and  if  the  new 

information  replaces  the  old  one,  the  process  is  called 

"retroactive inhibition". 

In this way, the more we have learned, the greater the liability to 

forget  the  new  information  by  proactive  inhibition.  The  old 

information  inhibits  the  acquisition  of  new  ones.  Therefore,  the 

blame  for  most  of  our  forgetting  must  be  placed  on  what  we 

have learned before. 

 

 


background image

 

[IV] TERTIARY MEMORY (Permanent memory) 

This  is  the  permanent  memory.  The  information  stored  in  this 

memory  are  never  forgotten;  e.g.  one's  name  or  the  ability  to 

read  and  write.  Information  in  the  tertiary  memory  comes  from 

the  secondary  memory  by  years  of  practice,  which  strongly 

consolidates  the  memory.  The  stored  information  in  the  tertiary 

memory  remains  available  for  retrieval  even  if  information  in 

other  memories  is  erased  by  brain  injury  or  disease.  This  is 

because information in the tertiary memory occupies large areas 

of the brain and more than one "copy" of the information is 

stored in different regions of the brain. 

The  access  to  the  ternary  memory  is  very  rapid,  e.g.  one 

immediately remembers his name if he is asked about it. 

 

MECHANISMS OF MEMORY 

 

 [I] SENSORY MEMORY 

Sensory  memory  is  made  by  prolonged  after  discharge  in  the 

neuronal circuits. Three mechanisms are involved: 

(a)  Activation  of  reverberating  circuits  leading  to  repeated 

reactivation of neurons. 

(b)  Short  term  synaptic  potentiation  by  multiple  successive 

stimulation of input neurons. 

(

C

)

 

Synaptic  sensitization  by  coupling  the  sensory  experience 

with intense or noxious stimulus. 


background image

 

 [II] PRIMARY MEMORY 

The  primary  memory  is  made  by  the  formation  of  temporary 

memory traces. A memory trace is a newly developed pathway 

for  signal  transmission  resulting  from  facilitation  of  new 

synapses.  This  leads  to  the  creation  of  new  circuits  in  the  brain 

that  keeps  the  memory  of  the  experience.  Activation  of  these 

circuits  brings  the  memory  up  to  one's  mind.  There  are  two 

possible  mechanisms  for  the  formation  of  the  new  memory 

traces: 

(a)  Long  term  potentiation  of  synapses.  During  verbalization 

the brain catches the new interesting information and rehearses it 

several times.  

(b)  Changes  in  the  physical  properties  of  the  postsynaptic 

membrane  leading  to  enhanced  sensitivity  to  the  chemical 

transmitter. 

 

[III] SECONDARY MEMORY 

Secondary  memory  is  made  by  formation  of  "memory 

engrams".  A  memory  engram  is  a  long-lasting  memory  trace 

formed  by  structural  changes  in  presynaptic  terminals.  These 

changes include: 

(a)  Increase  in  the  total  area  of  the  specific  release  sites  in 

the  cell  membrane.  Transmitter  vesicles  get  attached  to  these 

sites  before  they  rupture  and  release  their  transmitter  into  the 

synaptic  cleft.  The  increase  in  the  release  sites  increases  the 


background image

 

amount  of  transmitter  released  at  the  presynaptic  terminal,  thus 

facilitating synaptic transmission. 

(b)  Increase  in  the  number  of  transmitter  vesicles  in  the 

presynaptic terminal. 

(c)  Increase  in  the  number  of  presynaptic  terminals  by 

formation of new terminals. 

The  memory  engrams  remain  for  a  long  time,  up  to  several 

years. Formation of memory engrams requires protein synthesis. 

Antibiotics  which  inhibit  protein  biosynthesis  interfere  with  the 

formation  of  memory  engrams.  They  prevent  the  consolidation 

of memory but do not affect the primary memory. 

 

[IV] TERTIARY MEMORY 

Tertiary  memory  is  made  by  the  formation  of  permanent 

memory  traces  (permanent  engrams).  These  permanent 

engrams  are  made  by  structural  changes  in  the  neurons.  The 

changes  are  similar  to  those  in  secondary  memory.  Tertiary 

memory  may  be  considered  as  an  advanced  stage  of  secondary 

memory. 

 

CONSOLIDATION OF MEMORY 

Consolidation  of  memory  means  the  transfer  of  information 

from  the  Sensory  and  primary  short-term  memories  to  the 

secondary long-term memory. This process takes from 5 minutes 

for  minimal  consolidation  to  two  hours  for  maximal 


background image

 

consolidation. Consolidation of memory could be interrupted by 

deep  anesthesia,  brain  concussion  or  electroconvulsive 

therapy  (ECT).  Accordingly,  if  a  sensory  impression  is  made, 

then  followed  within  5  minutes  by  brain  concussion  or  ECT  or 

anesthesia,  the  experience  gets  extinct.  This  explains  why 

patients who had brain concussion in accidents cannot remember 

what  happened  at  the  time  of  the  accident.  If  the  concussion 

occurs  2  hours  after"  the  sensory  experience,  the  information 

remains unaffected. If it occurs within two hours, the memory is 

affected proportionately. 

Consolidation  occurs  to  the  information  which  attracts  the 

attention  of  the  mind.  The  brain  automatically  rehearses  this 

information.  A  wide  awake  person  consolidates  memories  far 

better  than  a  person  with  mental  fatigue.  This  is  because  the 

wide awake brain is more attracted by the new information and 

is  capable  of  making  rapid  and  more  frequent  rehearsals  that 

would consolidate memory more effectively. Normal quiet sleep 

consolidates  the  memory  of  information  received  before  the 

onset of sleep. 

 

ENCODING OF MEMORY 

Encoding of memory is the classification, then placing each memory 

item  with  other  related  items  in  the  proper  memory  store;  i.e. 

memory  archiving.  It  is  part  of  the  consolidation  process.  The 

hippocampus  plays  a  central  role  in  this  function.  All  bits  of 


background image

 

information go first to the hippocampus where they are  sorted  out 

as  significant  or  insignificant.  If  the  information  is  classified  as 

significant,  signals  are  sent  to  the  mamillary  bodies  of  the 

hypothalamus.  From  the  hypothalamus  signals  proceed  on  to  the 

orbitofrontal  cortex,  then  to  the  basal  forebrain  (Fig.  19-1). 

From the  basal  forebrain  (nucleus  basalis  of  Meynert)  there  are 

diffuse  cholinergic  projections  to  the  memory  stores  which  are 

found  in  all  parts  of  the  neocortex,  the  amygdala  and  the 

hippocampus.  The  amygdala  associates  the  memories  formed 

through  different  senses,  then  through  its  connections  with  the 

hypothalamus  (the  amygdalohypothalamic  pathways)  it  is 

responsible  for  the  emotional  and  autonomic  responses  to 

memories. 

 

Figure 21-2:  

Brain areas concerned with encoding of long term 

memory

 

 

Long-term  memories  are  stored  in  the  form  of  engrams  in 

different regions of the brain. To retrieve a certain memory item, 

one should get an access to the specific engrams of this item and 

activates  them.  This  can  be  done  by  different  associations.  For 

example  the  word  "Egypt"  could  be  accessed  and  activated  by 


background image

 

other words as "the pyramids", "the Nile" or hearing part of the 

opera  "Aida"  or  seeing  a  photo  of  a  pharaoh  with  his 

characteristic features and head dress. Each of these  methods of 

access  is  considered  as  a  specific  "key"  which  "unlocks  "  and 

activates the specific engrams of the stored item. 

 

FACIAL RECOGNITION AREA 

The  impression  of  faces  is  stored  in  the  "facial  recognition 

area"  in  the  neocortex  of  the undersurface  of  the  temporal  and 

occipital lobes (Fig. 21-3). In right-handed persons and some of 

the  left  handed  ones,  the  facial  recognition  area  is  much  better 

developed in the right (representational) hemisphere than in the 

left (categorical) hemisphere. 

Bilateral lesion in this area leads to  "prosopagnosia" which is' 

inability  to  recognize  people  by  their  faces.  In  this  case,  the 

patient can recognize persons by their voices. A prosopagnostic 

patient develops emotional and autonomic reactions on seeing a 

familiar  face,  but  he  wouldn't  identify  the  person  until  he  hears 

him speaking. 

 

NAMING OF OBJECTS AREA 

This  is  the  function  of  an  area  in  the  most  lateral  portion  of 

both  the  anterior  occipital  and  posterior  temporal  lobes.  In 

this  area,  the  names  of  different  objects  are  stored.  Like  the 

facial  recognition  area,  it  is  better  developed  on  the  right  side 


background image

10 

 

than  in  the  left  side.  Damage  of  this  area  leads  to  inability  to 

name  objects,  although  the  patient  is  able  to  know  what  the 

object is, its value or its use.  Only the name is lost from memory. 

This is probably the brain area which gave Adam the advantage over 

angels.  According  to  the  holy  Qur'an,  after  the  creation  of  Adam, 

angels failed to name objects when Allah asked them to do, Adam by 

the command of Allah, preceded and told the names of objects. 

 

 

 

Figure 21-3: Basal view of the human facial recognition 

area. 

 

AMNESIA 

Amnesia  (Gr.  =  forgetfulness)  means  the  inability  to  remember 

past experience. There are several types of amnesia: 

1. RETROGRADE AMNESIA 

It is the inability to recall events that occurred shortly before the 


background image

11 

 

onset  of  brain  malfunction  without  affecting  memories  of  the 

remote  past.  Retrograde  amnesia  occurs  with  brain  concussion 

(post-traumatic  amnesia),  anesthesia,  electric  shock  (therapeutic 

ECT  or  accidentally).  In  these  conditions,  a  transient  brain 

malfunctioning erases the memories of events over a long period 

before  the  onset  of  malfunctioning.  During  recovery,  the  length 

of the period of amnesia shrinks progressively till it involves only 

several minutes. 

 

2.  ANTEROGRADE AMNESIA 

It  is  the  inability  to  form  new  memories.  The  memories 

consolidated  before  the  onset  of  amnesia  are  retained.  The 

sensory  and  primary  memories  are  functional  but  cannot  be 

consolidated. 

Anterograde  amnesia  occurs  with  bilateral  lesions  in  the 

hippocampus  or  other  structures  involved  in  the  encoding  of 

memory. 

 

3.  PSYCHOGENIC OR HYSTERICAL AMNESIA 

This is a rare condition characterized by sudden loss of memory 

for  usually  all  information  in  the  secondary  and  tertiary 

memories. This usually follows a severe psychological trauma or 

it  may  be  an  unconscious  response  to  internal  conflict  or  an 

intolerable  life  situation.  It  is  a  purely  functional  disorder 

without  any  organic  disease.      It  can  be  differentiated  from 


background image

12 

 

amnesia caused by damage or disease in the brain tissue by three 

characteristics: 

(I)  All  the  personal  data  are  forgotten,  including  the  patient's 

own name. 

(ii) The amnesia is not affected by key stimuli; seeing members 

of his family, his friends or his personal effects. 

(iii)  The  inability  to  remember  past  events  persists  although  the 

patient can make new memories. 

Complete recovery of memory almost always occurs. 

 

ALZHEIMER DISEASE AND SENILE DEMENTIA 

Alzheimer disease is caused by degeneration of the cholinergic 

nerve  fibers  which  project  from  the  nucleus  basalis  of 

Meynert  to  the  neocortex,  the  amygdala  and  the 

hippocampus.  The  disease  is  characterized  by  deterioration  of 

intellectual abilities as impairment of memory, lack of judgment 

and  inattentiveness.  The  disease  may  occur  at  any  age.  In  old 

age,  it  is  called  senile  dementia.  It  is  the  commonest  cause  of 

dementia  in  old  age  (found  in  10-15%  of  the  population  above 

the  age  of  65).  The  anticholinesterase  drug  eserine 

(physostigmine)  produces  some  improvement  but  it  does  not 

stop the progress of the disease. 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 191 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل