Kwantyfikacja uczenia się u małych niemowląt: śledzenie działań nóg podczas zadania uczenia się przez odkrywanie

Summary

Opisana jest metoda, w której 3-4 miesięczne niemowlęta uczą się zadania poprzez odkrywanie, a ruchy ich nóg są rejestrowane w celu ilościowego określenia procesu uczenia się.

Abstract

Działania związane z konkretnym zadaniem wyłaniają się ze spontanicznego ruchu w okresie niemowlęcym. Zaproponowano, aby działania specyficzne dla zadania pojawiały się w procesie odkrywania i uczenia się. Tutaj opisano metodę, w której niemowlęta w wieku 3-4 miesięcy uczą się zadania poprzez odkrywanie, a ruchy ich nóg są rejestrowane w celu ilościowego określenia procesu uczenia się. To zadanie polegające na odkrywaniu i uczeniu się wykorzystuje aktywowany przez niemowlę telefon komórkowy, który obraca się i odtwarza muzykę w oparciu o określoną akcję nóg niemowląt. Niemowlęta leżące na plecach aktywują karuzelę, przesuwając stopy pionowo po wirtualnym progu. Wyjątkowość tego paradygmatu polega na tym, że gdy niemowlęta samodzielnie odkrywają, że ich ruchy nóg aktywują komórkę, ruchy nóg niemowląt są śledzone za pomocą systemu przechwytywania ruchu, co pozwala na ilościowe określenie procesu uczenia się. W szczególności uczenie się jest określane ilościowo pod względem czasu trwania aktywacji mobilnej, wariancji położenia efektorów końcowych (stóp), które aktywują mobilność, zmian we wzorcach koordynacji biodro-kolano oraz zmian momentu obrotowego mięśni bioder i kolan. Informacje te opisują eksplorację i eksploatację niemowląt na styku ograniczeń osobistych i środowiskowych, które wspierają działania specyficzne dla danego zadania. Późniejsze badania z wykorzystaniem tej metody mogą zbadać, w jaki sposób specyficzne upośledzenia różnych populacji niemowląt zagrożonych zaburzeniami ruchowymi wpływają na proces odkrywania-uczenia się dla działania specyficznego dla zadania.

Introduction

Działania związane z konkretnym zadaniem wyłaniają się ze spontanicznych ruchów w okresie niemowlęcym. Zaproponowano, aby działania specyficzne dla zadania wyłaniały się w procesie odkrywania i uczenia się^1,2. Zadania są odkrywane przez niemowlęta, gdy spontanicznie się poruszają i badają działania, które wywołują nowe efekty w środowisku. Działania związane z konkretnym zadaniem pojawiają się, gdy niemowlęta wykorzystują powiązania między swoimi działaniami a ich wpływem na otaczający je świat. Jednak niewiele wiadomo na temat dokładnych procesów, które niemowlęta badają i wykorzystują, aby nauczyć się modyfikować swoje spontaniczne ruchy w celu wykonywania czynności specyficznych dla zadania. Tutaj opisano metodę, w której niemowlęta w wieku 3-4 miesięcy uczą się zadania poprzez odkrywanie, a ruchy ich nóg są rejestrowane w celu ilościowego określenia procesu uczenia się.

Rysunek 1: Zadanie mobilne aktywowane kopaniem przez niemowlę. Centralna dioda elektroluminescencyjna (LED) przymocowana do sztywnego korpusu każdej stopy (żółte kółko) aktywuje telefon komórkowy po przekroczeniu wirtualnego progu (czerwona przerywana linia). Przedruk za zgodą Sargenta i wsp.³

To zadanie polegające na odkrywaniu i uczeniu się wykorzystuje aktywowany przez niemowlę telefon komórkowy, który obraca się i odtwarza muzykę w oparciu o określoną akcję nóg niemowląt³. Niemowlęta umieszczone na wznak pod karuzelą aktywują ją, przesuwając stopy pionowo po wirtualnym progu (ryc. 1). Wyjątkowość tego paradygmatu polega na tym, że gdy niemowlęta samodzielnie odkrywają, że ich ruchy nóg aktywują komórkę, ruchy nóg niemowląt są śledzone za pomocą systemu przechwytywania ruchu, co pozwala na ilościowe określenie procesu uczenia się.

Protokół eksperymentalny obejmuje dwa dni zbierania danych. Dzień 1 składa się z 2-minutowego stanu wyjściowego, w którym niemowlę kopie spontanicznie, ale jego ruchy nóg nie mogą aktywować karuzeli niemowlęcia, a następnie 6-minutowego stanu akwizycji, w którym ruchy nóg niemowlęcia aktywują mobilny organizm niemowlęcia, jeśli niemowlę porusza stopami pionowo, aby przekroczyć wirtualny próg. Protokół ten pozwala na ilościowe określenie spontanicznych ruchów nóg niemowląt, a także na ilościowe określenie różnych aspektów ruchów, gdy niemowlęta badają związek między ruchami nóg a aktywacją niemowlęcia. W dniu 2, oprócz 2-minutowego warunku wyjściowego i 6-minutowego warunku akwizycji, dodaje się 2-minutowy warunek wygaszania, w którym ruchy nóg niemowlęcia nie aktywują telefonu komórkowego niemowlęcia. Pozwala to na ilościowe określenie, w jaki sposób niemowlęta zmieniają ruchy nóg, gdy już wyuczona reakcja środowiskowa zostaje przerwana.

W poprzednich paradygmatach ruchomych niemowląt, częstotliwość ruchów nóg^4-6, określone kąty bioder i kolan^7,8, czy kopnięcie panelu⁹ zostały wzmocnione ruchami ruchomymi. Wydajność każdego dnia zdefiniowano jako wzrost tych działań nóg w stanie przejęcia lub wyginięcia w porównaniu z warunkiem wyjściowym^4-9. Uczenie się w ciągu dni zdefiniowano jako nasilenie tych działań nóg w okresie wyjściowym lub stanie akwizycji w dniu 2 lub 3 oraz w stanie wyjściowym w dniu 1,^5,6. Te poprzednie paradygmaty mobilne pokazują, że niemowlęta zwiększają częstotliwość ruchów nóg, które są wzmacniane przez aktywację mobilną, jednak nie dostarczają informacji na temat opcji ruchowych, jakie niemowlęta mają do dyspozycji podczas nauki zadania. Na przykład, jeśli częstotliwość kopania jest zwiększona, niemowlęta wykazują wydajność i uczenie się, gdy ich częstotliwość kopania wzrasta podczas interakcji z telefonem komórkowym lub gdy telefon komórkowy już się nie aktywuje. Pokazuje to, że niemowlęta mogą poprawić tempo kopania, ale nie wiadomo, czy niemowlęta mogą udoskonalić wzorzec koordynacji nóg lub wytwarzanie momentu obrotowego, aby generować ruchy nóg, które nie mieszczą się w ich preferowanym repertuarze ruchowym.

Ten paradygmat mobilny jest wyjątkowy, ponieważ niemowlęta muszą wykazać się bardziej wyrafinowaną akcją nóg, aby aktywować mobilny niż w poprzednich paradygmatach mobilnych. W tym mobilnym paradygmacie wysokość każdej stopy nad stołem jest obliczana w warunkach linii bazowej trwających 2 minuty przy użyciu danych o położeniu z diody elektroluminescencyjnej (LED) przymocowanej do każdej stopy. Następnie wirtualny próg jest ustawiany równolegle do stołu na wysokości, która mieści się w górnym zakresie wysokości obu stóp w warunkach linii bazowej. Podczas akwizycji telefon obraca się i odtwarza muzykę, jeśli któraś z stóp przekroczy próg. Po 3 sekundach karuzela zatrzymuje się i aktywuje ponownie tylko wtedy, gdy niemowlę przesunie stopę poniżej progu, a następnie przesunie stopę w pionie i ponownie przekroczy próg. Aby aktywować telefon komórkowy na jak najdłuższy czas, niemowlęta muszą przesunąć stopę powyżej progu i utrzymać ją wbrew grawitacji przez 3 sekundy, a następnie szybko przesunąć stopę poniżej progu i ponownie przesunąć ją powyżej progu i przytrzymać tam przez 3 sekundy itd. Wymaga to bardziej wyrafinowanej akcji nóg niż tylko zwiększenie szybkości kopnięć.

Rysunek 2: Niefiltrowane dane o położeniu efektorów końcowych (stóp) reprezentatywnego niemowlęcia. Niefiltrowane dane dotyczące pozycji z 2. dnia 3-miesięcznego niemowlęcia, które wykazało się uczeniem się w oparciu o indywidualne kryteria uczenia się. Czerwona linia to dane o położeniu współrzędnej z diody elektroluminescencyjnej (LED) umieszczonej na prawej stopie. Niebieska linia to dane o położeniu z diody LED na lewej stopie. Gruba linia to stół. Linia przerywana to wirtualny próg umieszczony 14 cm nad stołem, określany indywidualnie dla każdego niemowlęcia na podstawie wysokości jego kopnięcia w warunkach wyjściowych dnia 1. Oś X to czas oznaczony 2-minutowymi interwałami. Zwróć uwagę, jak niemowlę porusza stopami podczas linii bazowej, gdy komórka nie aktywuje się i podczas pierwszych 30 sekund od akwizycji 1, a następnie konsekwentnie trzyma obie stopy z dala od stołu i przesuwa stopy wokół progu przez następne 5 i pół minuty, aż komórka przestanie się aktywować w stanie wygaśnięcia.

Drugą unikalną cechą tego mobilnego paradygmatu jest to, że ruch nóg każdego niemowlęcia jest śledzony za pomocą najnowocześniejszych technik przechwytywania ruchu, aby określić ilościowo, w jaki sposób niemowlęta wykorzystują swoje opcje ruchu do nauki zadania. Niefiltrowane dane o położeniu diody LED na każdej stopie, która aktywuje telefon komórkowy od jednego reprezentatywnego niemowlęcia, są zawarte na rysunku 2. Zwróć uwagę, jak niemowlę porusza stopami na różnych wysokościach nad stołem podczas linii bazowej i pierwszej części akwizycji, ale następnie porusza obiema stopami wokół progu przez resztę warunku akwizycji, aż karuzela przestanie się aktywować podczas wygaszania. Jest to jedna z wielu potencjalnych strategii ruchowych do wykonania zadania odkrywania-uczenia się. Strategie można określić ilościowo, obliczając trójwymiarową kinematykę i kinetykę przy użyciu danych o położeniu uzyskanych z systemu przechwytywania ruchu. W szczególności proces uczenia się jest określany ilościowo pod względem procentu wzmocnionego działania nóg (%RLA), który jest równy czasowi trwania aktywacji ruchomej, wariancji położenia efektorów końcowych (stóp), które aktywują ruchomość, wzorców koordynacji biodro-kolanowej oraz momentów obrotowych stawów biodrowych i kolanowych.

Protocol

Instytucjonalna Komisja Rewizyjna Uniwersytetu Południowej Kalifornii zatwierdziła to badanie.

1. Przygotowanie systemu

1. Skonfiguruj system przechwytywania ruchu. Uwaga: te kroki są różne dla każdego systemu przechwytywania ruchu.
   1. Dopasuj układy współrzędnych dwóch czujników przechwytywania ruchu do układu współrzędnych jednego czujnika, klikając "Wykonaj nową rejestrację" w programie do przechwytywania ruchu, wprowadzając czas zbierania danych wynoszący 30 sekund, klikając "Zarejestruj" i przesuwając obiekt rejestracyjny w obrębie objętości przechwytywania przez 30 sekund. Po pomyślnym zakończeniu rejestracji zaobserwuj błąd rejestracji pierwiastka średniokwadratowego (RMS) na ekranie komputera.
   2. Wyrównaj globalny układ współrzędnych do stołu testowego za pomocą obiektu rejestracji, klikając "Wykonaj nowe wyrównanie" w programie do przechwytywania ruchu.
      1. Zdefiniuj punkt początkowy, umieszczając obiekt rejestracyjny w prawym górnym rogu stołu testowego i klikając "Digitalizuj" w programie do przechwytywania ruchu. Zdefiniuj oś Z, umieszczając obiekt rejestracyjny na górze pola i klikając "Digitalizuj"; oś Z jest prostopadła do stołu.
      2. Zdefiniuj płaszczyznę Z/Y+, przesuwając obiekt rejestracyjny na polu wzdłuż tabeli i klikając "Digitalizuj"; oś Y jest równoległa do długości tabeli, a oś X jest równoległa do szerokości tabeli.
   3. Podłącz diody LED do dwóch portów stroboskopowych i wprowadź liczbę diod LED na port stroboskopowy w programie systemu przechwytywania ruchu (24 dla portu stroboskopowego 1 i 20 dla portu stroboskopowego 2). Patrz rysunek 3, aby zapoznać się z liczbą i lokalizacją każdej diody LED. Wybierz widok brakujących danych, aby zapewnić wyświetlanie diod LED śledzonych w czasie rzeczywistym w postaci wykresu paskowego.
      Rysunek 3. Rozmieszczenie diod LED. Stroboskop 1 składa się ze sztywnych korpusów (4 diody LED na każdym sztywnym korpusie) dla prawego i lewego uda, podudzia i stopy. Strobe 2 składa się ze sztywnych korpusów prawej i lewej miednicy, znaczników mostka i poszczególnych diod LED.
2. Zainstaluj program komputerowy dla niemowląt na komórkę.
   1. Wprowadź liczbę minut dla każdego warunku. W przypadku dnia 1 dane wejściowe 2 dla fazy 1 (2 minuty wartości bazowej, stan bez zbrojenia), 6 dla fazy 2 (6 minut akwizycji, warunek wzmocnienia) i 0 dla fazy 3 (0 min wygaszanie, warunek bez wzmacniania).
   2. Dla dnia 2 wprowadź 2 dla fazy 1 (linia bazowa), 6 dla fazy 2 (akwizycja), 2 dla fazy 3 (wyginięcie) i zaznacz opcję "Użyj Zmin jako domyślnej", aby próg obliczony na linii bazowej dnia 1 był progiem używanym dla warunku akwizycji dnia 2.
   3. Wybierz "StreamframesAllFrames" i kliknij "Wyślij", aby umożliwić programowi mobilnemu wykorzystanie danych z systemu przechwytywania ruchu do aktywacji telefonu komórkowego dla niemowląt na podstawie określonych kryteriów.
3. Skonfiguruj kamery wideo.
   1. Zainicjuj komputerowy program wideo dla trzech zsynchronizowanych filmów (prawy boczny, lewy boczny, widok z góry).
   2. Uruchom dodatkową kamerę wideo nad głową niemowlęcia, aby nagrywać mimikę twarzy i spojrzenie w oczy.

2. Przygotowanie niemowlęcia

1. Opisz eksperyment rodzicom i poinformuj ich, aby jak najmniej kontaktowali się ze swoim dzieckiem.
   UWAGA: Powiedz rodzicom, że jeśli niemowlę nie stanie się wybredne przez cały czas trwania eksperymentu, rodzice powinni siedzieć obok niemowlęcia poza ich zasięgiem wzroku, jednak jeśli niemowlę stanie się wybredne, nastąpi postęp interakcji z niemowlęciem.
   1. Najpierw poproś rodzica, aby uspokajającym tonem powiedział: "Wszystko w porządku, jestem tutaj".
   2. Po drugie, poproś rodzica, aby stanął w polu widzenia niemowlęcia i uspokoił je.
   3. Po trzecie, poproś rodzica, aby albo trzymał jedną z rączek niemowlęcia, albo podał mu smoczek.
      UWAGA: Podawana jest najmniejsza ilość interakcji z rodzicem niezbędna do utrzymania niemowlęcia w spokoju i czujności, która kończy się tak szybko, jak to możliwe.
2. Rozbierz niemowlę, umieść niemowlę pod karuzelą dla niemowląt i przymocuj niemowlę do stołu za pomocą opaski na rzep umieszczonej w poprzek tułowia.
3. Po przymocowaniu niemowlęcia do stołu, umieść na nim znaczniki mostka oraz sztywne ciała miednicy, ud, podudzia i stopy.

3. Mobilne zadanie edukacyjne dla niemowląt

1. Każdego dnia inicjuj zadanie nauki mobilnej, synchronicznie uruchamiając system przechwytywania ruchu, mobilny program komputerowy i kamery wideo.
   1. W oba dni od min 0 do 2, warunku podstawowego, obserwuj niemowlę spontanicznie kopiące.
   2. W dniu 1, podczas 2-minutowego stanu wyjściowego, obserwuj, jak program mobilny dla niemowląt w sposób ciągły oblicza próg aktywacji mobilnej na podstawie danych z jednej z diod LED na sztywnym korpusie każdej stopy. Przykład: znacznik 9 na prawej stopie i znacznik 21 na lewej stopie. Znacznik 9 to środkowa dioda LED na sztywnym korpusie prawej stopy zakreślona na żółto na rysunku 1. Znacznik 21 to środkowa dioda LED na sztywnym korpusie lewej stopy.
   3. Pod koniec 2-minutowej linii bazowej program mobilny ustawi próg na wysokości jednego odchylenia standardowego (SD) powyżej średniej wysokości obu stóp w warunkach 2-minutowej linii bazowej.
   4. W oba dni od min 2 do 8, warunek akwizycji, obserwuj, jak karuzela niemowlęcia obraca się i odtwarza muzykę, gdy dioda LED umieszczona na dowolnej stopie przekroczy próg obliczony w ciągu 2 minut stanu wyjściowego dnia 1.
      UWAGA: Aktywacja mobilna będzie kontynuowana tak długo, jak długo stopa znajdzie się powyżej wirtualnego progu, maksymalnie do 3 sekund. Po 3 sekundach telefon komórkowego aktywuje się ponownie tylko wtedy, gdy niemowlę przesunie stopę poniżej wirtualnego progu, a następnie przesunie stopę w pionie i ponownie przekroczy próg. Ta "zasada 3 sekund" zachęca do aktywnych ruchów eksploracyjnych nóg w przeciwieństwie do trzymania stóp powyżej progu.
   5. W dniu 2 od min 8-10, w stanie wygaśnięcia, obserwuj, jak niemowlę kopie spontanicznie bez mobilnego wzmocnienia.
2. Po interakcji niemowlęcia z karuzelą należy przeprowadzić próbę kalibracji statycznej, aby zdefiniować lokalny układ współrzędnych dla każdego segmentu nóg i zdefiniować konfigurację odniesienia dla każdego segmentu ciała w przestrzeni.
   1. Przymocuj dziesięć pojedynczych diod LED obustronnie do skóry niemowlęcia za pomocą dwustronnych kołnierzy EKG w następujących miejscach: boczna linia środkowa tułowia poniżej dziesiątego żebra, krętarz większy biodra, boczna linia stawu kolanowego, kostka boczna kostki i dystalny koniec 5. kości śródstopia.
   2. Trzymaj kończynę dolną niemowlęcia w wyprostowanej, anatomicznej pozycji przez 5 sekund. Wszystkie kąty połączenia w tej pozycji kalibracji są zdefiniowane jako 0°.
3. W dniu 2 zbierz dane antropometryczne.
   1. Zważ każde niemowlę na cyfrowej wadze elektrycznej.
   2. Wykonaj następujące pomiary: całkowita długość niemowlęcia, obwód w środkowym segmencie uda, podudzia i stopy, szerokość kolana (na linii stawu kolanowego), kostki (przy kostki) i stopy (przy głowach kości śródstopia) oraz długość uda (linia krętarza większego do stawu kolanowego), podudzia (od linii stawu kolanowego do kostki bocznej) i stopy (od kostki przyśrodkowej do pierwszego stawu śródstopno-paliczkowego).

4. Analiza danych

1. Analizuj wydajność i uczenie się, obliczając %RLA w każdym 2-minutowym interwale eksperymentu przy użyciu niestandardowego programu języka obliczeniowego, takiego jak Matlab. Oblicz czas, w którym jedna lub obie diody LED na każdej stopie, które aktywowały telefon komórkowy, znajdowały się powyżej progu. Ponieważ telefon komórkowy nie aktywuje się po upływie 3 sekund, odejmij czas, w którym jedna lub obie diody LED znajdowały się powyżej progu przez okres dłuższy niż 3 sekundy.
   1. Mierz wydajność grupy każdego dnia, analizując statystycznie, czy %RLA podczas któregokolwiek z trzech, 2-minutowych interwałów akwizycji znacznie przekracza 2-minutowy interwał wyjściowy^3,4,7,9,10.
   2. Kategoryzuj poszczególne niemowlęta jako te, które wykonywały zadanie każdego dnia, jeśli %RLA w dowolnym 2-minutowym interwale akwizycji jest równe lub większe niż 1,5 raza %RLA w 2-minutowym przedziale wyjściowym^3,4,6,9,10.
   3. Zmierz uczenie się grupy w ciągu dni, określając statystycznie, czy %RLA podczas całego 6-minutowego warunku akwizycji Dzień 2 przekracza %RLA podczas warunku wyjściowego Dzień 1^3,6.
   4. Kategoryzuj poszczególne niemowlęta jako uczące się, jeśli %RLA podczas całego 6-minutowego warunku akwizycji dnia 2 jest równe lub większe niż 1,5 raza więcej niż stan wyjściowy dnia 1,^3,6,11.
2. Analizuj pobudzenie i uwagę, kodując taśmy wideo podczas każdego 2-minutowego interwału eksperymentu. Skala pobudzenia jest zdefiniowana jako: senny = 1, czujny i nieaktywny = 2, czujny i aktywny = 3, rozdrażniony = 4 i płacz = 5^3,8,11. Skala uwagi jest zdefiniowana jako: 0 = nie patrzenie na telefon komórkowy, 1 = patrzenie na telefon^3,8.
3. Przetwarzaj dane o pozycji i wyodrębniaj kopnięcia za pomocą niestandardowych programów Matlab.
   1. Załaduj pliki danych o położeniu wyprowadzone z systemu przechwytywania ruchu do niestandardowego programu Matlab, aby interpolować brakujące dane o pozycji (maksymalnie 20 kolejnych klatek) za pomocą splajnu sześciennego.
   2. Załaduj interpolowane pliki do niestandardowego programu Matlab, aby (a) przefiltrować dane o położeniu za pomocą Butterwortha czwartego rzędu z częstotliwością odcięcia 5 Hz, określoną na podstawie analizy widma mocy, oraz (b) obliczyć następujące kąty stawów: zgięcie/wyprost biodra, odwodzenie/przywodzenie biodra, rotacja zewnętrzna/wewnętrzna biodra, zgięcie/wyprost kolana, inwersja/wywinięcie stawu skokowego, zgięcie grzbietowe/zgięcie podeszwowe stawu skokowego, jak opisano w ^{punkcie 12}.
   3. Załaduj pliki kątów do niestandardowego programu Matlab, aby wyodrębnić kopnięcia. Zdefiniuj początek kopnięcia jako początek ciągłego ruchu nóg, w którym zmiana kąta stawu biodrowego lub kolanowego przekroczyła 11,5° (0,2 radiana) w zgięcie lub wyprost^3,9,13-15. Zdefiniuj koniec kopnięcia jako ramę wyprostu szczytowego po ruchu zgięcia lub zgięcia szczytowego po ruchu wyprostu^3,9,14.
4. Dla wszystkich kopnięć oblicz parametry kinematyczne za pomocą niestandardowych programów Matlab.
   1. Oblicz wariancję położenia w kierunku z (kierunek pionowy, specyficzny dla zadania) diody LED na każdej nodze, która aktywowała telefon^{komórkowy 3}.
   2. Oblicz korelacje zgięcia/wyprostu stawu biodrowego i zgięcia/wyprostu kolana przy użyciu współczynników korelacji Pearsona (r) przy zerowym opóźnieniu między zmianami kąta stawu biodrowego i kolanowego. Aby porównać korelacje (r) między niemowlętami, przelicz korelacje kąta stawu biodrowo-kolanowego na wyniki Fishera Z ^3,9,15.
   3. Znormalizuj w czasie dane dotyczące kąta stawu, a następnie oblicz zgięcie/wyprost biodra i ciągłą fazę względną zgięcia/wyprostu kolana (CRP) na podstawie danych dotyczących położenia/prędkości kątowej^16,17. Przeanalizuj wyniki obliczeń CRP w następujących pięciu punktach czasowych: (a) początek kopnięcia, (b) prędkość szczytowa pierwszego segmentu, (c) odwrócenie stawu, (d) prędkość szczytowa drugiego segmentu i (e) koniec kopnięcia³.
5. W przypadku wszystkich kopnięć zidentyfikuj kopnięcia bezkontaktowe, wyświetlając synchroniczne dane wideo. Obliczaj parametry kinetyczne dla kopnięć bezkontaktowych za pomocą niestandardowych programów Matlab.
   1. Oblicz masę segmentową i środek masy na podstawie równań zmodyfikowanych dla niemowląt z modelu antropometrycznego Hatzego dla dorosłych¹⁸. Oblicz momenty bezwładności 3D segmentów uda, podudzia i stopy na podstawie równań zmodyfikowanych dla niemowląt z modelu antropometrycznego Jensena dla dorosłych¹⁹.
   2. Oblicz składniki w poniższym równaniu ruchu, korzystając ze śrubowej teorii manipulacji przestrzennych²⁰.
      
      wyprowadza się przy użyciu podejścia Lagrange'a, gdzie M(θ) jest macierzą bezwładności, macierz Coriolisa i odśrodkowej macierzy momentu obrotowego, N(θ) momenty grawitacyjne (GRA), a T – momenty mięśniowe (MUS).
   3. Obliczaj momenty obrotowe stawów, korzystając z danych kinematycznych 3D z bezkontaktowych kopnięć, parametrów bezwładności segmentu ciała i biomechanicznego równania ruchu.
   4. Podziel moment obrotowy netto (NET) na każde złącze na wkłady momentu obrotowego zależnego od ruchu (MDT), GRA i MUS²¹. Moment obrotowy NET jest wprost proporcjonalny do przyspieszeń na każdym przegubie. Moment obrotowy MDT jest związany z pasywnymi momentami obrotowymi związanymi z interakcjami mechanicznymi między ruchomymi połączonymi ze sobą segmentami kończyny. Moment obrotowy GRA jest związany z bierną siłą grawitacji działającą w dół na kończynę. Moment obrotowy MUS obejmuje siły pochodzące z aktywnych skurczów mięśni i biernych deformacji mięśni, ścięgien, więzadeł i innych tkanek okołostawowych.
   5. Osobno dla biodra i kolana oblicz impuls momentu obrotowego jako wielkość udziału każdego momentu obrotowego z podziałem (MUS, GRA, MDT) na moment obrotowy netto. Oblicz dodatni lub ujemny impuls momentu obrotowego (moment obrotowy * czas) w przedziałach, w których moment MUS kolana działał w tym samym lub przeciwnym kierunku w porównaniu z momentem obrotowym netto kolana. Wykonaj to samo obliczenie z momentami obrotowymi GRA i MDT kolana oraz momentami obrotowymi MUS, GRA i MDT biodra. Osobno dla biodra i kolana zsumuj wszystkie dodatnie i ujemne impulsy dla każdej składowej momentu obrotowego, aby uzyskać miarę wielkości udziału każdego podzielonego impulsu momentu obrotowego (MUS, GRA, MDT) do impulsu momentu obrotowego netto.

Results

Proces uczenia się małych niemowląt można określić ilościowo pod względem %RLA, zmienności pozycji efektorów końcowych (stóp), współczynników korelacji kąta biodra i kolana oraz momentów obrotowych stawów biodrowych i kolanowych. Każdy poziom analizy dostarcza unikalnych informacji o tym, w jaki sposób niemowlęta badają związek między ruchami nóg a aktywacją telefonu komórkowego niemowlęcia podczas procesu odkrywania i uczenia się.

Do analizy statystycznej %RLA i współczynników korelacji kąta ...

Discussion

Projektowanie zadań związanych z odkrywaniem i uczeniem się dla małych niemowląt

Zadania związane z odkrywaniem i uczeniem się małych niemowląt muszą być starannie zaprojektowane, aby zapewnić, że niemowlęta samodzielnie odkrywają ewentualność. W kilku paradygmatach ruchomych na początku stanu nabycia niemowlętom albo pokazuje się, że komórka aktywuje się przez nieprzypadkową aktywację mobilnej^7,22 , albo noga każdego niemowlęcia jest biernie poruszana przez badacza, aby wprowadzić ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Czujnik położenia Optotrak Certus, dalekiego ogniskowania, z podstawką	Northern Digital Inc	8800852
Optotrak Data Acquisition Unit II (ODAU II)	Northern Digital Inc	8800767
Optotrak Vinten Stand, Certus z adapterem Quick Fix	Northern Digital Inc	8800855.002
Certus S-Type, konfiguracja standardowa	Northern Digital Inc	8800761
Para znaczników (7 mm), złącze RJII c/w i o długości 8 stóp	AC Northern Digital Inc	8001029.001
, klasa medyczna, Ameryka Północna	Northern Digital Inc	7500010
Sześcienny zestaw emitera referencyjnego - Certus	Northern Digital Inc	8800768
3 kamery Pylon IEEE 1394	Basler	A6021c
Vixia HG10	Canon	2183B001
Dyski samoprzylepne	MVAP Materiały medyczne	E401-500
Odwracalna podpórka pod głowę	Eddie Bauer	52556
Pasek z miękkim paskiem	Sammons Preston	A34960
miernik zdrowia	w skali pediatrycznej	model 524KL