Summary
Vi introducerar den fot-stepping seriell reaktionstid (SRT) uppgift. Detta modifierade SRT uppgift, kompletterar den klassiska SRT uppgift som omfattar endast finger-pressning rörelse, bättre approximerar sekvenserade vardagsaktiviteter och tillåter forskare att studera de dynamiska processer som ligger bakom diskret åtgärder och särskilja explicit processen i implicita sekvens lärande.
Abstract
Det här protokollet beskriver en modifierad seriell reaktionstid (SRT) aktivitet används för att studera implicita motor sekvens lärande. Till skillnad från den klassiska SRT uppgift som omfattar finger-pressning rörelser när du sitter, kräver modifierade SRT uppgiften deltagare steg med båda fötterna samtidigt som en stående arbetsställning. Denna stegmotor uppgift kräver hela kroppen åtgärder som inför postural utmaningar. Fot-stepping uppgiften kompletterar den klassiska SRT uppgiften på flera sätt. Fot-stepping SRT uppgift är en bättre proxy för de dagliga aktiviteter som kräver pågående postural kontroll och således kan hjälpa oss att bättre förstå sekvens lärande i verkliga situationer. Dessutom svarstiden tjänar som en indikator på sekvens lärande i den klassiska SRT-uppgiften, men det är oklart om svarstid, reaktionstid (RT) som representerar mentala process eller rörelse tid (MT) återspeglar rörelsen själv, är en viktig aktör i motor sekvens lärande. Fot-stepping SRT uppgift tillåter forskare att särskilja svarstiden i RT och MT, som kan klargöra hur motorisk planering och rörelse utförande är involverade i sekvens lärande. Slutligen, postural kontroll och kognition är interaktivt relaterade, men lite är känt om hur postural kontroll samverkar med lärande motor sekvenser. Med en motion capture system, förflyttning av hela kroppen (t.ex., centrum av massan (COM)) kan registreras. Sådana åtgärder ger oss möjlighet att avslöja de dynamiska processer som ligger bakom diskret svar mätt med RT och MT, och får stöd i att klarlägga förhållandet mellan postural kontroll och explicita och implicita processer i sekvens lärande. Detaljer för den experimentella set-up, förfarande och databehandling beskrivs. De representativa uppgifterna antas från en av våra tidigare studier. Resultaten relateras till svarstiden, RT, och MT, samt förhållandet mellan föregripande posturala svaret och explicit processer i implicita motor sekvens lärande.
Introduction
Implicita motor sekvens lärande, allmänt känd som lärande en sekvens utan att veta sekvensen, är kritisk till vår dagliga verksamhet och väl har studerats av en paradigmatisk aktivitet som heter seriell reaktionstid (SRT) uppgiften designad av Nissen och Bullemer 1. i denna klassiska SRT uppgift, deltagare tryck för att svara snabbt och korrekt på visuella stimuli. För att undersöka sekvens lärande, är uppkomsten av visuella stimuli manipulerad för att följa antingen en pre strukturerade eller slumpmässig sekvens, som är okänt för deltagarna. Lärande framgår av den snabbare svarstiden på förhand strukturerade sekvensen (t.ex., sekvensen utbildning) än så för att den slumpmässiga eller annat före strukturerad sekvens1,2. Medan den klassiska SRT uppgiften kräver vanligtvis bi-manual finger tapping, handlar en stor majoritet av implicita motor sekvens lärande i vardagliga aktiviteter, såsom Dans, spela musikinstrument, eller spela sport, om hela kroppen insatser som presenterar postural och tröghetsbaserad utmaningar som inte finns i den klassiska SRT-uppgiften. Vi föreslog därför att sekvensen lärande aktiviteter behöver vara mer mångfacetterade. Dessutom i fokus för tidigare forskning har varit nästan uteslutande på den kognitiva komponenten av uppgiften (t.ex., beslut beslut eller åtgärd urval), ignorerar de motorstyrning frågorna involverade i sekvens lärande (t.ex., rörelse utförande). Således, för att ytterligare förstå implicita motor sekvens lärande, är det viktigt att studera sekvensen lärande i en hela kroppen eller brutto motoriska uppgift som bättre approximerar våra dagliga aktiviteter.
I vår senaste studier utökat vi klassiska SRT uppgiften till en modifierad SRT aktivitet där finger pressning ersattes av fot kliva för att införliva postural kontroll i sekvens lärande3,4,5. Denna modifierade uppgift presenterar sina egna fördelar som komplement till den klassiska SRT-uppgiften. Först, härmar brutto motoriska sekvens lärande uppgiften bättre daglig sekventiella aktiviteter som berör hela kroppen rörelse. Hittills har vår förståelse av motor sekvens lärande vanligtvis kommer från klassiska SRT uppgiften, men lite är känt om kunskapen om motor sekvens lärande från klassiska SRT uppgiften kvarstår till true i lärande sekventiell motorik i dagliga aktiviteter. Således den modifierade SRT uppgiften tillåter oss att undersöka huruvida systematiskt redovisade egenskaper (t.ex., oberoende av ålder implicita sekvens lärande mellan barn och vuxna) i finger-pressning SRT uppgiften kvar när postural kontroll är involverade. Dessutom i populationer med hållning kontroll och brutto motoriska skicklighet inlärningssvårigheter, till exempel barn med utvecklingsmässiga samordning störning6,7,8, förståelse hållning hur kontroll interagerar med brutto motoriska sekvens lärande är avgörande för att hjälpa förbättra åtgärdsstrategier och därmed optimera effektiviteten av lärande sekventiell motoriska färdigheter i vardagen.
För det andra en gemensam föreställning om implicita sekvens lärande är att motor planering och inte rörelse utförande, spelar en viktig roll i att lära sig en sekvens i den klassiska SRT uppgift9. Detta är eftersom tangenterna inte innebär flytta till nya platser i rymden, som fingrarna är alltid på tangenterna svar. Dock innebära många dagliga sekventiell beteende stora rumsliga rörelser. Lite är känt om huruvida rörelse utförande är en nyckelaktör i motor sekvens lärande när stora rumsliga rörelser krävs. I den klassiska SRT uppgiften serverar svarstid, summering av reaktion tid (RT) och rörelse (MT), som en indikator på sekvens lärande. Fot-stepping SRT uppgiften, som andra paradigm som inbegriper rumsliga rörelser10, gör det möjligt för forskaren att särskilja svarstiden i implicita sekvens lärande i RT, som avspeglar kognitiv bearbetning, och MT, som karakteriserar rörelsen själv.
Tredje, förutom MT, kombinationen av den fot-stepping SRT uppgift och motion capture tekniken ger rik data om kontinuerlig hela kroppen rörlighet (t.ex., rörelse av masscentrum eller COM). Mäta den fortlöpande förändringen av rörelse har fördelen av avslöjar dynamiken i de kognitiva processer som ligger bakom den diskreta svar mätt med RT eller MT11,12. Lärande sekvenser i SRT uppgiften förklaras i synnerhet vanligtvis som en blandning av explicita och implicita processer. D.v.s. Trots den gemensamma användningen av SRT uppgiften som en implicit lärande uppgift visar deltagare ofta förmågan att verbalt minns lärde sekvensen efter SRT uppgiften, vilket tyder på en explicit komponent inblandad i implicita sekvens lärande. Även om komponenten explicit kan bedömas av recall-tester som utförs efter SRT uppgift13,14, saknar testerna efter uppgiften förmåga att undersöka den tidsmässiga utvecklingen av explicit kunskap under lärande. Vi föreslår att med explicita sekvens kunskap, en individ skulle veta var nästa stimulans, och således producera föregripande postural justering15,16,17 i ett framkoppling sätt att förbereda för stegmotor foten att flytta till motsvarande målet. Därför öppnar granskar rörelsen av COM för utseendemässigt av stimulans (dvs, förväntan) ett fönster för att studera den progressiva utvecklingen av explicit minne under implicita sekvens lärande.
Protokollet visar experimentella set-up och förfarandet för fot-stepping SRT uppgiften. Vi tillhandahåller representativa resultat av svarstid, RT och MT. Dessutom presenterar vi resultat när det gäller förhållandet mellan hållning kontroll och de uttryckliga processer som ligger bakom implicita motor sekvens lärande.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollet utfördes enligt de riktlinjer som godkänts av den institutionella Review Board vid University of Maryland, College Park.
1. experimentella Set-up
- Ställa in en motion capture system som visas i figur 1a. Placera åtta kameror i en cirkel med en radie av 4 m.
Obs: De nummer och positioner av kameror kan vara omväxlande, förutsatt alla kameror är lämpligt placerade för att få en tydlig vision av alla reflekterande markörer fäst en deltagares kroppen. - Ställa in en stegmotor station i mitten av cirkeln. Läge ett ”hem” omfattas av mörka blå filt mats i mitten av stegmotor stationen och placera sex stegmotor mål omfattas av ljus blå filt mats kring utgångsläget som dess framsidan, baksidan och sidan (figur 1b). Avgör avståndet mellan målen och hemma-positionen, enligt en individs kliva distanserar (se steg 3 i foten-stepping SRT uppgift procedur).
- För att kontrollera uppgiften pacing skick, placera två elektriska gummi sensorer, som genererar analoga signaler vid beröring, under utgångsläget att upptäcka den gången när fötterna återvända.
- Placera en 23'' bildskärm 2 m framför utgångsläget. De sex visuella stimuli matchas rumsligt med de sex inledande mål på golvet.
- Styra utseendet av de visuella stimuli med hjälp av ett datorprogram som installeras i en bärbar dator.
- Synkronisera den bärbara datorn och motion capture systemet med hjälp av en anordning för data output och förvärv.
- Slå på motion capture kameror och rikta dem så att varje kamera kan visa volymen kring fördjupat stationen.
- Identifiera om det finns oönskade reflekterande föremål från fånga volymen (t.ex., reflektion från ljus, golvet eller reflekterande material). Täcka dessa identifierade reflekterande objekt med tyg material, så att de inte är av misstag insamlade som data under experimentella studier.
- Med hjälp av instruktioner och utrustning medföljer motion capture system, kalibrera motion capture systemet för att säkerställa korrekt insamling av 3D-data från reflekterande markörer18.
- För dynamisk kalibrering, vinka kalibrering staven medföljer motion capture system genom rymden där alla reflekterande markörer skulle flytta när deltagarna utför aktiviteten SRT. Samla 2 000 ramar av imaging data för dynamisk kalibrering.
- För statiska kalibrering, placera kalibrering staven på golvet med en position och orientering som kan användas som beskärningen av samordningssystemet för motion capture systemet. Köra motion capture systemet för att ange ursprung.
- Designa en markör ställa beroende på syftet med studien.
Obs: Ett exempel visas i figur 1b där en 38-markör uppställning används. - Följ instruktionerna leverantören att skapa en märkning skelett mall som kan användas för återuppbyggnad och auto-märkning i senare datainsamling och bearbetning18. Specifikt, be en deltagare att stå på utgångsläget stegmotor station med alla markörer kopplade. Instruera deltagaren att stå så stilla som möjligt och kontrollera att alla markörer visas genom motion capture-systemet. Fånga en rättegång (varar ca 10 s). I rörelse fånga system, tilldela varje markör ett namn och skapa segment genom att ansluta markörer tillsammans. Länka alla segment för att slutföra mallen skelett (visas i figur 1 c).
2. deltagare förberedelse
- Informera deltagare att bära lämplig klädsel (t.ex., shorts och t-shirt) innan du besöker labbet.
- Vid ankomsten, be deltagarna att noggrant läsa och registrera formuläret samtycke. Skärmen för studien stödberättigande.
Obs: Screening frågeformulären kunde vara olika utifrån syftet med varje enskild studie. Dessa enkäter kan inkludera, men är inte begränsade till, handen dominans frågeformulär19, globala fysisk aktivitet nivå enkät20, neurologisk hälsa frågeformulär och rörelse bedömning batteriet för barn21 . - Be deltagarna att ta av sig sina skor och strumpor, då bifoga 38 sfäriska reflekterande markörer, varje 50 mm i diameter, på huden vid förutbestämda betydande beniga landmärken med dubbel dubbelsidig, hypo-allergiframkallande tejp och pre inslagning tejp. Denna markör set-up är samma som den anpassade skelett mall som visas i figur 1b.
- Rensa alla oönskade reflektioner än de 38 markörerna från deltagarens kropp (se steg 1,8).
- Instruera deltagarna att stå lugnt på utgångsläget i en T-pose. Köra motion capture systemet för att fånga alla markörer för 10 s (dvs., kalibrering rättegång).
3. fot-stepping SRT uppgift förfarandet
- Innan varje deltagare startar aktiviteten, ställa in parametrar, inklusive, men inte begränsat till: deltagare ID, grupp-ID, antal lärande blockera, tidslängd stimulans presentation och tidsintervallet mellan stimuli (ISI) eller svar-stimulans intervall ( RSI) som styr tidsintervallet mellan slutförandet av rörelse och uppkomsten av den nästa stimulansen (i detta fall elektriska gummi sensorer behövs under utgångsläget; se protokollet avsnitt 1 för detaljer).
Obs: ISI kunde varieras (t.ex., 1 300 ms eller 1000 ms) enligt syftet med studien. - Instruera deltagarna att stå på utgångsläget och justera avståndet mellan utgångsläget så att deltagarna kan bekvämt kliver på alla sex mål på golvet.
- Instruera deltagarna att snabbt kliva på varje mål flera gånger, och markera avståndet från utgångsläget till varje mål vid behagligast stegmotor längd för varje deltagare.
- Ge uppgiftsinstruktionerna till deltagare.
- Instruera deltagarna att när ett stimulus visas på en av sex platser visas på skärmen, de behöver kliva som snabbt och korrekt som möjligt till målet för motsvarande på golvet och sedan tillbaka till utgångsläget.
- Be deltagarna att stega med höger fot till de tre målen som ligger på höger sida (dvs, det mål 1, 2 och 6. Figur 1a), och vänstra fot är att de andra tre mål (dvs., mål 3, 4 och 5. Figur 1a).
Obs: Siffrorna är osynliga för deltagarna under hela aktiviteten. - Informera deltagarna om att det finns en 3 minuters paus efter varje körning (dvs., lärande block) av uppgiften. Ändra längden på pausen baserat på experimentella behov. Ställa in en tid larm påminna deltagarna i slutet av avbrottet.
- Instruera deltagarna att hålla armbågarna vid deras sida och bent i nittio graders vinkel när de utför uppgiften så att kamerorna kan se markörer placeras på höften.
- Kör en praxis-block som består av 36 steg (dvs., stimuli visas 36 gånger med en ISI 1.300 MS; se mul-stepping SRT uppgift förfarandet för detaljer) så att deltagarna är bekant med uppgiften. Instruera deltagarna att stimuli visas kontinuerligt på en av sex platser och de behöver reagera på stimuli så fort och korrekt som de kan. Stimuli i detta block visas i slumpmässig ordning.
Obs: ISI skulle kunna ersättas av ett RSI (se mul-stepping SRT uppgift förfarandet för detaljer). Om en mycket kort ISI används, kan inte deltagarna att kunna reagera på vissa stimuli. Stegen räknas som fel. - Efter praktiken blocket, börja de experimentella block. I detta protokoll, finns sex block och varje experimentella block består av 100 steg/stimuli. Ge deltagarna en obligatorisk 3 minuters paus efter varje block.
Obs: Under 1 300 ms ISI villkora, varje block vanligtvis tar ca 2,5 min. Om ett RSI används, kan längden på varje block variera beroende på hur snabbt deltagarna svarar på stimuli.- Instruera deltagarna att slutföra sex experimentella block. Ange specifika visuella stimuli enligt experimentella syften. Stimuli följ antingen en angiven eller slumpmässig sekvens. Presentationen av stimulans ordning är okänt för deltagarna.
Obs: Antal experimentella block kunde variera. Här introduceras en 6-block design där en viss sekvens A ges i block 1-4 och 6 och en romanserie B presenteras i block 5. Den specifika och slumpmässig sekvensen kan också varieras. I detta protokoll, sekvens A följer ordningen på 1423564215 (dvs., 1 - höger, 2 - höger front, 3 - vänster front, 4 - vänster, 5 - vänster tillbaka, och 6 - höger tillbaka) och sekvens B följer ordningen på 3615425214. - Innan varje lärande block, instruera deltagarna att svar på stimuli som snabbt och korrekt som de kan.
- Instruera deltagarna att slutföra sex experimentella block. Ange specifika visuella stimuli enligt experimentella syften. Stimuli följ antingen en angiven eller slumpmässig sekvens. Presentationen av stimulans ordning är okänt för deltagarna.
- Efter slutförandet av alla lärande block, be deltagarna att slutföra en posttest som består av allmänt används recall och erkännande tester som beskrivs i litteratur13,14,22.
4. databearbetning och statistisk analys
- Öppna insamlade data prövningar i programvaran motion capture system för varje deltagare. Granska varje prövning och fylla i eventuella luckor i rättegång data enligt leverantören instruktioner18.
- Exportera varje data rättegång som en ASCII-fil som innehåller tre koordinater för alla 38 markörer.
- Härleda variabler (dvs., reaktionstid (RT), rörelse tid (MT), responstid och banan för COM) från ASCII-filer följer stegen nedan:
- Mata in ASCII datafilerna i data analysprogram. Använda ett åttonde ordningens Butterworth filter med en cutoff frekvens på 10 Hz för att filtrera data3.
Obs: Hur att härleda den COM rörelse banan beror på markör set-up. I 38-markör set-up visas i figur 1b, får metoder och antropometriska parametrar beskrivs av De Leva23 anställas. Man kan också spåra rörelsen av den ungefärliga COM mätt med en markör på nivån på den femma ländkotan24. - Härleda svarstid, RT och MT efter beskrivningarna nedan:
- Använd markörer kopplade på hälarna, stortår och 5th fotbenen för att karakterisera trajectoriesen av mul rörelser i data analysprogram.
- Rita banan för dessa tre markörer längs den vertikala riktningen (vinkelrätt mot golvet). Rita banan för tå markören i horisontalplanet (parallellt med golvet) att identifiera huruvida varje steg utförs korrekt till rätt mål. Steg till ett fel mål utesluts för senare statistiska analyser.
- Markera varje markörens höjd baslinje före och efter varje steg.
- Identifiera rörelse uppkomsten av varje markör som det första provet när markören når 10% av den maximala höjden.
- Eftersom varje ämne kan använda olika strategier att röra målet (med hjälp av tårna eller den 5: e metatarsalen), definiera rörelse uppkomsten märkpenna når som sin höjdpunkt den tidigaste.
- Identifierar slutpunkten av kliva som tidpunkten när den använda markören sjunker till samma höjd som debuten.
- Kontinuerligt kör programmet data analys tills 100 steg behandlas.
- För alla steg, beräkna och utgång svarstiden som temporal skillnaden mellan stimulus början och slutet av rörelse, RT som temporal skillnaden mellan stimulans och rörelse ansats och MT som temporal skillnaden mellan rörelsen uppkomsten och dess slutpunkt. Spara utdatafiler i XLS-format.
- Använda dessa .xls-filer, beräkna medel för dessa variabler för varje block och över deltagare, uppgifter som senare kommer att användas för statistiska analyser.
- Eftersom det finns vanligtvis en inomindividuella faktor (dvs., lärande block) i experimentell design, använder blandat-effekten ANOVAs för att analysera data (upprepade mätningar ANOVA kunde användas med försiktighet om sfärisk antagandet). Bestäm matrisen samtidig variansen används i blandat-effekten ANOVA av den Akaike Information kriterium (AIC). Sönderfaller de betydande resultat från ANOVA använder post hoc tester med specifika flera jämförelse korrigering förfaranden (beroende på experimentell design). Ställa in statistiska signifikansnivån vid p = 0.05.
- Mata in ASCII datafilerna i data analysprogram. Använda ett åttonde ordningens Butterworth filter med en cutoff frekvens på 10 Hz för att filtrera data3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Ovan paradigm genomförs av Du och kollegor i en rad studier3,4,5. Vi använder en del av data från en av dessa studier4 motsvarar användningen av foten-stepping SRT uppgiften. I denna studie finns 6 lärande block och ett RSI 700 MS används. Visuella stimuli följt sekvens A (dvs., 1423564215; Figur 1a) i block 1-4 och 6, och följt sekvens B (dvs., 3615425214) i block 5. Svar-stimulans intervallet är inställd som 700 ms. figur 2a visar 12 unga vuxnas genomsnittliga svarstider över sex lärande block. Svarstiden här avslöjar i foten-stepping SRT aktiviteten samma mönster och jämförbara storheter att svarstiden som tidigare observerats i den klassiska finger-pressning SRT uppgift2,25,26 . I synnerhet svarstiden till en romanserie är betydligt långsammare i block 5 jämfört med lärde sekvensen i block 4 (skillnad = 83,4 ms ± 13,19, medelvärde ± medelfel; p < 0.001), vilket indikerar lärande av sekvens1,2. Även om sekvensen lärande under finger-pressning och fot-stepping uppgifter inte har jämförts direkt, tyder liknande omfattning och mönster i svarstid på att implicit motor sekvens lärande inte kan påverkas av närvaron av postural kontroll kraven i normalt utvecklade vuxna.
Figur 2b illustrerar två komponenter av svarstid: RT och MT. menar RT uppvisar samma mönster som svarstid. I synnerhet RT i block 5 är långsammare än i block 4 (skillnad = 93.19 ms ± 12,69; p < 0,001). Till skillnad från svar tiden och RT, MT är jämförbara mellan kvarter 4 och 5 (skillnad =-7.73 ms ± 3,88; p = 0.072). Samma RT och MT resultat har rapporterats i andra studier3,5. Dessa resultat tyder tillsammans att sekvensen lärande är mest sannolikt att återspeglas av RT, en proxy till kognitiv bearbetning, i stället för MT, som karakteriserar rörelsen själv.
Figur 3 och figur 4 visar exempel på de riktningar längs vilken COM flyttar 100 ms innan stimuli visas. Riktning av COM för varje stimulus är mycket inkonsekvent i början (dvs., block 1), och dessa till synes slumpmässiga rörelse riktningar inte ändra över block i en deltagare (figur 3). För en annan deltagare (figur 4), men blir anvisningarna slumpmässig rörelse mer konsekvent som lärande kommit över block. Figur 5a visar de betydande förändringarna i rörelse riktning variationen över block (F(5,55) = 3,07, p < 0,05). Specifikt, variabiliteten ökade från block 4 till 5 (p < 0,05), vilket indikerar att COM rörelseriktning skulle vara ett tydligt tecken på motor sekvens lärande i SRT uppgiften.
Viktigare, sannolikt föregripande masscentrum rörelsen återspeglar explicit processen i implicita motor sekvens lärande. Den öka variationen från block 4 till 5 visades endast i deltagare (n = 6, p < 0,05) som förvärvats, åtminstone delvis, den explicit kunskapen av sekvensen, men inte i deltagare (n = 6, p = 0,98) som visade inte explicit kunskap; Figur 5b belyser denna sekvens kunskap. Förändringen i variation från block 4 till 5 är dessutom signifikant korrelerade till mängden explicit kunskap förvärvas av deltagarna (bild 5 c).
Figur 1: Experimental set-up. (a) åtta kameror är lämpligt placerade så att rensa data från alla markörer kan samlas. Sex steg mål på golvet motsvarar sex visuella stimuli som visas på bildskärmen. (b) 38 sfäriska reflekterande markörer med en 0,5 cm diameter varje fästas på huden vid betydande beniga landmärken. Dessa beniga landmärken inkluderar vertex, 7: e halskotan, sternala notch, acromions, armbågar (laterala och mediala), överarmarna, handleder (radiell och ulnar), 3rd knogar, anterior superior iliaca spines (ASIS), bakre superior iliaca SPINES (PSIS), centrerar mellan två PSISs, knän (laterala och mediala), skenben, vrister (laterala och mediala), calcaneus, stortår och 5th fotbenen. Lila markörer: markörer synlig från framifrån; Röda markörer: markörer på baksidan; vita markörer: markörer bort efter den statiska prövningen. (c) en skelett mall baserat på utformningen av 38 markörer. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: nedbrytning av svarstiden i RT och MT. (a) de genomsnittliga svarstiderna över block. Den grå ytan representerar block 5 där utseendet på stimuli följer en romanserie. Sekvens lärande uppstår som framkommit vid en långsammare svarstid i block 5 än i block 4. (b) RT, som en del av svarstid, uppvisar samma mönster som svarstid, medan MT inte ändras från block 4 till block 5. Felstapel: standardavvikelsen för medelvärdet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: The COM rörelseriktning från en deltagare utan explicit sekvens kunskap. Den COM korrigeringsriktningen visas för varje stimulus (stimuli 1 - 6, se figur 1a) över block. COM kan flytta från ursprung till valfri position på den streckad cirkeln, som representerar alla riktningar COM kunde flytta. Tomma cirklar representerar de observerade riktningarna. Fast pilen representerar medelvärdet riktning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: The COM rörelseriktning från en deltagare med explicita sekvens kunskap. Den COM korrigeringsriktningen visas för varje stimulus (stimuli 1-6, se figur 1a) över block. COM kan flytta från ursprung till valfri position på den streckad cirkel som representerar alla riktningar COM kunde flytta längs. Tomma cirklar representerar de observerade riktningarna. Fast pilen representerar medelvärdet riktning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: variabiliteten i COM rörelse riktningar och dess förhållande med de explicita och implicita processerna i sekvens lärande. Rörelseriktning kvantifieras i längden på bågen mellan varje tom cirkel och den punkt där den genomsnittliga pilen pekar på i figur 3 och figur 4. Detta motsvaras av vinkeln (i grader) från medelvärdet rörelseriktning till den linje som förbinder ursprung och varje tom cirkel. Variabiliteten beräknas som standardavvikelsen över vinklar. (a) den genomsnittliga variationen över block: det grå området representerar block 5, där utseendet på stimuli följer en romanserie. Variabiliteten ökade från block 4 till 5. (b) sådana ändringar i COM rörelse riktning variationen framgår endast de deltagare som förvärvar, åtminstone delvis, explicit kunskap av sekvensen, men inte i deltagare som inte visar explicit kunskap av sekvensen. (c) ändringen i variation från block 4 till 5 är signifikant korrelerade till mängden explicit kunskap förvärvas av deltagarna. Felstapel: standardavvikelsen för medelvärdet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det här protokollet beskriver experimental set-up och förfaranden för en modifierad SRT-aktivitet. Modifierade SRT uppgiften delar dess tilltalande enkelhet med klassiska SRT uppgiften, även om den modifierade SRT uppgiften kräver användning av en motion capture-teknik. Som den klassiska SRT uppgiften, många parametrar kan manipuleras för specifika forskningsfrågor i foten-stepping SRT uppgiften, inklusive men inte begränsat till: längden på intervallet-stimulans intervall eller svar-stimulans intervall27, typ av sekvens struktur28, och medvetenheten om sekvens kunskap29.
Fot-stepping uppgiften jämfört med klassiska SRT uppgiften, och presenterar tre fördelar. Fot-stepping SRT uppgiften kräver först, flytta benen samtidigt upprätthålla en stående arbetsställning i hela kroppen, i stället för att helt enkelt trycka på fyra fingrar medan du sitter som krävs i den klassiska SRT-uppgiften. Fot-stepping uppgift är alltså en variant av aktiviteten SRT som innebär större motorstyrning komplexitet än finger att trycka, och därmed bättre approximerar implicita motor sekvens lärande i dagliga sekvenserade aktiviteter. Dessutom, med tanke på interaktiva relationen mellan postural kontroll och kognitiva processer30,31,32,33, fot-stepping SRT uppgiften också tillåter oss att förstå hur Postural kontroll samverkar med brutto motoriska sekvens lärande, särskilt i populationer, till exempel barn med störning i utvecklingen samordning6,7,8, som har svårigheter att integrera postural kontroll och kognitiva uppgifter. Denna linje av forskning skulle tjäna som en grund för utvecklingen av optimala insatser för barn och vuxna med utvecklingsstörning brutto motoriska skicklighet.
Andra involverar utför en motor åtgärd vanligtvis flera stadier, inklusive mål urval, Motorisk planering och rörelse utförande. Eftersom den klassiska SRT uppgiften kräver bara att trycka på tangenterna, som inte omfattar flytta till nya platser i rymden eftersom fingrarna är alltid på tangenterna svar, uppgiften betonar målet urval, i stället för rörelse utförande9, och svarstiden brukade åtgärd sekvens lärande är en blandning av målet urval och rörelse utförande. Fot-stepping SRT uppgiften ger möjlighet att pröva huruvida målet urval och/eller rörelse verkställande avsevärt bidra till motor sekvens lärande. Till exempel en kännetecknar rörelsen utförande, rörelse tid (MT), kunde undersökas i foten-stepping SRT uppgift. Även om våra representativa resultat visar inga bidrag för MT till implicita sekvens lärande, är ett faktum värt att poängtera här att både klassiska SRT uppgiften och representativa protokollet av modifierade fot-stepping uppgiften inte kräver exakt syfte att svar mål. Exempelvis deltagare i foten-stepping uppgift är uppmuntras, men inte strikt krav, att exakt träffa mål (men kliva mot rätt riktning är nödvändig), eftersom de kan flytta sin målsökande position något. Medan deltagarna i finger-pressning uppgift alltid placera sina fingrar på motsvarande tangenter så att exakta mål inte krävs. Dock när det är nödvändigt att exakt sikte, rörelse utförande kan spela en avgörande roll i sekvens lärande10, tyder på vikten av dissekera flera stadier av motorns prestanda (dvs., mål urval, Motorisk planering och rörelse Execution) att ytterligare förstå de underliggande mekanismerna motor sekvens lärande. Klassiska SRT uppgiften saknar dessutom sin förmåga att belysa den tidsmässiga utvecklingen av kognitiva processer i sekvens lärande. Däremot foten-stepping SRT uppgift, som andra SRT uppgifter som inbegriper rumsliga rörelser (t.ex., arm når och öga rörelse)10,12, tillåter oss att undersöka kontinuerlig rörelse banor. Mätning på tidsmässiga dynamiken av rörelse kunde användas för att avslöja dolda kognitiva processer i framtida sekvens lärande studier11. Exempelvis använder COM rörelsen innan stimulans utseende, vi kan få kännedom om vilka mål som deltagarna syftar till att innan du ser stimulansen, liksom när konsekvent förväntningar äga rum, vilket inte är genomförbart i finger-pressning SRT uppgift.
En annan framträdande användning av SRT uppgift är att bedriva en gradvis utveckling av explicit sekvens kunskap under implicita sekvens lärande. SRT kan kallas som en implicit lärande uppgift1,34. Sekvens lärande i SRT uppgiften ofta innebär dock en tydlig process, som avslöjades av förmågan att återkalla och/eller identifiera sekvensen efter SRT uppgift22. Eftersom dessa återkallande eller erkännande tester utförs vanligtvis efter SRT uppgiften, mäter den bara den totala mängden explicit kunskap som förvärvats under hela aktiviteten till SRT. Det är svårt att veta när explicit minne av sekvensen framträder och hur det successivt utvecklas genom lärande. Våra representativa resultat visar att aktiviteten fot-stepping SRT presenterar sin unika förmåga att undersöka den tidsmässiga utvecklingen av explicit sekvens kunskap över lärande block. Figur 5a visar exempelvis att hälften av deltagarna började förvärva explicit sekvens kunskap från block 1 och 2, och blev mer medveten om sekvensen i Block 3 och 4.
Sammanfattningsvis införs detta protokoll en modifierad SRT uppgift som omfattar fot-stepping rörelse. Denna modifierade variant av den klassiska SRT uppgiften lägger till motor och postural krav som är nödvändiga i sekventiella färdigheter i vardagen. Fot-stepping SRT uppgiften kan dessutom separation av mål urval och rörelse utförande, två komponenter som kan differentially bidra till implicita motor sekvens lärande. Fot-stepping SRT uppgiften ger också ett nytt sätt att studera den parallell driften av explicita och implicita processer i motor sekvens lärande.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Stöd för denna forskning kom från University of Maryland kinesiologi Graduate initiativ forskningsfond till 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).
