Fast mapping : a rapid and direct route to the integration of novel associations into semantic memory networks

Abstract

Contrary to traditional theories of declarative memory, there is evidence that novel, arbitrary associations can be rapidly and directly incorporated into cortical networks through an encoding paradigm called fast mapping (FM), possibly bypassing time-consuming hippocampal-neocortical consolidation processes. Yet, contradictory findings have been reported and factors driving learning by means of FM are still under debate. In the FM paradigm, a picture of a previously unknown item (e.g., a blue-footed bird) is presented next to a previously known item (e.g., a flamingo) and participants are asked to answer a question referring to an unfamiliar label (e.g., Does the satellote have blue feet?). By recognizing and rejecting the known item, they implicitly infer that the label must belong to the unknown item. Thereby, the unknown item and the label can be bound to an association, which is ultimately incorporated into cortical semantic networks. One critical operation required to solve the FM encoding task is the discrimination between items, which typically recruits the perirhinal cortex (PrC), especially if the items share many features. Here, feature overlap between the unknown and the known item was systematically manipulated, with the idea that, if the PrC contributes to FM learning, increasing the demands on perirhinal processing by increasing feature overlap might be beneficial. In a next step, increased PrC involvement might also drive the binding of the unknown item and the label. As expected, rapid semantic integration (i.e., a semantic priming effect) was only found for associations encoded within an FM paradigm in which the items shared many features. Moreover, a learning intention, which might trigger hippocampal rather than perirhinal binding processes, was disadvantageous for FM learning. Supportive evidence was obtained within an fMRI experiment, revealing that the PrC and other structures of an anterior temporal system (i.e., anterior temporal and anterior hippocampal regions) contribute to learning through FM only if feature overlap is high. Due to its functional characteristics, the PrC as part of an anterior temporal system might be especially qualified to discriminate between the unknown and known item, to bind the unknown item and the label to a unit, and thus to support their rapid incorporation into cortical networks.

Im Gegensatz zu traditionellen Theorien des deklarativen Gedächtnisses gibt es Evidenz, dass neue, arbiträre Assoziationen mittels eines Enkodierparadigmas namens Fast Mapping (FM) schnell und direkt in kortikale Netzwerke integriert werden können, was die Umgehung zeitaufwändiger hippokampal-neokortikaler Konsolidierungsprozesse ermöglicht. Jedoch wurden viele widersprüchliche Befunde berichtet und Faktoren, die das Lernen mittels FM steuern, werden noch immer diskutiert. Im FM-Paradigma wird ein Bild eines zuvor unbekannten Objekts (z.B. ein blaufüßiger Vogel) neben einem zuvor bekannten Objekt (z.B. ein Flamingo) dargeboten und es soll eine Frage bezüglich eines unvertrauten Namens beantwortet werden (z.B. Hat der Satellot blaue Füße?). Durch das Erkennen und Zurückweisen des bekannten Objekts ist es möglich zu erschließen, dass der Name zum unbekannten Objekt gehört. Dadurch können das unbekannte Objekt und der Name zu einer Assoziation gebunden werden, die letztlich in kortikale semantische Netzwerke integriert wird. Eine kritische Operation, die erforderlich ist um die FM-Enkodieraufgabe zu lösen, ist die Diskrimination zwischen Objekten, welche typischerweise den perirhinalen Kortex (PrC) rekrutiert, vor allem, wenn die Objekte viele Merkmale gemein haben. In dieser Arbeit wurde die Merkmalsüberlappung zwischen dem unbekannten und dem bekannten Objekt systematisch manipuliert mit der Idee, dass, wenn der PrC zum Lernen durch FM beiträgt, eine Erhöhung der Anforderungen an den PrC in Form einer stärkeren Merkmalsüberlappung günstig sein könnte. In einem nächsten Schritt könnte eine stärkere PrC-Beteiligung auch das Binden des unbekannten Objekts und des Namens antreiben. Wie erwartet wurde eine semantische Integration (d.h. ein semantischer Priming-Effekt) nur gefunden, wenn die Assoziationen innerhalb eines FM-Paradigmas enkodiert wurden, in dem die Objekte viele Merkmale gemein hatten. Zudem erwies sich eine Lernintention, welche eher hippokampale als perirhinale Bindungsprozesse hervorrufen könnte, als unvorteilhaft für das Lernen durch FM. Stützende Evidenz wurde innerhalb eines fMRT-Experiments gewonnen, welches zeigte, dass der PrC und andere Strukturen eines anterior-temporalen Systems (d.h. anterior-temporale und anterior-hippokampale Regionen) zum Lernen mittels FM nur dann beitragen, wenn die Merkmalsüberlappung hoch ist. Aufgrund seiner funktionellen Charakteristika könnte der PrC als Teil eines anterior-temporalen Systems speziell qualifiziert sein um zwischen dem unbekannten und bekannten Objekt zu diskriminieren, das unbekannte Objekt und den Namen zu einer Einheit zu binden und dadurch deren schnelle Integration in kortikale Netzwerke zu fördern.