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Behavior

El "Motor" motor implícito la secuencia de aprendizaje: tiempo de reacción Serial pie-caminar tarea

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

Presentamos la versión de pie tarea de tiempo de reacción serial (SRT). Esto modifica la tarea SRT, complementando la SRT clásica tarea que implica sólo el movimiento dedo-presionar, mejor aproxima a diario actividades secuenciadas y permite a los investigadores para el estudio de los procesos dinámicos subyacentes a las medidas de respuesta discreta y desenredar el proceso explícito en el aprendizaje implícito de la secuencia de funcionamiento.

Abstract

Este protocolo describe una tarea de tiempo de reacción serial modificado (SRT) utilizada para estudiar el aprendizaje implícito secuencia motor. A diferencia de la clásica tarea SRT que implica movimientos de dedo-presionar al estar sentado, la tarea SRT modificada requiere que los participantes caminan con los pies manteniendo una postura de pie. Esta tarea paso a paso requiere acciones de cuerpo entero que imponen desafíos posturales. La tarea de pie-caminar complementa la clásica tarea SRT de varias maneras. La tarea SRT pie-caminar es un mejor proxy para las actividades diarias que requieren constante control postural y por lo tanto puede ayudarnos a comprender mejor el aprendizaje de la secuencia de situaciones de la vida real. Además, tiempo de respuesta sirve como un indicador de secuencia de aprendizaje en la clásica tarea SRT, pero no está claro si el tiempo de respuesta, tiempo de reacción (RT) que representa el proceso mental, o el tiempo de movimiento (MT) que refleja el movimiento en sí, es un jugador clave en el motor aprendizaje de la secuencia. La tarea SRT pie-caminar permite a los investigadores a desentrañar el tiempo de respuesta en RT y MT, que pueden aclarar cómo motor de planificación y ejecución del movimiento están implicados en el aprendizaje de la secuencia. Por último, cognición y control postural se relacionan interactivamente, pero poco se sabe sobre control postural cómo interactúa con secuencias motor de aprendizaje. Con un movimiento de captura de sistema, el movimiento del cuerpo entero (por ej., el centro de masa (COM)) pueden grabarse. Estas medidas nos permiten revelar los procesos dinámicos subyacentes a las respuestas discretas medidas por RT y MT y pueden ayudar a elucidar la relación entre el control postural y los procesos explícitos e implícitos en el aprendizaje de la secuencia. Se describen detalles del montaje experimental, procedimiento y procesamiento de datos. Se adoptan los datos representativos de uno de nuestros estudios anteriores. Resultados se relacionan con tiempo de respuesta, RT, MT, así como la relación entre la respuesta postural anticipatoria y los explícitos procesos implicados en el aprendizaje implícito secuencia motor.

Introduction

Implícito motor secuencia de aprendizaje, conocida generalmente como una secuencia de aprendizaje sin saber la secuencia, es fundamental para nuestras actividades diarias y ha sido bien estudiado por la tarea paradigmática de la tarea de tiempo de reacción serial (SRT) diseñada por Nissen y Bullemer el nombre 1. en esta tarea clásica de la SRT, los participantes Oprima las teclas para responder con rapidez y precisión a los estímulos visuales. Para examinar el aprendizaje de la secuencia, la aparición de estímulos visuales es manipulada para seguir ya sea una pre estructurada o aleatoria secuencia, que es desconocida para los participantes. Aprendizaje se evidencia por el tiempo de respuesta más rápido a la secuencia pre-estructurado (e.g., la secuencia de formación) que el azar u otra la estructura secuencia1,2. Mientras que la clásica tarea SRT típicamente requiere manual de bi finger tapping, una gran mayoría de implícito motor secuencia de aprendizaje en las actividades cotidianas, tales como bailar, tocar instrumentos musicales o jugando deportes, implica acciones de cuerpo entero que presentan desafíos posturales e inerciales que no se encuentra en la clásica tarea SRT. Por lo tanto, hemos propuesto que las tareas de aprendizaje secuencia tienen que ser más polifacética. Además, el foco de la investigación anterior ha sido casi exclusivamente en el componente cognitivo de la tarea (e.g., selección de acción o la decisión), ignorando los problemas de control del motor implicados en el aprendizaje de la secuencia (por ej., movimiento ejecución). Así, para entender más implícito motor secuencia de aprendizaje, es esencial para el estudio de aprendizaje de la secuencia en una tarea del motor todo el cuerpo o bruta que mejor se aproxima a nuestras actividades diarias del motor.

En nuestros estudios recientes, hemos ampliado la clásica tarea SRT a una tarea modificada de SRT donde presión de dedo fue substituido por pie paso a paso para incorporar el control postural en secuencia de aprendizaje3,4,5. Esta tarea modificada presenta sus propias ventajas para complementar la tarea clásica de la SRT. En primer lugar, la tarea de aprendizaje secuencia motor bruto mejor imita actividades secuenciales diarias cuando se trata de movimiento de todo el cuerpo. Hasta la fecha, nuestra comprensión de la secuencia motor aprendizaje típicamente proviene de la clásica tarea SRT, pero poco se sabe si el conocimiento de motor secuencia de aprendizaje de la tarea clásica de SRT sigue siendo cierto en el aprendizaje de habilidades motoras secuenciales en las actividades cotidianas. Por lo tanto, la tarea SRT modificada permite examinar si las características sistemáticamente informadas (e.g., secuencia implícita de independiente de la edad de aprendizaje entre niños y adultos) en la tarea SRT de dedo-presionar quedan al control postural es involucrados. Además, en poblaciones con una postura control y habilidad motor gruesa dificultades de aprendizaje, tales como niños con la coordinación del desarrollo trastorno6,7,8, entender cómo la postura control interactúa con secuencia motor bruto aprendizaje es fundamental para ayudar a mejorar las estrategias de intervención y así optimizar la eficacia de aprender habilidades motoras secuenciales en la vida diaria.

En segundo lugar, una noción común sobre el aprendizaje de la secuencia implícita es motor de planificación y no ejecución de movimiento, juega un papel importante en el aprendizaje de una secuencia en el clásico SRT tarea9. Esto es porque las teclas no implican la moviendo a nuevas ubicaciones en el espacio, ya que los dedos están siempre en las claves de respuesta. Sin embargo, muchos comportamientos secuenciales diarias implican grandes movimientos espaciales. Poco se sabe acerca de la ejecución del movimiento un actor clave en secuencia motor de aprendizaje cuando son necesarios grandes movimientos espaciales. En la clásica tarea SRT, tiempo de respuesta, la suma del tiempo de reacción (RT) y el tiempo de movimiento (TA), sirve como un indicador del aprendizaje de la secuencia. La tarea SRT pie-caminar, como otros paradigmas que implica movimientos espaciales10, permite al investigador separar tiempo de respuesta en secuencia implícito aprendizaje en RT, que refleja el proceso cognoscitivo y TA, que caracteriza el movimiento sí mismo.

En tercer lugar, además de MT, la combinación de la pie-caminar SRT tarea movimiento captura de técnicas y proporciona datos enriquecidos en el continuo movimiento de cuerpo entero (por ej., movimiento del centro de masa, o COM). El cambio continuo del movimiento de medición tiene la ventaja de revelar la dinámica de los procesos cognitivos subyacentes a la discreta respuesta medida por RT o MT11,12. En particular, secuencias de aprendizaje en la tarea de la SRT por lo general son explicadas como una mezcla de procesos explícitos e implícitos. Es decir, a pesar del uso común de la tarea de la SRT como una tarea de aprendizaje implícito, los participantes demuestran a menudo la capacidad para recordar verbalmente la secuencia aprendida después de la tarea de la SRT, sugiriendo un componente explícito implicados en el aprendizaje implícito de la secuencia. Aunque el componente explícito puede evaluarse mediante pruebas de memoria realizadas después de la SRT tarea13,14, estas pruebas de tareas posterior carecen de la capacidad de examinar la evolución temporal del conocimiento explícito durante el aprendizaje. Proponemos que con el conocimiento de la secuencia explícita, un individuo sería conocer la ubicación del estímulo próximo y así producir ajuste postural anticipatorio15,16,17 en forma de feedforward para preparar para los pies paso a paso mover el objetivo correspondiente. Por lo tanto, examinar el movimiento de la COM antes de la aparición del estímulo (es decir, anticipación) abre una ventana para estudiar el desarrollo progresivo de la memoria explícita durante el aprendizaje implícito de la secuencia.

El protocolo muestra el montaje experimental y el procedimiento de la tarea SRT pie-caminar. Proporcionamos resultados representativos del tiempo de respuesta, RT y Mt. Además, se presentan resultados sobre la relación entre control de la postura y los explícitos procesos aprendizaje implícito secuencia motor.

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Protocol

Se realizó el protocolo de acuerdo con las directrices aprobadas por la Junta de revisión institucional de la Universidad de Maryland, College Park.

1. Montaje experimental

  1. Establecer un sistema de captura de movimiento como se muestra en la Figura 1a. Colocar ocho cámaras en un círculo con un radio de 4 metros.
    Nota: El número y las posiciones de las cámaras puede ser variado, siempre que todas las cámaras se colocan adecuadamente para obtener una visión clara de todos los marcadores reflexivos al cuerpo de un participante.
  2. Configurar una estación de paso en el centro del círculo. Posición de una "posición inicial" cubierto por alfombras de fieltro azul oscuros en el centro de la estación de paso a paso y coloque seis objetivos paso a paso cubiertos por alfombras de fieltro azul luz que rodea la posición como su frente, parte posterior y lateral (Figura 1b). Determinar la distancia entre los objetivos y la posición, según la distancia paso a paso de un individuo (ver paso 3 del procedimiento de trabajo SRT pie-caminar).
  3. Para controlar la tarea de condición de estimulación, poner dos sensores de goma eléctrica, que generan señales analógicas cuando toca, debajo de la posición inicial para detectar el momento cuando regresan los pies.
  4. Coloque un monitor de 23'' de 2 m frente a la posición inicial. Los seis estímulos visuales espacial se corresponden con los seis objetivos paso a paso en el piso.
  5. Controlar el orden de aparición de los estímulos visuales mediante un programa informático instalado en un ordenador portátil.
  6. Sincronizar la computadora portátil y el sistema de captura de movimiento usando un dispositivo de salida y adquisición de datos.
  7. Encender las cámaras de captura de movimiento y oriéntelos para que cada cámara puede ver el volumen que rodea la estación de paso a paso.
  8. Identificar si hay objetos reflectantes no deseados desde el volumen de captura (e.g., reflexión de luz, planta o cualquier material reflectante). Cubrir estos objetos reflectivos identificados con material de la tela, para que no se erróneamente recogen datos durante ensayos experimentales.
  9. Usando las instrucciones y los equipos suministrados con el sistema de captura de movimiento, calibrar el sistema de captura de movimiento para asegurar la correcta recolección de datos 3-d de marcadores reflectantes18.
  10. Para la calibración dinámica, onda la varilla de calibración suministrada con el sistema de captura de movimiento a través del espacio donde se moverían todos los marcadores reflexivos cuando los participantes realizan la tarea de la SRT. Recoger 2.000 marcos de datos para la calibración dinámica de imágenes.
  11. Para la calibración estática, coloque la varilla de calibración en el piso con una posición y orientación que se puede utilizar como el origen del sistema de coordinación del sistema de captura de movimiento. Ejecutar el sistema de captura de movimiento para establecer el origen.
  12. Diseño de un marcador establecido según el propósito del estudio.
    Nota: Un ejemplo es mostrado en la Figura 1b donde se utiliza una configuración de marcador de 38.
  13. Siga las instrucciones proporcionadas por los proveedores para crear una plantilla esqueleto etiquetadora que puede utilizarse para la reconstrucción y etiquetado automático más adquisición de datos y procesamiento18. Específicamente, pregunte a un participante se pare en la posición de la estación de paso a paso con todos los marcadores de conexión. Instruir al participante como todavía posible y asegúrese de que todos los marcadores son accesibles a través del sistema de captura de movimiento. Un ensayo de captura (dura cerca de 10 s). En el movimiento sistema de captura, asignar cada marcador un nombre y crear segmentos conectando juntos los marcadores. Enlace de todos los segmentos para finalizar la plantilla esqueleto (se muestra en la figura 1 c).

2. participante preparación

  1. Informar a los participantes para usar ropa apropiada (por ej., pantalones cortos y una camiseta) antes de visitar el laboratorio.
  2. A su llegada, pida a los participantes a leer y firmar el formulario de consentimiento. Pantalla para la elegibilidad del estudio.
    Nota: Los cuestionarios de evaluación podrían ser diferentes basado en el propósito de cada estudio individual. Estos cuestionarios pueden incluir, pero no se limitan a, la mano dominación cuestionario19cuestionario nivel de actividad física global20, cuestionario de salud neurológicos y la batería de evaluación de movimiento para los niños21 .
  3. Pida a los participantes a sacar sus zapatos y los calcetines, luego conecte 38 marcadores reflectantes esféricos, cada 50 mm de diámetro, a la piel en determinado lugares huesudas significativa con cinta de adhesiva doble cara, hipoalérgico y envolver la cinta. Esta configuración del marcador es igual a la plantilla esqueleto que se muestra en la Figura 1b.
  4. Claro todas las reflexiones no deseadas que no sean los 38 marcadores del cuerpo del participante (ver paso 1.8).
  5. Instruir a los participantes a pie tranquilamente en la posición en una pose de T. Haga funcionar el sistema de captura de movimiento para capturar todos los marcadores de 10 s (es decir., la prueba de calibración).

3. el procedimiento de trabajo SRT pie-caminar

  1. Antes de cada participante comienza la tarea, establecer los parámetros, incluyendo, pero no limitado a: bloquear el participante número de ID, ID de grupo, de aprendizaje, el tiempo de presentación del estímulo y el intervalo entre estímulos (ISI) o estímulo respuesta () intervalo RSI) que controla el intervalo de tiempo entre la terminación del movimiento y la aparición del siguiente estímulo (en este caso, se necesitan sensores eléctricos de goma debajo de la posición; ver sección protocolo 1 para más detalles).
    Nota: El ISI podría variar (e.g., ms de 1.300 o 1.000 ms) según el propósito del estudio.
  2. Instruir a los participantes a colocarse en la posición y ajustar la distancia de la posición para que los participantes pueden caminar cómodamente sobre los seis objetivos en el piso.
  3. Encomendamos a los participantes a intervenir rápidamente en cada destino varias veces y marque la distancia desde la posición a cada objetivo longitud escalonamiento a lo más cómodo para cada participante.
  4. Proporcionar las instrucciones de la tarea a los participantes.
    1. Instruir a los participantes que una vez que un estímulo aparece en uno de seis puntos que se muestra en el monitor, que necesitan como forma rápida y precisa como sea posible en el destino correspondiente en el piso y luego volver a la posición.
    2. Pida a los participantes al paso con el pie derecho a los tres objetivos está situados a la derecha(es decir, objetivos 1, 2 y 6; Figura 1a), y el pie izquierdo a los otros tres objetivos (es decir., objetivos 3, 4 y 5; Figura 1a).
      Nota: Los números son invisibles a los participantes durante la tarea entera.
    3. Informar a los participantes que hay un descanso de 3 minutos después de cada carrera (es decir., bloque de aprendizaje) de la tarea. Modificar la longitud de la rotura en función de necesidades experimentales. Establecer una alarma para recordar a los participantes del final de la rotura.
    4. Instruir a los participantes para mantener los codos a su lado y doblado en un ángulo de noventa grados cuando se realiza la tarea para que las cámaras puedan ver los marcadores a la cadera.
  5. Ejecutar un bloque de práctica que consta de 36 pasos (es decir., estímulos aparece 36 veces con un ISI de 1.300 ms; vea el procedimiento de trabajo SRT pie-caminar para más detalles) para que los participantes están familiarizados con la tarea. Instruir a participantes que estímulos continuamente aparece en uno de seis puntos y tienen que responder a los estímulos tan rápidamente y exactamente como sea posible. Estímulos en este bloque aparecen en un orden aleatorio.
    Nota: El ISI podría ser reemplazado por un RSI (véase el procedimiento de tarea SRT pie-caminar para más detalles). Si se utiliza un ISI muy corto, los participantes no pueden ser capaces de responder a algunos estímulos. Estos pasos se consideran errores.
  6. Después el bloque de práctica, iniciar los bloques experimentales. En este protocolo, hay seis bloques y cada bloque experimental se compone de 100 pasos/estímulos. Dar a los participantes un descanso obligatorio 3 min después de cada bloque.
    Nota: Bajo la condición ISI de ms de 1.300, cada bloque típicamente toma unos 2,5 minutos. Si se utiliza un RSI, la longitud de cada bloque puede variar dependiendo de cómo rápidamente los participantes responden a estímulos.
    1. Instruir a los participantes a completar seis bloques experimentales. Define el orden específico de estímulos visuales según propósitos experimentales. Estímulos seguir ya sea una secuencia especificada o al azar. La presentación de la orden de estímulo es desconocida para los participantes.
      Nota: Puede variar el número de bloques experimentales. Aquí, se introduce un diseño de bloques de 6 donde se da una secuencia especificada A en bloques de 1-4 y 6 y una nueva secuencia B se presenta en el bloque 5. También podría variar la secuencia específica y al azar. En este protocolo, secuencia A sigue el orden de 1423564215 (es decir., 1 - derecha, 2 - derecha delante, 3 - izquierda frontal, 4 - lado izquierdo, 5 - izquierda detrás, y 6 - a la derecha atrás) y secuencia B sigue el orden de 3615425214.
    2. Antes de cada bloque de aprendizaje, encomendamos a los participantes en respuesta a estímulos como forma rápida y precisa posible.
  7. Tras la finalización de todos los bloques de aprendizaje, solicite participantes para completar un postest que consiste en ampliamente utilizan memoria y pruebas de reconocimiento describen en la literatura13,14,22.

4. procesamiento de datos y análisis estadístico

  1. Para cada participante, abrir los ensayos los datos recogidos en el software de sistema de captura de movimiento. Revisar cada ensayo y llenar los vacíos en los datos del estudio según las instrucciones proporcionadas por los proveedores18.
  2. Exportar cada ensayo datos como un archivo ASCII que contiene las tres coordenadas para todos los marcadores de 38.
  3. Derivan las variables (es decir., tiempo de reacción (TR), tiempo del movimiento (MT), tiempo de respuesta y la trayectoria de la COM) del ASCII archivos siguiendo los siguientes pasos:
    1. De entrada los archivos de datos ASCII en software de análisis de datos. Utilice un filtro de Butterworth de octavo orden con una frecuencia de corte de 10 Hz para filtrar los datos3.
      Nota: La forma de derivar la trayectoria del movimiento de COM depende de la configuración de marcador. En la configuración de marcador de 38 que se muestra en la Figura 1b, se pueden emplear los métodos y parámetros antropométricos descritos por De Leva23 . También uno puede seguir el movimiento de la OCM aproximado medido por un marcador en el nivel de la quinta vértebra lumbar24.
    2. Obtener el tiempo de respuesta, RT y MT siguiendo las descripciones a continuación:
      1. Utilice los marcadores en los talones, dedos de los pies grandes y los 5 metatarsianos deth para caracterizar las trayectorias de los movimientos de pies en software de análisis de datos.
      2. Trazar la trayectoria de estos tres marcadores a lo largo de la dirección vertical (perpendicular al suelo). Trazar la trayectoria de la pistola de dedo del pie en el plano horizontal (paralelo al piso) para determinar si cada paso se realiza correctamente el derecho objetivo. Pasos para un objetivo equivocado están excluidos para más adelante los análisis estadísticos.
      3. Marque la línea de base de la altura de cada marcador antes y después de cada paso.
      4. Identificar el inicio del movimiento de cada marcador como la primera muestra cuando el marcador llega a 10% de la altura máxima.
      5. Puesto que cada sujeto puede utilizar diferentes estrategias para tocar la meta (con los dedos del pie o del 5to metatarsiano), definen la aparición de movimiento utilizando el marcador que alcanza su punto máximo en los primeros.
      6. Identifica el punto final de caminar como el punto de tiempo cuando el marcador usado cae a la misma altura que el inicio.
      7. Ejecuta continuamente el programa de análisis de datos hasta que se procesan 100 pasos.
      8. Para todos los pasos, calcular y el tiempo de respuesta la diferencia temporal entre el inicio del estímulo y el final del movimiento, RT la diferencia temporal entre el estímulo y los inicios de movimiento y MT la diferencia temporal entre el inicio del movimiento de salida y su punto final. Guardar los archivos de salida en el formato .xls.
      9. Estos archivos de .xls, calcular medias de estas variables para cada bloque y a través de los participantes, datos que posteriormente serán utilizados para análisis estadísticos.
      10. Ya que normalmente existe un factor sujeto (es decir., bloque de aprendizaje) en el diseño experimental, utilizar efecto mezclado ANOVAs para analizar los datos (medidas repetidas ANOVA puede ser usado con precaución con respecto a la hipótesis de esfericidad). Determinar la matriz de varianza Co utilizada en el ANOVA efecto mezclado por criterio de información de Akaike (AIC). Se descomponen los resultados significativos de las pruebas ANOVA usando post-hoc con específicos procedimientos de corrección de comparación múltiple (dependiendo del diseño experimental). Establecer el nivel de significación estadístico en p = 0,05.

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Representative Results

El anterior paradigma se implementa por Du y sus colegas en una serie de estudios3,4,5. Utilizamos una parte de datos adoptados de uno de estos estudios de4 para representar el uso de la tarea SRT pie-caminar. En este estudio, hay 6 bloques de aprendizaje y se utiliza un RSI de ms de 700. Estímulos visuales seguido la secuencia de A (es decir., 1423564215; Figura 1a) en bloques de 1 a 4 y 6 y seguida la secuencia B (es decir., 3615425214) en el bloque 5. El intervalo de respuesta-estímulo se define como 700 ms. Figura 2a ilustra los tiempos de respuesta media de 12 jóvenes en seis bloques de aprendizaje. Aquí el tiempo de respuesta en la tarea SRT pie-caminar revela el mismo patrón y magnitudes comparables a tiempo de respuesta que previamente fueron observadas en el clásico dedo-presionar SRT tarea2,25,26 . En particular, el tiempo de respuesta a una secuencia de la novela es significativamente más lento en el bloque 5 en comparación con la secuencia aprendida en el bloque 4 (diferencia = ms 83,4 ± 13.19, media ± error de estándar; p < 0,001), que indica el aprendizaje de la secuencia1,2. Aunque el aprendizaje de la secuencia bajo tareas de dedo-presionar y pie-caminar no se ha comparado directamente, la magnitud y el patrón en el tiempo de respuesta similar sugieren que aprendizaje implícito secuencia motor no puede ser afectado por la presencia de control postural requerimientos en adultos normalmente desarrollados.

Figura 2b muestra dos componentes de tiempo de respuesta: RT y Mt. significa RT exhibe el mismo patrón que el tiempo de respuesta. En particular, es más lenta que en el bloque 4 RT en bloque 5 (diferencia = 93,19 ms ± 12.69; p < 0,001). A diferencia de la respuesta tiempo y RT, MT es comparable entre los bloques 4 y 5 (diferencia =-7,730 ms ± 3,88; p = 0.072). Los mismos resultados de RT y MT se han divulgado en nuestros otros estudios3,5. Juntos, estos resultados sugieren que el aprendizaje de la secuencia es probablemente refleja en RT, un proxy para procesamiento cognitivo, en lugar de MT, que caracteriza el movimiento en sí.

Figura 3 y figura 4 muestran ejemplos de las direcciones que el COM mueve 100 ms antes de que aparezca de los estímulos. La dirección de la COM para cada estímulo es muy incoherente al principio (es decir., bloque 1), y las instrucciones de movimiento aparentemente aleatorio no cambian a través de bloques en uno de los participantes (figura 3). Para otro participante (figura 4), sin embargo, estas direcciones de movimiento al azar se convierten en más consistentes como aprendizaje progresado a través de bloques. Figura 5a se muestra los cambios significativos en la variabilidad de la dirección de movimiento a través de bloques (F(5,55) = 3.07, p < 0.05). Específicamente, la variabilidad creciente del bloque 4 y 5 (p < 0,05), indicando que la dirección del movimiento COM sería un signo evidente de motor secuencia de aprendizaje en la tarea de la SRT.

Más importante aún, el movimiento de anticipación centro de masa es probable que reflejan el proceso explícito de funcionamiento en el aprendizaje de la secuencia implícita de motor. El aumento de la variabilidad del bloque 4 y 5 fue demostrado solamente en los participantes (n = 6, p < 0.05) que adquirió, al menos parcialmente, el conocimiento explícito de la secuencia, pero no en los participantes (n = 6, p = 0.98) que no mostró explícitamente conocimiento; Figura 5b destaca este conocimiento de la secuencia. Por otra parte, el cambio en la variabilidad del bloque 4 y 5 se correlaciona significativamente con la cantidad de conocimiento explícito adquirido por los participantes (figura 5C).

Figure 1
Figura 1: montaje Experimental. (a) ocho cámaras están apropiadamente colocadas así que claro los datos de todos los marcadores se pueden recoger. Seis objetivos paso a paso en el suelo corresponden a seis estímulos visuales que se muestra en el monitor. (b) 38 marcadores reflectantes esféricos de un diámetro de 0,5 cm cada se fijan en la piel en hitos óseos significativos. Estos puntos de referencia óseos incluyen el vértice 7 vértebra cervicalth , esternal, acromions, codos (laterales y mediales), brazos, muñecas (radial y cubitales), 3rd nudillos, espinas ilíacas superiores anteriores (ASIS), ilíaca posterior superior espinas (PSIS), centro entre dos PSISs rodillas (laterales y mediales), tibias, tobillos (laterales y mediales), calcáneo, dedos de los pies grandes y 5 metatarsos deth . Púrpura marcadores: marcadores visibles desde la vista frontal; marcadores rojo: marcadores en la parte posterior; blanco marcadores: marcadores quitado después del ensayo estático. (c) una plantilla esqueleto basada en la creación de 38 marcadores. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: la descomposición del tiempo de respuesta en RT y Mt. (a) los tiempos de respuesta media a través de bloques. El área gris representa el bloque 5 donde la aparición de estímulos sigue una secuencia de la novela. Secuencia de aprendizaje se da como revelado por un tiempo de respuesta más lento en bloque 5 que en el bloque 4. (b) RT, como un componente de tiempo de respuesta, exhibe el mismo patrón que el tiempo de respuesta, mientras que MT no cambia de bloque 4 y bloque 5. Barra de error: error estándar de la media. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: dirección del movimiento COM el de un participante sin conocimiento de secuencia explícita. La dirección del movimiento de COM se muestra para cada estímulo (estímulos 1 - 6, ver Figura 1a) a través de bloques. COM podría moverse desde el origen en cualquier posición en el círculo de puntos, que representa todas las direcciones el COM podría moverse. Círculos vacíos representan las indicaciones observadas. La flecha sólida representa la dirección media. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: dirección del movimiento COM el de uno de los participantes con el conocimiento de la secuencia explícita. La dirección del movimiento de COM se muestra para cada estímulo (estímulos 1-6, ver Figura 1a) a través de bloques. COM podría moverse desde el origen en cualquier posición en el círculo de puntos que representa todas las direcciones que el COM podría moverse a lo largo. Círculos vacíos representan las indicaciones observadas. La flecha sólida representa la dirección media. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: la variabilidad en las direcciones de movimiento de COM y su relación con los procesos explícitos e implícitos en el aprendizaje de la secuencia. La dirección del movimiento se cuantifica por la longitud del arco entre cada círculo vacío y el punto donde la flecha media señala en la figura 3 y figura 4. Esto es equivalente al ángulo (en grados) de la dirección del movimiento promedio a la línea que une el origen y cada círculo vacío. La variabilidad se calcula como la desviación estándar a través de ángulos. (a) la variabilidad media a través de bloques: la zona gris representa el bloque 5, donde la aparición de estímulos sigue una secuencia de la novela. La variabilidad mayor del bloque 4 y 5. (b) tales cambios en la variabilidad de sentido de movimiento COM aparecen solamente en los participantes que adquieran, al menos parcialmente, conocimiento explícito de la secuencia, pero no en los participantes que no muestran conocimiento explícito de la secuencia. (c) el cambio en la variabilidad del bloque 4 y 5 se correlaciona significativamente con la cantidad de conocimiento explícito adquirido por los participantes. Barra de error: error estándar de la media. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Este protocolo describe el montaje experimental y los procedimientos para una tarea modificada de la SRT. La tarea SRT modificada comparte su sencillez atractiva con la clásica tarea SRT, aunque la tarea SRT modificada exige el uso de una técnica de captura de movimiento. Como la clásica tarea SRT, podían ser manipulados muchos parámetros para las preguntas de investigación específicos en la tarea SRT pie-caminar, incluyendo pero no limitado a: la longitud del intervalo-estímulo de intervalo intervalo o estímulo respuesta27, el tipo de secuencia estructura28y la conciencia de la secuencia conocimiento29.

En comparación con la clásica tarea SRT, la tarea de caminar de pie presenta tres ventajas. En primer lugar, la tarea SRT pie-caminar requiere mover las piernas mientras mantiene una postura de pie de cuerpo entero, en lugar de simplemente pulsando cuatro dedos mientras que se sienta como se requiere en la clásica tarea SRT. Así, la tarea de pie-caminar es una variante de la tarea de la SRT, que implica mayor complejidad de control del motor que dedo presionando y así mejor se aproxima al aprendizaje implícito motor secuencia en las actividades diarias de la secuenciadas. Además, teniendo en cuenta la relación interactiva entre el control postural y procesos cognitivos30,31,32,33, esta tarea SRT pie-caminar también nos permite entender cómo control postural interactúa con bruto motor secuencia de aprendizaje, especialmente en las poblaciones, como los niños con trastornos del desarrollo6,7,8, que tienen dificultades en la integración postural control y tareas cognitivas. Esta línea de investigación podría servir como una base en el desarrollo de las intervenciones óptimas para niños y adultos con discapacidades de aprendizaje habilidad motor gruesa.

En segundo lugar, realizar una acción motor típicamente consiste en varias etapas, incluyendo selección de objetivo, planeamiento motor y ejecución del movimiento. Desde la clásica tarea SRT requiere sólo teclas, que no implica la moviendo a nuevas ubicaciones en el espacio como los dedos están siempre en las claves de respuesta, hace hincapié en la tarea de selección de objetivo, en lugar de movimiento de ejecución9, y el tiempo de respuesta utilizado para aprendizaje de secuencia de medida es una mezcla de selección y movimiento de ejecución de la meta. La tarea SRT pie-caminar proporciona la oportunidad de examinar si la selección de objetivo o ejecución movimiento contribuir significativamente al aprendizaje motor de la secuencia. Por ejemplo, una característica de ejecución de movimiento, tiempo de movimiento (MT), podría ser examinado en la tarea SRT pie-caminar. Aunque nuestros resultados representativos no muestran ninguna contribución de MT para el aprendizaje de la secuencia implícita, un hecho de destacar aquí es que la clásica tarea SRT y el protocolo representativo de la tarea de caminar de pie modificado no requieren objetivo preciso respuesta objetivos. Por ejemplo, los participantes en la tarea de caminar de pie se animaron, pero no estrictamente necesarios, para golpear con precisión objetivos (pero camina hacia la dirección correcta es necesario), ya que pueden desplazarse ligeramente su posición autoguiados hacia el blanco. Considerando que los participantes en la tarea de dedo-presionar siempre coloque sus dedos sobre las teclas correspondientes para ese objetivo exacto no es necesario. Sin embargo, con el objetivo preciso es necesario, ejecución de movimiento puede desempeñan un papel crucial en la secuencia de aprendizaje10, sugiriendo la importancia de la disección múltiples etapas de funcionamiento del motor (es decir., selección de objetivo, planeamiento motor y movimiento ejecución) más entender los mecanismos subyacentes de aprendizaje motor de la secuencia. Además, la clásica tarea SRT carece de su capacidad en la aclaración de la evolución temporal de los procesos cognitivos en el aprendizaje de la secuencia de funcionamiento. En cambio, la tarea la SRT pie-caminar, como otros SRT tareas que implican movimientos espaciales (ej., el brazo alcanzando y movimiento del ojo)10,12, nos permite analizar trayectorias de movimiento continuo. La medida en la dinámica temporal del movimiento podría utilizarse para revelar procesos cognitivos ocultos en secuencia futura de aprendizaje estudios11. Por ejemplo, usando el movimiento COM antes de aparición del estímulo, podemos determinar que destino los participantes pretenden antes de ver el estímulo, así como cuando las anticipaciones constantes, que no es factible en la tarea SRT de dedo-presionar.

Otro uso importante de la tarea SRT es perseguir el desarrollo progresivo del conocimiento de la secuencia explícita durante el aprendizaje implícito de la secuencia. La SRT se refiere comúnmente como un aprendizaje implícito de tareas1,34. Sin embargo, la secuencia de aprendizaje en la tarea SRT a menudo implica un proceso explícito, según lo revelado por la capacidad de recordar o reconocer la secuencia siguiendo el SRT tarea22. Puesto que estas pruebas de recuerdo y reconocimiento se realizan generalmente después de la tarea SRT, mide solamente la cantidad total de conocimiento explícito adquirido a lo largo de la tarea entera de SRT. Es difícil saber cuando la memoria explícita de la secuencia surge y cómo se desarrolla progresivamente a través del aprendizaje. Nuestros resultados representativos muestran que la tarea SRT pie-caminar presenta su habilidad única de analizar la evolución temporal del conocimiento explícito de la secuencia a través de bloques de aprendizaje. Por ejemplo, la figura 5a muestra que la mitad de los participantes comenzó a adquirir conocimientos explícitos de la secuencia de los bloques 1 y 2 y llegó a ser más consciente de la secuencia en los bloques 3 y 4.

En Resumen, este protocolo presenta una tarea modificada de SRT que implica movimiento de pie-caminar. Esta variante modificada de la tarea clásica de SRT añade exigencias motor y posturales que son indispensables en el aprendizaje de habilidades secuenciales en la vida diaria. Además, la tarea SRT pie-caminar permite la separación del objetivo selección y movimiento de ejecución, dos componentes que pueden contribuir diferencialmente al aprendizaje implícito secuencia motor. La tarea SRT pie-caminar también ofrece una forma novedosa para estudiar el funcionamiento en paralelo de los procesos explícitos e implícitos en el aprendizaje motor de la secuencia.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Apoyo para esta investigación fue proporcionado por la Universidad de Maryland posgrado de Kinesiología investigación fondo de iniciativa du Yue.

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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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).

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Comportamiento número 135 aprendizaje implícito secuencia motor la tarea de tiempo de reacción serial pie-caminar tiempo de movimiento tiempo de reacción control postural aprendizaje explícito aprendizaje implícito
El "Motor" motor implícito la secuencia de aprendizaje: tiempo de reacción Serial pie-caminar tarea
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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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