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Klassifikation
Zusammenfassung
  • Beim Wortpaarlernen hängen die Konsolidierungseffizienz und der spätere Abruf nicht nur von lexikalischen Merkmalen ab, sondern auch von assoziativem und semantischem Langzeitwissen sowie von zeitlichen Dynamiken während der Enkodierung. Eine Manipulation dieser Faktoren beeinflusst die Abrufgenauigkeit, die Reaktionszeiten und neuronale Korrelate, die dem Gedächtnisbildungsprozess zugrunde liegen. Ihre spezifischen Einzelbeiträge sowie die Art und Weise, wie sie miteinander interagieren, sind jedoch bislang nicht systematisch untersucht worden. Diese Dissertation präsentiert daher drei aufeinander aufbauende Studien, die darauf abzielen, assoziative und semantische Priming-Effekte im Wortpaarlernen von rein episodischer Enkodierung abzugrenzen. Aus Textkorpora abgeleitete Kookkurrenzstatistiken wurden verwendet, um zu bestimmen, ob Prime- und Target-Wörter direkt miteinander assoziiert waren (basierend auf der Assoziationsstärke). Die semantische Merkmalsüberlappung wurde als Anzahl der gemeinsamen Assoziierten quantifiziert, die Prime und Target teilen. Dieser computationale Ansatz ermöglichte die klare Unterscheidung zwischen assoziativen Beziehungen und breiterer semantischer Ähnlichkeit. Studie A nutzte ein satzbasiertes Wortpaar-Paradigma mit einer Manipulation der Reizbeginn-Asynchronie (kurz vs. lang) zwischen Prime und Target, um robuste Vorteile im gestützten Abruf für stark direkt miteinander assoziierte Wortpaare und vergleichsweise schwächere Effekte für semantische Merkmalsüberlappung zu zeigen. Dieses Ergebnismuster zeigte sich über alle drei Studien hinweg. Die fehlende Interaktion zwischen Reizbeginn-Asynchronie, direkter Assoziation und semantischer Merkmalsüberlappung deutete darauf hin, dass solche Enkodierungsvorteile eher während der lexikalischen Wortverarbeitung entstehen als durch zeitabhängige Integrationsmechanismen. Studie B replizierte das Paradigma mit einer mittleren Reizbeginn-Asynchronie und zeichnete elektroenzephalographische Daten auf, um neurophysiologische Korrelate der Enkodierung zu untersuchen. Subsequent-Memory-Effekte sagten den Erfolg des durch Hinweisreize geleiteten Abrufs auf Trial-Ebene unabhängig von der Prime-Target-Beziehung vorher und spiegelten damit eher Aufmerksamkeitsengagement und allgemeine Enkodierungstiefe wider als das Vorhandensein der assoziativ-semantischen Manipulation. Im Gegensatz dazu waren die Amplituden der parietalen späten positiven Komponente erhöht, wenn eine starke direkte Assoziation zwischen Prime und Target einen Enkodierungszustand unterstützte, der mit späterer episodischer Erinnerung (d. h. Abruf von Kontextdetails) verknüpft war. Studie C ergänzte die bisherigen Befunde durch funktionelle Magnetresonanztomografie, um die Effekte der direkten Assoziation, der semantischen Merkmalsüberlappung und der rein episodischen Enkodierung auf die Aktivität hippocampaler Subfelder abzubilden. In dieser Studie wurden die Wortpaare nebeneinander ohne Satzkontext präsentiert. Der Gyrus dentatus zeigte bevorzugte Rekrutierung, wenn neuartige episodische Verknüpfungen gebildet werden mussten. Erhöhte Aktivität in CA3 hingegen stand im Zusammenhang mit hoher semantischer Merkmalsüberlappung, was durch seine Beteiligung an autoassoziativen (attraktorähnlichen) Mustervervollständigungsprozessen erklärt werden kann. Aktivität in CA1 und dem Subiculum wies zudem auf eine integrative Vergleichsfunktion hin, die die Übertragung in neokortikale Netzwerke unterstützt. Zusätzlich lieferten kortikale Tiefenprofil-Analysen (sechs äquidistante Tiefenstufen entlang des kortikalen Bandes) explorative Evidenz, die mit einer bedingungsabhängigen Rekrutierung in an der semantischen Kontrolle beteiligten Regionen konsistent ist. Die Effekte variierten jedoch nicht mit der kortikalen Tiefe. Durch die Integration assoziativer und semantischer Priming-Manipulationen in ein Wortpaarlernparadigma und die Kombination dessen mit neuronaler Bildgebung testet diese Dissertation Vorhersagen von komplementären Lernsystemen (rasches hippocampales Lernen neben gradueller neokortikaler Integration) und hippocampalen Attraktormodellen (rekurrente Dynamiken, die Mustervervollständigung unterstützen) beim Menschen. Diese Vorhersagen standen im Einklang mit der funktionellen Organisation der trisynaptischen Hippocampus-Schleife (Gyrus dentatus CA3 CA1 Subiculum). Die Befunde stützen einen hybriden Erklärungsansatz, nach dem bereits vorhandene lexikalische Strukturen die Bildung neuer Gedächtnisinhalte durch mustervervollständigungsähnliche Prozesse in CA3 und parietale Amplitudendynamiken der späten positiven Komponente beeinflussen. Der Gyrus dentatus vermittelt zudem Mustertrennung, um die Integrität neu gebildeter episodischer Spuren zu bewahren. Insgesamt verfeinert diese Arbeit mechanistische Modelle der Enkodierung, indem sie distinkte Beiträge zur erfolgreichen Gedächtnisbildung voneinander abgrenzt und messspezifische Vorhersagen liefert, die gezielte kausale Überprüfungen in der zukünftigen Forschung motivieren.
Abstract
  • In paired-associate word learning, consolidation efficacy and subsequent recall depend not only on lexical features but also on associative and semantic long-term knowledge, as well as temporal dynamics during encoding. Manipulating these factors influences recall success, response times, and neural correlates that underlie the memory formation process. However, their specific contributions and the ways in which they interact have not yet been examined systematically. This doctoral thesis therefore presents three consecutive studies designed to disentangle associative and semantic priming effects in paired-associate learning from purely episodic encoding. Corpus-derived co-occurrence statistics were used to determine whether prime and target words were directly associated (based on association strength). Semantic feature overlap was quantified as the number of common associates shared by prime and target. This computational approach enabled a clear dissociation of associative relations from broader semantic similarity. Study A used a sentence-embedded paired-associate paradigm with short versus long stimulus-onset asynchrony manipulation between prime and target to show robust cued recall benefits for word pairs with a strong direct association and comparatively weaker effects for semantic feature overlap. This result pattern was evident across all three studies. The lack of an interaction between stimulus-onset asynchrony, direct association, and semantic feature overlap suggested that such encoding advantages arise primarily during lexical processing rather than from time-dependent integration mechanisms. Study B replicated the paradigm with a moderate stimulus-onset asynchrony and recorded electroencephalography to investigate neurophysiological correlates of encoding. Subsequent memory effects predicted trial-by-trial cued recall success regardless of the prime-target relation, thereby reflecting attentional engagement and general encoding depth rather than the presence of the associative-semantic manipulation. In contrast, parietal Late Positive Component amplitudes were increased when a strong direct association between prime and target supported an encoding state linked to later episodic recollection (i.e., retrieval of contextual details). Study C supplemented the previous findings with functional magnetic resonance imaging to map the effects of direct association, semantic feature overlap, and purely episodic encoding onto hippocampal subfield activity. In this study, the word pairs were presented side by side without any sentence context. The dentate gyrus showed preferential engagement when novel episodic conjunctions had to be formed. Increased activity in CA3, on the other hand, was linked to high semantic feature overlap, which can be explained by its involvement in autoassociative (attractor-like) pattern completion processes. CA1 and subiculum activity further indicated an integrative comparator role in supporting the transfer to neocortical networks. In addition, cortical depth-resolved analyses (six equidistant depth surfaces sampled across the cortical ribbon) provided exploratory evidence consistent with condition-dependent recruitment in regions involved in semantic control. However, the effects did not vary with cortical depth. By integrating associative and semantic priming manipulations into a paired-associate learning paradigm and combining this with neuroimaging, this thesis tests predictions from Complementary Learning Systems (rapid hippocampal learning alongside gradual neocortical integration) and hippocampal attractor models (recurrent dynamics supporting pattern completion) in humans. These predictions were aligned with the functional organization of the hippocampal trisynaptic loop (dentate gyrus CA3 CA1 subiculum). The findings support a hybrid account in which pre-existing lexical structure affects memory formation via pattern-completion-like processes in CA3 and parietal Late Positive Component amplitude dynamics. The dentate gyrus further mediates pattern separation to preserve the integrity of novel episodic traces. Overall, this work refines mechanistic models of encoding by disentangling distinct contributions to successful memory formation and providing measure-specific predictions that motivate targeted causal tests in future research.
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