Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

"Motor" i implicitte Motor sekvens læring: en mund-stepping seriel reaktion tid opgave

Published: May 3, 2018 doi: 10.3791/56483

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Protokollen blev udført i overensstemmelse med de retningslinjer, der er godkendt af den institutionelle Review Board på University of Maryland, College Park.

1. eksperimentel Set-up

  1. Oprette en motion capture system, som vist i figur 1a. Placere otte kameraer i en cirkel med en radius på 4 m.
    Bemærk: Antallet og placeringen af kameraer kan varieres, forudsat alle kameraer placeres korrekt for at opnå en klar vision for alle reflekterende markører er knyttet til en deltagers krop.
  2. Oprette en intensivering station i midten af cirklen. Holdning et "hjem position" dækket af mørk blå filt måtter i midten af den intensivering station og placere seks stepping mål henhørende lys blå filt måtter omkring udgangspositionen som sin front, tilbage, og side (figur 1b). Bestemme afstanden mellem mål og udgangspositionen, ifølge en persons stepping afstand (Se trin 3 i mund-stepping SRT opgave procedure).
  3. Du kan styre opgaven pacing tilstand, ved at placere to elektriske gummi sensorer, som genererer analoge signaler ved berøring, i udgangspositionen til at registrere den tid når fødder vender tilbage.
  4. Placer en 23'' skærm 2 m foran udgangspositionen. De seks visuelle stimuli er rumligt matchet med de seks stepping mål på gulvet.
  5. Styre udseendet af de visuelle stimuli ved hjælp af et edb-program installeret i en bærbar computer.
  6. Synkronisere den bærbare computer og motion capture-system ved hjælp af en data output og erhvervelse enhed.
  7. Tænd motion capture kameraer, og sigte dem, således at hvert kamera kan se lydstyrken omkring den intensivering station.
  8. Fastslå, om der er uønskede reflekterende genstande fra capture volumen (fx., refleksion fra lys, gulv eller reflekterende materiale). Dække disse identificerede reflekterende genstande med stof materiale, således at de ikke er fejlagtigt indsamlede data under eksperimentelle forsøg.
  9. Ved hjælp af instruktioner og udstyr, der leveres med motion capture system, kalibrere motion capture-system for at sikre nøjagtig indsamling af 3D-data fra reflekterende markører18.
  10. Dynamisk kalibrering, bølge kalibrering wand leveres med motion capture system gennem rummet hvor alle reflekterende markører ville bevæge sig, når deltagerne udfører opgaven SRT. Indsamle 2.000 rammer af imaging data for dynamisk kalibrering.
  11. Statiske kalibrering, at placere kalibrering wand på gulvet med en placering og orientering, som kan bruges som oprindelsen af koordinationssystem af motion capture-system. Køre motion capture-system for at angive oprindelsen.
  12. Designe en markør indstillet afhængigt af formålet med undersøgelsen.
    Bemærk: Et eksempel er vist i figur 1b hvor en 38-markør set-up er brugt.
  13. Følg instruktionerne leveret af leverandøren til at oprette en mærkning skelet skabelon, der kan bruges til genopbygning og auto-mærkning i senere dataopsamling og behandling af18. Specifikt, bede en deltager til at stå på udgangspositionen for stepping station med alle markører knyttet. Pålægge deltageren til at stå som stadig som muligt og sørge for alle markører er synlige gennem motion capture-system. Fange en retssag (varede ca 10 s). I motion capture system, tildeles hver markering et navn og oprette segmenter ved at forbinde markører sammen. Sammenkæde alle segmenter for at færdiggøre skabelonen skelet (vist i figur 1 c).

2. deltager forberedelse

  1. Informere deltagerne til at bære passende dragt (fx., shorts og en t-shirt), før du besøger lab.
  2. Ved ankomsten, bede deltagerne til at omhyggeligt læse og underskrive en samtykkeerklæring. Skærm for undersøgelse støtteberettigelse.
    Bemærk: Screening spørgeskemaer kunne være forskellige baseret på formålet med hver enkelt undersøgelse. Disse spørgeskemaer kan omfatte, men er ikke begrænset til, hånd dominans spørgeskema19, globale fysisk aktivitet niveau spørgeskema20, neurologisk sundhed spørgeskema og bevægelse vurdering batteri til børn21 .
  3. Bede deltagerne til at tage deres sko og sokker, så tillægger hud på forud fastsat betydelig knoklet vartegn bruger dobbelt sidet, hypo-allergifremkaldende selvklæbende tape og pre indpakning tape 38 sfæriske reflekterende markører, hver 50 mm i diameter. Denne markør set-up er den samme som den tilpassede skelet skabelon vises i figur 1b.
  4. Ryd alle uønskede refleksioner end de 38 markører fra deltagerens krop (Se trin 1,8).
  5. Pålægge deltagerne at stå stille på udgangspositionen i et T-attitude. Køre motion capture-system for at fange alle markører for 10 s (dvs., kalibrering retssag).

3. foden-stepping SRT opgave Procedure

  1. Før hver deltager starter opgave, angive parametrene, herunder, men ikke begrænset til: deltager-ID, gruppe-ID, antal læring blokere, tidslængde af stimulus præsentation, og tidsintervallet mellem stimuli (ISI) eller svar-stimulus interval () RSI), der styrer tidsintervallet mellem afslutningen af bevægelse og starten af den næste stimulus (i dette tilfælde, elektriske gummi sensorer er nødvendige under udgangspositionen; Se protokoltjenesten 1 for detaljer).
    Bemærk: ISI kunne varieres (fx., 1.300 ms eller 1.000 ms) ifølge Formålet med undersøgelsen.
  2. Pålægge deltagerne at stå på udgangspositionen og justere afstanden til udgangspositionen, så deltagerne kan komfortabelt trin på alle seks mål på gulvet.
  3. Pålægge deltagerne at hurtigt trin på hvert mål flere gange, og markere afstand fra udgangspositionen til hvert mål på det mest komfortable stepping længde for hver deltager.
  4. Give deltagerne Opgaveanvisninger.
    1. Pålægge deltagerne at når en stimulus vises på en af seks steder vist på skærmen, de behøver at træde så hurtigt og præcist som muligt til de tilsvarende mål på gulvet og derefter vende tilbage til udgangspositionen.
    2. Spørge deltagerne til Træd med højre fod til de tre mål placeret på højre side (dvs., mål 1, 2 og 6; Figur 1a), og venstre fod til de andre tre mål (dvs., mål 3, 4 og 5; Figur 1a).
      NOTE: Tallene er usynlige for deltagerne i løbet af hele opgaven.
    3. Informere deltagerne, at der er en 3 min pause efter hver kørsel (dvs., lære blok) af opgaven. Ændre længden af pausen baseret på eksperimentel behov. Indstille en tid alarm at minde deltagerne i slutningen af pausen.
    4. Pålægge deltagerne at holde albuerne ved deres side og bøjet i en 90-graders vinkel, når de udføre opgaven, så kameraerne kan se mærkerne placeret på hoften.
  5. Køre en praksis blok, der består af 36 trin (dvs., stimuli vises 36 gange med en ISI 1.300 MS; Se mund-stepping SRT opgave procedure for detaljer) således at deltagere er bekendt med opgaven. Pålægge deltagerne at stimuli vil løbende dukker op på en af seks steder og de skal reagerer på stimuli, så hurtigt og præcist som muligt. Stimuli i dette felt vises i en tilfældig rækkefølge.
    Bemærk: ISI kunne erstattes af en RSI (Se mund-stepping SRT opgave procedure for detaljer). Hvis en meget kort ISI bruges, kan deltagerne ikke kunne svare på nogle stimuli. Disse foranstaltninger betragtes som fejl.
  6. Efter praksis blok, starte de eksperimentelle blokke. I denne protokol, der er seks blokke og hver eksperimentelle blok består af 100 trin/stimuli. Give deltagerne en obligatorisk 3 min pause efter hver blok.
    Bemærk: På 1.300 ms ISI betingelse, hver blok tager typisk omkring 2,5 min. Hvis en RSI bruges, kan længden af hver blok variere afhængigt af hvor hurtigt deltagerne reagerer på stimuli.
    1. Pålægge deltagerne at fuldføre seks eksperimentelle blokke. Angiv visuelle stimuli ifølge forsøgsformål bestemt rækkefølge. Stimuli følge enten en angivet eller tilfældig rækkefølge. Forelæggelse af stimulus, er ukendt for deltagerne.
      Bemærk: Antallet af eksperimentelle blokke kan variere. En 6-blok design indføres her, hvor en bestemt sekvens A gives i blok 1-4 og 6 og en roman sekvens B præsenteres i blok 5. Den specifikke og tilfældige rækkefølge kan også varieres. I denne protokol, sekvens A følger rækkefølgen af 1423564215 (dvs., 1 - højre, 2 - lige foran 3 - venstre front, 4 - venstre side, 5 - venstre tilbage, og 6 - lige tilbage) og sekvens B følger rækkefølgen af 3615425214.
    2. Før hver læring blok, instruere deltagere til respons på stimuli så hurtigt og præcist som muligt.
  7. Ved afslutningen af alle læring blokke, bede deltagerne til at fuldføre en posttest, der består af almindeligt anvendte tilbagekaldelse og anerkendelse prøver beskrevet i litteraturen13,14,22.

4. databehandling og statistisk analyse

  1. For hver deltager, skal du åbne indsamlede data forsøg i motion capture systemsoftware. Gennemgå hvert forsøg og udfylde eventuelle huller i den retssag data efter kreditor-medfølgende instruktioner18.
  2. Eksportere hver data retssag som en ASCII-fil, der indeholder tre koordinater for alle 38 markører.
  3. Udlede variabler (dvs., reaktionstid (RT), bevægelse tid (MT), responstid og bane af fælles markedsordning) fra ASCII filer følge nedenstående trin:
    1. Input ASCII datafiler i data analyse software. Brug en ottende-ordre Butterworth filter med en cutoff frekvens på 10 Hz til at filtrere data3.
      Bemærk: Den måde at udlede COM bevægelse bane afhænger markør set-up. I 38-markør set-up vist i figur 1b, kan metoder og Antropometriske parametre beskrevet af De Leva23 blive ansat. Man kan også spore bevægelser af den omtrentlige COM målt af en markør for fastsat til niveauet for den femte lændehvirvel24.
    2. Udlede responstid, RT og MT efter Beskrivelserne nedenfor:
      1. Bruge markører fastgjort på hælene, store tæer og 5th mellemfodsknogler for at karakterisere baner af foden bevægelser i data analyse software.
      2. Plot bane af disse tre markører langs den lodrette retning (vinkelret på gulvet). Plot bane af tå markør i det vandrette plan (parallel med gulvet) til at identificere, om hvert trin udføres korrekt til det rigtige mål. Trin til et forkert mål er udelukket for senere statistiske analyser.
      3. Markere grundlinjen for hver markør højde, før og efter hvert trin.
      4. Identificere bevægelighed debut for hver markør som den første prøve, når markøren når 10% af den maksimale højde.
      5. Da hvert fag kan bruge forskellige strategier til at røre målet (med tæerne eller de 5th metatarsal), definere bevægelse udbrud ved hjælp af den markør, der når sit højdepunkt den tidligste.
      6. Identificerer end-point styrke som tidspunkt, når de brugte markør falder til samme højde som udbrud.
      7. Løbende køre data analysis program indtil 100 skridt er behandlet.
      8. For alle trin, beregne og output responstid som tidsmæssige forskellen mellem stimulus starten og slutningen af bevægelse, RT som tidsmæssige forskellen mellem stimulus og bevægelse indtræder og MT som tidsmæssige forskellen mellem bevægelse debut og slutpunktet. Gemme output-filer i formatet .xls.
      9. Brug disse .xls-filer, beregne middel af disse variabler til hver blok og på tværs af deltagerne, data, som senere skal benyttes til statistiske analyser.
      10. Da der er typisk en inden for emnet faktor (dvs., lære blok) i det eksperimentelle design, bruge blandet effekt ANOVAs til at analysere data (gentagne foranstaltninger ANOVA kunne anvendes med forsigtighed med hensyn til kugleform antagelse). Bestemme Kovarians matrix bruges i blandet effekt ANOVA af Akaikes oplysninger kriterium (AIC). Nedbrydes de betydelige resultater fra ANOVA benytter post hoc test med specifikke flere sammenligning korrektionsprocedurer (afhængigt af den eksperimentelle design). Sæt det statistiske signifikansniveau ved p = 0,05.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den ovennævnte paradigme er gennemført af Du og kolleger i en række undersøgelser3,4,5. Vi bruger en del af data fra en af disse undersøgelser4 til at repræsentere brugen af fod-stepping SRT opgave. I denne undersøgelse, der er 6 læring blokke og en RSI 700 MS bruges. Visuelle stimuli fulgt sekvens A (dvs., 1423564215; Figur 1a) i blok 1 til 4 og 6, og fulgt rækkefølgen B (dvs., 3615425214) i blok 5. Svar-stimulus interval er angivet som 700 ms. figur 2a illustrerer 12 unge voksne gennemsnitlige svartider på tværs af seks læring blokke. Svartid her afslører i mund-stepping SRT opgave den samme mønster og sammenlignelige størrelser til svartid, der tidligere blev observeret i den klassiske finger-presning SRT opgave2,25,26 . Især responstid til en roman sekvens er betydeligt langsommere i blok 5 sammenlignet med den lærde sekvens i blok 4 (forskel = 83,4 ms ± 13.19, gennemsnit ± standardafvigelse; p < 0,001), der angiver læring af sekvens1,2. Selvom sekvens læring under finger-presning og mund-stepping opgaver ikke har sammenlignes direkte, foreslå lignende omfang og mønster i responstid at implicitte motor sekvens læring ikke kan påvirkes af tilstedeværelsen af postural kontrol krav i typisk udviklede voksne.

Figur 2b viser to komponenter af responstid: RT og MT. betyde RT udviser samme mønster som responstid. Især RT i blok 5 er langsommere end i blok 4 (forskel = 93.19 ms ± 12.69; p < 0,001). I modsætning til respons tid og RT, MT er sammenlignelige mellem blokkene 4 og 5 (forskel =-7.73 ms ± 3,88; p = 0.072). De samme RT og MT resultater er blevet rapporteret i vores andre undersøgelser3,5. Disse resultater tyder sammen, at sekvens læring er mest sandsynligt at blive afspejlet af RT, en proxy til kognitiv behandling i stedet for MT, som karakteriserer bevægelsen i sig selv.

Figur 3 og figur 4 skildrer eksempler på retninger langs som COM flytter 100 ms før stimuli vises. Retning af fælles markedsordning for hver stimulus er meget inkonsekvent i begyndelsen (dvs., blok 1), og disse tilsyneladende tilfældige bevægelse retninger ikke ændrer på tværs af blokke i én deltager (figur 3). For en anden deltager (figur 4), men bliver disse tilfældige bevægelse retninger mere konsekvent som læring skred på tværs af blokke. Fig. 5a viser de betydelige ændringer i bevægelse retning variation på tværs af blokke (F(5,55) = 3,07, p < 0,05). Specifikt, den variabilitet, steg fra blok 4 til 5 (p < 0,05), der angiver at COM bevægelsesretning ville være et tydeligt tegn på motor sekvens læring i SRT opgave.

Endnu vigtigere, er den foregribende center of mass bevægelse tilbøjelige til at afspejle den eksplicitte proces opererer i implicitte motor sekvens læring. Den øgede variation fra blok 4 til 5 blev demonstreret kun i deltagere (n = 6, p < 0,05) som erhvervet i det mindste delvist, den eksplicitte viden af sekvensen, men ikke i deltagere (n = 6, p = 0,98) der ikke vise eksplicit viden; Figur 5b fremhæver denne sekvens viden. Derudover er ændringen i variation fra blok 4-5 betydeligt korreleret til størrelsen af den eksplicitte viden erhvervet af deltagerne (figur 5 c).

Figure 1
Figur 1: eksperimenterende set-up. (a) otte kameraer er korrekt placeret, så at slette data fra alle markører kan afhentes. Seks stepping mål på gulvet svarer til seks visuelle stimuli vist på skærmen. (b) 38 sfæriske reflekterende markører af 0,5 cm diameter hver er fastgjort på huden på betydelige knoklet vartegn. Disse knoklet vartegn omfatter knudepunktet 7th halshvirvel brystbenet notch, acromions, albuer (lateral og mediale), overarme, håndled (radial og ulnar), 3rd knoer, anterior superior iliaca pigge (ASIS), og posterior superior iliaca pigge (PSI), centreres mellem to PSISs, knæ (lateral og mediale), skinneben, ankler (lateral og mediale), calcaneus, store tæer og 5th mellemfodsknogler. Lilla markører: markører synlig fra den forfra; røde markører: markører på ryggen. hvid markører: markører fjernet efter den statiske forsøg. (c) et skelet skabelon baseret på set-up af 38 markører. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: nedbrydning af responstid til RT og MT. (a) de gennemsnitlige svar gange på tværs af blokke. Det grå område repræsenterer blok 5 hvor udseendet af stimuli følger en roman sekvens. Sekvens læring opstår som afsløret ved en langsommere responstid i blok 5 end i blok 4. (b) RT, som en komponent af responstid, udviser samme mønster som responstid, mens MT ikke ændrer fra blok 4 blok 5. Fejllinje: Standard fejl af middelværdien. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: The COM bevægelsesretning fra en deltager med nogen eksplicit sekvens viden. COM bevægelsesretning er vist for hver stimulus (stimuli 1 - 6, se figur 1a) på tværs af blokke. Fælles markedsordning kunne flytte fra oprindelse til enhver position på den stiplede cirkel, som repræsenterer alle retninger COM kunne flytte. Tomme cirkler repræsenterer de observerede retninger. Solid pilen repræsenterer den gennemsnitlige retning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: The COM bevægelsesretning fra en deltager med eksplicitte rækkefølge viden. COM bevægelsesretning vises for hver stimulus (stimuli 1-6, se figur 1a) over blokke. Fælles markedsordning kunne bevæge sig fra oprindelse til enhver position på den stiplede cirkel, der repræsenterer alle retninger COM kunne bevæge sig langs. Tomme cirkler repræsenterer de observerede retninger. Solid pilen repræsenterer den gennemsnitlige retning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: variabilitet i COM bevægelse retninger og dets forhold til de eksplicitte og implicitte processer involveret i sekvens læring. Den bevægelsesretning er kvantificeret ved længden af bue mellem hver enkelt tomme cirkel og det punkt, hvor den gennemsnitlige pil peger i figur 3 og figur 4. Dette svarer til vinklen (i grader) fra den gennemsnitlige bevægelsesretning til den linje, der forbinder oprindelsen og hver tomme cirkel. For variationen er beregnet som standardafvigelsen på tværs af vinkler. (a) den gennemsnitlige variation på tværs af blokke: det grå område repræsenterer blok 5, hvor udseendet af stimuli følger en roman sekvens. Variabiliteten steg fra blok 4 til 5. (b) sådanne ændringer i COM bevægelse retning variabilitet er vist kun i de deltagere, som erhverver, i det mindste delvist eksplicit viden af sekvensen, men ikke i deltagere, der ikke viser eksplicit viden af sekvensen. (c) ændringen i variation fra blok 4 til 5 er signifikant korreleret til mængden af eksplicit viden erhvervet af deltagerne. Fejllinje: Standard fejl af middelværdien. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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, typen af sekvens struktur28, og bevidstheden om sekvens viden29.

I forhold til den klassiske SRT opgave, præsenterer opgaven mund-stepping tre fordele. Først, den mund-stepping SRT opgave kræver flytte benene samtidig opretholde en stående kropsholdning af hele kroppen, snarere end blot at trykke på fire fingre mens du sidder som krævet i den klassiske SRT opgave. Således er foden-stepping opgaven en variant af SRT opgave, som indebærer større motorisk kontrol kompleksitet end finger trykker, og dermed bedre tilnærmer implicitte motor sekvens læring i daglige sekventeret aktiviteter. Derudover overvejer det interaktive forhold mellem postural kontrol og kognitive processer30,31,32,33, denne mund-stepping SRT opgave også tillader os at forstå, hvordan postural kontrol interagerer med grov motoriske sekvens læring, især i befolkningsgrupper, såsom børn med Developmental koordinering Disorder6,7,8, der har problemer med at integrere postural kontrol og kognitive opgaver. Denne linje af forskning vil tjene som grundlag for udviklingen af optimal interventioner for børn og voksne med grov motoriske færdigheder indlæringsvanskeligheder.

Andet, udfører handlingen motor typisk omfatter flere faser, herunder mål udvælgelse, motor planlægning og bevægelse udførelse. Da den klassiske SRT opgave kræver kun at trykke på tasterne, der ikke involverer flytning til nye placeringer i rummet, som fingrene er altid på tasterne svar, opgaven lægger vægt på målet udvalg, snarere end bevægelse udførelse9, og responstiden bruges til at foranstaltning sekvens læring er en blanding af mål udvælgelse og bevægelse udførelse. Mund-stepping SRT opgave giver mulighed for at undersøge, om målet udvælgelse og/eller bevægelse udførelse bidrage væsentligt til motor sekvens læring. For eksempel en karakteristisk for bevægelse udførelse, bevægelse tid (MT), kunne undersøges i mund-stepping SRT opgave. Selvom vores repræsentative resultater viser ingen bidrag af MT til implicit sekvens læring, er en kendsgerning værd at understrege her at både den klassiske SRT opgave og den repræsentative protokol af den modificerede mund-stepping opgave ikke kræver præcise mål til svar mål. For eksempel, deltagerne i den mund-stepping opgave er tilskyndes, men ikke strengt nødvendigt, at præcist ramme mål (men træde mod den rigtige retning er nødvendigt), så de kan skifte deres homing holdning lidt. Der henviser til, at deltagerne i finger-presserende opgave altid at placere deres fingre på tilsvarende taster så det nøjagtige mål er ikke påkrævet. Dog når præcist sigte er nødvendig, bevægelse udførelse kan spille en afgørende rolle i sekvens lære10, hvilket tyder på betydningen af dissekere flere stadier af motorisk præstation (dvs., mål udvælgelse, motor planlægning og bevægelse udførelse) til yderligere at forstå de underliggende mekanismer af motor sekvens læring. Desuden, den klassiske SRT opgave mangler sin kapacitet i belyse den tidsmæssige udvikling i kognitive processer i sekvens læring. Derimod den mund-stepping SRT opgave, ligesom andre SRT opgaver der involverer fysiske bevægelser (fx., arm, nå og øje bevægelse)10,12, gør det muligt for os at undersøge kontinuerlig bevægelse baner. Måling på tidsmæssige dynamics bevægelighed kunne bruges til at afsløre skjulte kognitive processer i fremtidige sekvens læring undersøgelser11. For eksempel kan bruger COM bevægelse før stimulus udseende, vi fastslå hvilke mål deltagere har til formål at før at se stimulus, og når konsekvent forventningerne finder sted, hvilket ikke er muligt i finger-presning SRT opgave.

En anden fremtrædende brug af SRT opgave er at fortsætte den gradvise udvikling af eksplicitte rækkefølge viden under implicitte sekvens læring. SRT er almindeligvis benævnt som en implicit læring opgave1,34. Sekvens læring i SRT opgave ofte indebærer imidlertid en eksplicit proces, som det fremgår af evnen til at huske og/eller genkende sekvensen efter SRT opgave22. Da disse tilbagekaldelse og/eller anerkendelse test er normalt udføres efter SRT opgave, måler den kun det samlede beløb for eksplicit viden erhvervet gennem hele SRT opgaven. Det er svært at vide hvornår eksplicit hukommelse af sekvensen opstår og hvordan det gradvist udvikler sig gennem læring. Vores repræsentative resultater viser, at mund-stepping SRT opgave præsenterer sin unikke evne i undersøge den tidsmæssige udvikling af eksplicitte rækkefølge viden på tværs af læring blokke. Fig. 5a viser f.eks, halvdelen af deltagerne begyndte at tilegne sig eksplicit sekvens viden fra blok 1 og 2, og blev mere bevidste om sekvensen i blok 3 og 4.

I Resumé indfører denne protokol en modificeret SRT opgave, der involverer mund-stepping bevægelse. Denne modificeret variant af den klassiske SRT opgave tilføjer motor og postural krav, der er uundværlige i at lære fortløbende færdigheder i dagligdagen. Derudover tillader foden-stepping SRT opgave adskillelse af mål udvælgelse og bevægelse udførelse, to komponenter, der kan varierende bidrage til implicit motor sekvens læring. Mund-stepping SRT opgave giver også en ny måde at studere den parallel drift af eksplicitte og implicitte processerne i motor sekvens læring.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Støtte til denne forskning blev leveret fra University of Maryland Kinesiologi Graduate Research initiativ Fund til 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Nissen, M. J., Bullemer, P. Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures. Cognit Psychol. 19 (1), 1-32 (1987).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Du, Y. Learning processes underlying implicit motor sequence acquisition in children and adults. , University of Maryland. PhD thesis (2016).
  5. Du, Y., Clark, J. E. New insights into statistical learning and chunk learning in implicit sequence acquisition. Psychon Bull Rev. , 1-9 (2016).
  6. Gheysen, F., Van Waelvelde, H., Fias, W. Impaired visuo-motor sequence learning in Developmental Coordination Disorder. Res Dev Disabil. 32 (2), 749-756 (2011).
  7. Wilson, P. H., Maruff, P., Lum, J. Procedural learning in children with developmental coordination disorder. Hum Movement Sci. 22 (4-5), 515 (2003).
  8. Cermak, S. A., Larkin, D. Developmental coordination disorder. , Cengage Learning. (2002).
  9. Taylor, J. A., Ivry, R. B. Implicit and explicit processes in motor learning. Action science. , 63-87 (2013).
  10. 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).
  11. Song, J. H., Nakayama, K. Hidden cognitive states revealed in choice reaching tasks. Trends Cogn Sci. 13 (8), 360-366 (2009).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Destrebecqz, A., Peigneux, P. Methods for studying unconscious learning. Prog Brain Res. 150, 69-80 (2005).
  15. Massion, J. Movement, posture and equilibrium: interaction and coordination. Prog Neurobiol. 38 (1), 35-56 (1992).
  16. MacKinnon, C. D., et al. Preparation of anticipatory postural adjustments prior to stepping. J Neurophysiol. 97 (6), 4368-4379 (2007).
  17. Cordo, P. J., Nashner, L. M. Properties of postural adjustments associated with rapid arm movements. J Neurophysiol. 47 (2), 287-382 (1982).
  18. Oxford Metrics. Vicon Motion System Nexus Documentation. , Available from: https://docs.vicon.com/display/Nexus25/Nexus+Documentation (2017).
  19. Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handness: The edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9, 97-113 (1971).
  20. Armstrong, T., Bull, F. Development of the world health organization global physical activity questionnaire (GPAQ). J Public Health. 14 (2), 66-70 (2006).
  21. Henderson, S. E., Sugden, D. A., Barnett, A. Movement Assessment Battery for Children - Second edition (Movement ABC-2). , Pearson Education, Inc. (2007).
  22. Destrebecqz, A., Cleeremans, A. Can sequence learning be implicit? New evidence with the process dissociation procedure. Psychon Bull Rev. 8 (2), 343-350 (2001).
  23. De Leva, P. Adjustments to Zatsiorsky-Seluyanov's segment inertia parameters. J Biomech. 29 (9), 1223-1230 (1996).
  24. 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).
  25. Curran, T., Keele, S. W. Attentional and nonattentional forms of sequence learning. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 19 (1), 189-202 (1993).
  26. 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).
  27. Destrebecqz, A., Cleeremans, A. Attention and implicit learning. Jiménez, L. , John Benjamins Publishing Company. 181-213 (2003).
  28. 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).
  29. Curran, T. Effects of aging on implicit sequence learning: Accounting for sequence structure and explicit knowledge. Psychol Res. 60 (1-2), 24-41 (1997).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. Nougier, V., Vuillerme, N., Teasdale, N. Effects of a reaction time task on postural control in humans. Neurosci. Lett. 291 (2), 77-80 (2000).
  34. Robertson, E. M. The serial reaction time task: Implicit motor skill learning? J Neurosci. 27 (38), 10073-10075 (2007).

Tags

Adfærd spørgsmålet 135 implicitte motor sekvens læring seriel reaktionstid opgave fod-stepping bevægelse tid reaktionstid postural kontrol eksplicit læring implicit læring
"Motor" i implicitte Motor sekvens læring: en mund-stepping seriel reaktion tid opgave
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Du, Y., Clark, J. E. The "Motor" inMore

Du, Y., Clark, J. E. The "Motor" in Implicit Motor Sequence Learning: A Foot-stepping Serial Reaction Time Task. J. Vis. Exp. (135), e56483, doi:10.3791/56483 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter