The Groundbreaking Case Study of Patient H.M.

(with italian translation)

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Henry Gustav Molaison, or “H.M.,” is one of the most studied case histories in neuroscience and psychology for his remarkable contribution to the study of memory functioning and organization in the brain. For over five decades, from the medical surgery he underwent in 1953 until his death in 2008, H.M. had dedicated his life to scientific research, leading to valuable insights into the science of memory.

At the age of 7, H.M. was knocked down by a bicycle and started to suffer from epileptic seizures at 10. Over time, the seizures increased in severity, reaching their peak in adulthood, as H.M. became too disabled to work, and his everyday functioning was severely impaired. Thus, in 1953, at the age of 27, H.M. agreed to undergo a radical surgery that consisted of removing part of the hippocampus – the region of the brain believed to be the source of his epileptic seizures. The medical procedure was performed by the neurosurgeon William Beecher Scoville, a pioneer in the field of neurosurgery, inventor of surgical instruments and founder of neurosurgical associations. It is important to note that at the time the scientific community was not aware of the function of the hippocampus in memory processes yet — the case of patient H.M. would soon usher in an era of breakthroughs in the science of memory.

The “partial medial temporal lobe resection” surgery procedure

Scoville removed part of H.M.’s temporal lobe, which is a portion of the brain located behind the ears and associated with memory and auditory processing. More precisely, the neurosurgeon removed 8 cm of brain tissue from the hippocampus — a seahorse-shaped structure located deep in the temporal lobe. According to recent research, Scoville probably destroyed the brain structures known as the “uncus” (involved in the sense of smell and new memory formation) and the “amygdala” (playing a crucial role in controlling emotional responses). It is important to underline that Scoville had previously performed the same medical procedure only on psychotic patients, especially patients suffering from schizophrenia. In these previous cases, the schizophrenic symptoms were not removed after surgery. So, H.M. was the first epileptic patient to successfully undergo the “partial medial temporal lobe resection.”

H.M.’s amnesia

Initially, the experimental surgery proved to be successful as H.M. experienced fewer epileptic seizures. However, the doctors soon noticed that the patient suffered from severe amnesia involving not only the inability to recall events from the 11-year period before the surgery but also the incapacity to form new memories. The first type of memory loss is called retrograde amnesia, and it is defined as the inability to access memories of events that happened in the past, before the injury or disease that caused the loss of memory. According to recent research, H.M.’s retrograde amnesia was caused primarily by antiepileptic drugs and the several seizures he experienced before the surgery. Anterograde amnesia refers to H.M.’s inability to retain and store new information and thus form new memories. H.M. could not learn new facts, words, or faces, and he would even forget whom he was talking to. He could retain information if he focused on it, but as he got distracted, he would forget everything he learnt. Henry Gustav Molaison described his state as “like waking from a dream … every day is alone in itself…”
These observations indicated that H.M. had lost a form of long-term memory known as explicit memory. And it refers to recollections of previous events, facts, or ideas acquired through effortful processing or conscious thinking. Since H.M.’s explicit memory was severely impaired, he was also unable to create new memories.
However, H.M. could learn new skills, procedures, locations of objects and games, and he could perform these tasks more easily after practice. This type of long-term memory is called procedural, and it is reflected in the performance of actions or skills. Moreover, procedural memory is a subtype of implicit memory, which refers to information of various kinds of skills, habits, and classical conditioning. It is formed through automatic processing, that is, without the individual’s awareness of building new memories.

Milner’s research on H.M. case study

Since, following the surgery, H.M. lost explicit memory but not implicit memory, it was concluded that the hippocampus played a role in explicit memory, while implicit memory must be controlled by some other area of the brain. Considering the severity of H.M.’s condition and the remarkable insights that emerged after the surgery, H.M. was referred to neurosurgeon Dr. Wilder Penfield and neuropsychologist Dr. Brenda Milner of the Montreal Neurological Institute (MNI) for further testing. For the next 50 years Milner conducted cognitive testing on H.M., who became the main interest and perfect experimental subject for the scientific community. Milner’s most famous study on H.M.’s procedural memory was the “star tracing task”. H.M. had to trace an outline of a star based on the mirrored reflection and he repeated the task once a day over a period of days. Milner observed that although H.M. had no memory of having practised or learnt the task before, his performance significantly improved over time. This test confirmed the hypothesis that procedural memory must be stored in some other area of the brain — which is now known to be the cerebellum and the basal ganglia.

H.M.’s personality and legacy to science

H.M. decided to dedicate his whole life to serve as a case study for the scientific world. He was described as a model patient, with a passion for animals, crossword puzzles and films from the Bogart and Bacall era. Moreover, he is remembered as a docile and friendly man, endowed with a keen sense of humour, very aware of his fate. After his death, H.M. donated his brain to the scientific community. First the brain was frozen, then in a complex 53-hours procedure, it was sliced into 2,401 slices which were then individually photographed and digitised as a three-dimensional map.

To conclude, the fascinating story of Henry Gustav Molaison is one of the most famous cases in the history of neuroscience, which paved the way for a deep exploration of the field of memory and brain functioning. H.M. left an immensely valuable legacy both as a landmark case study and as a generous man who donated his life to scientific research. As he himself described his curious life, “It’s a funny thing — you just live and learn. I’m living, and you’re learning.”

Traduzione in italiano:

ll Caso Rivoluzionario del Paziente H.M.

Henry Gustav Molaison, conosciuto come “H.M.”, è uno dei casi più studiati nella storia delle neuroscienze e della psicologia, grazie al suo eccezionale contributo alla comprensione del funzionamento della memoria e della sua organizzazione nel cervello. Per oltre cinquant’anni, dall’intervento chirurgico che subì nel 1953 fino alla sua morte nel 2008, H.M. ha dedicato la sua vita alla ricerca scientifica, portando a preziose scoperte nel campo della memoria.

All’età di 7 anni, H.M. fu investito da una bicicletta e a 10 anni cominciò a soffrire di crisi epilettiche. Con il tempo, queste crisi peggiorarono, raggiungendo il loro apice in età adulta, al punto che H.M. non era più in grado di lavorare e il suo funzionamento nella vita quotidiana era compromesso. Così, nel 1953, all’età di 27 anni, H.M. accettò di sottoporsi a un intervento chirurgico che consisteva nella rimozione di una parte dell’ippocampo – la regione del cervello ritenuta responsabile delle sue crisi epilettiche. L’intervento fu eseguito dal neurochirurgo William Beecher Scoville, pioniere nel campo della neurochirurgia, inventore di strumenti chirurgici e fondatore di associazioni neurochirurgiche. È importante sottolineare che, all’epoca, la comunità scientifica non conosceva ancora il ruolo dell’ippocampo nei processi mnemonici — il caso di H.M. avrebbe presto segnato l’inizio di una nuova era di scoperte nella scienza della memoria.

L’intervento di “resezione parziale del lobo temporale mediale”

Scoville rimosse una parte del lobo temporale di H.M., una zona del cervello situata dietro le orecchie e associata alla memoria e all’elaborazione uditiva. Più precisamente, il neurochirurgo rimosse 8 cm di tessuto cerebrale dall’ippocampo — una struttura di forma simile a un di cavalluccio marino, situata in profondità nel lobo temporale. Secondo alcune ricerche recenti, Scoville probabilmente distrusse anche strutture cerebrali come l’“uncus” (struttura coinvolta nell’olfatto e nella formazione di nuovi ricordi) e l’ “amigdala” (che gioca un ruolo cruciale nel controllo delle risposte emotive). È importante notare che Scoville aveva precedentemente eseguito questo tipo di intervento solo su pazienti psicotici, affetti da schizofrenia. In quei casi, tuttavia, i sintomi psicotici non erano stati eliminati. H.M. fu quindi il primo paziente epilettico a sottoporsi con successo alla “resezione parziale del lobo temporale mediale”.

L’amnesia di H.M.

In un primo momento, l’intervento sperimentale sembrò riuscito, poiché le crisi epilettiche di H.M. diminuirono. Tuttavia, molto presto i medici notarono che il paziente soffriva di una grave forma di amnesia, che comportava non solo l’incapacità di ricordare eventi accaduti negli 11 anni precedenti all’intervento, ma anche l’incapacità di formare nuovi ricordi.
La prima tipologia di perdita di memoria è definita amnesia retrograda, ovvero l’incapacità di accedere ai ricordi di eventi passati, precedenti al trauma o alla malattia che ha causato la perdita di memoria. Secondo studi recenti, l’amnesia retrograda di H.M. fu causata principalmente dai farmaci antiepilettici e dalle numerose crisi avute prima dell’intervento. L’amnesia anterograda riguarda invece l’incapacità di trattenere e immagazzinare nuove informazioni e quindi di creare nuovi ricordi. H.M. non riusciva ad imparare nuovi fatti, parole o volti, e dimenticava anche con chi stava parlando. Poteva mantenere nella memoria delle informazioni se si concentrava su di esse, ma al primo segno di distrazione dimenticava tutto ciò che aveva appreso. Henry Gustav Molaison descrisse il suo stato dicendo: “è come svegliarsi da un sogno… ogni giorno è isolato dagli altri…”
Queste osservazioni indicarono che H.M. aveva perso una forma di memoria a lungo termine nota come memoria esplicita, che riguarda la capacità di ricordare coscientemente eventi, fatti o idee, acquisiti attraverso uno sforzo mentale. Poiché la memoria esplicita di H.M. era gravemente compromessa, egli non era più in grado di creare nuovi ricordi.
Tuttavia, H.M. poteva ancora imparare nuove abilità, procedure, la posizione di oggetti e giochi, e attraverso la pratica riusciva a svolgere questi compiti con più facilità. Questo tipo di memoria a lungo termine è chiamata memoria procedurale, ed è alla base dell’esecuzione di azioni o abilità. Inoltre, la memoria procedurale è una sottocategoria della memoria implicita, che comprende informazioni di vario tipo (abilità, abitudini, condizionamento classico) apprese tramite elaborazione automatica, cioè senza che l’individuo sia consapevole di formare nuovi ricordi.

La ricerca di Milner sul caso H.M.

Poiché dopo l’intervento H.M. aveva perso la memoria esplicita, ma non quella implicita, si concluse che l’ippocampo era coinvolto nella memoria esplicita, mentre la memoria implicita doveva essere controllata da un’altra area del cervello. Considerando la gravità della condizione di H.M. e le intuizioni emerse, il paziente fu affidato al neurochirurgo Dr. Wilder Penfield e alla neuropsicologa Dr.ssa Brenda Milner del Montreal Neurological Institute (MNI) per ulteriori studi. Per i successivi 50 anni, Milner condusse test cognitivi su H.M., il quale diventò l’interesse principale dell’intera comunità scientifica. Il più celebre esperimento di Milner sulla memoria procedurale di H.M. fu il “compito della stella da tracciare.” H.M. doveva ricalcare il contorno di una stella basandosi solo sul riflesso in uno specchio, e ripetere il compito una volta al giorno per vari giorni. Milner osservò che, sebbene H.M. non ricordasse di aver mai svolto l’esercizio prima, con il passare del tempo la sua abilità migliorava drasticamente. Questo test confermò l’ipotesi per cui la memoria procedurale è immagazzinata in un’altra area del cervello — oggi nota come il cervelletto e i gangli della base.

La personalità di H.M. e l’eredità lasciata alla scienza

H.M. decise di dedicare la sua vita come caso di studio per la comunità scientifica. Egli fu descritto come un paziente modello, appassionato di animali, cruciverba e film dell’epoca di Bogart e Bacall. Inoltre, veniva definito un uomo docile e amichevole, dotato di un grande senso dell’umorismo e perfettamente consapevole del proprio destino. Dopo la sua morte, H.M. donò il proprio cervello alla scienza. Il suo cervello fu inizialmente congelato e poi, in una procedura complessa della durata di 53 ore, fu sezionato in 2.401 fette, ognuna delle quali fu fotografata e digitalizzata per creare una mappa tridimensionale.

In conclusione, la straordinaria storia di Henry Gustav Molaison rappresenta uno dei casi più celebri nella storia delle neuroscienze, che aprì la strada a una profonda esplorazione del funzionamento della memoria e del cervello. H.M. ha lasciato un’eredità di immenso valore, sia come caso clinico emblematico sia come uomo generoso che ha donato la propria vita alla ricerca scientifica. Come lui stesso definì la sua curiosa esistenza: “È una cosa buffa — si vive e si impara. Io vivo, e voi imparate.”

Sofia Nelam Singh

sofianelam.singh01@icatt.it

singh.sofianelam@gmail.com

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