Waiting
Login processing...

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

Behavior

"Motoren" i implisitt Motor sekvens læring: en fot-stepping føljetong reaksjon tid oppgave

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

Vi introdusere fot-stepping føljetong reaksjonstid (SRT) aktivitet. Dette endret SRT oppgave, utfyller den klassiske SRT oppgave som involverer bare finger-trykke bevegelse, bedre tilnærmet sekvensert daglige og tillater forskere å studere dynamisk prosessene underliggende diskret svar tiltak og greie eksplisitt prosessen i implisitt sekvens læring.

Abstract

Denne protokollen beskriver en modifisert føljetong reaksjonstid (SRT) aktivitet for sliping implisitt motor sekvens læring. I motsetning til den klassiske SRT oppgaven som involverer finger-trykke bevegelser mens du sitter, krever endret SRT aktiviteten deltakerne til å gå med begge beina samtidig opprettholde en står holdning. Stepping oppgaven nødvendiggjør hele kroppen handlinger som pålegger postural utfordringer. Aktiviteten fot-stepping utfyller den klassiske SRT aktiviteten på flere måter. Foten-stepping SRT oppgaven er et bedre proxy for daglige aktiviteter som krever pågående postural kontroll, og dermed kan hjelpe oss å forstå rekkefølgen læring i virkelige situasjoner. I tillegg responstid fungerer som en indikator av læring i klassisk SRT oppgaven, men det er uklart hvorvidt responstid, reaksjonstid (RT) som representerer mentale prosessen eller bevegelse tid (MT) reflekterer bevegelsen selv, er en sentral aktør i motor sekvensen læring. Foten-stepping SRT oppgaven tillater forskere å greie responstid RT og MT, som kan avklare hvordan motor planlegging og kjøring av bevegelse er involvert i sekvens læring. Til slutt, postural kontroll og kognisjon er interaktivt relatert, men lite er kjent om hvordan postural kontroll samhandler med læring motor sekvenser. Med en motion capture system, bevegelsen av hele kroppen (f.eks., senteret av massen (COM)) kan registreres. Slike tiltak kan avsløre dynamisk prosessene underliggende diskret svar målt ved RT og MT, og kan hjelpe Klargjørende forholdet mellom postural kontroll og eksplisitte og implisitte prosessene i sekvens læring. Detaljer av eksperimentelle set-up, prosedyre og databehandling er beskrevet. Representant dataene er tatt fra en av våre tidligere studier. Resultatene er relatert til responstid, RT, og MT, samt forholdet mellom foregripe postural svaret og eksplisitt prosessene i implisitt motor sekvens læring.

Introduction

Implisitt motor sekvensen læring, vanligvis kjent som å lære en rekkefølge uten å vite sekvensen, er avgjørende for vår daglige aktiviteter og har vært godt studert ved en paradigmatiske aktivitet kalt aktiviteten føljetong reaksjonstid (SRT) designet av Nissen og Bullemer 1. i denne klassiske SRT oppgaven deltakerne Trykk for å svare raskt og nøyaktig visuelle stimuli. For å undersøke sekvens læring, er utseendet på visuelle stimuli manipulert for å følge enten en pre strukturert eller tilfeldig rekkefølge, som er ukjent for deltakerne. Læring er dokumentert av den raskere responstiden til pre strukturert sekvensen (f.eks., trening sekvensen) enn til tilfeldig eller annen pre strukturert sekvens1,2. Mens klassiske SRT oppgaven krever vanligvis bi-manuelle finger å tappe, omfatter et stort flertall av implisitt motor læring i dagligdagse aktiviteter som dans, spille musikkinstrumenter, eller sport, hele kroppen handlinger som presenterer postural og treghet utfordringer ikke funnet i klassisk SRT oppgaven. Derfor foreslått vi at sekvensen læring aktiviteter må være mer multifasettert. I tillegg fokus på tidligere forskning har vært nesten utelukkende på kognitive komponenten av oppgaven (f.eks., beslutning å gjøre eller handling utvalg), ignorerer motorstyring problemene involvert i sekvens læring (f.eks., bevegelse utførelse). Dermed for ytterligere å forstå implisitt motor sekvens lære, er det viktig å studere sekvens læring i en hele kroppen eller grov motoriske aktivitet som bedre tilnærmet våre daglige motor aktiviteter.

I våre studier utvidet vi klassiske SRT oppgaven en modifisert SRT aktivitet der finger trykker ble erstattet av foten stepping for å innlemme postural kontroll i sekvens lære3,4,5. Endret oppgaven presenterer sine egne fordeler for å utfylle klassiske SRT oppgaven. Først etterligner brutto motor sekvens læring oppgaven bedre daglige sekvensiell aktiviteter der hele kroppen bevegelse er involvert. Til dags dato, vår forståelse av motor lære vanligvis kommer fra klassisk SRT oppgaven, men lite er kjent om kunnskap om motor sekvens læring fra klassisk SRT oppgaven gjenstår for å være sant i læring sekvensiell motoriske ferdigheter i daglige aktiviteter. Dermed endret SRT oppgaven tillater oss å undersøke om systematisk rapporterte egenskaper (f.eks., uavhengig av alder implisitt sekvens læring mellom barn og voksne) i aktiviteten finger-trykke SRT holdes når postural er involvert. I tillegg bestander med holdning kontroll og grov motoriske ferdigheter lærevansker, for eksempel barn med utviklingsforstyrrelser koordinering lidelse6,7,8, forstå holdning hvordan kontroll samhandler med grov motoriske sekvens læring er avgjørende for å forbedre intervensjon strategier og dermed optimalisere effektiviteten av læring sekvensiell motoriske ferdigheter i dagliglivet.

Andre, en felles forestilling om implisitt sekvens læring er at motor planlegging, og ikke bevegelse kjøring, spiller en viktig rolle i å lære en sekvens i klassisk SRT oppgave9. Dette er fordi å trykke ikke innebærer flytte til nye steder i rommet, fingrene er alltid på tastene svar. Men innebære mange daglige sekvensiell opptreden store romlige bevegelser. Lite er kjent om hvorvidt bevegelse kjøring er en sentral aktør i motor sekvens lære når store romlige bevegelser er nødvendig. Klassisk SRT vervet fungerer responstid, summering reaksjonstid (RT) og bevegelse (MT), som angir sekvensen læring. Foten-stepping SRT oppgaven, som andre paradigmer som involverer romlige bevegelser10, gjør forskeren å greie responstid i implisitt rekkefølge lære RT, som gjenspeiler kognitive behandling, og MT, som karakteriserer bevegelse selv.

Tredje, i tillegg til MT, kombinasjonen av fot-stepping SRT aktivitet og motion capture teknikker gir rik data på kontinuerlig hele kroppen bevegelse (f.eks., bevegelsen av senteret av massen eller COM). Måle kontinuerlig endring av bevegelsen har fordelen av avslørende dynamikken i til kognitive prosesser underliggende diskret svaret målt ved RT eller MT11,12. Spesielt forklares læring sekvenser i aktiviteten SRT vanligvis som en blanding av eksplisitte og implisitte prosesser. At til tross for den vanlige bruken av SRT aktiviteten som en implisitt læring oppgave viser deltakerne ofte evne til å huske verbalt lærte sekvensen etter aktiviteten SRT, antyder en eksplisitt komponent involvert i implisitt sekvens læring. Selv om komponenten eksplisitt kan vurderes av tilbakekalling tester utført etter SRT oppgave13,14, mangel testene etter oppgave evnen å undersøke verdslige utviklingen av eksplisitt kunnskap i læring. Vi foreslår at med eksplisitte sekvens kunnskap, en person ville vet hvor neste stimulans, og dermed produsere foregripe postural justering15,16,17 på en feedforward måte å forberede for stepping foten flytte til tilsvarende målet. Derfor åpner undersøke bevegelsen av COM før stimulans utseendet (dvs., forventning) et vindu til å studere progressiv utviklingen av eksplisitt minne i implisitt sekvens læring.

Protokollen demonstrerer eksperimentelle set-up og prosedyren for foten-stepping SRT oppgaven. Vi gir representant resultater responstid, RT og MT. I tillegg presenterer vi resultater om forholdet mellom holdning kontroll og eksplisitt prosesser underliggende implisitt motor sekvens læring.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Protokollen ble utført i henhold til veiledning godkjent av institusjonelle Review Board ved University of Maryland, College Park.

1. eksperimentelle Set-up

  1. Definere et motion capture system som vist i figur 1a. Plass åtte kameraer i en sirkel med en radius på 4 m.
    Merk: Antallet og posisjoner av kameraer kan være varierte, gitt alle kameraer er riktig posisjonert for å få en klar visjon av hvert reflekterende merke festet til en deltakers kroppen.
  2. Definere en stepping stasjon i midten av sirkelen. Posisjon et "hjem posisjon" dekket av mørk blå følte matter i midten av stepping stasjonen og plassere seks stepping mål dekket av lys blå følte matter rundt utgangsstillingen som foran, bak og side (figur 1b). Bestemmer avstanden mellom mål og hjem posisjon, ifølge et individs stepping avstand (se trinn 3 i foten-stepping SRT oppgave prosedyren).
  3. For å kontrollere aktiviteten pacing tilstand, plassere to elektriske gummi sensorer som genererer analoge signaler når rørt, under utgangsstillingen å oppdage tidspunktet når føttene tilbake.
  4. Plasser en 23'' skjerm 2 m foran utgangsstillingen. Seks visuelle stimuli samsvarer romlig med de seks stepping mål på gulvet.
  5. Styre utseendet visuelle stimuli ved hjelp av et dataprogram som er installert på en bærbar datamaskin.
  6. Synkronisere laptop og motion capture systemet benytter en data output og oppkjøp enhet.
  7. Slå på motion capture kameraene, og sikte dem slik at hvert kamera kan vise volumet rundt stepping stasjonen.
  8. Identifisere om uønskede reflekterende objekter fra fangst volumet (f.eks., refleksjon fra lys, etasje eller reflekterende materiale). Dekk disse identifiserte reflekterende objekter med stoff materiale, slik at de ikke er feilaktig samlet som data under eksperimentelle studier.
  9. Bruke instruksjonene og utstyr levert med motion capture system, kalibrere motion capture systemet for å sikre nøyaktig samling 3D data reflekterende markører18.
  10. For dynamisk kalibrering, bølge kalibrering tryllestaven leveres med motion capture systemet gjennom plassen hvor alle reflekterende markører ville flytte når deltakerne utfører aktiviteten SRT. Samle 2.000 bilder Imaging data for dynamisk kalibrering.
  11. For statisk kalibrering, plassere kalibrering tryllestaven på gulvet med en posisjon og retning som kan brukes som opphav til koordinering systemet av motion capture system. Kjøre motion capture systemet for å angi startpunktet.
  12. Utforme en markør som er satt avhengig av formålet med studie.
    Merk: Et eksempel er vist i figur 1b der en 38-markør oppsett brukes.
  13. Instruksjonene leverandører å opprette en merking skjelett mal som kan brukes for gjenoppbygging og auto-merking i senere datainnsamling og behandle18. Spesielt spørre deltaker å stå på utgangsstillingen stepping stasjonen med alle markører knyttet. Instruere deltakeren skal stå så stille som mulig og at alle merkene er synlige i motion capture systemet. Fange en prøveversjon (varer ca 10 s). I bevegelse fange system, tilordne hver merketråd et navn og opprette segmenter ved å koble markører sammen. Koble alle segmenter for å fullføre skjelett malen (vist i figur 1 c).

2. deltakerne forberedelse

  1. Informere deltakerne å ha riktig antrekk (f.eks., shorts og en t-skjorte) før du besøker laboratoriet.
  2. Ved ankomst kan du be deltakerne nøye lese og signere skjemaet samtykke. Skjermen for studien valgbarhet.
    Merk: Screening spørreskjemaene være forskjellig basert på hensikten med hver enkelt studie. Disse spørreskjemaer kan omfatte, men er ikke begrenset til, hånd dominans spørreskjemaet19, globale fysisk aktivitet nivå spørreskjemaet20, nevrologiske helse spørreskjemaet og bevegelse vurdering batteriet for barn21 .
  3. Be deltakerne ta av deres sko og sokker, og fest 38 sfærisk reflekterende markører, hver 50 mm diameter på huden på forhåndsbestemte betydelig benete landemerker bruker dobbel sided, Hypoallergenisk teip og pre pakking tape. Dette merket oppsettet er det samme som tilpasset skjelett mal vises i figur 1b.
  4. Fjerne alle uønskede refleksjoner enn de 38 markørene fra deltakerens kroppen (se trinn 1.8).
  5. Pålegge deltakere å stå stille på utgangsstillingen i en T-positur. Kjøre motion capture systemet å fange alle markører for 10 s (dvs., kalibreringen prøve).

3. fot-stepping SRT oppgave prosedyre

  1. Før hver deltaker starter oppgaven, angi parametere, inkludert, men ikke begrenset til: deltaker ID, gruppe-ID, antall læring blokkere, hvor tid stimulans presentasjon og tidsintervallet mellom stimuli (ISI) eller svar-stimulans intervall ( RSI) som styrer tidsintervallet mellom fullføringen av bevegelse og starten av neste stimulans (i dette tilfellet elektrisk gummi sensorer er nødvendig under utgangsstillingen, se protokollen delen 1 for detaljer).
    Merk: ISI kan varieres (f.eks., 1300 ms eller 1000 ms) etter studien.
  2. Pålegge deltakere å stå på utgangsstillingen og justere avstanden utgangsstillingen slik at deltakerne kan komfortabelt gå til alle seks mål på gulvet.
  3. Pålegge deltakere å raskt gå på hvert mål flere ganger, og merke avstanden fra utgangsstillingen til hvert mål på de komfortable stepping lengde for hver deltaker.
  4. Gi instruksjoner for oppgaven til deltakerne.
    1. Pålegge deltakere at når en stimulans vises på en av seks steder vises på skjermen, de trenger å gå så raskt og nøyaktig som mulig til tilsvarende målet på gulvet og deretter gå tilbake til utgangsstillingen.
    2. Be deltakerne å gå med høyre fot til tre målene på høyre side (dvs., mål 1, 2 og 6. Figur 1a), og venstre fot til andre tre mål (dvs., mål 3, 4 og 5. Figur 1a).
      Merk: Tallene er usynlig for deltakerne under hele aktiviteten.
    3. Informere deltakerne at det er en 3 min pause etter hver (dvs., lære blokk) for aktiviteten. Endre lengden på pause basert på eksperimentell behov. Angi en tid alarmen til å påminne deltakerne på slutten av pausen.
    4. Pålegge deltakere å holde albuene ved deres side og bøyd i nitti graders vinkel når de utfører oppgaven slik at kameraene kan se indikatorene på hoften.
  5. Kjøre en praksis blokk som består av 36 trinn (dvs., stimuli vises 36 ganger med en ISI av 1300 ms, se fot-stepping SRT oppgave prosedyren for detaljer) slik at deltakerne er kjent med oppgaven. Pålegge deltakere at stimuli vises kontinuerlig på en av seks steder og de må svare på stimuli som raskt og nøyaktig som de kan. Stimuli i denne blokken vises i tilfeldig rekkefølge.
    Merk: ISI kunne erstattes med en RSI (se fot-stepping SRT oppgave prosedyren for detaljer). Hvis en svært kort ISI brukes, kan deltakerne ikke kunne svare på noen stimuli. Følgende anses feil.
  6. Etter praksis blokken, starte eksperimentelle blokkene. I denne protokollen, seks blokker og hver eksperimentelle blokk består av 100 trinn/stimuli. Gi deltakerne en obligatorisk 3 min pause etter hver blokk.
    Merk: Under 1300 ms ISI tilstanden, hver blokk vanligvis tar ca 2,5 min. Hvis en RSI, kan lengden på hver blokk variere avhengig av hvor fort deltakerne svare på stimuli.
    1. Pålegge deltakere å fullføre seks eksperimentelle blokker. Angi bestemte rekkefølgen av visuelle stimuli ifølge eksperimentelle formål. Stimuli følge enten en angitt eller tilfeldig sekvens. Presentasjonen av stimulans er ukjent for deltakerne.
      Merk: Antall eksperimentelle blokker kan variere. Her er en 6-blokk design introdusert der en angitt Serie A er gitt i blokker 1-4 og 6 og en ny serie B er presentert i blokk 5. Bestemt og tilfeldige sekvensen kan også varieres. Denne protokollen, sekvens A følger rekkefølgen på 1423564215 (dvs., 1 - høyre, 2 - rett foran, 3 - venstre foran, 4 - venstre, 5 - venstre tilbake, og 6 - rett tilbake) og sekvensen B følger rekkefølgen på 3615425214.
    2. Før hver læring blokk, pålegge deltakere å respons på stimuli så raskt og nøyaktig som de kan.
  7. Ved ferdigstillelse av alle læring blokkene, be deltakerne å fullføre en posttest som består av mye brukte tilbakekalling og anerkjennelse tester beskrevet i litteraturen13,14,22.

4. databehandling og statistisk analyse

  1. Åpne innsamlede data studier for hver deltaker i motion capture systemprogramvaren. Gå gjennom hvert forsøk og fylle i noen hull i rettssaken data etter leverandører instruksjoner18.
  2. Eksportere hvert data forsøk som en ASCII-fil som inneholder tre koordinatene for alle 38 markører.
  3. Utlede variabler (dvs., reaksjonstid (RT), bevegelse tid (MT), responstid og banen til COM) fra ASCII-filer følge trinnene nedenfor:
    1. ASCII-datafiler inn dataanalyse programvare. Bruke en åttende bestilling Butterworth filter med cutoff frekvens på 10 Hz til å filtrere data3.
      Merk: Måten å utlede COM bevegelse banen, avhenger av markør-oppsett. I 38-markør oppsettet vises i figur 1b, kan metoder og anthropometric parametere som De Leva23 anvendes. En kan også spore den omtrentlige COM målt ved en markør satt på nivå med den femte lumbale vertebra24.
    2. Utlede responstid, RT og MT etter beskrivelsene nedenfor:
      1. Bruke markører knyttet på hælene, store tærne og 5th metatarsals til å beskrive baner av foten bevegelser i dataanalyse programvare.
      2. Tegne banen av disse tre merkene langs den vertikal retningen (gulvet). Tegne banen på tå står i horisontalplanet (parallelt med gulvet) å identifisere om hvert trinn utføres riktig til riktig mål. Slik en feil mål er utelukket for senere statistiske analyser.
      3. Merk grunnlinjen for hver indikator høyde før og etter hvert trinn.
      4. Identifisere bevegelse utbruddet av hver indikator som første smakebit når markøren når 10% av maksimal høyde.
      5. Siden hvert emne kan bruke ulike strategier for å ta målet (benytter tærne eller 5th metatarsal), definere bevegelse utbruddet ved å bruke markøren når som sitt høydepunkt de tidligste.
      6. Identifiserer slutten-punktet i trekker som tidspunktet når brukt markøren faller til samme høyde som utbruddet.
      7. Data analyseprogrammet skal kjøres kontinuerlig til 100 trinn behandles.
      8. For alle trinnene, beregne og utgang responstiden som timelige forskjellen stimulans starten og slutten av bevegelse, RT som timelige forskjellen mellom stimulans og bevegelse onsets og MT som timelige differansen mellom bevegelse utbruddet og endepunktet. Lagre utdatafiler i XLS-format.
      9. Bruker disse XLS-filer, beregne betyr disse variablene for hver blokk og deltakere, data som vil bli brukt i statistiske analyser.
      10. Siden det er vanligvis en innenfor emnet faktor (dvs., lære blokk) i eksperimentell design, bruke blandet-effekt ANOVAs dataanalyse (gjentatte measures ANOVA kan brukes med forsiktighet om forutsetning av sphericity). Bestemme co varians matrisen brukes i blandet-effekt VARIANSANALYSE av den Akaike informasjon kriterium (AIC). Bryte ned de betydelige resultatene fra ANOVA bruker post hoc testene med bestemt flere sammenligning synskorreksjon prosedyrer (avhengig av eksperimentell design). Angi statistiske betydning på p = 0,05.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Over paradigmet er gjennomført av Du og kolleger i en rekke studier3,4,5. Vi bruker en del av dataene adoptert fra en av disse studiene4 representerer bruken av fot-stepping SRT oppgaven. I denne studien 6 læring blokker og en RSI av 700 ms brukes. Visuelle stimuli fulgte sekvens A (dvs., 1423564215; Figur 1a) blokker 1 til 4 og 6, og fulgte sekvens B (dvs., 3615425214) i blokk 5. Svar-stimulans intervallet angis som 700 ms. figur 2a illustrerer 12 unge voksne mener responstid over seks læring blokker. Responstiden her avslører i foten-stepping SRT oppgaven samme mønster og sammenlignbare størrelser til responstid som tidligere ble observert i den klassiske finger-trykke SRT oppgave2,25,26 . Responstid på en roman sekvens er spesielt merkbart saktere i blokk 5 sammenlignet med lærte sekvensen i blokk 4 (forskjellen = 83.4 ms ± 13.19, gjennomsnittlig ± standardfeil; p < 0,001), som angir læring av sekvens1,2. Selv om rekkefølgen læring under finger-trykke og fot-stepping ikke har blitt sammenlignet direkte, foreslår lignende størrelsen og mønster svartid at implisitt motor sekvens læring påvirkes av tilstedeværelsen av postural kontroll kravene i typisk utviklede voksne.

Figur 2b illustrerer to komponenter av responstid: RT og MT. mener RT viser det samme mønsteret som responstid. Spesielt RT i blokk 5 er tregere enn i blokk 4 (forskjellen = 93.19 ms ± 12.69; p < 0,001). I motsetning til svar tid og RT, MT er sammenlignbare mellom blokkene 4 og 5 (forskjellen =-7.73 ms ± 3.88; p = 0.072). Samme RT og MT resultatene er rapportert i våre andre studier3,5. Disse resultatene foreslår sammen at sekvensen læring er mest sannsynlig vil bli reflektert av RT, en proxy til kognitiv behandling, i stedet for MT, som preger bevegelsen selv.

Figur 3 og Figur 4 viser eksempler på skiltene langs COM flytter 100 ms før stimuli vises. Retning av COM for hver stimulans er svært inkonsekvent i begynnelsen (dvs., blokk 1), og disse tilsynelatende tilfeldige movement retningene ikke endre over blokker i en deltaker (Figur 3). For en annen deltaker (Figur 4), men blitt disse tilfeldige movement retninger mer konsekvent som læring kommet over blokker. Figur 5a viser betydelige endringer i bevegelse retning variasjon over blokker (F(5,55) = 3.07, p < 0,05). Spesielt variasjon økte fra blokk 4-5 (p < 0,05), indikerer at bevegelsesretning COM ville være et tydelig tegn av motor læring i aktiviteten SRT.

Enda viktigere, er foregripe senteret av massen bevegelsen sannsynlig å reflektere eksplisitt prosessen i implisitt motor sekvens læring. Økt variasjon av 4 til 5 ble demonstrert i deltakere (n = 6, p < 0,05) som ervervet, minst delvis eksplisitt kunnskap av sekvensen, men ikke i deltakere (n = 6, p = 0.98) som viste ikke eksplisitt kunnskap; Figur 5b fremhever denne sekvensen kunnskap. Videre er endringen i variasjon av 4 til 5 signifikant korrelert til mengden eksplisitt kunnskap ervervet av deltakere (figur 5 c).

Figure 1
Figur 1: eksperimentelle set-up. (a) åtte kameraer er riktig plassert slik at klare data fra alle merkene kan samles. Seks stepping mål på gulvet tilsvarer seks visuelle stimuli vises på skjermen. (b) 38 sfærisk reflekterende markører med 0,5 cm diameter hver er festet på huden på viktige benete landemerker. Disse benete landemerker inkluderer toppunktet 7th cervical vertebra sternal hakk, acromions, albuer (laterale og mediale), overarmer, håndledd (radial og ulnar), 3rd knokene, anterior overlegen iliaca spines (ASIS), bakre superior iliaca spines (PSIS), midt mellom to PSISs, knærne (laterale og mediale), tibias, ankler (laterale og mediale), calcaneus, store tærne og 5th metatarsals. Lilla markører: markører synlig fra forfra; rød markører: markører på baksiden; hvit markører: markører fjernet etter statisk rettssaken. (c) en skjelett mal basert på av 38 markører. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: nedbryting av responstid RT og MT. (a) mener responstider over blokker. Det grå området representerer blokk 5 der utseendet på stimuli følger en roman sekvens. Sekvensen læring skjer som åpenbart av dårligere svarstid i blokk 5 enn i blokk 4. (b) RT, i responstid, som viser det samme mønsteret som responstid, mens MT ikke endres fra blokk 4 til blokk 5. Feilfelt: Standard feil av gjsnitt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: The COM bevegelsesretning fra en deltaker uten eksplisitt sekvens kunnskap. COM-bevegelsesretning vises for hver stimulans (stimuli 1 - 6, se figur 1a) over blokker. COM kan flytte fra opprinnelsen til enhver posisjon på stiplet sirkelen, som representerer alle retninger COM kunne flytte. Tomme sirkler representerer observert retningene. Solid pilen representerer mener retning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: The COM bevegelsesretning fra en deltaker med eksplisitte sekvens kunnskap. COM-bevegelsesretning vises for hver stimulans (stimuli 1-6, se figur 1a) over blokker. COM kan flytte fra opprinnelsen til enhver posisjon på stiplet sirkelen som representerer alle retninger COM kunne flytte sammen. Tomme sirkler representerer observert retningene. Solid pilen representerer mener retning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: variasjon i COM bevegelse retninger og dens forhold til eksplisitte og implisitte prosessene i sekvens læring. Bevegelsesretning er kvantifisert av lengden på buen mellom hver tom sirkel og punktet der betyr pilen viser i Figur 3 og Figur 4. Dette er lik vinkelen (i grader) av mener bevegelse retningen til linjen opprinnelsen og hver tom sirkel. Variasjon er beregnet som standardavviket på tvers av vinkler. (a) mener variasjon over blokker: det grå området representerer blokk 5, der utseendet på stimuli følger en roman sekvens. Variasjon økte fra blokk 4 til 5. (b) endringer på COM bevegelse retning variasjon vises bare i deltakerne som kjøper, i hvert fall delvis, eksplisitt kunnskap av sekvensen, men ikke i som ikke viser eksplisitt kunnskap av sekvensen. (c) endringen i variasjon av 4 til 5 er signifikant korrelert til mengden eksplisitt kunnskap ervervet av deltakere. Feilfelt: Standard feil av gjsnitt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne protokollen beskriver eksperimentelle set-up og prosedyrer for en modifisert SRT aktivitet. Modifisert SRT oppgaven deler sin tiltalende enkelhet med klassisk SRT oppgaven, selv om endrede SRT oppgaven krever bruk av en motion capture teknikken. Som den klassiske SRT oppgaven, mange parametere kan manipuleres for spesifikke problemstillinger i foten-stepping SRT aktiviteten, inkludert men ikke begrenset til: lengden på intervallet-stimulans intervall eller svar-stimulans intervall27, hvilken sekvens strukturen28, og bevissthet om sekvens kunnskap29.

Sammenlignet med den klassiske SRT oppgaven, presenterer aktiviteten fot-stepping tre fordeler. Først krever fot-stepping SRT aktiviteten flytte bena samtidig opprettholde en står holdning i hele kroppen, i stedet for å trykke fire fingre mens du sitter som kreves i klassisk SRT oppgaven. Dermed er foten-stepping oppgaven en variant av aktiviteten SRT, som innebærer større motorstyring kompleksitet enn fingeren som trykker, og dermed bedre tilnærmet implisitt motor sekvens læring i daglige sekvensert aktiviteter. I tillegg vurderer interaktive forholdet mellom postural kontroll og kognitive prosesser30,31,32,33, fot-stepping SRT oppgaven også tillater oss å forstå hvordan postural kontroll samvirker brutto motor sekvens læring, spesielt i populasjoner, for eksempel barn med koordinering utviklingsforstyrrelse6,7,8, som har vanskeligheter med å integrere postural kontroll og kognitive oppgaver. Denne linjen av forskning ville tjene som en stiftelse i utviklingen av optimal tiltak for barn og voksne med grov motoriske ferdigheter lærevansker.

Andre innebærer utfører en motor handling vanligvis flere faser, inkludert mål utvalg, motor planlegging og kjøring av bevegelse. Siden classic SRT oppgaven krever bare trykke tastene, som ikke innebærer flytte til nye steder i rommet som fingrene er alltid på tastene svar, oppgaven understreker mål utvalg, i stedet for bevegelse kjøring av9, og responstiden brukt mål sekvens læring er en blanding av målet utvalg og bevegelse kjøring. Foten-stepping SRT oppgaven gir muligheten til å undersøke om målet utvalg og/eller bevegelse henrettet betydelig bidra til motor sekvens læring. For eksempel en karakteristisk for bevegelsen kjøring, bevegelse tid (MT), kan undersøkes i foten-stepping SRT oppgaven. Selv om vår representant resultater viser ingen bidrag av MT til implisitt sekvens læring, er et faktum verdt å vektlegge her at både klassisk SRT oppgaven og representant protokollen av endrede fot-stepping oppgaven ikke krever nøyaktige mål til svar mål. For eksempel deltakere i aktiviteten fot-stepping er oppmuntret, men ikke strengt nødvendig å treffe nøyaktig mål (men stepping mot riktig retning er nødvendig), da de kan skifter homing posisjonen litt. Mens, deltakere i aktiviteten finger-trykke alltid plassere fingrene på tilsvarende taster så det nøyaktige mål er ikke nødvendig. Men når nøyaktig sikte er nødvendig, bevegelse kjøring kan spille en avgjørende rolle i rekkefølge lære10, tyder betydningen av dissekere flere stadier av motor, er ytelsen (dvs., målet utvalg, motor planlegging og bevegelse utførelse) til videre forstå de underliggende mekanismene motor sekvens læring. Videre mangler klassiske SRT oppgaven sin evne i Klargjørende verdslige utviklingen av kognitive prosesser i sekvens læring. Derimot fot-stepping SRT aktivitet, som andre SRT aktiviteter som involverer romlige bevegelser (f.eks., arm nå og øye bevegelse)10,12, tillater oss å undersøke kontinuerlig bevegelse baner. Målingen på timelige dynamics bevegelse kan brukes å avsløre skjulte kognitive prosesser i fremtidige rekkefølge lære studier11. For eksempel kan bruker COM bevegelsen før stimulans utseende, vi fastslå hvilke mål deltakerne mål å før du ser stimulans, samt når konsekvent forventninger skje, som ikke er gjennomførbart i finger-trykke SRT oppgaven.

En annen fremtredende bruk av SRT oppgaven er å forfølge progressiv utviklingen av eksplisitt sekvens kunnskap i implisitt sekvens læring. SRT kalles vanligvis å som en implisitt læring oppgave1,34. Imidlertid innebærer sekvens læring i aktiviteten SRT ofte en eksplisitt prosess, som åpenbart av muligheten til å huske og/eller gjenkjenne sekvensen etter at SRT oppgave22. Siden disse tilbakekalling og/eller anerkjennelse testene utføres vanligvis etter aktiviteten SRT, måler det bare den totale mengden eksplisitt kunnskap ervervet for hele SRT aktiviteten. Det er vanskelig å vite når eksplisitt minne av sekvensen framgår og hvordan det gradvis utvikler seg gjennom læring. Våre representant resultater viser at aktiviteten fot-stepping SRT presenterer sin unike evne i å undersøke verdslige utviklingen av eksplisitt sekvens kunnskap over læring blokker. Figur 5a viser for eksempel at halvparten av deltakerne begynte å skaffe eksplisitt sekvens kunnskap fra blokker 1 og 2, og ble mer kjent med rekkefølgen blokker 3 og 4.

I sammendraget introduserer denne protokollen en modifisert SRT oppgave som involverer fot-stepping bevegelse. Denne modifisert variant av klassiske SRT oppgaven legger motor og postural krav som er uunnværlig i å lære sekvensiell ferdigheter i dagliglivet. I tillegg kan fot-stepping SRT oppgaven separasjon av målet utvalg og bevegelse kjøring, to komponenter som ulikt bidrar til implisitt motor sekvens læring. Foten-stepping SRT oppgaven gir også en ny måte å studere parallelle drift av de eksplisitte og implisitte prosessene involvert i motor sekvens læring.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Støtte for denne forskningen ble levert av University of Maryland kinesiologi Graduate forskning initiativ 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

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

Atferd problemet 135 implisitt motor sekvens læring seriell reaksjonstid oppgave fot-stepping bevegelse tid reaksjon postural kontroll eksplisitt læring implisitt læring
"Motoren" i implisitt Motor sekvens læring: en fot-stepping føljetong reaksjon tid oppgave
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

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