De "Motor" in impliciete Motor volgnummer leren: een voet-intensivering seriële reactie tijd taak

Samenvatting

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.

Samenvatting

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.

Inleiding

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 reeks^1,2. 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 leren^3,4,5. 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 stoornis^6,7,8, 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 MT^11,12. 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 taak^13,14, 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 aanpassing^15,16,17 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.

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

1. 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.
2. 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).
3. 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.
4. Plaats een 23'' monitor 2 m voor de uitgangspositie. De zes visuele stimuli zijn ruimtelijk gekoppeld aan die zes stappen doelen op de verdieping.
5. De volgorde van de verschijning van de visuele stimuli met behulp van een computerprogramma die is geïnstalleerd in een laptop te bepalen.
6. De laptop en de bewegingssysteem voor de vangst met behulp van een apparaat voor uitvoer en overname synchroniseren.
7. Zet de motion capture-camera's, en hen gericht zodat elke camera het volume rondom de stepping station kunt bekijken.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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

1. Informeren van de deelnemers om de juiste kleding dragen (bijv., korte broek en een t-shirt) vóór het bezoek aan het lab.
2. 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 .
3. 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.
4. Schakel alle ongewenste reflecties dan de 38 markeringen uit de deelnemer lichaam (zie stap 1.8).
5. 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

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Bieden de taakinstructies aan deelnemers.
   1. 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.
   2. 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.
   3. 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.
   4. 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.
5. 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.
6. 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.
   1. 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.
   2. Voor elk blok leren, instrueren deelnemers naar reactie op prikkels zo snel en accuraat als ze kunnen.
7. 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 literatuur^13,14,22.

4. verwerking van de gegevens en statistische analyse

1. 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.
2. Elk proces gegevens exporteren als een ASCII-bestand waarin drie coördinaten voor alle 38 markeertekens.
3. Ontlenen van variabelen (dwz., reactietijd (RT) beweging (MT), responstijd en tijd traject van de GMO) van de ASCII bestanden onderstaande stappen:
   1. 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.
   2. Ontlenen responstijd, RT en MT na de onderstaande beschrijvingen:
      1. De markers aangesloten op de hielen, grote tenen en de 5^th middenvoetsbeenderen gebruiken te karakteriseren van de trajecten van de bewegingen van de voet in de software van de analyse van de gegevens.
      2. 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.
      3. Markeert de basislijn van de hoogte van iedere markeerdraad vóór en na elke stap.
      4. Het begin van de beweging van iedere markeerdraad als het eerste monster identificeren wanneer de markering 10% van de maximale hoogte bereikt.
      5. Aangezien elk onderwerp kan verschillende strategieën gebruiken om te raken van het doel (met de tenen of de 5^th middenvoetsbeen), definieert u het begin van de beweging met behulp van de markering die haar hoogtepunt de vroegste bereikt.
      6. Identificeert het eindpunt van de intensivering als het tijdstip wanneer de gebruikte markering tot dezelfde hoogte als het begin daalt.
      7. Voortdurend lopen de data analyseprogramma tot 100 stappen worden verwerkt.
      8. 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.
      9. 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.
      10. 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.

Resultaten

Het bovenstaande paradigma wordt geïmplementeerd door Du en collega's in een reeks van studies^3,4,5. 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;

Discussie

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 interval

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Vicon motion capture system	Vicon	Vicon T-40, T-160, kalibratiestok	Alternatieve systemen kunnen worden gebruikt
50 mm reflecterende markers	Vicon	N/A	Aantal markers kan worden gevarieerd
Labview software	National Instruments	N/A	Visuele stimuli besturen. Gebruik samen met DAQ-board. Alternatieve software kan worden gebruikt
DAQ board	National Instruments	BNC-2111; DAQCard-6024E
MATLAB	MathWorks	N/A	Alternatieve software kan worden gebruikt
dubbelzijdig hypo-allergeen kleefband		N/A
voorwikkeltape		N/A