Summary
We introduceren de voet-intensivering seriële reactietijd (SRT) taak. Dit gewijzigd SRT taak, als aanvulling op de klassieke SRT taak waarbij alleen de vinger te drukken beweging, betere benadert dagelijkse gesequenceerd activiteiten en biedt onderzoekers om de dynamische processen ten grondslag liggen aan de discrete responsmaatregelen te bestuderen en de expliciete proces actief zijn in de impliciete reeks leren te ontwarren.
Abstract
Dit protocol beschrijft een taak van de gemodificeerde seriële reactietijd (SRT) gebruikt bij het bestuderen van de impliciete motorische volgorde leren. In tegenstelling tot de klassieke SRT taak waarbij de bewegingen van de vinger te drukken terwijl u zit, vereist de gewijzigde SRT taak deelnemers te versterken met beide voeten met behoud van een staande houding. Deze intensivering taak vereist hele lichaam acties die het opleggen van posturale uitdagingen. De taak van voet-intensivering is een aanvulling op de klassieke SRT taak op verschillende manieren. De SRT voet-intensivering taak is een betere proxy voor de dagelijkse activiteiten die lopende posturale controle vereisen, en dus kan ons helpen beter begrijpen reeks leren in levensechte situaties. Bovendien, responstijd dient als indicator voor sequence leren in de klassieke SRT taak, maar het is onduidelijk of de reactietijd, reactietijd (RT) vertegenwoordigen een psychisch proces, of verkeer tijd (MT) als gevolg van de beweging zelf, is een belangrijke speler in de motor reeks leren. De SRT voet-intensivering taak kan onderzoekers te ontwarren responstijd in RT en MT, die kan verduidelijken hoe motor planning en uitvoering van de beweging zijn betrokken in het leren van de reeks. Tot slot, posturale controle en cognitie interactief zijn gerelateerd, maar er is weinig bekend over hoe posturale controle samenwerkt met het leren van de motor sequenties. Met een beweging vastleggen systeem, het verkeer van het hele lichaam (bv., het massamiddelpunt (COM)) kunnen worden opgenomen. Deze maatregelen toestaan ons te onthullen van de dynamische processen die ten grondslag liggen aan de discrete reacties gemeten door de RT en MT, en kunnen helpen bij het ophelderen van de relatie tussen posturale controle en de expliciete en impliciete processen die betrokken zijn in het leren van de reeks. Details van de experimentele opstelling, procedure en verwerking van gegevens worden beschreven. De representatieve gegevens zijn overgenomen uit een van onze eerdere studies. Resultaten zijn gerelateerd aan de reactietijd, RT, MT, alsmede de relatie tussen de anticiperende posturale reactie en de expliciete processen die betrokken zijn in het leren van de impliciete motorische volgorde.
Introduction
Impliciete motorische volgorde leren, algemeen bekend als het leren van een reeks zonder de volgorde is cruciaal voor onze dagelijkse activiteiten en goed is bestudeerd door een paradigmatische taak met de naam de taak van de seriële reactietijd (SRT) ontworpen door Nissen en Bullemer 1. in deze klassieke SRT taak deelnemers toetsen snel en accuraat te reageren op visuele stimuli. Om te leren van de reeks onderzoeken, is het uiterlijk van visuele stimuli gemanipuleerd om ofwel een voorgestructureerde of willekeurige volgorde volgen, die onbekend is voor de deelnemers. Leren wordt bewezen door de snellere reactietijd de voorgestructureerde volgorde (bijv., de volgorde van de opleiding) dan dat de willekeurige of andere vooraf gestructureerde reeks1,2. Hoewel de klassieke SRT taak meestal bi-manual vinger tikken vereist, omvat een overgrote meerderheid van de impliciete motorische volgorde leren in dagelijkse activiteiten, zoals dansen, spelende muziekinstrumenten of sporten, acties van het hele lichaam die presenteren posturale en inertial uitdagingen niet gevonden in de klassieke SRT-taak. Dus, hebben wij voorgesteld dat reeks leertaken moeten meer veelzijdig. Daarnaast is de focus van het vorige onderzoek bijna uitsluitend op de cognitieve component van de taak (bv., besluit maken of actie selectie), negeren van de motorische controle problematiek in volgorde leren (bv., verkeer uitvoering). Dus, om impliciete motorische volgorde leren verder te begrijpen, is het essentieel om te studeren reeks leren in een gehele lichaam of grove motorische taak die beter onze dagelijkse activiteiten van de motor benadert.
In onze recente studies, hebben we uitgebreid de klassieke SRT taak aan een gemodificeerde SRT taak waar vinger te drukken werd vervangen door voet stap te nemen posturale controle in volgorde leren3,4,5. Deze gewijzigde taak presenteert zijn eigen voordelen als aanvulling op de klassieke SRT-taak. Eerst, bootst het bruto motor reeks Leeropdracht beter dagelijkse opeenvolgende activiteiten waar hele lichaam beweging is betrokken. Tot op heden heeft ons begrip van de motor reeks leren meestal komt uit de klassieke SRT taak, maar er is weinig bekend of de kennis van de motor reeks leren van de klassieke SRT taak blijft waar in sequentiële motor leervaardigheden in dagelijkse activiteiten. Dus, de gewijzigde SRT taak stelt ons in staat om te onderzoeken of de systematisch gerapporteerde kenmerken (bv., leeftijd-onafhankelijke impliciete reeks leren tussen kinderen en volwassenen) in de vinger-dringende SRT taak blijven als posturale controle is betrokken. Bovendien, in populaties met houding-controle en grove motorische vaardigheid leermoeilijkheden, zoals kinderen met ontwikkelingsstoornissen coördinatie stoornis6,7,8, inzicht hoe posturele controle samenwerkt met bruto motor opeenvolging leren is van cruciaal belang te helpen verbeteren van interventiestrategieën, en aldus de doeltreffendheid van de sequentiële motor leervaardigheden in het dagelijkse leven te optimaliseren.
Ten tweede, een gemeenschappelijk begrip over impliciete reeks leren is die motor planning, en niet de uitvoering van de beweging, speelt een belangrijke rol in het leren van een opeenvolging in de klassieke SRT taak9. Dit is omdat het indrukken van toetsen geen verplaatsen naar nieuwe locaties in de ruimte, zoals de vingers altijd op de antwoord-toetsen worden. Echter, veel dagelijkse sequentiële gedrag betrekken grote ruimtelijke bewegingen. Weinig er is bekend over de vraag of de uitvoering van de beweging is een belangrijke speler in motor reeks leren wanneer grote ruimtelijke bewegingen zijn vereist. In de klassieke SRT taak dient responstijd, de sommatie van de reactie tijd (RT) en beweging (MT), als indicator voor reeks leren. De voet-intensivering SRT taak, zoals andere paradigma's met betrekking tot ruimtelijke bewegingen10, kan de onderzoeker te ontwarren responstijd in impliciete volgorde leren in RT, reflecteert cognitieve verwerking, en MT, die kenmerkend is voor het verkeer zelf.
Ten derde, naast MT, biedt de combinatie van de voet-intensivering SRT taak en motion capture technieken rijke gegevens over de continue beweging van het hele lichaam (bv., beweging van het massamiddelpunt of COM). Het meten van de continue verandering van verkeer heeft het voordeel van het openbaren van de dynamiek van de cognitieve processen die ten grondslag liggen aan de discrete reactie afgemeten aan RT of MT11,12. In het bijzonder zijn leren sequenties in de SRT-taak meestal uitgelegd als een mengsel van expliciete en impliciete processen. Dat wil zeggen ondanks het gemeenschappelijk gebruik van de SRT taak als een impliciete Leeropdracht tonen deelnemers vaak de mogelijkheid om mondeling herinneren de geleerde volgorde na de taak van de SRT, suggereren een expliciete component die betrokken zijn bij de impliciete reeks leren. Hoewel de expliciete component kan worden beoordeeld door terugroepen proeven na de SRT taak13,14, ontbreekt deze tests na taak de mogelijkheid te onderzoeken van de temporele evolutie van expliciete kennis tijdens het leren. Wij stellen voor dat met expliciete reeks kennis, een individu zou weten wat de locatie van de volgende prikkel, en dus produceren anticiperende posturale aanpassing15,16,17 in een feedforward wijze voor te bereiden voor de intensivering voet verplaatsen naar het bijbehorende doel. Daarom opent onderzoekt de beweging van de GMO voor de verschijning van de prikkel (dat wil zeggen, anticipatie) een venster aan het bestuderen van de geleidelijke ontwikkeling van expliciete geheugen tijdens de impliciete reeks leren.
Het protocol blijkt de experimentele opstelling en de procedure van de voet-intensivering SRT taak. Wij bieden representatieve resultaten van reactietijd, RT en MT. Daarnaast presenteren we de resultaten met betrekking tot de relatie tussen houding controle en de expliciete processen die ten grondslag liggen aan de impliciete motorische volgorde leren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Het protocol werd uitgevoerd overeenkomstig de richtsnoeren die zijn goedgekeurd door de institutionele Review Board aan de Universiteit van Maryland, College Park.
1. experimentele opstelling
- Opzetten van een beweging vastleggen systeem zoals weergegeven in Figuur 1a. Plaats acht camera's in een cirkel met een straal van 4 m.
Opmerking: Het aantal en de posities van de camera's kan worden gevarieerd, mits dat alle camera's zijn op de juiste manier gepositioneerd om te verkrijgen van een heldere visie op alle reflecterende markeertekens gekoppeld aan een deelnemer lichaam. - Instellen van een tijdelijke station in het midden van de cirkel. Een standpunt "thuis" vallende donker blauwe vilten matten in het midden van de stepping station en plaats zes stepping doelstellingen vallen van licht blauw vilt matten rondom de thuis positie als de voorkant, achterkant, en de kant (Figuur 1b). De afstand tussen de doelstellingen en de uitgangspositie, volgens iemands stepping afstand bepalen (zie stap 3 in de voet-intensivering SRT taak procedure).
- Plaatsen om te controleren de taak pacing voorwaarde, twee elektrische rubber sensoren, die het genereren van analoge signalen bij aanraking, onder de home positie om te ontdekken de tijd wanneer de voeten terugkeert.
- Plaats een 23'' monitor 2 m voor de uitgangspositie. De zes visuele stimuli zijn ruimtelijk gekoppeld aan die zes stappen doelen op de verdieping.
- De volgorde van de verschijning van de visuele stimuli met behulp van een computerprogramma die is geïnstalleerd in een laptop te bepalen.
- De laptop en de bewegingssysteem voor de vangst met behulp van een apparaat voor uitvoer en overname synchroniseren.
- Zet de motion capture-camera's, en hen gericht zodat elke camera het volume rondom de stepping station kunt bekijken.
- Identificeren of er ongewenste reflecterende objecten uit het opname volume (bv., reflectie van licht, vloer of reflecterende materialen). Dekking van deze geïdentificeerde reflecterende objecten met stof materiaal, zodat ze niet per ongeluk verzameld als gegevens tijdens de experimentele proeven.
- Met behulp van de instructies en de apparatuur die wordt geleverd met de motion capture systeem, kalibreer de bewegingssysteem vastleggen om ervoor te zorgen nauwkeurige verzameling van 3D-gegevens van reflecterende markeringen18.
- Golf voor dynamische kalibratie, de kalibratie-wand voorzien van het bewegingssysteem vangen door de ruimte waar alle reflecterende markers verplaatsen zou wanneer deelnemers de SRT taak uitvoeren. Verzamelen van 2.000 frames van imaging gegevens voor dynamische kalibratie.
- Voor statische kalibratie, plaatst u de kalibratie wand op de verdieping met een positie en oriëntatie die kan worden gebruikt als de oorsprong van het coördinatiesysteem van het bewegingssysteem vastleggen. Uitvoeren van het bewegingssysteem vastleggen als u wilt instellen van de oorsprong.
- Het ontwerp van een markering instellen afhankelijk van het doel van de studie.
Opmerking: Een voorbeeld wordt weergegeven in Figuur 1b waar een 38-marker set-up wordt gebruikt. - Volg de instructies van leverancier is geleverd aan een labeling skelet sjabloon maken die kan worden gebruikt voor de wederopbouw en auto-etikettering in latere data acquisitie en verwerking van18. Vraag specifiek, een deelnemer om op te staan de uitgangspositie van de stepping station met alle markeertekens zijn gekoppeld. Instrueren van de deelnemer zich zo stil mogelijk en zorg ervoor dat alle markeertekens zijn zichtbaar via het systeem voor het vastleggen van beweging. Vastleggen van een proef (duur ongeveer 10 s). In de resolutie vastleggen systeem, een naam toewijzen aan elke markering en maakt als volgt segmenten door markeringen aan elkaar koppelen. Alle segmenten om definitief de skeleton sjabloon (afgebeeld in Figuur 1 c) te koppelen.
2. deelnemer voorbereiding
- Informeren van de deelnemers om de juiste kleding dragen (bijv., korte broek en een t-shirt) vóór het bezoek aan het lab.
- Bij aankomst vragen deelnemers aan zorgvuldig lezen en ondertekenen van het toestemmingsformulier. Scherm voor studie in aanmerking te komen.
Opmerking: De screening vragenlijsten kunnen afwijken afhankelijk van het doel van elke individuele onderzoek. Deze vragenlijsten kunnen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de hand dominantie vragenlijst19, globale fysieke activiteit niveau vragenlijst20, neurologische gezondheid vragenlijst en de beweging beoordeling batterij voor kinderen21 . - Vragen van deelnemers aan het opstijgen van hun schoenen en sokken, dan hechten 38 sferische reflecterende markers, elk 50 mm diameter, aan de huid op vooraf bepaalde belangrijke bony bezienswaardigheden met behulp van dubbel zijdig, hypo-allergeen plakband en vooraf inwikkeling tape. Deze marker set-up is hetzelfde als de aangepaste skelet sjabloon weergegeven in Figuur 1b.
- Schakel alle ongewenste reflecties dan de 38 markeringen uit de deelnemer lichaam (zie stap 1.8).
- Instrueren deelnemers rustig om op te staan de uitgangspositie in een T-pose. Uitvoeren van het bewegingssysteem vastleggen om vast te leggen van alle markeerders voor 10 s (dwz., de kalibratie proces).
3. de Procedure SRT-taak voet-intensivering
- Voordat iedere deelnemer start u de taak, het instellen van de parameters, met inbegrip van, maar niet beperkt tot: deelnemer ID, groep ID, aantal leren blokkeren, de lengte van de tijd van stimulus-presentatie en het tijdsinterval tussen stimuli (ISI) of reactie stimulus interval () RSI) bepaalt het tijdsinterval tussen de voltooiing van de beweging en het begin van de volgende prikkel (in dit geval elektrische rubber sensoren nodig zijn onder de uitgangspositie; Zie protocol 1 voor details).
Opmerking: De ISI kan worden gevarieerd (bv., 1300 ms of 1000 ms) volgens het doel van de studie. - Instrueren deelnemers staan op de home positie en aanpassen van de afstand van de uitgangspositie zodat deelnemers comfortabel op alle zes doelen op de verdieping stapt kunnen.
- Instrueren van deelnemers aan snel stap op elk doel meerdere malen en markeer de afstand vanaf de uitgangspositie naar elk doel op de meest comfortabele stepping lengte voor elke deelnemer.
- Bieden de taakinstructies aan deelnemers.
- Met deze opdracht kunt u deelnemers geven op dat zodra een stimulans wordt weergegeven op één van zes locaties op de monitor weergegeven, zij moeten zo snel en accuraat mogelijk stap naar het bijbehorende doel op de verdieping en ga vervolgens terug naar de uitgangspositie.
- Vragen van deelnemers op stap met de rechtervoet naar de drie doelstellingen, gelegen aan de rechterkant (dat wil zeggen, de doelstellingen 1, 2 en 6; Figuur 1a), en de linker voet met de andere drie targets (dwz., doelen 3, 4 en 5; Figuur 1a).
Opmerking: De getallen zijn onzichtbaar voor deelnemers tijdens de gehele taak. - Hoogte deelnemers dat er een 3 min pauze na elke run (dwz., leren blok) van de taak. De lengte van de pauze op basis van experimentele behoeften veranderen. Stel een tijd alarm om eraan te herinneren van de deelnemers aan het einde van de pauze.
- Opdracht geven de deelnemers hun ellebogen door hun kant en gebogen houden in een hoek van negentig graden wanneer ze de taak uit te voeren, zodat de camera's de markers in de heup gebracht ziet.
- Uitvoeren van een praktijk-blok dat uit 36 stappen bestaat (dwz., prikkels 36 keer verschijnen met een ISI van 1.300 ms; Zie de voet-intensivering SRT taak procedure voor details) zodat de deelnemers bekend zijn met de taak. Instrueren deelnemers dat prikkels voortdurend bij één van de zes locaties verschijnen zal en ze nodig hebben om te reageren op prikkels zo snel en accuraat als ze kunnen. Prikkels in dit blok weergegeven in een willekeurige volgorde.
Opmerking: De ISI kan worden vervangen door een RSI (Zie de voet-intensivering SRT taak procedure voor details). Als een zeer korte ISI wordt gebruikt, kunnen deelnemers niet kunnen inspelen op bepaalde prikkels. Deze stappen als fouten worden beschouwd. - Na het blok van de praktijk, beginnen de experimentele blokken. In dit protocol, er zijn zes blokken en elk experimentele blok bestaat uit 100 stappen/prikkels. Geef deelnemers een verplichte 3 min. pauze na elk blok.
Opmerking: Onder de 1300 ms ISI voorwaarde, elk blok duurt meestal ongeveer 2,5 min. Als een RSI wordt gebruikt, wordt de lengte van elk blok kan variëren afhankelijk van hoe snel de deelnemers op prikkels reageren.- Instrueren deelnemers om te voltooien van zes experimentele blokken. De specifieke volgorde van visuele stimuli volgens experimentele doeleinden instelt. Prikkels volgen ofwel een opgegeven of willekeurige volgorde. De presentatie van stimulans bestelling is onbekend bij de deelnemers.
Opmerking: Het aantal experimentele blokken kan verschillen. Hier, wordt een 6-blokontwerp ingevoerd waarin een opgegeven reeks A is gezien in blokken 1-4 en 6 en een nieuwe reeks B in blok 5 wordt gepresenteerd. De specifieke en willekeurige volgorde kan ook worden gevarieerd. In dit protocol, reeks A volgt de volgorde van 1423564215 (dwz., 1 - rechts, 2 - rechts front, 3 - links front, 4 - linkerzijde, 5 - links terug, en 6 - rechts terug) en reeks B volgt de volgorde van 3615425214. - Voor elk blok leren, instrueren deelnemers naar reactie op prikkels zo snel en accuraat als ze kunnen.
- Instrueren deelnemers om te voltooien van zes experimentele blokken. De specifieke volgorde van visuele stimuli volgens experimentele doeleinden instelt. Prikkels volgen ofwel een opgegeven of willekeurige volgorde. De presentatie van stimulans bestelling is onbekend bij de deelnemers.
- Bij de voltooiing van alle leren blokken, vragen deelnemers om te voltooien een post-test die uit wijd bestaat gebruikt terugroepen en erkenning proeven beschreven de literatuur13,14,22.
4. verwerking van de gegevens en statistische analyse
- Voor elke deelnemer, opent u proeven van de verzamelde gegevens in de motion capture systeemsoftware. Controleer elk afzonderlijk experiment en vul eventuele leemten in de proefgegevens volgens de instructies van de leverancier is verstrekt18.
- Elk proces gegevens exporteren als een ASCII-bestand waarin drie coördinaten voor alle 38 markeertekens.
- Ontlenen van variabelen (dwz., reactietijd (RT) beweging (MT), responstijd en tijd traject van de GMO) van de ASCII bestanden onderstaande stappen:
- De ASCII-gegevensbestanden in de software van de analyse van de gegevens invoeren. Gebruik een achtste-orde Butterworth filter met cutoff frequentie van 10 Hz voor het filteren van de gegevens-3.
Opmerking: De manier waarop voor het afleiden van het traject van de beweging COM hangt de marker set-up. In het set-up 38-marker is weergegeven in Figuur 1b, kunnen methoden en beschreven door De Leva23 antropometrisch parameters worden gebruikt. Een kunt ook het bijhouden van het verkeer van de geschatte COM gemeten door een markering instellen op het niveau van de vijfde lendenwervel24. - Ontlenen responstijd, RT en MT na de onderstaande beschrijvingen:
- De markers aangesloten op de hielen, grote tenen en de 5th middenvoetsbeenderen gebruiken te karakteriseren van de trajecten van de bewegingen van de voet in de software van de analyse van de gegevens.
- Het uitzetten van het traject van deze drie markers in de verticale richting (loodrecht op de vloer). Het uitzetten van het traject van de markering van de teen binnen het horizontale vlak (parallel aan de vloer) om te identificeren of elke stap wordt correct uitgevoerd naar het juiste doel. Stappen naar een verkeerd doel worden om later statistische analyses uitgesloten.
- Markeert de basislijn van de hoogte van iedere markeerdraad vóór en na elke stap.
- Het begin van de beweging van iedere markeerdraad als het eerste monster identificeren wanneer de markering 10% van de maximale hoogte bereikt.
- Aangezien elk onderwerp kan verschillende strategieën gebruiken om te raken van het doel (met de tenen of de 5th middenvoetsbeen), definieert u het begin van de beweging met behulp van de markering die haar hoogtepunt de vroegste bereikt.
- Identificeert het eindpunt van de intensivering als het tijdstip wanneer de gebruikte markering tot dezelfde hoogte als het begin daalt.
- Voortdurend lopen de data analyseprogramma tot 100 stappen worden verwerkt.
- Voor alle stappen, berekenen en output van de reactietijd als het tijdelijke verschil tussen het begin van de stimulus en het einde van de beweging, RT als het tijdelijke verschil tussen de prikkel en begin van de beweging en MT als het tijdelijke verschil tussen het begin van de beweging en het eindpunt. De output bestanden in het XLS-indeling opslaan.
- Met behulp van deze .xls-bestanden, berekenen middelen van deze variabelen voor elk blok en tussen deelnemers, gegevens die vervolgens zal worden gebruikt voor statistische analyses.
- Aangezien er meestal een factor binnen-onderwerp (dwz., leren blok) gebruiken in de proefopzet, gemengd-effect ANOVAs voor het analyseren van gegevens (herhaalde maatregelen ANOVA met voorzichtigheid met betrekking tot de bolvorm veronderstelling kon worden gebruikt). De afwijking van de co-matrix gebruikt in de ANOVA gemengd-effect door de Akaike van informatie criterium (AIC) bepalen. Ontleden de belangrijke resultaten van de ANOVA- met behulp van post hoc tests met specifieke meerdere vergelijking correctieprocedures (afhankelijk van de proefopzet). De statistische significantieniveau ingesteld bij p = 0,05.
- De ASCII-gegevensbestanden in de software van de analyse van de gegevens invoeren. Gebruik een achtste-orde Butterworth filter met cutoff frequentie van 10 Hz voor het filteren van de gegevens-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het bovenstaande paradigma wordt geïmplementeerd door Du en collega's in een reeks van studies3,4,5. We gebruiken een deel van de gegevens van één van deze studies4 aangenomen voor het gebruik van de voet-intensivering SRT taak. In deze studie, er zijn 6 leren blokken en een RSI van 700 ms wordt gebruikt. Visuele stimuli gevolgd reeks A (dwz., 1423564215; Figuur 1a) in de blokken 1 tot en met 4 en 6, en gevolgde reeks B (dwz., 3615425214) in blok 5. Het antwoord stimulus-interval is ingesteld als 700 ms. Figuur 2a 12 jongvolwassenen gemiddelde responstijden over zes blokken van leren toont. De reactietijd hier onthult in de voet-intensivering SRT taak de hetzelfde patroon en vergelijkbare grootheden responstijd tot die eerder werden waargenomen in de klassieke vinger-dringende SRT taak2,25,26 . Met name reactietijd in een nieuwe reeks is aanzienlijk trager in blok 5 vergeleken met de volgorde van de geleerde in blok 4 (verschil = 83.4 ms ± 13.19, gemiddelde ± standaardafwijking; p < 0.001), met vermelding van de reeks1,2leren. Hoewel reeks leren onder vinger-persen en voet-intensivering taken niet rechtstreeks vergeleken is, suggereren de vergelijkbare omvang en patroon reactietijd dat de impliciete motorische volgorde leren niet kan worden beïnvloed door de aanwezigheid van posturale controle eisen in typisch ontwikkelde volwassenen.
Figuur 2b illustreert twee componenten van reactietijd: RT en MT. bedoel RT vertoont hetzelfde patroon als de reactietijd. In het bijzonder RT in blok 5 is trager dan dat in blok 4 (verschil = 93.19 ms ± 12.69; p < 0,001). In tegenstelling tot de reactie tijd en RT, MT is vergelijkbaar tussen blokken 4 en 5 (verschil =-7.73 ms ± 3,88; p = 0.072). Dezelfde RT en MT resultaten gemeld in onze andere studies3,5. Deze resultaten suggereren samen dat reeks leren is het meest waarschijnlijk tot uiting komen door RT, een proxy op cognitieve verwerking, in plaats van MT, die kenmerkend is voor de beweging zelf.
Figuur 3 en Figuur 4 tonen voorbeelden van de richtingen waarlangs de COM 100 ms beweegt voordat de prikkels wordt weergegeven. De richting van de GMO voor elke stimulans is zeer inconsistent aan het begin (dwz., blok 1), en deze schijnbaar willekeurige beweging richtingen niet veranderen over blokken in één deelnemer (Figuur 3). Echter voor een andere deelnemer (Figuur 4) worden deze willekeurige beweging richtingen consistenter als gevorderde leren over blokken. Figuur 5a geeft aan de ingrijpende veranderingen in de beweging richting variabiliteit over blokken (F(5,55) 3.07, p = < 0,05). In het bijzonder de variabiliteit steeg van blok 4 tot en met 5 (p < 0,05), die aangeeft dat de COM bewegings richting zou een duidelijk teken van motor reeks leren in de SRT-taak.
Nog belangrijker, is de anticiperende massamiddelpunt beweging waarschijnlijk de expliciete proces actief zijn in de impliciete motorische volgorde leren. De toegenomen variabiliteit van het blok van 4 tot en met 5 bleek alleen in deelnemers (n = 6, p < 0.05) die, op zijn minst gedeeltelijk, de expliciete kennis verworven van de reeks, maar niet in de deelnemers (n = 6, p = 0,98) die toonde geen expliciete kennis; Figuur 5b wijst deze reeks kennis. De verandering in de variabiliteit van het blok van 4 tot en met 5 is bovendien significant gecorreleerd aan het bedrag van expliciete kennis verworven door deelnemers (Figuur 5 c).
Figuur 1: experimentele opstelling. (a) acht camera's zijn op de juiste manier geplaatst zodat die duidelijk gegevens uit alle markeertekens kan worden verzameld. Zes stappen doelen op de vloer komen overeen met zes visuele stimuli op de monitor weergegeven. (b) 38 sferische reflecterende markers van een 0.5 cm doorsnede elk zijn aangesloten op de huid bij belangrijke bony monumenten. Deze bony bezienswaardigheden zijn het hoekpunt 7th cervicale wervel, sternale inkeping, acromions, ellebogen (laterale en mediale), bovenarmen, polsen (radiale en ulnaire), 3rd knokkels, anterior superior iliac stekels (ASIS), posterior superior iliac stekels (SIP), midden tussen de twee PSISs, knieën (laterale en mediale) zijn verbeend, enkels (laterale en mediale), hielbeen, grote tenen en 5th middenvoetsbeenderen. Paarse Markeringen: markeringen zichtbaar vanaf het vooraanzicht; rode markeringen: markeringen op de achterkant; witte markeringen: markeringen verwijderd na het statische proces. (c) een skelet sjabloon op basis van de set-up van 38 markers. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: de ontleding van reactietijd in RT en MT. (a) de gemiddelde responstijden over blokken. Het grijze gebied vertegenwoordigt blok 5 waar het uiterlijk van stimuli een nieuwe reeks volgt. Reeks leren vindt plaats wanneer wordt geopenbaard door een tragere responstijd in blok 5 dan dat in blok 4. (b) RT, als onderdeel van de reactietijd, vertoont hetzelfde patroon als reactietijd, terwijl MT verandert niet van blok 4 tot en met blok 5. Foutbalk: standaardfout van het gemiddelde. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: The COM bewegings richting van één deelnemer met geen expliciete reeks kennis. De richting van de beweging COM wordt weergegeven voor elke prikkel (prikkels 1 - 6, Zie Figuur 1a) over blokken. De COM kon bewegen van de oorsprong naar elke positie op de stippellijn-cirkel, waarmee alle richtingen de COM kon bewegen. Lege cirkels vertegenwoordigen de waargenomen richtingen. De gevulde pijl de gemiddelde richting aangeeft. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: The COM bewegings richting van één deelnemer met expliciete reeks kennis. De richting van de beweging COM over blokken weergegeven voor elke prikkel (prikkels 1-6, Zie Figuur 1a). De COM kon bewegen van de oorsprong naar elke positie op de gestippelde cirkel die alle richtingen die de COM langs bewegen kon vertegenwoordigt. Lege cirkels vertegenwoordigen de waargenomen richtingen. De gevulde pijl de gemiddelde richting aangeeft. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: de variabiliteit in COM verkeer richtingen en haar relatie met de expliciete en impliciete processen die betrokken zijn in volgorde leren. De richting van de beweging wordt gekwantificeerd door de lengte van de boog tussen elke lege cirkel en het punt waar de gemiddelde pijl naar in Figuur 3 wijst en Figuur 4. Dit is gelijk aan de hoek (in graden) van de gemiddelde bewegings richting aan de lijn die de oorsprong en elke lege cirkel met elkaar verbindt. De variabiliteit wordt berekend als de standaardafwijking in de hoeken. (a) de gemiddelde variabiliteit in blokken: het grijze gebied blok 5, waar het uiterlijk van stimuli een nieuwe reeks volgt vertegenwoordigt. De variabiliteit steeg van blok 4 tot en met 5. Dergelijke wijzigingen in de COM verkeer richting variabiliteit staan (b) alleen in de deelnemers die, op zijn minst gedeeltelijk verwerven, expliciete kennis van de reeks, maar niet in de deelnemers die vertonen geen expliciete kennis van de reeks in. (c) de wijziging in de variabiliteit van het blok van 4 tot en met 5 is significant gecorreleerd aan het bedrag van expliciete kennis verworven door deelnemers. Foutbalk: standaardfout van het gemiddelde. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit protocol beschrijft de experimentele opstelling en procedures voor een gemodificeerde SRT-taak. De gewijzigde SRT taak deelt zijn aantrekkelijk eenvoud met de klassieke SRT taak, hoewel de gewijzigde SRT taak gebruik van een motion-capture techniek vereist. Als de klassieke SRT taak, veel parameters kunnen worden gemanipuleerd voor specifieke onderzoeksvragen in voet-intensivering SRT taak, met inbegrip van maar niet beperkt tot: de lengte van het interval stimulus interval of reactie stimulus interval27, het type van sequentie structuur28, en het bewustzijn van de reeks kennis29.
In vergelijking met de klassieke SRT taak, presenteert de taak van voet-intensivering drie voordelen. Eerst, vereist de SRT voet-intensivering taak verplaatsen van de benen tijdens het onderhouden van een staande houding van het hele lichaam, in plaats van simpele druk op van vier vingers zittend zoals vereist in de klassieke SRT-taak. Dus, de voet-intensivering taak is een variant van de SRT-taak, die houdt van grotere complexiteit van de motorische controle dan vinger op te drukken, en dus beter benadert impliciete motorische volgorde leren in dagelijkse gesequenceerd activiteiten. Bovendien, gezien de interactieve relatie tussen posturale controle en cognitieve processen30,31,32,33, deze voet-intensivering SRT taak ook staat ons toe om te begrijpen hoe posturale controle communiceert met de gross motor reeks leren, vooral op bevolkingsgroepen, zoals kinderen met een ontwikkelingsstoornis coördinatie6,7,8, die bij de integratie van posturale ondervinden controle en cognitieve taken. Deze lijn van onderzoek zou dienen als een basis bij de ontwikkeling van optimale interventies voor kinderen en volwassenen met leerproblemen grove motorische vaardigheid.
Ten tweede, een motor bewerking meestal omvat meerdere stadia, met inbegrip van doel selectie, motor planning en uitvoering van de beweging. Aangezien de klassieke SRT taak slechts het indrukken van toetsen, die houdt niet verplaatsen naar nieuwe locaties in de ruimte vereist als de vingers altijd op de antwoord-toetsen zijn, de taak wordt benadrukt doel selectie, in plaats van verkeer uitvoering9, en de reactietijd gebruikt om te maatregel reeks leren is een mengsel van doel selectie en verkeer uitvoering. De SRT voet-intensivering taak biedt de mogelijkheid om te onderzoeken of het doel selectie en/of uitvoering van de beweging in aanzienlijke mate tot motor reeks leren bijdragen. Bijvoorbeeld, een karakteristiek zijn voor de uitvoering van het verkeer, verkeer tijd (MT), kunnen worden bestudeerd in de voet-intensivering SRT taak. Hoewel onze representatieve resultaten geen bijdrage van MT tot impliciete reeks leren tonen, is één feit waard het benadrukken hier dat zowel de klassieke SRT-taak en het protocol van de vertegenwoordiger van de gemodificeerde voet-intensivering taak geen precieze doel antwoord vereisen doelstellingen. Bijvoorbeeld, deelnemers aan de voet-intensivering taak zijn aangemoedigd, maar is niet strikt verplicht, nauwkeurig raken van doelen (maar noodzakelijke stap richting de juiste richting is), zoals ze hun homing positie iets kunnen verschuiven. Overwegende dat deelnemers aan de vinger-dringende taak altijd plaats hun vingers op overeenkomstige sleutels zodat precieze doelstelling niet vereist is. Echter wanneer nauwkeurig richten noodzakelijk is, de uitvoering van de beweging kan spelen een cruciale rol in volgorde leren10, hetgeen wijst op het belang van het ontleden van meerdere stadia van motor prestaties (dwz., doel selectie, motor planning en verkeer uitvoering) de onderliggende mechanismen van motor reeks leren verder te begrijpen. Bovendien ontbreekt de klassieke SRT taak haar bekwaamheid in het ophelderen van de temporele evolutie van cognitieve processen die actief zijn in volgorde leren. In tegenstelling, de voet-intensivering SRT taak, zoals andere SRT taken met betrekking tot ruimtelijke bewegingen (bv., arm bereiken en beweging van het oog)10,12, laat ons toe om onderzoeken van continue beweging trajecten. De meting op tijdelijke dynamiek van verkeer kan worden gebruikt om de verborgen cognitieve processen in toekomstige reeks studies11leren openbaren. Bijvoorbeeld kunnen met behulp van de COM-movement voordat stimulans vormgeving, wij nagaan welke doel deelnemers willen voordat het zien van de stimulus, alsmede wanneer consistente anticipations plaatsvinden, dat niet haalbaar in de vinger-dringende SRT taak is.
Een andere prominente gebruik van de SRT-taak is het nastreven van de geleidelijke ontwikkeling van expliciete reeks kennis tijdens impliciete reeks leren. De SRT is vaak bedoeld als een impliciete leren taak1,34. Reeks leren in de SRT taak vaak impliceert echter een expliciete proces, zoals geopenbaard door de mogelijkheid om te herinneren en/of de volgorde na de SRT taak22herkennen. Aangezien deze terugroepen en/of erkenning tests worden gewoonlijk uitgevoerd na de taak van de SRT, meet alleen de totale hoeveelheid expliciete kennis opgedaan gedurende de gehele SRT-taak. Het is moeilijk om te weten wanneer het expliciete geheugen van de reeks ontstaat en hoe het zich geleidelijk ontwikkelt door leren. Onze representatieve resultaten tonen aan dat de taak SRT voet-intensivering haar uniek vermogen presenteert bij het bestuderen van de temporele evolutie van expliciete reeks kennis over het leren van de blokken. Figuur 5a blijkt bijvoorbeeld dat de helft van de deelnemers begon te expliciete reeks kennis van de blokken 1 en 2, en werd meer bewust van de reeks in blokken 3 en 4.
Kortom introduceert dit protocol een gewijzigde SRT-taak, waarbij de intensivering voet verkeer. Deze gemodificeerde variant van de klassieke SRT taak voegt motor en posturale eisen die onmisbaar zijn in sequentiële leervaardigheden in het dagelijks leven. Verder staat de voet-intensivering SRT taak de scheiding van doel selectie en verkeer uitvoering, twee componenten die differentieel aan de impliciete motorische volgorde leren bijdragen kunnen. De SRT voet-intensivering taak biedt ook een nieuwe manier om te bestuderen van de parallelle werking van de expliciete en impliciete processen die betrokken zijn bij de motor reeks leren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Voor dit onderzoek werd gesteund door de Universiteit van Maryland Kinesiologie Graduate initiatief onderzoeksfonds Yue Du.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vicon motion capture system | Vicon | Vicon T-40, T-160, calibration wand | Alternative systems may be used |
| 50 mm reflective markers | Vicon | N/A | Numbers of markers may be varied |
| Labview software | National Instruments | N/A | Control visual stimuli. Use together with DAQ board. Alternative software may be used |
| DAQ board | National Instruments | BNC-2111; DAQCard-6024E | |
| MATLAB | MathWorks | N/A | Alternative software may be used |
| double sided hypo-allergenic adhesive tape | N/A | ||
| pre-wrapping tape | N/A |
References
- Nissen, M. J., Bullemer, P. Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures. Cognit Psychol. 19 (1), 1-32 (1987).
- Willingham, D. B., Nissen, M. J., Bullemer, P.
- Du, Y., Valentini, N. C., Kim, M. J., Whitall, J., Clark, J. E. Children and adults both learn motor sequences quickly, but do so differently. Front Psychol. 8 (158), (2017).
- Du, Y. Learning processes underlying implicit motor sequence acquisition in children and adults. , University of Maryland. PhD thesis (2016).
- Du, Y., Clark, J. E. New insights into statistical learning and chunk learning in implicit sequence acquisition. Psychon Bull Rev. , 1-9 (2016).
- Gheysen, F., Van Waelvelde, H., Fias, W. Impaired visuo-motor sequence learning in Developmental Coordination Disorder. Res Dev Disabil. 32 (2), 749-756 (2011).
- Wilson, P. H., Maruff, P., Lum, J. Procedural learning in children with developmental coordination disorder. Hum Movement Sci. 22 (4-5), 515 (2003).
- Cermak, S. A., Larkin, D. Developmental coordination disorder. , Cengage Learning. (2002).
- Taylor, J. A., Ivry, R. B. Implicit and explicit processes in motor learning. Action science. , 63-87 (2013).
- Moisello, C., et al. The serial reaction time task revisited: a study on motor sequence learning with an arm-reaching task. Exp Brain Res. 194 (1), 143-155 (2009).
- Song, J. H., Nakayama, K. Hidden cognitive states revealed in choice reaching tasks. Trends Cogn Sci. 13 (8), 360-366 (2009).
- Marcus, D. J., Karatekin, C., Markiewicz, S. Oculomotor evidence of sequence learning on the serial reaction time task. Mem Cognition. 34 (2), 420-432 (2006).
- Shanks, D. R., Johnstone, T. Evaluating the relationship between explicit and implicit knowledge in a sequential reaction time task. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 25 (6), 1435-1451 (1999).
- Destrebecqz, A., Peigneux, P. Methods for studying unconscious learning. Prog Brain Res. 150, 69-80 (2005).
- Massion, J. Movement, posture and equilibrium: interaction and coordination. Prog Neurobiol. 38 (1), 35-56 (1992).
- MacKinnon, C. D., et al. Preparation of anticipatory postural adjustments prior to stepping. J Neurophysiol. 97 (6), 4368-4379 (2007).
- Cordo, P. J., Nashner, L. M. Properties of postural adjustments associated with rapid arm movements. J Neurophysiol. 47 (2), 287-382 (1982).
- Oxford Metrics. Vicon Motion System Nexus Documentation. , Available from: https://docs.vicon.com/display/Nexus25/Nexus+Documentation (2017).
- Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handness: The edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9, 97-113 (1971).
- Armstrong, T., Bull, F. Development of the world health organization global physical activity questionnaire (GPAQ). J Public Health. 14 (2), 66-70 (2006).
- Henderson, S. E., Sugden, D. A., Barnett, A. Movement Assessment Battery for Children - Second edition (Movement ABC-2). , Pearson Education, Inc. (2007).
- Destrebecqz, A., Cleeremans, A. Can sequence learning be implicit? New evidence with the process dissociation procedure. Psychon Bull Rev. 8 (2), 343-350 (2001).
- De Leva, P. Adjustments to Zatsiorsky-Seluyanov's segment inertia parameters. J Biomech. 29 (9), 1223-1230 (1996).
- Bair, W. -N., Kiemel, T., Jeka, J. J., Clark, J. E. Development of multisensory reweighting for posture control in children. Exp Brain Res. 183 (4), 435-446 (2007).
- Curran, T., Keele, S. W. Attentional and nonattentional forms of sequence learning. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 19 (1), 189-202 (1993).
- Du, Y., Prashad, S., Schoenbrun, I., Clark, J. E. Probabilistic motor sequence yields greater offline and less online learning than fixed sequence. Front Hum Neurosci. 10, (2016).
- Destrebecqz, A., Cleeremans, A. Attention and implicit learning. Jiménez, L. , John Benjamins Publishing Company. 181-213 (2003).
- Jimenez, L., Vazquez, G. A. Sequence learning under dual-task conditions: alternatives to a resource-based account. Psychol Res. 69 (5-6), 352-368 (2005).
- Curran, T. Effects of aging on implicit sequence learning: Accounting for sequence structure and explicit knowledge. Psychol Res. 60 (1-2), 24-41 (1997).
- Ramenzoni, V. C., Riley, M. A., Shockley, K., Chiu, C. Y. P. Postural responses to specific types of working memory tasks. Gait Posture. 25 (3), 368-373 (2007).
- Riley, M. A., Baker, A. A., Schmit, J. M., Weaver, E. Effects of visual and auditory short-term memory tasks on the spatiotemporal dynamics and variability of postural sway. J Mot Behav. 37 (4), 311-324 (2005).
- Stins, J. F., Michielsen, M. E., Roerdink, M., Beek, P. J. Sway regularity reflects attentional involvement in postural control: Effects of expertise, vision and cognition. Gait Posture. 30 (1), 106-109 (2009).
- Nougier, V., Vuillerme, N., Teasdale, N. Effects of a reaction time task on postural control in humans. Neurosci. Lett. 291 (2), 77-80 (2000).
- Robertson, E. M. The serial reaction time task: Implicit motor skill learning? J Neurosci. 27 (38), 10073-10075 (2007).
