Investigating age-related differences in functional brain activity and connectivity underlying source memory: An adult lifespan approach

Episodic memory encompasses an extraordinary range of diverse cognitive functions that are integral to daily functioning. Healthy aging is associated with declines in episodic memory, which may impair older adults' ability to remember the rich contextual details of previously experienced events. By the age of sixty, older individuals may have a reduced ability to remember spatial or temporal contextual features of past events (e.g., where or when you last took a prescription medication). Previous studies have focused on understanding the anatomical and functional neural correlates of episodic memory decline in young and older adulthood, but how these underlying mechanisms contribute to episodic memory to across the adult lifespan remains to be explored. In this series of studies, we aim to advance our understanding of the differences in episodic memory that develop across the adult lifespan and the neural basis of this age-related decline, as measured by functional magnetic resonance imaging (fMRI). Using a lifespan sample of young, middle-aged, and older adults, we employ a source memory paradigm to assess individuals' memory for the spatial and temporal contextual details of photographs of faces. In addition, we analyze fMRI data collected during both initial encoding and subsequent retrieval of contextual information in order to examine differential effects of age on encoding- and retrieval-specific processes. In Study 1, we demonstrate that declines in source memory may be discernible by midlife, extend into older adulthood, and are associated with reduced modulation of phase-specific activity in anterior prefrontal (PFC) and posterior ventral visual areas. We also show that older adulthood may be associated with increased phase-specific modulation, particularly in areas of lateral PFC and medial temporal lobes (MTL) at retrieval. In Study 2, we extend these findings to show how lifespan differences in phase-specific activity directly contribute to source memory performance. In particular, we find that older individuals engage dorsolateral PFC (DLPFC) to a greater extent at encoding and hippocampus (HC) to a greater extent at retrieval, during the phase when it does not seem to help performance across individuals. In Study 3, we address whether these age-related increases in encoding- or retrieval-specific activation might be related to differences in whole-brain connectivity. We examine whether age-related increases in DLPFC (Study 2 encoding) and posterior HC (Study 2 retrieval) differentially correlate with activity across the rest of the brain and with performance. In young adults, we demonstrate that connectivity between lateral PFC, parietal, and ventral visual cortical regions and our DLPFC seed relates to better performance. In older adults, these same regions show greater connectivity with posterior HC and relate to worse performance. Converging findings across studies suggests that activity and connectivity among fronto-parietal regions support the recollection of visual information and source memory performance in young adults, whereas aging may be associated with altered modulation of fronto-parietal activity and connectivity with posterior HC, which does not support source memory performance.La mémoire épisodique comprend une gamme extraordinaire de diverses fonctions cognitives qui sont essentielles au fonctionnement quotidien. Le vieillissement sain est associé avec des déclins de la mémoire épisodique qui peuvent affaiblir la capacité des adultes plus âgés de se rappeler toutes les facettes contextuelles des évènements vécus antérieurement. À l'âge de soixante ans, les individus peuvent avoir une capacité réduite de se souvenir des particularités spatiales et temporelles des évènements passés. Des études précédentes ont visé la compréhension des corrélats neuronaux anatomiques et fonctionnels du déclin de la mémoire épisodique chez les jeunes adultes et les adultes plus âgés, mais il reste à explorer comment ces mécanismes fondamentaux contribuent à la mémoire épisodique pendant la durée entière de la vie adulte. Dans cette série d'études, nous aspirons à avancer notre compréhension des différences qui se développent dans la mémoire épisodique pendant la durée de la vie adulte aussi bien qu'à approfondir notre connaissance de la base neurale de ce déclin lié à l'âge (tel que mesuré par l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, ou IRMf). Utilisant un échantillon de jeunes adultes, d'adultes d'âge moyen et d'adultes âgés, nous employons un paradigme de mémoire source pour évaluer la mémoire des détails contextuels spatiaux et temporels des photographies de visages. De plus, nous analysons des données d'IRMf récoltées pendant l'encodage initial aussi bien que pendant la récupération ultérieure des informations contextuelles pour examiner les effets différentiels de l'âge sur les processus d'encodage et de récupération de mémoire.Dans l'Étude 1, nous démontrons que le déclin de la mémoire source peut être discernable pendant l'âge moyen, s'étend dans l'âge adulte plus avancé et est associé avec une modulation réduite de l'activité qui est spécifique ou à l'encodage ou à la récupération de mémoire dans les régions préfrontale antérieure (CPF) et visuelle ventrale postérieure. Nous démontrons aussi que l'âge avancé peut être associé avec une augmentation de modulation lors de la récupération, particulièrement dans la région CPF latérale et les lobes temporaux médians (LTM). Dans l'Étude 2, nous approfondissons ces résultats pour démontrer comment les différences d'âge durant l'encodage et la récupération contribuent directement à la performance de la mémoire source. En particulier, nous trouvons que les individus plus âgés engagent le CPF dorsolatéral (CPFDL) plus pendant l'encodage et l'hippocampe (HC) plus pendant la récupération, durant la phase où l'activité dans ces régions ne semble pas aider la performance. Dans l'Étude 3, nous considérons si cette augmentation de l'activité spécifique à l'encodage et à la récupération, qui est liée à l'âge, pourrait être reliée aux différences dans la connectivité du cerveau. Nous examinons si les hausses de l'activité du CPFDL (Étude 2 encodage) et du HC postérieur (Étude 2 récupération) sont associées avec des changements dans la connectivité de ces régions avec le reste du cerveau et avec la performance dans la tâche de mémoire. Nous démontrons que la connectivité entre le CPF latéral, les régions corticales visuelles ventrales et pariétales et notre région du CPFDL est liée à une meilleure performance chez les jeunes adultes. Chez les adultes plus âgés, ces mêmes régions ont une connectivité plus élevée avec notre région du HC postérieur et sont liées à une performance inférieure. À travers nos études, les résultats suggèrent que l'activité et la connectivité parmi les régions fronto-pariétales soutiennent la récupération de l'information visuelle et une meilleure performance de la tâche de mémoire source chez les jeunes adultes, alors que le vieillissement peut être associé avec une modulation altérée de l'activité et la connectivité fronto-pariétale avec le HC postérieur, ce qui ne soutient pas la performance de la mémoire source