"Motor" i implicitte Motor sekvens læring: en mund-stepping seriel reaktion tid opgave
Summary
Vi indføre mund-stepping seriel reaktionstid (SRT) opgave. Dette ændrede SRT opgave, som supplement til de klassiske SRT opgave, der involverer kun finger-presning bevægelighed, bedre tilnærmer daglige sekventeret aktiviteter og gør det muligt for forskere at studere de dynamiske processer underliggende diskrete modforanstaltninger og udrede eksplicit processen opererer i implicitte sekvens læring.
Abstract
Denne protokol beskriver en modificeret seriel reaktionstid (SRT) opgave bruges til at studere implicitte motor sekvens læring. I modsætning til den klassiske SRT opgave, der involverer finger-presning bevægelser mens du sidder, kræver opgaven modificerede SRT deltagere trin med begge ben samtidig opretholde en stående kropsholdning. Denne intensivering opgave nødvendiggør hele kroppen handlinger, at pålægger postural udfordringer. Opgaven mund-styrke supplerer den klassiske SRT opgave på flere måder. Mund-stepping SRT opgaven er en bedre proxy for de daglige aktiviteter, der kræver løbende postural kontrol, og således kan hjælpe os med bedre at forstå sekvens læring i virkelige situationer. Derudover svartid fungerer som en indikator for sekvens lære i den klassiske SRT opgave, men det er uklart om responstid, reaktionstid (RT) der repræsenterer mental proces eller bevægelse tid (MT) afspejler bevægelsen i sig selv, er en central aktør i motor sekvens læring. Mund-stepping SRT opgave gør det muligt for forskere at udrede svartid i RT og MT, som kan præcisere, hvordan motor planlægning og bevægelse udførelse er involveret i sekvens læring. Endelig, postural kontrol og kognition er interaktivt relateret, men lidt er kendt om hvordan postural kontrol interagerer med læring motor sekvenser. Med en motion capture system, flytning af hele kroppen (fx., center of mass (COM)) kan registreres. Sådanne foranstaltninger gør det muligt at afsløre de dynamiske processer underliggende diskrete svar målt af RT og MT, og kan støtte i at belyse forholdet mellem postural kontrol og de eksplicitte og implicitte processer i sekvens læring. Detaljer af eksperimentelle set-up, procedure og databehandling er beskrevet. De repræsentative data er vedtaget fra en af vores tidligere undersøgelser. Resultater er relateret til responstid, RT, og MT samt forholdet mellem den foregribende postural svar og eksplicit processerne i implicitte motor sekvens læring.
Introduction
Implicitte motor sekvens læring, generelt kendt som lære en sekvens uden at kende sekvensen, er afgørende for vores daglige aktiviteter og er blevet godt undersøgt af en paradigmatiske opgave navngivet serie reaktionstid (SRT) opgave designet af Nissen og Bullemer 1. i denne klassiske SRT opgave, deltagerne Tryk på tasterne for at reagere hurtigt og præcist på visuelle stimuli. For at undersøge sekvens læring, er udseendet af visuelle stimuli manipuleret til at følge enten en pre struktureret eller tilfældige sekvens, som er ukendt for deltagerne. Læring fremgår af den hurtigere responstid på forhånd struktureret sekvensen (fx., uddannelse sekvens) end det at den tilfældige eller anden forhånd struktureret sekvens1,2. Mens den klassiske SRT opgave kræver typisk bi-manual finger trykke, involverer et stort flertal af implicitte motor sekvens læring i dagligdags aktiviteter, såsom danse, spille musikinstrumenter, eller dyrke sport, hele kroppen handlinger, der præsenterer postural og inertial udfordringer ikke findes i den klassiske SRT opgave. Dermed, vi har foreslået at sekvens læring opgaver skal være mere mangefacetteret. Derudover fokus for den tidligere forskning har været næsten udelukkende på den kognitive komponent i opgaven (fx., beslutning at gøre eller handling udvalg), ignorerer motorisk kontrolspørgsmål involveret i sekvens læring (fx., bevægelse udførelse). For yderligere at forstå implicitte motor sekvens læring, er det således vigtigt at studere sekvens læring i en hel-krops eller grov motor opgave, der bedre tilnærmer vores daglige motoriske aktiviteter.
I vores nyere undersøgelser udvidet vi klassiske SRT opgaven til en modificeret SRT opgave hvor finger trykker blev erstattet af foden træde for at indarbejde postural kontrol i sekvens læring3,4,5. Denne modificerede opgave præsenterer sine egne fordele for at supplere den klassiske SRT opgave. Først, gross motor sekvens læring opgaven bedre efterligner daglige sekventielle aktiviteter hvor hele kroppen bevægelse er involveret. Til dato, vores forståelse af motor sekvens læring typisk kommer fra den klassiske SRT opgave, men lidt er kendt om viden om motor sekvens læring fra den klassiske SRT opgave er stadig til at være sandt i læring sekventielle motoriske færdigheder i daglige aktiviteter. Således modificerede SRT opgaven giver os mulighed at undersøge om de systematisk rapporterede egenskaber (fx., alder-uafhængig implicitte sekvens læring mellem børn og voksne) i finger-presning SRT opgave forbliver når postural kontrol er involveret. Derudover i populationer med kropsholdning kontrol og gross motoriske færdigheder indlæringsvanskeligheder, såsom børn med developmental koordinering disorder6,7,8, forståelse kropsholdning hvordan kontrol interagerer med grov motoriske sekvens læring er kritisk til at forbedre interventionsstrategier, og dermed optimere effektiviteten af læring sekventielle motoriske færdigheder i dagligdagen.
For det andet, et fælles begreb om implicitte sekvens læring er at motor planlægning, og ikke bevægelse udførelse, spiller en vigtig rolle i at lære en sekvens i den klassiske SRT opgave9. Dette er fordi du trykker på taster ikke involverer flytning til nye placeringer i rummet, som fingrene er altid på tasterne svar. Men mange daglige sekventielle adfærd indebærer store rumlige bevægelser. Meget lidt er kendt om bevægelse udførelse er en nøglespiller i motor sekvens læring, hvor store rumlige bevægelser der kræves. I den klassiske SRT opgave tjener svartid, summation af reaktionstid (RT) og bevægelse tid (MT), som en indikator for sekvens læring. Mund-stepping SRT opgave, ligesom andre paradigmer, der involverer fysisk bevægelser10, giver mulighed for forskeren at udrede svartid i implicitte sekvens læring i RT, som afspejler kognitiv behandling, og MT, der præger bevægelighed selv.
Tredje, ud over MT, kombinationen af de mund-stepping SRT opgave og motion capture teknikker giver rig data på den løbende hele kroppen bevægelse (fx., bevægelighed for center for masse, eller COM). Måling den løbende ændring af bevægelse har fordel af afslørende dynamikken i de kognitive processer underliggende den diskrete reaktion måles ved RT eller MT11,12. Især er læring sekvenser i SRT opgave typisk forklaret som en blanding af eksplicitte og implicitte processer. Det vil sige, trods den almindelige brug af SRT opgave som en implicit læring opgave vise deltagerne ofte evne til verbalt husker den lærde rækkefølge efter opgaven SRT tyder på en eksplicit komponent involveret i implicitte sekvens læring. Selvom den eksplicitte komponent kan vurderes ved tilbagekaldelse tests udført efter SRT opgave13,14, mangler undersøgelserne efter opgave evnen til at undersøge den tidsmæssige udvikling af eksplicit viden under læring. Vi foreslår med eksplicitte rækkefølge viden, en person ville kender placeringen af den næste stimulus, og således producere foregribende postural justering15,16,17 i en feedforward måde at forberede for stepping foden til at flytte til de tilsvarende mål. Derfor åbner undersøger flytning af COM før stimulus udseende (dvs., forventning) et vindue til at studere den gradvise udvikling af eksplicitte hukommelse under implicitte sekvens læring.
Protokollen viser eksperimentelle set-up og proceduren for mund-stepping SRT opgave. Vi give repræsentative resultater af responstid, RT og MT. Derudover præsenterer vi resultaterne vedrørende forholdet mellem kropsholdning kontrol og de eksplicitte processer underliggende implicitte motor sekvens læring.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol beskriver de eksperimentelle set-up og procedurer for en modificeret SRT opgave. Den modificerede SRT opgave deler sin tiltalende enkelhed med den klassiske SRT opgave, selvom den modificerede SRT opgave kræver brug af en motion capture-teknik. Ligesom den klassiske SRT opgave, mange parametre kunne manipuleres til specifikke forskningsspørgsmål i mund-stepping SRT opgaven, herunder men ikke begrænset til: varigheden af interval-stimulus interval eller svar-stimulus intervallet27</sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Støtte til denne forskning blev leveret fra University of Maryland Kinesiologi Graduate Research initiativ Fund til Yue Du.
Materials
| 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. On the development of procedural knowledge. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 15 (6), 1047-1060 (1989).
- 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. , (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. , (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).
- 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). , (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., Jiménez, L. . Attention and implicit learning. , 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).
