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Behavior

Il "motore" a motore implicito sequenza di apprendimento: una reazione seriale un passo piede volta compito

Published: May 3, 2018 doi: 10.3791/56483
Automatic Translation
1, 1,2
1Department of Kinesiology, University of Maryland, College Park, 2The Neuroscience and Cognitive Science Program, University of Maryland, College Park

Summary

Introduciamo il piede-stepping compito seriale tempo di reazione (SRT). Questo per volta attività SRT, integrando la SRT classica compito che coinvolge solo il dito-premendo movimento, meglio approssima attività quotidiane sequenziata e permette ai ricercatori di studiare i processi dinamici sottostante misure di risposta discreti e districare il processo esplicito di funzionamento nell'apprendimento di sequenza impliciti.

Abstract

Questo protocollo descrive un'attività modificate seriale tempo di reazione (SRT) usata per studiare l'apprendimento implicito sequenza motoria. A differenza dell'attività SRT classico che coinvolge movimenti di dito-premendo seduti, l'attività SRT modificata richiede ai partecipanti di fare un passo con entrambi i piedi pur mantenendo una posizione eretta. Questo compito stepping richiede azioni di tutto il corpo che impongono sfide posturale. Il compito di fare un passo piede integra l'attività SRT classico in diversi modi. L'attività SRT piedi-fare un passo è un proxy migliore per le attività quotidiane che richiedono controllo posturale in corso e così può aiutarci a comprendere meglio l'apprendimento della sequenza in situazioni di vita reale. Inoltre, tempo di risposta serve come un indicatore di sequenza di apprendimento nell'attività SRT classico, ma è poco chiaro se il tempo di risposta, tempo di reazione (RT) che rappresenta il processo mentale, o tempo di movimento (MT) che riflettono il movimento stesso, è un giocatore chiave nel motore apprendimento di sequenza. L'attività SRT un passo piede permette ai ricercatori di districarsi tra tempo di risposta in RT e MT, che può chiarire come motore di pianificazione e esecuzione del movimento sono coinvolti nell'apprendimento di sequenza. Infine, cognizione e controllo posturale sono correlati in modo interattivo, ma piccolo è conosciuto circa come posturale controllo interagisce con sequenze motorie di apprendimento. Con un movimento di catturare il sistema, il movimento del corpo intero (ad es., il centro di massa (COM)) possono essere registrati. Tali misure consentono di rivelare i processi dinamici discrete risposte misurate da RT e MT di fondo e possono aiutare a chiarire il rapporto tra controllo posturale e i processi espliciti ed impliciti coinvolti nell'apprendimento di sequenza. Dettagli il set-up sperimentale, la procedura e il trattamento dei dati sono descritti. I dati rappresentativi sono adottati da uno dei nostri studi precedenti. Risultati sono relative al tempo di risposta, RT e MT, come pure la relazione tra la risposta posturale anticipatoria e l'esplicita processi coinvolti nell'apprendimento implicito sequenza motoria.

Introduction

Implicito sequenza motoria, apprendimento, generalmente conosciuto come una sequenza di apprendimento senza conoscere la sequenza, è fondamentale per la nostra attività quotidiana ed è stata ben studiata da un'attività paradigmatica denominata il compito di tempo di reazione seriale (SRT) progettato da Nissen e Bullemer 1. in questo compito SRT classico, i partecipanti premere i tasti per rispondere rapidamente e con precisione agli stimoli visivi. Per esaminare l'apprendimento della sequenza, l'aspetto degli stimoli visivi è manipolato per seguire entrambi una sequenza pre-strutturata o casuale, che è sconosciuta ai partecipanti. Apprendimento è testimoniano i tempi di risposta alla sequenza pre-strutturato (ad es., la sequenza di formazione) di quello per il casuale o un altro pre-strutturato sequenza1,2. Mentre l'attività SRT classico richiede in genere bi-manuale dita toccando, una vasta maggioranza di sequenza motoria implicita di apprendimento nelle attività quotidiane, come la danza, suonare strumenti musicali, o fare sport, prevede azioni di tutto il corpo che presentano posturale ed inerziale sfide non trovate nel classico compito SRT. Così, abbiamo proposto che i compiti di apprendimento sequenza devono essere più sfaccettato. Inoltre, l'obiettivo della ricerca precedente è stato quasi esclusivamente sulla componente cognitiva dell'attività (ad es., selezione di fabbricazione o azione di decisione), ignorando i problemi di controllo del motore coinvolti nell'apprendimento di sequenza (ad es., movimento esecuzione). Quindi, per comprendere ulteriormente la sequenza motoria implicito imparare, è essenziale per studiare l'apprendimento della sequenza in un corpo intero o grave compito motorio che meglio approssima la nostra quotidiana attività motorie.

Nei nostri studi recenti, abbiamo esteso l'attività SRT classico a un'attività SRT modificata dove dito premendo fu sostituito da piede fare un passo per incorporare il controllo posturale in sequenza di apprendimento3,4,5. Questa attività modificata presenta i suoi vantaggi per completare l'attività SRT classico. In primo luogo, il compito di apprendimento lordo sequenza motoria imita meglio quotidiana attività sequenziali dove il movimento del corpo intero è coinvolto. Ad oggi, la nostra comprensione della sequenza motoria apprendimento in genere proviene dall'attività SRT classico, ma poco si sa se la conoscenza della sequenza motoria imparando dall'attività SRT classico rimane per essere vero apprendimento sequenziale capacità motorie nelle attività quotidiane. Così, l'attività SRT modificata permette di esaminare se caratteristiche sistematicamente segnalate (ad es., età indipendente dalla sequenza impliciti apprendimento tra bambini e adulti) nell'attività SRT di dito-premendo rimangono quando controllo posturale è coinvolti. Inoltre, nelle popolazioni con postura controllo e lorda capacità motorie, difficoltà di apprendimento, come i bambini con sviluppo della coordinazione disordine6,7,8, intesa come postura controllo interagisce con sequenza motoria lordo apprendimento è fondamentale per migliorare le strategie di intervento e quindi ottimizzare l'efficacia dell'apprendimento sequenziale capacità motorie nella vita quotidiana.

In secondo luogo, una nozione comune sull'apprendimento di sequenza impliciti è quel motore di pianificazione, e non esecuzione del movimento, gioca un ruolo importante nell'apprendimento di una sequenza nel classico SRT attività9. Questo è perché premendo i tasti non comportano lo spostamento in nuove posizioni nello spazio, come le dita sono sempre i tasti di risposta. Tuttavia, molti comportamenti sequenziali quotidiani coinvolgono grandi movimenti spaziali. Piccolo è conosciuto come se l'esecuzione del movimento è un giocatore chiave nella sequenza motoria apprendimento quando si richiedono i grandi movimenti spaziali. Nell'attività di SRT classico, tempo di risposta, la sommatoria dei tempi di reazione (RT) e tempo di movimento (MT), serve come un indicatore dell'apprendimento di sequenza. L'attività SRT piedi-fare un passo, come altri paradigmi che coinvolgono i movimenti spaziali10, consente al ricercatore di districarsi tra tempo di risposta in sequenza impliciti di apprendimento in RT, che riflette l'elaborazione cognitiva e MT, che caratterizza il movimento stessa.

In terzo luogo, oltre alle MT, la combinazione un passo piede SRT attività e movimento acquisizione delle tecniche di fornisce dati dettagliati sul continuo movimento del corpo intero (ad es., lo spostamento del centro di massa, o COM). Il continuo cambiamento del movimento di misura ha il vantaggio di rivelare le dinamiche dei processi cognitivi sottostanti la discreta risposta misurata da RT o MT11,12. In particolare, sequenze di apprendimento nell'attività SRT in genere sono spiegate come una miscela di processi espliciti ed impliciti. Cioè, nonostante l'uso comune del compito SRT come un compito di apprendimento implicito, i partecipanti mostrano spesso la capacità di richiamare verbalmente la sequenza acquisita dopo l'attività SRT, suggerendo un esplicita componente coinvolto nell'apprendimento di sequenza impliciti. Anche se la componente esplicita può essere valutata da prove di richiamo dopo le attività SRT13,14, questi test post-attività mancano la capacità di esaminare l'evoluzione temporale della conoscenza esplicita durante l'apprendimento. Proponiamo che con la conoscenza esplicita sequenza, un individuo sarebbe conoscere la posizione dello stimolo successivo e così produrre regolazione posturale anticipatoria15,16,17 in maniera feedforward per preparare per il piede passo-passo spostare la destinazione corrispondente. Pertanto, esaminando il movimento del COM prima della comparsa di stimolo (cioè, anticipazione) apre una finestra per studiare lo sviluppo progressivo della memoria esplicita durante l'apprendimento di sequenza impliciti.

Il protocollo viene illustrato il set-up sperimentale e procedura dell'attività SRT piedi-fare un passo. Forniamo risultati rappresentativi del tempo di risposta, RT e Mt. Inoltre, presentiamo i risultati per quanto riguarda il rapporto tra controllo della postura e i processi espliciti alla base di apprendimento implicito sequenza motoria.

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Protocol

Il protocollo è stato effettuato in conformità con gli orientamenti approvati dalla Institutional Review Board presso l'Università del Maryland, College Park.

1. sperimentale

  1. Impostare un sistema di motion capture, come mostrato in Figura 1a. Posto otto telecamere in un cerchio con un raggio di 4 m.
    Nota: Il numero e le posizioni delle telecamere può essere variato, fornito di tutte le telecamere sono posizionate in modo adeguato per ottenere una visione chiara di tutti i marcatori riflettenti attaccato al corpo di un partecipante.
  2. Impostare una stazione passo-passo al centro del cerchio. Posizione posizione"casa" coperti da stuoie di feltro blu scuri al centro della stazione passo-passo e posto sei obiettivi passo-passo, coperti da stuoie di feltro blu luce che circonda la posizione come il suo fronte, il dorso e lato (Figura 1b). Determinare la distanza tra gli obiettivi e la posizione iniziale, in base alla distanza facente un passo di un individuo (vedi passaggio 3 della procedura di attività un passo piede SRT).
  3. Per controllare l'attività in condizioni di stimolazione, posizionare due sensori elettrici in gomma, che generano segnali analogici quando viene toccato, sotto la posizione home per rilevare il momento in cui i piedi torneranno.
  4. Posizionare un monitor 23 ' 2 m davanti nella posizione iniziale. Gli stimoli visivi sei nello spazio sono abbinati con quelli sei obiettivi passo-passo sul pavimento.
  5. Controllare l'ordine di apparizione degli stimoli visivi utilizzando un programma di computer installato in un computer portatile.
  6. Sincronizzare il computer portatile e il sistema di motion capture utilizzando un dispositivo di acquisizione e uscita di dati.
  7. Accendere le telecamere di cattura del movimento e puntare loro in modo che ogni telecamera può visualizzare il volume che circonda la stazione di passo-passo.
  8. Identificare se ci sono oggetti indesiderati riflettenti dal volume di cattura (ad es., riflesso dalla luce, pavimento o qualsiasi materiale riflettente). Coprire questi oggetti riflettenti identificati con materiale di tessuto, in modo che non sono erroneamente stati raccolti come dati durante le prove sperimentali.
  9. Utilizzando le istruzioni e le attrezzature in dotazione con il sistema di motion capture, calibrare il sistema di motion capture per garantire accurata raccolta di dati 3D da marcatori riflettenti18.
  10. Per la calibrazione dinamica, l'onda la bacchetta di calibrazione fornita con il sistema di motion capture attraverso lo spazio dove tutti i marcatori riflettenti sposterebbe quando i partecipanti eseguono l'attività SRT. Raccogliere 2.000 telai di imaging per calibrazione dinamica.
  11. Per calibratura statica, è necessario posizionare la bacchetta di calibrazione sul pavimento con una posizione e l'orientamento che può essere utilizzato come l'origine del sistema di coordinamento del sistema di motion capture. Eseguire il sistema di motion capture per impostare l'origine.
  12. Progettare un marcatore impostato a seconda dello scopo di studio.
    Nota: Un esempio è mostrato in Figura 1b dove viene utilizzato un set-up di 38-marcatore.
  13. Seguire le istruzioni per creare un modello di scheletro d'etichettatura che può essere utilizzato per la ricostruzione e auto-etichettatura nella successiva acquisizione di dati ed elaborazione18fornito dal produttore. In particolare, Chiedi a uno studente a stare sulla posizione iniziale della stazione passo-passo con tutti gli indicatori collegati. Istruire il partecipante di stare quanto più possibile fermi e assicurarsi che tutti gli indicatori sono visibili attraverso il sistema di motion capture. Catturare una prova (durata circa 10 s). Nel movimento sistema di acquisizione, assegnare ogni marcatore un nome e creare segmenti collegando insieme i marcatori. Collegare tutti i segmenti per finalizzare il modello scheletro (mostrato in Figura 1C).

2. partecipante preparazione

  1. Informare i partecipanti di indossare indumenti idonei (ad es., pantaloncini e maglietta) prima di visitare il laboratorio.
  2. All'arrivo, chiedere ai partecipanti di leggere attentamente e firmare il modulo di consenso. Schermo per l'eleggibilità di studio.
    Nota: I questionari di screening potrebbero essere diversi in base allo scopo di ogni studio individuale. Questi questionari possono includere, ma non sono limitati a, la mano dominanza questionario19, attività fisica globale questionario livello20, questionario di salute neurologica e la batteria di valutazione di movimento per bambini21 .
  3. Chiedere ai partecipanti di togliersi le scarpe e calzini, quindi allegare 38 marcatori riflettenti sferici, ogni 50 mm di diametro, per la pelle pre-determinato significativi monumenti ossuta con del nastro adesivo doppio ha parteggiato, ipo-allergenici e pre-avvolgimento del nastro. Questo set-up del marcatore è lo stesso come il modello di scheletro personalizzato illustrato in Figura 1b.
  4. Deselezionare tutti i riflessi indesiderati diversi da quelli 38 marcatori dal corpo del partecipante (Vedi punto 1.8).
  5. Chiedere ai partecipanti di stare tranquillamente in posizione di riposo in una posa di T. Eseguire il sistema di motion capture per catturare tutti i marcatori per 10 s (cioè., la prova di calibrazione).

3. la procedura di attività SRT piedi-fare un passo

  1. Prima di ogni partecipante viene avviata l'operazione, impostata i parametri, tra cui, ma non limitato a: bloccare partecipante numero ID, ID di gruppo, di apprendimento, la durata della presentazione dello stimolo e l'intervallo di tempo tra stimoli (ISI) o (intervallo di risposta-stimolo RSI) che controlla l'intervallo di tempo tra il completamento del movimento e l'inizio dello stimolo successivo (in questo caso, sono necessari sensori elettrici in gomma sotto la posizione home; vedere protocollo 1 per maggiori dettagli).
    Nota: Potrebbe essere variata l'ISI (ad es., 1.300 ms o 1.000 ms) secondo lo scopo dello studio.
  2. Istruire i partecipanti di stare in posizione di riposo e regolare la distanza della posizione casa in modo che i partecipanti possono comodamente salire sulla tutti i sei obiettivi al piano.
  3. Istruire i partecipanti con il passo rapidamente su ogni destinazione diverse volte e segnare la distanza dalla posizione di riposo a ciascun obiettivo lunghezza passo-passo al più confortevole per ogni partecipante.
  4. Fornire le istruzioni per l'attività ai partecipanti.
    1. Istruire i partecipanti che, una volta che uno stimolo appare in una delle sei sedi mostrati sul monitor, hanno bisogno di passo più velocemente e accuratamente possibile alla destinazione corrispondente al piano e quindi tornare alla posizione di riposo.
    2. Chiedere ai partecipanti di passo con il piede giusto a tre obiettivi che si trova sul lato destro (cioè, gli obiettivi 1, 2 e 6; Figura 1a), e il piede sinistro per gli altri tre obiettivi (cioè., obiettivi, 3, 4 e 5; Figura 1a).
      Nota: I numeri sono invisibili ai partecipanti durante l'intera attività.
    3. Informare i partecipanti che c'è una pausa di 3 minuti dopo ogni esecuzione (cioè., blocco di apprendimento) dell'attività. Modificare la lunghezza della pausa in base alle esigenze sperimentali. Impostare un allarme per tempo per ricordare ai partecipanti della fine della pausa.
    4. Chiedere ai partecipanti di tenere i gomiti dal loro lato e piegato ad un angolo di novanta gradi quando eseguono l'attività affinché le telecamere possono vedere i marcatori inseriti sull'anca.
  5. Eseguire un blocco di pratica che consiste di 36 gradini (cioè., stimoli appaiono 36 volte con un ISI di 1.300 ms; veda la procedura un passo piede attività SRT per dettagli) così che i partecipanti hanno familiari con l'attività. Istruire i partecipanti che stimoli continuamente apparirà in una delle sei posizioni e hanno bisogno di rispondere agli stimoli più velocemente e con precisione come possono. Stimoli in questo blocco appaiono in un ordine casuale.
    Nota: L'ISI potrebbe essere sostituito da un RSI (vedere la procedura piedi-fare un passo di un attività SRT per dettagli). Se viene utilizzato un ISI molto breve, i partecipanti possono non essere in grado di rispondere ad alcuni stimoli. Questi passaggi sono considerati errori.
  6. Dopo il blocco di pratica, avviare i blocchi sperimentali. In questo protocollo, ci sono sei blocchi e ciascun blocco sperimentale è composto da 100 passi/stimoli. Dare ai partecipanti una pausa obbligatoria 3 min dopo ogni blocco.
    Nota: Nella circostanza di ISI 1.300 ms, ogni blocco richiede in genere circa 2,5 min. Se viene utilizzato un RSI, la lunghezza di ogni blocco può variare a seconda di quanto velocemente i partecipanti rispondono a stimoli.
    1. Istruire i partecipanti per la realizzazione di sei blocchi sperimentali. Impostare l'ordine specifico di stimoli visivi secondo gli scopi sperimentali. Stimoli seguono sia una sequenza casuale o specificata. La presentazione dell'ordine di stimolo è sconosciuta ai partecipanti.
      Nota: Il numero di blocchi sperimentali potrebbe variare. Qui, un design 6-blocco è stato introdotto dove una sequenza specificata A è dato in blocchi 1-4 e 6 e una sequenza romanzo B è presentata in blocco 5. Potrebbe anche essere variata la sequenza casuale e specifica. In questo protocollo, sequenza A segue l'ordine di 1423564215 (cioè., 1 - lato destro, 2 - anteriore destra, 3 - sinistra anteriore, 4 - sinistra, 5 - sinistro indietro, e 6 - laterale destro) e sequenza B segue l'ordine di 3615425214.
    2. Prima di ogni blocco di apprendimento, invita i partecipanti alla risposta agli stimoli più rapidamente e accuratamente come possono.
  7. Al completamento di tutti i blocchi di apprendimento, chiedere ai partecipanti di completare un post-test che consiste ampiamente utilizzati richiamo e riconoscimento le prove descritte letteratura13,14,22.

4. elaborazione dei dati e analisi statistica

  1. Per ogni partecipante, dati raccolti prove aperte nel software di sistema di motion capture. Scrivi una recensione su ogni prova e colmare eventuali lacune nei dati di prova secondo le istruzioni fornito dal produttore18.
  2. Esportare ogni prova di dati come un file ASCII che contiene tre coordinate per tutti i 38 marcatori.
  3. Derivare le variabili (cioè., tempo di reazione (RT), tempo di movimento (MT), tempo di risposta e la traiettoria dell'OCM) da ASCII file seguendo la procedura riportata di seguito:
    1. Inserire il file di dati ASCII in software di analisi dati. Utilizzare un filtro di Butterworth di ottavo ordine con una frequenza di taglio di 10 Hz per filtrare dati3.
      Nota: Il modo per ricavare la traiettoria di movimento COM dipende il set-up del marcatore. Nella confi gurazione di 38-indicatore mostrato in Figura 1b, metodi e parametri antropometrici descritti da De Leva23 possono essere impiegati. Uno può anche monitorare il movimento dell'OCM approssimativo misurato da un marcatore impostato al livello della quinta vertebra lombare24.
    2. Derivare il tempo di risposta, RT e MT seguendo le descrizioni qui sotto:
      1. Utilizzare i marcatori attaccati sui talloni, alluci e 5th metatarsi per caratterizzare le traiettorie dei movimenti del piede nel software di analisi dati.
      2. Tracciare la traiettoria di questi tre indicatori lungo la direzione verticale (perpendicolare al pavimento). Tracciare la traiettoria del marcatore punta all'interno del piano orizzontale (parallelo al pavimento) per identificare se ogni fase è eseguita correttamente per il target giusto. Passi per un bersaglio sbagliato sono esclusi per versioni successive analisi statistiche.
      3. Segnare la linea di base di altezza di ogni segnapunti prima e dopo ogni passaggio.
      4. Identificare l'insorgenza di movimento di ogni indicatore di come il primo campione quando l'indicatore raggiunge il 10% dell'altezza massima.
      5. Dal momento che ogni soggetto può utilizzare diverse strategie per toccare il bersaglio (utilizzando le dita o il metatarsoth 5), definire l'inizio del movimento utilizzando il marcatore che raggiunge il suo picco il più in anticipo.
      6. Identifica il punto finale di fare un passo come il punto di tempo quando il marcatore utilizzato scende alla stessa altezza come l'inizio.
      7. Continuamente di eseguire il programma di analisi di dati fino a 100 passi vengono elaborati.
      8. Per tutti i passaggi, calcolare e il tempo di risposta come la differenza temporale fra l'inizio di stimolo e alla fine del movimento, RT come la differenza temporale fra lo stimolo e gli inizi del movimento e la MT come la differenza temporale tra l'inizio del movimento di uscita e il punto finale. Salvare i file di output in formato xls.
      9. Utilizzando questi file con estensione xls, calcolare mezzo di queste variabili per ogni blocco e tra i partecipanti, i dati che saranno successivamente utilizzati per analisi statistiche.
      10. Poiché non vi è in genere un fattore di entro-oggetto (cioè., blocco di apprendimento) nel disegno sperimentale, utilizzare ANOVAs misto-effetto per analizzare i dati (misure ripetute ANOVA potrebbe essere utilizzato con cautela per quanto riguarda l'assunzione di sfericità). Determinare la matrice di co-varianza utilizzata nell'ANOVA effetto misto di criterio informazioni di Akaike (AIC). Decompongono i risultati significativi dai test di utilizzo post-hoc di ANOVA con specifiche procedure di correzione confronto multiple (secondo il disegno sperimentale). Impostare il livello di significatività statistico a p = 0,05.

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Representative Results

Il paradigma di cui sopra viene implementato da Du e colleghi in una serie di studi3,4,5. Usiamo una parte dei dati adottate da uno di questi studi4 per rappresentare l'utilizzo dell'attività SRT piedi-fare un passo. In questo studio, ci sono 6 blocchi di apprendimento e un RSI di 700 ms è usato. Stimoli visivi seguita la sequenza A (cioè., 1423564215; Figura 1a) in blocchi da 1 a 4 e 6 e seguita la sequenza B (i. e., 3615425214) nel blocco 5. L'intervallo di risposta-stimolo è impostato come 700 ms. Figura 2a illustra i tempi di risposta medi di 12 giovani adulti all'interno di sei blocchi di apprendimento. Il tempo di risposta qui nel compito SRT piede-stepping rivela il modello stesso e grandezze paragonabile al tempo di risposta che sono state precedentemente osservate nel classico dito-premendo SRT compito2,25,26 . In particolare, il tempo di risposta a una sequenza di romanzo è significativamente più lento nel blocco 5 confrontato con la sequenza appresa nel blocco 4 (differenza = 83,4 ms ± 13,19, media ± errore standard; p < 0,001), che indica l'apprendimento della sequenza1,2. Anche se l'apprendimento della sequenza in operazioni di dito-premendo e piedi-fare un passo non è stato confrontato direttamente, il modello nei tempi di risposta e grandezza simile suggeriscono che apprendimento implicito sequenza motoria non può essere influenzato dalla presenza del controllo posturale requisiti negli adulti in genere sviluppati.

Figura 2b sono illustrati due componenti del tempo di risposta: RT e Mt. dire RT presenta lo stesso schema come tempo di risposta. In particolare, è più lento di quello nel blocco 4 RT in blocco 5 (differenza = 93,19 ms ± 12,69; p < 0,001). A differenza di risposta tempo e RT, MT è paragonabile tra i blocchi 4 e 5 (differenza = ±-7,730 ms 3,88; p = 0,072). Gli stessi risultati di RT e MT sono stati segnalati in altri nostri studi3,5. Insieme, questi risultati suggeriscono che l'apprendimento di sequenza è più probabile essere riflessa da RT, un proxy di elaborazione cognitiva, piuttosto che MT, che caratterizza il movimento stesso.

Figura 3 e Figura 4 raffigurano esempi delle direzioni lungo le quali il COM si muove 100 ms prima che venga visualizzato gli stimoli. La direzione dell'OCM per ogni stimolo è molto incoerente all'inizio (cioè., block 1), e questi sensi di movimento apparentemente casuale non cambiano attraverso blocchi in un partecipante (Figura 3). Per un altro partecipante (Figura 4), tuttavia, queste direzioni di movimento casuale diventano più consistente come apprendimento progredito attraverso blocchi. Figura 5a Mostra i cambiamenti significativi della variabilità di direzione del movimento attraverso blocchi (F(5,55) = 3,07, p < 0,05). In particolare, la variabilità è aumentata da blocco 4-5 (p < 0,05), che indica che la direzione del movimento COM sarebbe un segno evidente della sequenza motoria, apprendimento nell'attività SRT.

Ancora più importante, il movimento anticipatoria centro di massa è probabile riflettere il processo esplicito di funzionamento nell'apprendimento implicito sequenza motoria. L'aumento della variabilità da blocco 4 o 5 è stata dimostrata solo in partecipanti (n = 6, p < 0,05) che ha acquisito, almeno parzialmente, la conoscenza esplicita della sequenza, ma non in partecipanti (n = 6, p = 0.98) che non hanno presentato esplicite conoscenza; Figura 5b evidenzia questa conoscenza di sequenza. Inoltre, il cambiamento nella variabilità da blocco 4 o 5 è significativamente correlato alla quantità di conoscenza esplicita acquisita dai partecipanti (Figura 5C).

Figure 1
Figura 1: set-up sperimentale. (a) otto telecamere sono opportunamente posizionati in modo che elimina i dati da tutti i marcatori possono essere raccolti. Sei obiettivi passo-passo sul pavimento corrispondono agli stimoli visivi sei mostrati sul monitor. (b) 38 marcatori riflettenti sferici di un diametro di 0,5 cm ciascuno sono attaccati sulla pelle a punti di riferimento significativi ossute. Questi monumenti ossuti sono il vertice, 7th vertebra cervicale, incavo sternale, acromions, gomiti (laterale e mediale), parte superiore delle braccia, polsi (radiali e ulnari), 3rd knuckles, Spine iliache superiori anteriori (ASIS), iliaca posteriore superiore spine (PSIS), centro tra due PSISs, ginocchia (laterale e mediale), tibie, caviglie (laterale e mediale), calcagno, alluci e 5th metatarsi. Viola di marcatori: marcatori visibili dalla vista anteriore; marcatori rossi: marcatori sul retro; bianco marcatori: marcatori rimosso dopo la prova statica. (c) un modello di scheletro basato sul set-up di 38 marcatori. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: la scomposizione del tempo di risposta in RT e Mt. (a) i tempi di risposta medi su blocchi. L'area grigia rappresenta blocco 5 dove l'aspetto degli stimoli segue una sequenza di romanzo. Sequenza di apprendimento si verifica come rivelato da un tempo di risposta più lento nel blocco 5 di quello nel blocco 4. (b) RT, come componente del tempo di risposta, esibisce il modello stesso come tempo di risposta, mentre MT non cambia da blocco 4 al blocco 5. Barra di errore: errore Standard della media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: direzione di movimento il COM da un partecipante con nessuna conoscenza esplicita sequenza. Il senso di movimento COM è indicato per ogni stimolo (stimoli 1 - 6, Vedi fig. 1a) su blocchi. Il COM potrebbe spostare dall'origine in qualsiasi posizione sul cerchio tratteggiato, che rappresenta tutte le direzioni il COM poteva muoversi. Cerchi vuoti rappresentano le direzioni osservate. La tinta freccia rappresenta la direzione media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: direzione di movimento il COM da un partecipante con conoscenza esplicita sequenza. Il senso di movimento COM è indicato per ogni stimolo (stimoli 1-6, vedere Figura 1a) su blocchi. Il COM potrebbe spostare dall'origine in qualsiasi posizione sul cerchio tratteggiato che rappresenta il COM poteva muoversi lungo tutte le direzioni. Cerchi vuoti rappresentano le direzioni osservate. La tinta freccia rappresenta la direzione media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: la variabilità nei sensi di movimento COM e il suo rapporto con i processi espliciti ed impliciti coinvolti nell'apprendimento sequenza. La direzione del movimento è quantificata dalla lunghezza dell'arco tra ogni cerchio vuoto e il punto dove la freccia media punti nella Figura 3 e nella figura 4. Ciò equivale all'angolo (in gradi) dalla direzione di moto medio per la linea che collega l'origine e ogni cerchio vuoto. La variabilità è calcolata come la deviazione standard attraverso gli angoli. (a) la variabilità media attraverso blocchi: area in grigio rappresenta blocco 5, dove l'aspetto degli stimoli segue una sequenza di romanzo. La variabilità è aumentato da blocco 4 a 5. (b) tali cambiamenti della variabilità di direzione del movimento COM sono mostrati solo a partecipanti che acquisiscono, almeno parzialmente, conoscenza esplicita della sequenza, ma non in partecipanti che non mostrano una conoscenza esplicita della sequenza. (c) il cambiamento nella variabilità da blocco 4 o 5 è significativamente correlato alla quantità di conoscenza esplicita acquisita dai partecipanti. Barra di errore: errore Standard della media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Questo protocollo descrive il set-up sperimentale e le procedure per un'attività SRT modificata. L'attività SRT modificata condivide la sua semplicità accattivante con il compito SRT classico, anche se l'attività SRT modificata richiede uso di una tecnica di cattura del movimento. Come il classico compito SRT, molti parametri possono essere manipolati per domande di ricerca specifico nell'attività un passo piede SRT, inclusi ma non limitati a: la lunghezza dell'intervallo-stimolo intervallo o risposta-stimolo intervallo27, il tipo di sequenza struttura28e la consapevolezza della sequenza conoscenza29.

Rispetto al classico compito SRT, il compito di fare un passo piede presenta tre vantaggi. In primo luogo, l'attività SRT piede-stepping richiede lo spostamento le gambe mentre mantenendo una posizione eretta del corpo intero, piuttosto che semplicemente premendo quattro dita mentre era seduto come richiesto nell'attività SRT classico. Così, il compito di fare un passo del piede è una variante del compito SRT, che comporta una maggiore complessità di controllo motore di dito che preme e così meglio approssima apprendimento implicito sequenza motoria nelle attività quotidiane sequenziata. Inoltre, considerando il rapporto interattivo tra controllo posturale e processi cognitivi30,31,32,33, questa attività SRT un passo piede anche ci permette di capire come controllo posturale interagisce con lordo sequenza motoria, apprendimento, particolarmente in popolazioni, come i bambini con disordine inerente allo sviluppo di coordinazione6,7,8, che hanno difficoltà nell'integrazione posturale controllo e compiti cognitivi. Questa linea di ricerca servirebbe come una Fondazione nello sviluppo di interventi ottimali per bambini e adulti con difficoltà di apprendimento di abilità motore lordo.

In secondo luogo, l'esecuzione di un'azione motoria in genere comporta fasi multiple, tra cui obiettivo selezione, pianificazione motoria ed esecuzione del movimento. Poiché l'attività SRT classico richiede solo premendo i tasti, che non comportano lo spostamento in nuove posizioni nello spazio, come le dita sono sempre le chiavi di risposta, sottolinea il compito selezione obiettivo, piuttosto che movimento esecuzione9, e il tempo di risposta utilizzato per apprendimento di sequenza di misura è una miscela di esecuzione di movimento e di selezione di obiettivo. L'attività SRT piede-stepping offre l'opportunità di esaminare se selezione obiettivo e/o esecuzione del movimento significativamente contribuisce all'apprendimento della sequenza motoria. Ad esempio, una caratteristica di esecuzione del movimento, tempo di movimento (MT), potrebbe essere esaminato nel compito SRT piedi-fare un passo. Anche se i nostri risultati rappresentativi non mostrano alcun contributo di MT all'apprendimento di sequenza impliciti, un fatto bene sottolineare qui è che l'attività SRT classico e il protocollo rappresentativo dell'attività modificate un passo piede non richiedono preciso intento alla risposta obiettivi. Ad esempio, i partecipanti nell'attività un passo piede sono incoraggiati, ma non strettamente necessario, per colpire con precisione bersagli (ma fare un passo verso la giusta direzione è necessario), come essi possono spostare la loro posizione di homing leggermente. Considerando che i partecipanti nell'attività dito-premendo sempre mettere le dita sui tasti corrispondenti così tale scopo esatto non è necessaria. Tuttavia, quando con l'obiettivo preciso è necessario, esecuzione del movimento può svolgere un ruolo cruciale nella sequenza di apprendimento10, suggerendo l'importanza della dissezione fasi multiple della performance motoria (cioè., obiettivo selezione, pianificazione motore e movimento esecuzione) per capire meglio i meccanismi di fondo dell'apprendimento sequenza motoria. Inoltre, l'attività SRT classico manca la sua capacità nel delucidamento l'evoluzione temporale dei processi cognitivi nell'apprendimento della sequenza di funzionamento. Al contrario, il piede-stepping SRT task, come altri SRT compiti che comportano movimenti spaziali (ad es., braccio raggiungendo e occhio di movimento)10,12, permette di esaminare le traiettorie di movimento continuo. La misura sulla dinamica temporale del movimento potrebbe essere utilizzata per rivelare processi cognitivi nascosti in sequenza futuri studi11di apprendimento. Ad esempio, utilizzando il movimento COM prima della comparsa di stimolo, possiamo accertare quale destinazione partecipanti mirano a prima di vedere lo stimolo, così come quando coerente anticipazioni avvengono, che non è fattibile nell'attività SRT di dito-premendo.

Un altro uso prominente dell'attività SRT è di perseguire lo sviluppo progressivo della conoscenza esplicita sequenza durante l'apprendimento di sequenza impliciti. La SRT è comunemente indicata per un apprendimento implicito operazione1,34. Tuttavia, sequenza di apprendimento nell'attività SRT spesso coinvolge un processo esplicito, come rivelato dalla capacità di ricordare e/o riconoscere la sequenza che segue l' attività SRT22. Poiché questi test di richiamo e/o riconoscimento sono di solito eseguiti dopo l'attività SRT, misura solo la quantità totale di conoscenza esplicita acquisita durante l'intera attività SRT. È difficile sapere quando emerge la memoria esplicita della sequenza e come si sviluppa progressivamente attraverso l'apprendimento. I nostri risultati rappresentativi indicano che l'attività SRT piede-stepping presenta la sua capacità unica di esaminare l'evoluzione temporale della conoscenza esplicita sequenza tra i blocchi di apprendimento. Ad esempio, la Figura 5a Mostra che la metà dei partecipanti iniziò ad acquisire conoscenza esplicita sequenza da blocchi 1 e 2 ed è diventato più consapevole della sequenza in blocchi 3 e 4.

In sintesi, questo protocollo introduce un'attività SRT modificata che coinvolge il movimento di piedi-fare un passo. Questa variante modificata dell'attività SRT classico aggiunge esigenze motorie e posturali che sono indispensabili nell'apprendimento sequenziale competenze nella vita quotidiana. Inoltre, l'attività SRT piede-stepping consente la separazione di esecuzione di selezione e movimento di obiettivo, due componenti che differenzialmente possono contribuire all'apprendimento implicito sequenza motoria. L'attività SRT piede-stepping fornisce anche un nuovo modo di studiare il funzionamento in parallelo dei processi coinvolti nell'apprendimento della sequenza motoria espliciti ed impliciti.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Il supporto per questa ricerca è stato fornito dall'Università del Maryland Kinesiologia Graduate Research Initiative Fund 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

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Du, Y., Clark, J. E. The "Motor" in… More

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).

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