El "Motor" motor implícito la secuencia de aprendizaje: tiempo de reacción Serial pie-caminar tarea

Resumen

Presentamos la versión de pie tarea de tiempo de reacción serial (SRT). Esto modifica la tarea SRT, complementando la SRT clásica tarea que implica sólo el movimiento dedo-presionar, mejor aproxima a diario actividades secuenciadas y permite a los investigadores para el estudio de los procesos dinámicos subyacentes a las medidas de respuesta discreta y desenredar el proceso explícito en el aprendizaje implícito de la secuencia de funcionamiento.

Resumen

Este protocolo describe una tarea de tiempo de reacción serial modificado (SRT) utilizada para estudiar el aprendizaje implícito secuencia motor. A diferencia de la clásica tarea SRT que implica movimientos de dedo-presionar al estar sentado, la tarea SRT modificada requiere que los participantes caminan con los pies manteniendo una postura de pie. Esta tarea paso a paso requiere acciones de cuerpo entero que imponen desafíos posturales. La tarea de pie-caminar complementa la clásica tarea SRT de varias maneras. La tarea SRT pie-caminar es un mejor proxy para las actividades diarias que requieren constante control postural y por lo tanto puede ayudarnos a comprender mejor el aprendizaje de la secuencia de situaciones de la vida real. Además, tiempo de respuesta sirve como un indicador de secuencia de aprendizaje en la clásica tarea SRT, pero no está claro si el tiempo de respuesta, tiempo de reacción (RT) que representa el proceso mental, o el tiempo de movimiento (MT) que refleja el movimiento en sí, es un jugador clave en el motor aprendizaje de la secuencia. La tarea SRT pie-caminar permite a los investigadores a desentrañar el tiempo de respuesta en RT y MT, que pueden aclarar cómo motor de planificación y ejecución del movimiento están implicados en el aprendizaje de la secuencia. Por último, cognición y control postural se relacionan interactivamente, pero poco se sabe sobre control postural cómo interactúa con secuencias motor de aprendizaje. Con un movimiento de captura de sistema, el movimiento del cuerpo entero (por ej., el centro de masa (COM)) pueden grabarse. Estas medidas nos permiten revelar los procesos dinámicos subyacentes a las respuestas discretas medidas por RT y MT y pueden ayudar a elucidar la relación entre el control postural y los procesos explícitos e implícitos en el aprendizaje de la secuencia. Se describen detalles del montaje experimental, procedimiento y procesamiento de datos. Se adoptan los datos representativos de uno de nuestros estudios anteriores. Resultados se relacionan con tiempo de respuesta, RT, MT, así como la relación entre la respuesta postural anticipatoria y los explícitos procesos implicados en el aprendizaje implícito secuencia motor.

Introducción

Implícito motor secuencia de aprendizaje, conocida generalmente como una secuencia de aprendizaje sin saber la secuencia, es fundamental para nuestras actividades diarias y ha sido bien estudiado por la tarea paradigmática de la tarea de tiempo de reacción serial (SRT) diseñada por Nissen y Bullemer ^{el nombre 1}. en esta tarea clásica de la SRT, los participantes Oprima las teclas para responder con rapidez y precisión a los estímulos visuales. Para examinar el aprendizaje de la secuencia, la aparición de estímulos visuales es manipulada para seguir ya sea una pre estructurada o aleatoria secuencia, que es desconocida para los participantes. Aprendizaje se evidencia por el tiempo de respuesta más rápido a la secuencia pre-estructurado (e.g., la secuencia de formación) que el azar u otra la estructura secuencia^1,2. Mientras que la clásica tarea SRT típicamente requiere manual de bi finger tapping, una gran mayoría de implícito motor secuencia de aprendizaje en las actividades cotidianas, tales como bailar, tocar instrumentos musicales o jugando deportes, implica acciones de cuerpo entero que presentan desafíos posturales e inerciales que no se encuentra en la clásica tarea SRT. Por lo tanto, hemos propuesto que las tareas de aprendizaje secuencia tienen que ser más polifacética. Además, el foco de la investigación anterior ha sido casi exclusivamente en el componente cognitivo de la tarea (e.g., selección de acción o la decisión), ignorando los problemas de control del motor implicados en el aprendizaje de la secuencia (por ej., movimiento ejecución). Así, para entender más implícito motor secuencia de aprendizaje, es esencial para el estudio de aprendizaje de la secuencia en una tarea del motor todo el cuerpo o bruta que mejor se aproxima a nuestras actividades diarias del motor.

En nuestros estudios recientes, hemos ampliado la clásica tarea SRT a una tarea modificada de SRT donde presión de dedo fue substituido por pie paso a paso para incorporar el control postural en secuencia de aprendizaje^3,4,5. Esta tarea modificada presenta sus propias ventajas para complementar la tarea clásica de la SRT. En primer lugar, la tarea de aprendizaje secuencia motor bruto mejor imita actividades secuenciales diarias cuando se trata de movimiento de todo el cuerpo. Hasta la fecha, nuestra comprensión de la secuencia motor aprendizaje típicamente proviene de la clásica tarea SRT, pero poco se sabe si el conocimiento de motor secuencia de aprendizaje de la tarea clásica de SRT sigue siendo cierto en el aprendizaje de habilidades motoras secuenciales en las actividades cotidianas. Por lo tanto, la tarea SRT modificada permite examinar si las características sistemáticamente informadas (e.g., secuencia implícita de independiente de la edad de aprendizaje entre niños y adultos) en la tarea SRT de dedo-presionar quedan al control postural es involucrados. Además, en poblaciones con una postura control y habilidad motor gruesa dificultades de aprendizaje, tales como niños con la coordinación del desarrollo trastorno^6,7,8, entender cómo la postura control interactúa con secuencia motor bruto aprendizaje es fundamental para ayudar a mejorar las estrategias de intervención y así optimizar la eficacia de aprender habilidades motoras secuenciales en la vida diaria.

En segundo lugar, una noción común sobre el aprendizaje de la secuencia implícita es motor de planificación y no ejecución de movimiento, juega un papel importante en el aprendizaje de una secuencia en el clásico SRT tarea⁹. Esto es porque las teclas no implican la moviendo a nuevas ubicaciones en el espacio, ya que los dedos están siempre en las claves de respuesta. Sin embargo, muchos comportamientos secuenciales diarias implican grandes movimientos espaciales. Poco se sabe acerca de la ejecución del movimiento un actor clave en secuencia motor de aprendizaje cuando son necesarios grandes movimientos espaciales. En la clásica tarea SRT, tiempo de respuesta, la suma del tiempo de reacción (RT) y el tiempo de movimiento (TA), sirve como un indicador del aprendizaje de la secuencia. La tarea SRT pie-caminar, como otros paradigmas que implica movimientos espaciales¹⁰, permite al investigador separar tiempo de respuesta en secuencia implícito aprendizaje en RT, que refleja el proceso cognoscitivo y TA, que caracteriza el movimiento sí mismo.

En tercer lugar, además de MT, la combinación de la pie-caminar SRT tarea movimiento captura de técnicas y proporciona datos enriquecidos en el continuo movimiento de cuerpo entero (por ej., movimiento del centro de masa, o COM). El cambio continuo del movimiento de medición tiene la ventaja de revelar la dinámica de los procesos cognitivos subyacentes a la discreta respuesta medida por RT o MT^11,12. En particular, secuencias de aprendizaje en la tarea de la SRT por lo general son explicadas como una mezcla de procesos explícitos e implícitos. Es decir, a pesar del uso común de la tarea de la SRT como una tarea de aprendizaje implícito, los participantes demuestran a menudo la capacidad para recordar verbalmente la secuencia aprendida después de la tarea de la SRT, sugiriendo un componente explícito implicados en el aprendizaje implícito de la secuencia. Aunque el componente explícito puede evaluarse mediante pruebas de memoria realizadas después de la SRT tarea^13,14, estas pruebas de tareas posterior carecen de la capacidad de examinar la evolución temporal del conocimiento explícito durante el aprendizaje. Proponemos que con el conocimiento de la secuencia explícita, un individuo sería conocer la ubicación del estímulo próximo y así producir ajuste postural anticipatorio^15,16,17 en forma de feedforward para preparar para los pies paso a paso mover el objetivo correspondiente. Por lo tanto, examinar el movimiento de la COM antes de la aparición del estímulo (es decir, anticipación) abre una ventana para estudiar el desarrollo progresivo de la memoria explícita durante el aprendizaje implícito de la secuencia.

El protocolo muestra el montaje experimental y el procedimiento de la tarea SRT pie-caminar. Proporcionamos resultados representativos del tiempo de respuesta, RT y Mt. Además, se presentan resultados sobre la relación entre control de la postura y los explícitos procesos aprendizaje implícito secuencia motor.

Protocolo

Se realizó el protocolo de acuerdo con las directrices aprobadas por la Junta de revisión institucional de la Universidad de Maryland, College Park.

1. Montaje experimental

1. Establecer un sistema de captura de movimiento como se muestra en la Figura 1a. Colocar ocho cámaras en un círculo con un radio de 4 metros.
   Nota: El número y las posiciones de las cámaras puede ser variado, siempre que todas las cámaras se colocan adecuadamente para obtener una visión clara de todos los marcadores reflexivos al cuerpo de un participante.
2. Configurar una estación de paso en el centro del círculo. Posición de una "posición inicial" cubierto por alfombras de fieltro azul oscuros en el centro de la estación de paso a paso y coloque seis objetivos paso a paso cubiertos por alfombras de fieltro azul luz que rodea la posición como su frente, parte posterior y lateral (Figura 1b). Determinar la distancia entre los objetivos y la posición, según la distancia paso a paso de un individuo (ver paso 3 del procedimiento de trabajo SRT pie-caminar).
3. Para controlar la tarea de condición de estimulación, poner dos sensores de goma eléctrica, que generan señales analógicas cuando toca, debajo de la posición inicial para detectar el momento cuando regresan los pies.
4. Coloque un monitor de 23'' de 2 m frente a la posición inicial. Los seis estímulos visuales espacial se corresponden con los seis objetivos paso a paso en el piso.
5. Controlar el orden de aparición de los estímulos visuales mediante un programa informático instalado en un ordenador portátil.
6. Sincronizar la computadora portátil y el sistema de captura de movimiento usando un dispositivo de salida y adquisición de datos.
7. Encender las cámaras de captura de movimiento y oriéntelos para que cada cámara puede ver el volumen que rodea la estación de paso a paso.
8. Identificar si hay objetos reflectantes no deseados desde el volumen de captura (e.g., reflexión de luz, planta o cualquier material reflectante). Cubrir estos objetos reflectivos identificados con material de la tela, para que no se erróneamente recogen datos durante ensayos experimentales.
9. Usando las instrucciones y los equipos suministrados con el sistema de captura de movimiento, calibrar el sistema de captura de movimiento para asegurar la correcta recolección de datos 3-d de marcadores reflectantes¹⁸.
10. Para la calibración dinámica, onda la varilla de calibración suministrada con el sistema de captura de movimiento a través del espacio donde se moverían todos los marcadores reflexivos cuando los participantes realizan la tarea de la SRT. Recoger 2.000 marcos de datos para la calibración dinámica de imágenes.
11. Para la calibración estática, coloque la varilla de calibración en el piso con una posición y orientación que se puede utilizar como el origen del sistema de coordinación del sistema de captura de movimiento. Ejecutar el sistema de captura de movimiento para establecer el origen.
12. Diseño de un marcador establecido según el propósito del estudio.
    Nota: Un ejemplo es mostrado en la Figura 1b donde se utiliza una configuración de marcador de 38.
13. Siga las instrucciones proporcionadas por los proveedores para crear una plantilla esqueleto etiquetadora que puede utilizarse para la reconstrucción y etiquetado automático más adquisición de datos y procesamiento¹⁸. Específicamente, pregunte a un participante se pare en la posición de la estación de paso a paso con todos los marcadores de conexión. Instruir al participante como todavía posible y asegúrese de que todos los marcadores son accesibles a través del sistema de captura de movimiento. Un ensayo de captura (dura cerca de 10 s). En el movimiento sistema de captura, asignar cada marcador un nombre y crear segmentos conectando juntos los marcadores. Enlace de todos los segmentos para finalizar la plantilla esqueleto (se muestra en la figura 1 c).

2. participante preparación

1. Informar a los participantes para usar ropa apropiada (por ej., pantalones cortos y una camiseta) antes de visitar el laboratorio.
2. A su llegada, pida a los participantes a leer y firmar el formulario de consentimiento. Pantalla para la elegibilidad del estudio.
   Nota: Los cuestionarios de evaluación podrían ser diferentes basado en el propósito de cada estudio individual. Estos cuestionarios pueden incluir, pero no se limitan a, la mano dominación cuestionario¹⁹cuestionario nivel de actividad física global²⁰, cuestionario de salud neurológicos y la batería de evaluación de movimiento para los niños²¹ .
3. Pida a los participantes a sacar sus zapatos y los calcetines, luego conecte 38 marcadores reflectantes esféricos, cada 50 mm de diámetro, a la piel en determinado lugares huesudas significativa con cinta de adhesiva doble cara, hipoalérgico y envolver la cinta. Esta configuración del marcador es igual a la plantilla esqueleto que se muestra en la Figura 1b.
4. Claro todas las reflexiones no deseadas que no sean los 38 marcadores del cuerpo del participante (ver paso 1.8).
5. Instruir a los participantes a pie tranquilamente en la posición en una pose de T. Haga funcionar el sistema de captura de movimiento para capturar todos los marcadores de 10 s (es decir., la prueba de calibración).

3. el procedimiento de trabajo SRT pie-caminar

1. Antes de cada participante comienza la tarea, establecer los parámetros, incluyendo, pero no limitado a: bloquear el participante número de ID, ID de grupo, de aprendizaje, el tiempo de presentación del estímulo y el intervalo entre estímulos (ISI) o estímulo respuesta () intervalo RSI) que controla el intervalo de tiempo entre la terminación del movimiento y la aparición del siguiente estímulo (en este caso, se necesitan sensores eléctricos de goma debajo de la posición; ver sección protocolo 1 para más detalles).
   Nota: El ISI podría variar (e.g., ms de 1.300 o 1.000 ms) según el propósito del estudio.
2. Instruir a los participantes a colocarse en la posición y ajustar la distancia de la posición para que los participantes pueden caminar cómodamente sobre los seis objetivos en el piso.
3. Encomendamos a los participantes a intervenir rápidamente en cada destino varias veces y marque la distancia desde la posición a cada objetivo longitud escalonamiento a lo más cómodo para cada participante.
4. Proporcionar las instrucciones de la tarea a los participantes.
   1. Instruir a los participantes que una vez que un estímulo aparece en uno de seis puntos que se muestra en el monitor, que necesitan como forma rápida y precisa como sea posible en el destino correspondiente en el piso y luego volver a la posición.
   2. Pida a los participantes al paso con el pie derecho a los tres objetivos está situados a la derecha(es decir, objetivos 1, 2 y 6; Figura 1a), y el pie izquierdo a los otros tres objetivos (es decir., objetivos 3, 4 y 5; Figura 1a).
      Nota: Los números son invisibles a los participantes durante la tarea entera.
   3. Informar a los participantes que hay un descanso de 3 minutos después de cada carrera (es decir., bloque de aprendizaje) de la tarea. Modificar la longitud de la rotura en función de necesidades experimentales. Establecer una alarma para recordar a los participantes del final de la rotura.
   4. Instruir a los participantes para mantener los codos a su lado y doblado en un ángulo de noventa grados cuando se realiza la tarea para que las cámaras puedan ver los marcadores a la cadera.
5. Ejecutar un bloque de práctica que consta de 36 pasos (es decir., estímulos aparece 36 veces con un ISI de 1.300 ms; vea el procedimiento de trabajo SRT pie-caminar para más detalles) para que los participantes están familiarizados con la tarea. Instruir a participantes que estímulos continuamente aparece en uno de seis puntos y tienen que responder a los estímulos tan rápidamente y exactamente como sea posible. Estímulos en este bloque aparecen en un orden aleatorio.
   Nota: El ISI podría ser reemplazado por un RSI (véase el procedimiento de tarea SRT pie-caminar para más detalles). Si se utiliza un ISI muy corto, los participantes no pueden ser capaces de responder a algunos estímulos. Estos pasos se consideran errores.
6. Después el bloque de práctica, iniciar los bloques experimentales. En este protocolo, hay seis bloques y cada bloque experimental se compone de 100 pasos/estímulos. Dar a los participantes un descanso obligatorio 3 min después de cada bloque.
   Nota: Bajo la condición ISI de ms de 1.300, cada bloque típicamente toma unos 2,5 minutos. Si se utiliza un RSI, la longitud de cada bloque puede variar dependiendo de cómo rápidamente los participantes responden a estímulos.
   1. Instruir a los participantes a completar seis bloques experimentales. Define el orden específico de estímulos visuales según propósitos experimentales. Estímulos seguir ya sea una secuencia especificada o al azar. La presentación de la orden de estímulo es desconocida para los participantes.
      Nota: Puede variar el número de bloques experimentales. Aquí, se introduce un diseño de bloques de 6 donde se da una secuencia especificada A en bloques de 1-4 y 6 y una nueva secuencia B se presenta en el bloque 5. También podría variar la secuencia específica y al azar. En este protocolo, secuencia A sigue el orden de 1423564215 (es decir., 1 - derecha, 2 - derecha delante, 3 - izquierda frontal, 4 - lado izquierdo, 5 - izquierda detrás, y 6 - a la derecha atrás) y secuencia B sigue el orden de 3615425214.
   2. Antes de cada bloque de aprendizaje, encomendamos a los participantes en respuesta a estímulos como forma rápida y precisa posible.
7. Tras la finalización de todos los bloques de aprendizaje, solicite participantes para completar un postest que consiste en ampliamente utilizan memoria y pruebas de reconocimiento describen en la literatura^13,14,22.

4. procesamiento de datos y análisis estadístico

1. Para cada participante, abrir los ensayos los datos recogidos en el software de sistema de captura de movimiento. Revisar cada ensayo y llenar los vacíos en los datos del estudio según las instrucciones proporcionadas por los proveedores¹⁸.
2. Exportar cada ensayo datos como un archivo ASCII que contiene las tres coordenadas para todos los marcadores de 38.
3. Derivan las variables (es decir., tiempo de reacción (TR), tiempo del movimiento (MT), tiempo de respuesta y la trayectoria de la COM) del ASCII archivos siguiendo los siguientes pasos:
   1. De entrada los archivos de datos ASCII en software de análisis de datos. Utilice un filtro de Butterworth de octavo orden con una frecuencia de corte de 10 Hz para filtrar los datos³.
      Nota: La forma de derivar la trayectoria del movimiento de COM depende de la configuración de marcador. En la configuración de marcador de 38 que se muestra en la Figura 1b, se pueden emplear los métodos y parámetros antropométricos descritos por De Leva²³ . También uno puede seguir el movimiento de la OCM aproximado medido por un marcador en el nivel de la quinta vértebra lumbar²⁴.
   2. Obtener el tiempo de respuesta, RT y MT siguiendo las descripciones a continuación:
      1. Utilice los marcadores en los talones, dedos de los pies grandes y los 5 metatarsianos de^th para caracterizar las trayectorias de los movimientos de pies en software de análisis de datos.
      2. Trazar la trayectoria de estos tres marcadores a lo largo de la dirección vertical (perpendicular al suelo). Trazar la trayectoria de la pistola de dedo del pie en el plano horizontal (paralelo al piso) para determinar si cada paso se realiza correctamente el derecho objetivo. Pasos para un objetivo equivocado están excluidos para más adelante los análisis estadísticos.
      3. Marque la línea de base de la altura de cada marcador antes y después de cada paso.
      4. Identificar el inicio del movimiento de cada marcador como la primera muestra cuando el marcador llega a 10% de la altura máxima.
      5. Puesto que cada sujeto puede utilizar diferentes estrategias para tocar la meta (con los dedos del pie o del 5^to metatarsiano), definen la aparición de movimiento utilizando el marcador que alcanza su punto máximo en los primeros.
      6. Identifica el punto final de caminar como el punto de tiempo cuando el marcador usado cae a la misma altura que el inicio.
      7. Ejecuta continuamente el programa de análisis de datos hasta que se procesan 100 pasos.
      8. Para todos los pasos, calcular y el tiempo de respuesta la diferencia temporal entre el inicio del estímulo y el final del movimiento, RT la diferencia temporal entre el estímulo y los inicios de movimiento y MT la diferencia temporal entre el inicio del movimiento de salida y su punto final. Guardar los archivos de salida en el formato .xls.
      9. Estos archivos de .xls, calcular medias de estas variables para cada bloque y a través de los participantes, datos que posteriormente serán utilizados para análisis estadísticos.
      10. Ya que normalmente existe un factor sujeto (es decir., bloque de aprendizaje) en el diseño experimental, utilizar efecto mezclado ANOVAs para analizar los datos (medidas repetidas ANOVA puede ser usado con precaución con respecto a la hipótesis de esfericidad). Determinar la matriz de varianza Co utilizada en el ANOVA efecto mezclado por criterio de información de Akaike (AIC). Se descomponen los resultados significativos de las pruebas ANOVA usando post-hoc con específicos procedimientos de corrección de comparación múltiple (dependiendo del diseño experimental). Establecer el nivel de significación estadístico en p = 0,05.

Resultados

El anterior paradigma se implementa por Du y sus colegas en una serie de estudios^3,4,5. Utilizamos una parte de datos adoptados de uno de estos estudios de⁴ para representar el uso de la tarea SRT pie-caminar. En este estudio, hay 6 bloques de aprendizaje y se utiliza un RSI de ms de 700. Estímulos visuales seguido la secuencia de A (es decir., 1423564215;

Discusión

Este protocolo describe el montaje experimental y los procedimientos para una tarea modificada de la SRT. La tarea SRT modificada comparte su sencillez atractiva con la clásica tarea SRT, aunque la tarea SRT modificada exige el uso de una técnica de captura de movimiento. Como la clásica tarea SRT, podían ser manipulados muchos parámetros para las preguntas de investigación específicos en la tarea SRT pie-caminar, incluyendo pero no limitado a: la longitud del intervalo-estímulo de intervalo intervalo o estímulo respuest...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Sistema de captura de movimiento Vicon	Vicon Vicon	T-40, T-160, varilla de calibración	Se pueden utilizar sistemas alternativos
Marcadores reflectantes de 50 mm	Vicon	N/A	El número de marcadores puede variar
Labview National	Instruments	N/A	Controlar estímulos visuales. Úselo junto con la placa DAQ. Se puede utilizar un software alternativo
información (DAQ) de la tarjeta	National Instruments	; DAQCard-6024E
MATLAB	MathWorks	N/A	Se puede utilizar un
	adhesiva hipoalergénica de doble cara	N/A cinta