Den ”Motor” i implicita Motor sekvens lärande: en fot-stepping seriell reaktionstid uppgift
Summary
Vi introducerar den fot-stepping seriell reaktionstid (SRT) uppgift. Detta modifierade SRT uppgift, kompletterar den klassiska SRT uppgift som omfattar endast finger-pressning rörelse, bättre approximerar sekvenserade vardagsaktiviteter och tillåter forskare att studera de dynamiska processer som ligger bakom diskret åtgärder och särskilja explicit processen i implicita sekvens lärande.
Abstract
Det här protokollet beskriver en modifierad seriell reaktionstid (SRT) aktivitet används för att studera implicita motor sekvens lärande. Till skillnad från den klassiska SRT uppgift som omfattar finger-pressning rörelser när du sitter, kräver modifierade SRT uppgiften deltagare steg med båda fötterna samtidigt som en stående arbetsställning. Denna stegmotor uppgift kräver hela kroppen åtgärder som inför postural utmaningar. Fot-stepping uppgiften kompletterar den klassiska SRT uppgiften på flera sätt. Fot-stepping SRT uppgift är en bättre proxy för de dagliga aktiviteter som kräver pågående postural kontroll och således kan hjälpa oss att bättre förstå sekvens lärande i verkliga situationer. Dessutom svarstiden tjänar som en indikator på sekvens lärande i den klassiska SRT-uppgiften, men det är oklart om svarstid, reaktionstid (RT) som representerar mentala process eller rörelse tid (MT) återspeglar rörelsen själv, är en viktig aktör i motor sekvens lärande. Fot-stepping SRT uppgift tillåter forskare att särskilja svarstiden i RT och MT, som kan klargöra hur motorisk planering och rörelse utförande är involverade i sekvens lärande. Slutligen, postural kontroll och kognition är interaktivt relaterade, men lite är känt om hur postural kontroll samverkar med lärande motor sekvenser. Med en motion capture system, förflyttning av hela kroppen (t.ex., centrum av massan (COM)) kan registreras. Sådana åtgärder ger oss möjlighet att avslöja de dynamiska processer som ligger bakom diskret svar mätt med RT och MT, och får stöd i att klarlägga förhållandet mellan postural kontroll och explicita och implicita processer i sekvens lärande. Detaljer för den experimentella set-up, förfarande och databehandling beskrivs. De representativa uppgifterna antas från en av våra tidigare studier. Resultaten relateras till svarstiden, RT, och MT, samt förhållandet mellan föregripande posturala svaret och explicit processer i implicita motor sekvens lärande.
Introduction
Implicita motor sekvens lärande, allmänt känd som lärande en sekvens utan att veta sekvensen, är kritisk till vår dagliga verksamhet och väl har studerats av en paradigmatisk aktivitet som heter seriell reaktionstid (SRT) uppgiften designad av Nissen och Bullemer 1. i denna klassiska SRT uppgift, deltagare tryck för att svara snabbt och korrekt på visuella stimuli. För att undersöka sekvens lärande, är uppkomsten av visuella stimuli manipulerad för att följa antingen en pre strukturerade eller slumpmässig sekvens, som är okänt för deltagarna. Lärande framgår av den snabbare svarstiden på förhand strukturerade sekvensen (t.ex., sekvensen utbildning) än så för att den slumpmässiga eller annat före strukturerad sekvens1,2. Medan den klassiska SRT uppgiften kräver vanligtvis bi-manual finger tapping, handlar en stor majoritet av implicita motor sekvens lärande i vardagliga aktiviteter, såsom Dans, spela musikinstrument, eller spela sport, om hela kroppen insatser som presenterar postural och tröghetsbaserad utmaningar som inte finns i den klassiska SRT-uppgiften. Vi föreslog därför att sekvensen lärande aktiviteter behöver vara mer mångfacetterade. Dessutom i fokus för tidigare forskning har varit nästan uteslutande på den kognitiva komponenten av uppgiften (t.ex., beslut beslut eller åtgärd urval), ignorerar de motorstyrning frågorna involverade i sekvens lärande (t.ex., rörelse utförande). Således, för att ytterligare förstå implicita motor sekvens lärande, är det viktigt att studera sekvensen lärande i en hela kroppen eller brutto motoriska uppgift som bättre approximerar våra dagliga aktiviteter.
I vår senaste studier utökat vi klassiska SRT uppgiften till en modifierad SRT aktivitet där finger pressning ersattes av fot kliva för att införliva postural kontroll i sekvens lärande3,4,5. Denna modifierade uppgift presenterar sina egna fördelar som komplement till den klassiska SRT-uppgiften. Först, härmar brutto motoriska sekvens lärande uppgiften bättre daglig sekventiella aktiviteter som berör hela kroppen rörelse. Hittills har vår förståelse av motor sekvens lärande vanligtvis kommer från klassiska SRT uppgiften, men lite är känt om kunskapen om motor sekvens lärande från klassiska SRT uppgiften kvarstår till true i lärande sekventiell motorik i dagliga aktiviteter. Således den modifierade SRT uppgiften tillåter oss att undersöka huruvida systematiskt redovisade egenskaper (t.ex., oberoende av ålder implicita sekvens lärande mellan barn och vuxna) i finger-pressning SRT uppgiften kvar när postural kontroll är involverade. Dessutom i populationer med hållning kontroll och brutto motoriska skicklighet inlärningssvårigheter, till exempel barn med utvecklingsmässiga samordning störning6,7,8, förståelse hållning hur kontroll interagerar med brutto motoriska sekvens lärande är avgörande för att hjälpa förbättra åtgärdsstrategier och därmed optimera effektiviteten av lärande sekventiell motoriska färdigheter i vardagen.
För det andra en gemensam föreställning om implicita sekvens lärande är att motor planering och inte rörelse utförande, spelar en viktig roll i att lära sig en sekvens i den klassiska SRT uppgift9. Detta är eftersom tangenterna inte innebär flytta till nya platser i rymden, som fingrarna är alltid på tangenterna svar. Dock innebära många dagliga sekventiell beteende stora rumsliga rörelser. Lite är känt om huruvida rörelse utförande är en nyckelaktör i motor sekvens lärande när stora rumsliga rörelser krävs. I den klassiska SRT uppgiften serverar svarstid, summering av reaktion tid (RT) och rörelse (MT), som en indikator på sekvens lärande. Fot-stepping SRT uppgiften, som andra paradigm som inbegriper rumsliga rörelser10, gör det möjligt för forskaren att särskilja svarstiden i implicita sekvens lärande i RT, som avspeglar kognitiv bearbetning, och MT, som karakteriserar rörelsen själv.
Tredje, förutom MT, kombinationen av den fot-stepping SRT uppgift och motion capture tekniken ger rik data om kontinuerlig hela kroppen rörlighet (t.ex., rörelse av masscentrum eller COM). Mäta den fortlöpande förändringen av rörelse har fördelen av avslöjar dynamiken i de kognitiva processer som ligger bakom den diskreta svar mätt med RT eller MT11,12. Lärande sekvenser i SRT uppgiften förklaras i synnerhet vanligtvis som en blandning av explicita och implicita processer. D.v.s. Trots den gemensamma användningen av SRT uppgiften som en implicit lärande uppgift visar deltagare ofta förmågan att verbalt minns lärde sekvensen efter SRT uppgiften, vilket tyder på en explicit komponent inblandad i implicita sekvens lärande. Även om komponenten explicit kan bedömas av recall-tester som utförs efter SRT uppgift13,14, saknar testerna efter uppgiften förmåga att undersöka den tidsmässiga utvecklingen av explicit kunskap under lärande. Vi föreslår att med explicita sekvens kunskap, en individ skulle veta var nästa stimulans, och således producera föregripande postural justering15,16,17 i ett framkoppling sätt att förbereda för stegmotor foten att flytta till motsvarande målet. Därför öppnar granskar rörelsen av COM för utseendemässigt av stimulans (dvs, förväntan) ett fönster för att studera den progressiva utvecklingen av explicit minne under implicita sekvens lärande.
Protokollet visar experimentella set-up och förfarandet för fot-stepping SRT uppgiften. Vi tillhandahåller representativa resultat av svarstid, RT och MT. Dessutom presenterar vi resultat när det gäller förhållandet mellan hållning kontroll och de uttryckliga processer som ligger bakom implicita motor sekvens lärande.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det här protokollet beskriver experimental set-up och förfaranden för en modifierad SRT-aktivitet. Modifierade SRT uppgiften delar dess tilltalande enkelhet med klassiska SRT uppgiften, även om den modifierade SRT uppgiften kräver användning av en motion capture-teknik. Som den klassiska SRT uppgiften, många parametrar kan manipuleras för specifika forskningsfrågor i foten-stepping SRT uppgiften, inklusive men inte begränsat till: längden på intervallet-stimulans intervall eller svar-stimulans intervall<sup c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Stöd för denna forskning kom från University of Maryland kinesiologi Graduate initiativ forskningsfond till Yue Du.
Materials
| Vicon motion capture system | Vicon | Vicon T-40, T-160, calibration wand | Alternative systems may be used |
| 50 mm reflective markers | Vicon | N/A | Numbers of markers may be varied |
| Labview software | National Instruments | N/A | Control visual stimuli. Use together with DAQ board. Alternative software may be used |
| DAQ board | National Instruments | BNC-2111; DAQCard-6024E | |
| MATLAB | MathWorks | N/A | Alternative software may be used |
| double sided hypo-allergenic adhesive tape | N/A | ||
| pre-wrapping tape | N/A |
References
- Nissen, M. J., Bullemer, P. Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures. Cognit Psychol. 19 (1), 1-32 (1987).
- Willingham, D. B., Nissen, M. J., Bullemer, P. On the development of procedural knowledge. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 15 (6), 1047-1060 (1989).
- Du, Y., Valentini, N. C., Kim, M. J., Whitall, J., Clark, J. E. Children and adults both learn motor sequences quickly, but do so differently. Front Psychol. 8 (158), (2017).
- Du, Y. . Learning processes underlying implicit motor sequence acquisition in children and adults. , (2016).
- Du, Y., Clark, J. E. New insights into statistical learning and chunk learning in implicit sequence acquisition. Psychon Bull Rev. , 1-9 (2016).
- Gheysen, F., Van Waelvelde, H., Fias, W. Impaired visuo-motor sequence learning in Developmental Coordination Disorder. Res Dev Disabil. 32 (2), 749-756 (2011).
- Wilson, P. H., Maruff, P., Lum, J. Procedural learning in children with developmental coordination disorder. Hum Movement Sci. 22 (4-5), 515 (2003).
- Cermak, S. A., Larkin, D. . Developmental coordination disorder. , (2002).
- Taylor, J. A., Ivry, R. B. Implicit and explicit processes in motor learning. Action science. , 63-87 (2013).
- Moisello, C., et al. The serial reaction time task revisited: a study on motor sequence learning with an arm-reaching task. Exp Brain Res. 194 (1), 143-155 (2009).
- Song, J. H., Nakayama, K. Hidden cognitive states revealed in choice reaching tasks. Trends Cogn Sci. 13 (8), 360-366 (2009).
- Marcus, D. J., Karatekin, C., Markiewicz, S. Oculomotor evidence of sequence learning on the serial reaction time task. Mem Cognition. 34 (2), 420-432 (2006).
- Shanks, D. R., Johnstone, T. Evaluating the relationship between explicit and implicit knowledge in a sequential reaction time task. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 25 (6), 1435-1451 (1999).
- Destrebecqz, A., Peigneux, P. Methods for studying unconscious learning. Prog Brain Res. 150, 69-80 (2005).
- Massion, J. Movement, posture and equilibrium: interaction and coordination. Prog Neurobiol. 38 (1), 35-56 (1992).
- MacKinnon, C. D., et al. Preparation of anticipatory postural adjustments prior to stepping. J Neurophysiol. 97 (6), 4368-4379 (2007).
- Cordo, P. J., Nashner, L. M. Properties of postural adjustments associated with rapid arm movements. J Neurophysiol. 47 (2), 287-382 (1982).
- Vicon Motion System Nexus Documentation. Available from: https://docs.vicon.com/display/Nexus25/Nexus+Documentation (2017)
- Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handness: The edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9, 97-113 (1971).
- Armstrong, T., Bull, F. Development of the world health organization global physical activity questionnaire (GPAQ). J Public Health. 14 (2), 66-70 (2006).
- Henderson, S. E., Sugden, D. A., Barnett, A. . Movement Assessment Battery for Children – Second edition (Movement ABC-2). , (2007).
- Destrebecqz, A., Cleeremans, A. Can sequence learning be implicit? New evidence with the process dissociation procedure. Psychon Bull Rev. 8 (2), 343-350 (2001).
- De Leva, P. Adjustments to Zatsiorsky-Seluyanov’s segment inertia parameters. J Biomech. 29 (9), 1223-1230 (1996).
- Bair, W. -. N., Kiemel, T., Jeka, J. J., Clark, J. E. Development of multisensory reweighting for posture control in children. Exp Brain Res. 183 (4), 435-446 (2007).
- Curran, T., Keele, S. W. Attentional and nonattentional forms of sequence learning. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 19 (1), 189-202 (1993).
- Du, Y., Prashad, S., Schoenbrun, I., Clark, J. E. Probabilistic motor sequence yields greater offline and less online learning than fixed sequence. Front Hum Neurosci. 10, (2016).
- Destrebecqz, A., Cleeremans, A., Jiménez, L. . Attention and implicit learning. , 181-213 (2003).
- Jimenez, L., Vazquez, G. A. Sequence learning under dual-task conditions: alternatives to a resource-based account. Psychol Res. 69 (5-6), 352-368 (2005).
- Curran, T. Effects of aging on implicit sequence learning: Accounting for sequence structure and explicit knowledge. Psychol Res. 60 (1-2), 24-41 (1997).
- Ramenzoni, V. C., Riley, M. A., Shockley, K., Chiu, C. Y. P. Postural responses to specific types of working memory tasks. Gait Posture. 25 (3), 368-373 (2007).
- Riley, M. A., Baker, A. A., Schmit, J. M., Weaver, E. Effects of visual and auditory short-term memory tasks on the spatiotemporal dynamics and variability of postural sway. J Mot Behav. 37 (4), 311-324 (2005).
- Stins, J. F., Michielsen, M. E., Roerdink, M., Beek, P. J. Sway regularity reflects attentional involvement in postural control: Effects of expertise, vision and cognition. Gait Posture. 30 (1), 106-109 (2009).
- Nougier, V., Vuillerme, N., Teasdale, N. Effects of a reaction time task on postural control in humans. Neurosci. Lett. 291 (2), 77-80 (2000).
- Robertson, E. M. The serial reaction time task: Implicit motor skill learning?. J Neurosci. 27 (38), 10073-10075 (2007).
