Количественная Обучение в маленьких детей: Отслеживание Leg действия Во время Discovery обучения Задача

Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Sargent, B., Reimann, H., Kubo, M., Fetters, L. Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task. J. Vis. Exp. (100), e52841, doi:10.3791/52841 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Задача-конкретные действия возникают в результате спонтанного движения в младенчестве. Было предложено, что действия конкретных задач возникают через процесс обнаружения обучения. Здесь описан способ, в котором 3-4 месячных детей узнать задачу открытия и их движений ног захватываются для количественной оценки процесса обучения. Эта задача открытие обучения использует младенческой включенный мобильный, который вращается и играет музыку, основанную на определенные действия ног младенцев. Лежа на спине детей активировать мобильный перемещая ноги вертикально по виртуальной порога. Эта парадигма является уникальным в том, что, как младенцы, независимо обнаружить, что их действия ног активировать мобильный, движения ног неонатальные отслеживаются с помощью системы захвата движения, позволяющий для количественного процесса обучения. В частности, обучение количественно с точки зрения продолжительности мобильного активации, положение дисперсия конечных эффекторов (футы), которые активируют мобильный телефон, изменения в бедра колена coordinaшаблоны Тион, и изменения в тазобедренных и коленных мышц крутящего момента. Эта информация описывает младенческой разведку и добычу на взаимодействии человека и экологических ограничений, которые поддерживают задачи конкретным действиям. Последующие исследования с помощью этого метода можно исследовать, как конкретные нарушения различных популяций детей с риском развития нарушения движения влияют на процесс обнаружения обучения для конкретных задач действий.

Introduction

Задача-конкретные действия выйти из спонтанных движений в младенчестве. Было предложено, что действия конкретных задач возникают через открытие обучения процесса 1,2. Задачи обнаружен младенцев, как они самопроизвольно двигаться и исследовать действия, которые производят новые эффекты в окружающей среде. Задач конкретные действия выступают как младенцы используют связи между своими действиями и их влияние на мир вокруг них. Тем не менее, мало известно о точных процессов, что младенцы исследовать и эксплуатировать научиться изменять свои спонтанные движения, чтобы выполнять действия под конкретные задачи. Здесь описан способ, в котором 3-4 месячных детей узнать задачу открытия и их движений ног захватываются для количественной оценки процесса обучения.

Фигура 1

Рисунок 1: Младенческая пинать активирована мобильный задачу. и др. 3

Эта задача открытие обучения использует младенческой включенный мобильный, который вращается и играет музыку, основанную на указанном действии ноги младенцев 3. Младенцы, размещенные на спине под мобильный активировать путем перемещения их ноги вертикально по виртуальной порога (рисунок 1). Эта парадигма является уникальным в том, что, как младенцы, независимо обнаружить, что их действия ног активировать мобильный, движения ног неонатальные отслеживаются с помощью системы захвата движения, позволяющий для количественного процесса обучения.

Экспериментальный протокол включает в себя два дня сбора данных. День 1 состоит из 2 мин исходного состояния, в котором младенец пинает спонтанно, но его действия ногне может активировать младенца мобильного, а затем 6 мин состоянии приобретения, в котором действия ноге младенца активировать младенческой мобильный, если ребенок двигается ноги вертикально пересечь виртуальный порог. Этот протокол позволяет для количественного определения спонтанных действий ног младенцев, а также количественного различных аспектов движений, дети исследуют связь между их действиями ног и активации младенческой мобильный телефон. На 2-й день, в дополнение к 2 мин исходного состояния и 6 мин состоянии приобретения, вымирание состояние 2 мин добавляют в котором действия ноге младенца не активировать младенческой мобильный. Это позволяет для количественного определения, как младенцы изменить свои действия, когда ноги уже научились окружающей ответ прекращено.

В предыдущих младенческой мобильных парадигм, частота движения ног 4-6 конкретной бедра и колена углы 7,8, или ногами панель 9 были reinforcэд с мобильного движения. Производительность каждый день был определен как увеличение этих ног действий во время приобретения или исчезновения состоянии по сравнению с базовым условием 4-9. Обучение по дням был определен как увеличение этих ног действий во время базового или приобретения состояния 3 дня и 2 или и исходного состояния Дня 1 5,6. Эти предыдущие мобильные парадигмы демонстрируют, что младенцы увеличить частоту действий ног, которые усиленную мобильного активации, однако, они не предоставляют информацию о движении варианты младенцы доступны для них при изучении задачи. Например, если частота ногами усиливается, младенцы демонстрируют эффективность и обучения, когда их скорость возрастает ногами либо при взаимодействии с мобильным или когда мобильный больше не активирует. Это показывает, что младенцы могут совершенствовать свои ногами курс, но это неизвестно, если дети могут совершенствовать свои координационный нога образец или крутящего момента производства до Generatе действия ног, которые не в их предпочтительной движения репертуара.

Этот мобильный парадигма является уникальным в том, что детей должны продемонстрировать более изысканный действия ног, чтобы активировать мобильный, чем в предыдущих мобильных парадигм. В этой мобильной парадигмы, высота каждой ноге выше таблицы вычисляется в течение 2 мин исходного состояния, используя данные о местоположении из светоизлучающего диода (LED), прикрепленной к каждой ноге. Виртуальный порог затем установить параллельно столу на высоте, которая в верхнем диапазоне от высоты обеих ног во время исходного состояния. Во время приобретения, мобильные вращается и играет музыку, если либо ноги переступает порог. Через 3 сек, мобильные остановки и активирует только если ребенок перемещает ногу ниже порога, а затем перемещает ногу вертикально и снова пересекает порог. Для активации мобильный для наибольшего количества времени, младенцы должны переместить ногу выше порога и поддерживать его против GRAVность в течение 3 сек, а затем быстро переместить ногу ниже порога и снова поместите его над порогом и удерживайте его там в течение 3 сек, и др. Это требует более совершенной меры ноги, чем просто увеличение скорости ногами.

Рисунок 2

Рисунок 2: без фильтра данные положения конечных эффекторов (футов) от представителя ребенка нефильтрованное данные о местоположении от 2-й день 3-месячного младенца, который продемонстрировали обучения, основанные на отдельных критериев обучения.. Красная линия положение данные г-координата светоизлучающий диод (LED), размещенные на правой ноге. Синяя линия данные положения с LED на левой ноге. Толстая черная линия таблице. Пунктирная линия Виртуальный порог размещены 14 см над столом, как определяется индивидуально для каждого ребенка на основе высоты их ногами во время базовойСостояние День 1. оси Х время помечены 2-минутными интервалами. Обратите внимание, как ребенок шевелит ногами во время базового когда мобильный не активировать и в течение первых 30 сек приобретения 1, то он последовательно держит обе ноги со стола и не движется ноги прямо за порогом на следующий 5½ мин до мобильного больше не активирует при условии экстинкции.

Вторая уникальная особенность этого мобильного парадигмы в том, что действие каждого ногу младенца отслеживается с помощью государственно-оф-искусства методы захвата движения для количественного как младенцы используют свои варианты движения, чтобы узнать задачу. Нефильтрованный данные позиционные LED на каждой ноге, который активирует мобильный одного из представителей ребенка показана на рисунке 2. Обратите внимание, как ребенок движется ноги на разных высотах над столом во время базовой и первой части приобретения, но затем перемещается обе ноги прямо вокруг порога в течение остальной части кондицион приобретенияне ния до мобильных больше не активируется во время исчезновения. Это один из многих возможных стратегий движения, чтобы выполнить задачу обнаружения обучения. Стратегии могут быть количественно определена путем расчета трехмерных кинематики и кинетики с использованием данных о местоположении, полученные от системы захвата движения. В частности, процесс обучения количественно в виде процента от усиленной ног действия (% РБА), которая равна продолжительности мобильного активации, дисперсии координаты конечных эффекторов (футов), которые активируют мобильные, хип-колено координации шаблоны и бедра и коленный сустав моменты.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Экспертный совет при Университете Южной Калифорнии одобрил это исследование.

1. Подготовка системы

  1. Настройте систему захвата движения. Пожалуйста, обратите внимание: эти шаги различны для каждой системы захвата движения.
    1. Совместите системы двух датчиков захвата движения в том, что одного датчика координат, нажав кнопку "Выполнить Регистрация нового" в программе захвата движения, введя время сбора 30 сек, нажав "Регистрация", и перемещение объекта регистрации в объеме захвата в течение 30 сек. При регистрации успешно завершена, наблюдать среднеквадратического (RMS) ошибка регистрации на экране компьютера.
    2. Совместите глобальной системы координат в таблице тестирования с использованием объекта регистрации, нажав кнопку "Выполнить новая расстановка" в программе захвата движения.
      1. Определить происхождение путем размещения регистрация OBJEКТ в верхнем правом углу таблицы тестирования и нажать кнопку "оцифровать" в программе захвата движения. Определить Z-ось путем размещения объекта регистрации сверху коробки и нажав "Оцифровка"; Z-оси, перпендикулярной к столу.
      2. Определите Z / Y + самолет, перемещая объект регистрации на поле по длине стола и нажав "Оцифровка"; Y-ось параллельна длине таблицы и X-ось параллельна ширине таблицы.
    3. Подключите светодиоды в двух стробоскопов портов и введите количество светодиодов в стробоскопа порта в рамках программы системы захвата движения (24 для стробоскопа порта 1 и 20 для стробоскопа порт 2). Обратитесь к рисунку 3 для количества и расположения каждого светодиода. Выберите недостающий вид данных, чтобы обеспечить ленточной диаграммы, как отображение светодиодов отслеживаются в режиме реального времени.
      Рисунок 3
  2. Настройте младенческой мобильного компьютерную программу.
    1. Ввод количество минут для каждого условия. День 1, вход 2 для фазы 1 (2 мин базового, без подкрепления состоянии), 6 для фазы 2 (приобретение 6 мин, арматуры состоянии), и 0 для фазы 3 (0 мин исчезновения, без подкрепления условие).
    2. Для 2-й день, вход 2 для фазы 1 (базовый уровень), 6 для фазы 2 (приобретения), 2 для фазы 3 (исчезновения), и проверить "Использовать Zmin как умолчанию", так что порог вычисляется во время базовой DAY1 будет порог используется для условия приобретения 2-й день.
    3. Выберите "StreamframesAllFrames" и нажмите кнопку "Отправить", чтобы включитьмобильная программа для использования данных из системы захвата движения, чтобы активировать младенческой мобильный основываясь на заданных критериев.
  3. Настройка видео камер.
    1. Инициировать видео компьютерную программу для трех синхронизированных видео (правая боковая, левый боковой, накладные вид).
    2. Начните дополнительную видеокамеру над головой младенца, чтобы записать выражения лица и глаз взгляд.

2. Младенческая Подготовка

  1. Опишите эксперимент для родителей и сообщать им взаимодействовать как можно с их ребенка.
    Примечание: сказать родителям, что, если ребенок не станет суетливым в течение всего эксперимента, родители должны сидеть рядом младенца пределами их мнению, однако, если ребенок становится суетливым есть прогрессирование взаимодействия с младенцем.
    1. Во-первых, попросите родителей, чтобы сказать, "Все в порядке, я здесь," в обнадеживает тона.
    2. Во-вторых, спроситеродитель стоять в целях младенца заверяя младенца.
    3. В-третьих, попросите родителей либо удерживайте одну из рук младенца или дать младенцу соску.
      ПРИМЕЧАНИЕ: наименьшее количество головной взаимодействия, необходимого для поддержания ребенка спокойным и оповещения дается и закончился как можно быстрее.
  2. Раздень ребенка, положить ребенка под младенческой мобильный, и закрепите ребенка к столу, используя липучку размещены по стволу.
  3. После младенец крепится к столу, поместите грудины маркеры и тазовой, бедро, голень и стопы твердых тел на ребенка.

3. Младенческая Мобильная учебная задача

  1. Каждый день, инициировать задачу мобильного обучения, синхронно запуска системы захвата движения, мобильный компьютер программу, и видео камер.
    1. В эти дни из мин от 0 до 2, исходного состояния, наблюдать младенец спонтанно ногами.
    2. На 1-й день в течение 2 милип исходное условие, наблюдать, как мобильная программа младенец постоянно вычисляет порог для мобильного активации на основе Z-данных от одного из светодиодов твердого тела каждой ноги. Пример, маркер 9 на правой ноге и маркер 21 на левой ноге. Маркер 9 центр светодиод на правой ноге твердого тела жёлтый на рисунке 1. Маркер 21 центр светодиод на левой ноге твердого тела.
    3. В конце 2 мин исходно, мобильная программа устанавливает порог на высоте одно стандартное отклонение (SD) выше средней высоты обеих ног в течение 2 мин исходного состояния.
    4. На обоих дней с мин от 2 до 8, при условии сбора, наблюдать, как младенцев мобильных вращается и воспроизводит музыку, когда индикатор размещены по обе стопы пересекает порог, вычисленный в течение 2 мин исходного состояния в 1-й день.
      Примечание: Мобильный активации будет продолжаться до тех пор, пока нога выше порога виртуальной до максимум 3 сек. Через 3 сек, можелчных будет активировать только если ребенок перемещает ногу ниже виртуального порога, а затем перемещает ногу вертикально и снова пересекает порог. Это "3 сек правило" призывает активные движения ногой разведочных в сравнении проведение ноги выше порога.
    5. На 2-й день от мин 8-10, при условии исчезновения, наблюдать, как ребенок начинает спонтанно, без мобильного арматуры.
  2. После младенец взаимодействует с подвижной, собирать статический суда калибровки, чтобы определить локальную систему координат для каждого сегмента ноги и определить опорную конфигурацию для каждого сегмента тела в пространстве.
    1. Fix десять отдельных светодиодов на двусторонней основе на кожу младенца, используя двусторонние ЭКГ воротники в следующих местах: боковое средней линии туловища ниже десятого ребра, большого вертела бедра, боковой коленного сустава линии, лодыжки латеральной лодыжки, и дистальный конец 5-й плюсневой.
    2. Держите младенца нижней конечности впродлен, анатомическое положение в течение 5 сек. Все совместные углы в этом положении калибровки определяются как 0 °.
  3. На 2-й день, собирать антропометрические данные.
    1. Взвесьте каждый младенец на цифровом электрической масштабе.
    2. Возьмите следующие измерения: общая длина ребенка; Окружность в середине сегмента бедра, голени и стопы,; ширина колена (в коленном суставе), линии лодыжки (в лодыжек), и нога (на плюсневых головок); и длина бедра (больше вертела в коленном суставе линии), хвостовика (коленный сустав линии латеральной лодыжки), и пешком (медиальной лодыжки к первому плюснефаланговом сустава).

Анализ 4. Данные

  1. Анализ производительности и обучения путем вычисления% номинальной в течение каждого интервала 2 мин эксперимента с использованием программы на языке пользовательского вычисления таких как Matlab. Вычислить продолжительность времени один или оба светодиода на каждой ноге, которые активировали мобильного были выше порога. ПосколькуМобильный не активирует после интервалом 3 сек, вычесть продолжительность времени, в котором один или оба светодиода были выше порога больше, чем интервал 3 сек.
    1. Измерьте производительность группы каждый день, статистического анализа ли% номинальной в течение любого одного из интервалов сбора мин трех, 2 значительно превышает 2 мин базовой интервал 3,4,7,9,10.
    2. Определение категории отдельных младенцев, как выполнив задачу каждый день, если% номинальной в течение любого одного 2-минутного интервала сбора равна или больше, чем в 1,5 раза% номинальной в течение 2 мин базового интервала 3,4,6,9,10.
    3. Измерьте обучения группы через дней путем определения, превышает ли статистически% номинальной в течение всего сбора 6 мин состоянии 2-й день в% номинальной в течение базового состояния Дня 1 3,6.
    4. Определение категории отдельных младенцев как ученики, если% номинальной в течение всего 6 мин приобретения условии День 2 равна или GREAter чем в 1,5 раза исходного состояния Дня 1 3,6,11.
  2. Анализ возбуждения и внимания кодирования видеозаписи в течение каждого 2-минутного интервала эксперимента. Шкала возбуждение определяется как: сонливость = 1, оповещения и неактивным = 2, проворный и активный = 3, суетливый = 4, и плачет = 5 3,8,11. Шкала внимание определяется как: 0 = не глядя на мобильный телефон, 1 = глядя на мобильный 3,8.
  3. Данные позиции процесса и экстракт ногами, используя пользовательские программы Matlab.
    1. Файлы данных позиции нагрузки с выхода системы захвата движения в пользовательском программы Matlab для интерполяции недостающих данных о местоположении (максимум 20 последовательных кадров), используя кубическую сплайн.
    2. Загрузите интерполированные файлов в пользовательской программе Matlab в () данные о местоположении, используя фильтр четвертого порядка Баттерворта с частотой среза 5 Гц, как определяется из анализа спектра мощности, и (б) вычислить следующие совместные углы: сгибание бедра / расширение, хип похищения/ Приведение, хип внешний / внутренний поворот, колено сгибание / расширение, инверсия лодыжки / выворачивания, лодыжки сгибание / plantarflexion, как описано в 12.
    3. Загрузите угол файлов в пользовательской программе Matlab, чтобы извлечь ногами. Определить начало удара в начале непрерывного движения ног, в котором бедро или коленного сустава угол изменение превысил 11,5 ° (0,2 радиан) в любом сгибании или продления 3,9,13-15. Определить конец удар в рамках пикового расширением следующей движения сгибания или пик сгибания в следующем движения расширения 3,9,14.
  4. Для всех ударов, вычислить кинематических параметров с использованием пользовательских программ Matlab.
    1. Вычислить расхождение позиций в г-направлении (по вертикали, задача конкретного направления) LED на каждой ноге, что активированный мобильный 3.
    2. Вычислить хип сгибании / разгибании коленного и сгибании / разгибании совместные корреляций Пирсона коэффициентов корреляции (г) при нулевой задержкоймежду бедра и коленного сустава угол экскурсий. Для сравнения корреляции (г) между младенцев, конвертировать хип-угла коленного сустава корреляции Фишера Z баллов 3,9,15.
    3. Время-нормализации совместные данные угол, а затем вычислить хип сгибании / разгибании коленного и сгибании / разгибании непрерывный относительную фазу (CRP) из угловых данных позиция / скорости 16,17. Анализ результатов расчета CRP в следующих пяти временных точках: () начало удара, (б) пик скорость первого сегмента (с) совместное изменение, (г) пик скорость второго сегмента, и (е ) конец удар 3.
  5. Для всех ударов, определить бесконтактные удары при просмотре синхронные видеоданные. Вычислить кинетические параметры для бесконтактных ударов с использованием пользовательских программ Matlab.
    1. Вычислить массу сегментарный и центр инерции из уравнений модифицированных для детей от антропометрических модели Hatze для взрослых 18. Вычислить 3D моменты инерциибедро, голень и стопы сегменты из уравнений модифицированы для детей от антропометрических модели Дженсена для взрослых 19.
    2. Рассчитать сроки в следующем уравнении движения с использованием теории винта пространственных манипуляций 20.
      Уравнение 1
      происходит с помощью метода Лагранжа, где М (θ) является матрица инерции, theta1 Кориолиса и центробежная матрица крутящий момент, Н (θ) гравитационные (GRA) моменты и Т мышечные (MUS) моменты.
    3. Вычислить совместные моменты, используя кинематические данные 3D от бесконтактных ногами, тело сегмента инерциальных параметров, и биомеханических уравнения движения.
    4. Разделите чистый (нетто) крутящего момента на каждом суставе в движения зависит от (МДТ), СОР, и МУС момента взносов 21. Полезного крутящего момента прямо пропорциональна ускорений на каждое соединение.МДТ крутящего момента относится к пассивной моментов, связанных с механических взаимодействий между движущимися между собой сегментов конечности. GRA крутящего момента относится к пассивной силой тяжести, действующей вниз по конечности. МУС момент включает в себя войска из активных сокращений мышц и пассивных деформаций мышц, сухожилий, связок и других околосуставных тканей.
    5. Для тазобедренного и коленного отдельно вычислить крутящий момент импульс как величины вклада каждого распределяют крутящий момент (МУС, GRA, МДТ) с чистой крутящего момента. Вычислить положительный или отрицательный импульс крутящего момента (момента времени) * во время интервалов, в которых колено МУС момент действовали в том же или противоположном направлении по сравнению с колена NET крутящего момента. Выполните эту же вычисления с колена ГРА и MDT моментов и хип МУС, СОР, и MDT моментов. Для тазобедренного и коленного отдельно, суммировать все положительные и отрицательные импульсы для каждого компонента крутящего момента, чтобы получить меру величины вклада каждого секционированных Импульс моментае (МУС, ГРА, МДТ) для NET импульса крутящего момента.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Процесс обучения молодых детей может быть количественно с точки зрения% РБА, положение дисперсия конечных эффекторов (футов), хип-колено угол коэффициентов корреляции и бедра и коленного сустава моментов. Каждый уровень анализа дает уникальную информацию о том, как младенцы исследовать связь между их действиями ног и активации младенческой мобильный в процессе поиска обучения.

Для статистического анализа РБА% и хип-колено угол коэффициентов корреляции, регрессии смешанных моделей с авторегрессии ковариационной структурой и группы (учащихся, не изучающих) в качестве между-фактор предметом были использованы для проверки различия каждой зависимой переменной (% РБА, хип-колено коэффициент корреляции) между базовой, приобретение и условий вымирания всей дней. Для статистического анализа тазобедренных и коленных мышц момента импульса в пределах Learner группы, модели смешанной регрессии с авторегрессии ковариационной структурой были использованы длякаждой зависимой переменной (хип мышцы импульс момента, колено мышц момент импульса) среди исходных, приобретение и условий вымирания всей дней. Статистический анализ были завершены с помощью SAS (версия 7.0, SAS Institute Inc.) с альфа-уровня, установленного на 0,05 для общих ценностей F и регулируется с помощью коррекции Бонферрони для плановых сравнений постфактум.

Процент Железобетонный ног действий

Процент активизации действий ног оценивается, чтобы определить, были ли выполнены и узнал задачу 3 детей. Чтобы изобразить характерные различия в% РБА между 3-4 месячных детей, которые учатся и не учатся задачу, 20 детей были разделены на учащихся (п = 8) и не учащиеся (п = 12), основанные на индивидуальной критерия обучения. Учащиеся, но не являющиеся учащиеся, значительно увеличилось% номинальной между состоянием День 2 приобретения и исходного состояния День 1 (р <0,001, рис 4). Графические результатыс шагом 2 мин предоставляет информацию о времени протекания процесса обучения. Обратите внимание на первоначальный уменьшение% РБА учащегося в течение первых 2 мин состояния день 1 приобретения. Младенцы, которые узнали задачу уменьшилось их общее действие, когда ребенок начал мобильного активировать, возможно, сначала в качестве ориентировочной реакции, то, возможно, в качестве стратегии для определения их действия были связаны с мобильным активации.

Позиция Разница на конец эффекторов

Положение дисперсия конечных эффекторов (футов) предоставляет информацию о стратегии, используемой детей, чтобы выполнить задачу. Она также обеспечивает понимание того, что было "узнал" младенцем. Учащиеся демонстрируют одну из двух стратегий для достижения этого открытия обучения задачу. При взаимодействии с подвижной, если порог высокий, более 50% длины ног младенца над столом (14-20 см), Обучающиеся (п = 2) уменьшение дисперсии ихноги в вертикальном, задачи конкретного направления перемещения по близки к порогу (рисунок 5). Они, кажется, научились расположение порога. Если порог низкий, менее 50% от длины ног младенца над столом (5-8 см), Обучающиеся (N = 6) увеличение дисперсии ноги в вертикальном направлении, перемещая их ноги постепенно выше (фиг.6) , Они, кажется, научились бить высок. Можно было бы ожидать, что с дополнительных дней, Обучающиеся с низким порогом бы узнать минимальную высоту, необходимую для активации мобильного и их положение дисперсию в вертикальном направлении, уменьшается.

Хип-Колено Угол коэффициенты корреляции

Чтобы изобразить различия в хип-колено координации узоров, 20 детей были разделены на учащихся (п = 8; 5055 ударов анализируются) и не-учащихся (п = 12; 8240 ударов проанализированы), основанные на индивидуальной критерия обучения. Учащиеся, но неНомера для учащихся, значительно сократилось их хип-колено коэффициент корреляции между углом условии День 2 приобретения и исходного состояния День 1 (р <0,001, рис 7). Это изменение координации был также найден в результатах относительных фазовых (таблица 1). Учащиеся показали меньше в фазе координации хип-колено при взаимодействии с подвижной, возможно, потому, что эта координация модель при условии, более эффективные средства, чтобы активировать мобильный. Когда высота низкий, наиболее эффективным средством, чтобы активировать мобильный может быть, чтобы продемонстрировать и расширить бедра, сохраняя колено продлен. Когда высота высока, наиболее эффективным способом, чтобы активировать мобильная станция может быть поддержание бедра согнуты и гибкость и продлить колено. Результаты Либо стратегии в более вне фазы координации хип-колено (бедро сгибается, а колено распространяется) по сравнению с типичной ногами шаблон младенца почти синхронной сгибания и разгибания бедра и колена.

Бедра и коленного МУС момент импульса из учащихся. (N = 8; 917 ударов) графически на рисунке 8 Обучающиеся значительно увеличилось вклад хип МУС момент импульс бедро NET момента импульса между условиями День 2 вымирания и всех других условий (р <0,001 ). Учащиеся также увеличилось колено MUS вклад момента импульса к импульсу NET колено крутящего момента между условиями День 2 вымирания и всех других условий, кроме 1 день исходных (р <0,001). Ожидалось, что будет снижение тазобедренного и коленного МУС момента импульса между условием 2-й день приобретения и исходного состояния День 1, так как это было сделано предположение, что учащиеся использовали меньше в фазе координации хип-колено образец, потому что это было больше эффективнее, чем координация картина более в фазе. Это изменение в МУС момента импульса, возможно, не было продемонстрировано, потому что для вычисленияccurate моменты, только ногами, которые не контактируют с поверхностью или другую ногу могут быть использованы. Только 917 ударов отвечает этому критерию, по сравнению с 5055 ударов, используемых для документирования снижение хип-колено коэффициентов корреляции в состоянии 2-й день приобретения. Таким образом, снижение количества ударов анализируемых, хотя необходимо точно вычислить моменты, возможно, способствовали не-значительной разницы в MUS моментов между базовыми и приобретения условиях. Тем не менее, устойчивый вывод был рост тазобедренного и коленного МУС момента импульса при условии исчезновения. Младенцы, которые выучили задачу, казалось, генерации больших тазобедренных и коленных MUS моменты во время тушения состоянии в попытке возобновить работу мобильный.

Рисунок 4
Рисунок 4: Средний процент усиленной действия ног на 2-минутного интервала.Младенцы были разделены на учащихся (п = 8) и не учащиеся (п = 12), основанные на индивидуальных критериев обучения. Учащиеся значительно увеличилось процент активизации действий ноги между состоянием День 2 приобретения и исходного состояния День 1 (скорректированного р <0,001). B = базовая, = приобретение, Е = вымирание.

Рисунок 5
Рисунок 5:. Пример Learner с высоким порогом (14 см выше таблице; 68% длины ног) Это ребенок научился двигать ногами вокруг порога в состоянии приобретения, тем самым уменьшая отклонение в вертикальной г-направлении. Примечание увеличение дисперсии, когда мобильная больше не активирует при условии экстинкции. Исходные данные из 2-й день этого ученика представлена ​​на рисунке 2. B = базовая, = приобретение, Е = вымирание.


Рисунок 6: Пример Learner с низким порогом (7 см выше таблице; 34% длины ног). Это младенец научился поднимать ноги выше в состоянии приобретения, тем самым увеличивая дисперсию в вертикальной г-направлении. B = базовая, = приобретение, Е = вымирание.

Рисунок 7
Рисунок 7: Учащиеся по сравнению с не-учащихся:. Означает, коэффициенты корреляции хип-колено пары на 2-минутными интервалами Младенцы были разделены на учащихся (п = 8) и не учащиеся (п = 12), основанные на индивидуальных критериев обучения. Учащиеся значительно сократилось хип-колено коэффициент корреляции между углом условии День 2 приобретения и исходного состояния День 1 (скорректированного р <0,001). B = базовая, = приобретение, Е = вымирание.


Рисунок 8: Учащиеся: Значит мышцы к чистой крутящего момента импульса бедра и колена на 2-минутными интервалами Обучающиеся (п = 8), значительно увеличилась хип вклад мышцы крутящего момента импульса хип импульса чистая крутящего момента между вымирания состоянии 2-й день и все другие условия (. Скорректированная р <0,001). Учащиеся также значительно увеличилось колено мышц вклад момента импульса коленного чистая момента импульса между исчезновения состоянии 2-й день и все другие условия, кроме 1 день базового (скорректированная р <0,001). B = базовая, = приобретение, Е = вымирание.

Удар Пик скорости Тазобедренного сустава Восстановление Пик скорости Удар
Инициирование 1-й половины удар 2-й половины удар Конец
M (SE) M (SE) M (SE) M (SE) M (SE)
День 1 Исходные Обучающиеся 64.4 (6.7) * 57,1 (6,8) * 57,1 (7,5) * 57.7 (7.6) * 62,5 (6,0) *
Номера для учащихся 60.3 (5.4) 52,6 (5,5) 53,2 (6,1) 51,8 (6,1) 58.3 (4.8)
День 1 Приобретение Обучающиеся 64,1 (6,4) * 58.7 (6.6) * 58,3 (7,3) * 58,4 (7,4) * 66.3 (5.6) *
; Номера для учащихся 60.0 (5.2) 55.6 (5.4) 52,7 (5,9) 52,7 (6,0) 61.0 (4.6)
День 2 Исходные Обучающиеся 65.9 (6.6) 63.6 (6.7) 62,7 (7,4) 61,9 (7,5) 66.7 (5.8)
Номера для учащихся 44.7 (5.4) 42.6 (5.5) 39.3 (6.1) 37.8 (6.1) 48.6 (4.8)
День 2 Приобретение Обучающиеся 76.3 (6.4) ** 70.5 (6.6) ** 70.5 (7.3) ** 70.3 (7.3) ** 73.2 (5.6) **
Номера для учащихся 47,6 (5,2) 42.3 (5.4) 38.7 (5.9) 36.6 (6.0) 47.5 (4.6)
День 2 Extinction Обучающиеся 65.6 (6.6) 60.5 (6.7) 61.7 (7.4) 61.7 (7.5) 66.7 (5.8)
Номера для учащихся 48.1 (5.3) 46.7 (5.5) 43.9 (6.0) 42.3 (6.1) 49.8 (4.7)

Таблица 1: Учащиеся по сравнению с не-учащихся: относительная фаза хип-колено пары условием младенцев были разделены на учащихся (п = 8) и не-учащихся (п = 12), основанные на индивидуальных критериев обучения. В группе, Обучающиеся значительно увеличилось угол хип-колено относительную фазу на всех 5 временных точках между состоянием День 2 приобретения и исходного состояния День 1 (менее координационного в фазе). Между группами, учащихся, а по сравнению с не-учащихся, значительно увеличилось угол хип-колено относительная фаза (менее фазе координации) на всех 5 временных точках во время 2-й день состояние приобретения. Примечание: SE = улandard ошибке. * = Значительно снизилась с Learner день приобретения 2, р <0,001 (более-фазы); ** = Значительно увеличился с Номера Learner день приобретения 2, р <0,001 (менее фазе)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Дизайн-открытие учебных задач для маленьких детей

Открытие-учебных задач для маленьких детей должны быть тщательно разработан, чтобы гарантировать, что дети независимо обнаружения чрезвычайных ситуаций. В нескольких мобильных парадигм в начале условии приобретения, младенцы либо показано, что мобильная активизирует от не-условного активации мобильного 7,22 или ноге каждого ребенка пассивно перемещается исследователем вводить младенцу непредвиденных 9. Кроме того, воспитатели и экспериментаторы могут обеспечить дополнительное усиление для поддержки производительности младенца. Конкретные правила, как описано здесь, имеют решающее значение для обеспечения того, чтобы дети независимо обнаружения непредвиденных без внешнего влияния.

Важно также, что зависит мера собраны во время открытия задачи обучения чувствителен к изменениям в производительности. Наиболее важным жерехЭСТ в этой парадигме является установка порога активации младенческой мобильный телефон. Если порог установлен слишком высоко над столом, ребенок может не активировать мобильный достаточно часто во время сбора, чтобы определить, что это его нога действие, активизируя мобильный. Если порог установлен слишком низко, ребенок может иметь такой высокий уровень% РБА на базовом, что это маловероятно, что ребенок будет иметь возможность увеличить% номинальной достаточно во время сбора, чтобы продемонстрировать производительность или обучения; Например, ребенок с базовым% РБА 50% на 1 день потребуется, чтобы активировать мобильный для 75% 6 мин приобретения состояния 2-й день, чтобы удовлетворить индивидуальные критерии обучения. Пилот испытания подтвердили, что стандартный порог для каждого ребенка не может быть использован, а порог должен быть вычислен индивидуально для каждого ребенка от их базового спонтанных действий ног, чтобы гарантировать, что базовый% номинальной примерно 20-30% действию ног каждого ребенка. Сбор и анализ данных о местоположении из детских мероприятий ног

Этот метод использует данные, собранные позиции от жестких тел, присоединенных к совместным сегментов, стандартным методом во взрослой биомеханического анализа. Предыдущее исследование о младенческой действий ног собрали данные о положении от отдельных светодиодов, прикрепленных к совместным центров 13-15,23-28. Сбор данных от твердых тел по сравнению с отдельных светодиодов имеет несколько преимуществ. Во-первых, твердые тела меньше двигаться и упасть очень редко, по сравнению с отдельных светодиодов. Это позволяет более коллекций данных (8-10 мин) без перерывов, чтобы заменить недостающие маркеры, которые могут отвлечь детей от их открытия обучения задачи. Во-вторых, твердые тела позволят в полной 3D кинематической и кинетического анализа совместного движения. Данные, собранные с отдельных IREDs анализируется и сообщил, как будто движение происходит только в сагиттальной плоскости движений сгибания и разгибания. Это приводит к incompletе кинематических данных. Данные, собранные с отдельных IREDs также ограничивает кинетический анализ в 2D кинетического подхода, который, вероятно, дает неточные оценки крутящего момента в течение детской ногами действий, которые не встречаются в основном в сагиттальной плоскости. Хотя использование жестких тел значительное продвижение в детской биомеханической исследований, детские твердых тел в настоящее время не доступны для покупки и требуют специального изготовления.

Ограничения

Одним из ограничений метода является то, что он ограничен в лабораторных условиях в связи с использованием системы захвата движения. Рекрутинг молодых детей для участия в лабораторных основе исследований по несколько дней является сложной задачей.

Этот мобильный парадигма сообщает низкие проценты младенцев, которые узнали задачу по сравнению с предыдущими мобильными парадигм. Из-за нескольких уникальных особенностей этой парадигмы, младенцы могут потребовать более 2 дней, чтобы продемонстрировать обучения. Во-первых, вfants не показали, что мобильные движется, а они самостоятельно открыть непредвиденные как их поисковые действия ног активировать мобильный. Во-вторых, парадигма требует более изысканный действия ног, чем предыдущие мобильные парадигм и призывает более зрелых, вне фазы хип-колено координации шаблон, который может быть трудным для детей, чтобы научиться генерировать в течение двух дней 3. В-третьих, младенцы не могут продемонстрировать производительность или обучение, увеличивая ног действия, когда мобильные остановки активирующие (т.е. при исходных или экстинкции 5), а младенцы должны оставаться в зацеплении с задачи и повысить мобильного арматуру для всего 6 мин приобретения состояния 2 дня до продемонстрировать знания. Из-за этих уникальных особенностей, это предположение, что увеличение количества дней, участвующих в задаче, может привести к более младенцев, изучающих задачу.

Будущие приложения

Это открытие обучения задача может лEAD для новых идей о том, как дети учатся изменять их спонтанные движения, чтобы выполнять действия под конкретные задачи. По отслеживания ног действия младенцев при участии в среде обнаружения обучения, было показано, что младенцы изменить положение дисперсию конечных эффекторов (футы), их форм координации бедра колена, и их тазобедренного и коленного суставов MUS момент импульса. Эта информация может определить параметры младенцы имеют доступны для них при взаимодействии с окружающей средой, и как они эксплуатируют эти варианты, чтобы узнать действия конкретные задачи. Он также предоставляет средства для расследования не только, как младенцы учатся задачу, но то, что они учатся. Например, Обучающиеся с низким порогом оказалось научиться удар выше, а Обучающиеся с высоким порогом оказалось, чтобы узнать расположение порога.

Детей с риском развития двигательных расстройств предоставляют уникальную образец для исследования детской ограничений, которые способствуют изменениям конкретных задач в актеионная. Лежащие в основе патологии, что ставит детей в опасности способствует различий в действии ноги из-за нарушений, таких, как снижение избирательное совместное движение и снизилась форс-генерирующие мощности мышц. Отслеживание ног действия детей с риском для двигательных расстройств во время этой или других задач обнаружения обучения может обеспечить возможность количественно, как конкретные нарушения способствуют различия в конкретных задач действий ног, а также различия в том, как задачи узнал.

После того, как известно, как конкретные нарушения различных популяций, подверженных риску детей влияет на раннее действие ноги, более принципиальным исследования могут быть предприняты для определения того, как в начале нога действие может быть оптимизирован для квалифицированного функции. Открытие-обучения парадигмы могут быть разработаны для поддержки действий ног и изучение детей с риском для двигательных расстройств. В частности, участки могут быть построены таким образом, что желаемые модели координации или форс-производственные требованияобнаружен детей, как они исследуют связь между их действия ног и его последствий в построенной окружающей среды. Эти типы парадигм обнаружения обучения может не только поддерживать действия нога, но может также поддерживать учебные способности молодых риска детей.

Таким образом, описан способ, в котором 3-4 месячных детей узнать задачу открытия и их движений ног захватываются для количественной оценки процесса обучения. Отслеживание движений детей во время участия в задачах обнаружения обучения может обеспечить возможность количественно процесс обучения, как младенцы исследовать связь между их действия и его воздействия на мир.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgments

Это исследование было поддержано поощрении докторантуры (PODS) Я и II награды от Фонда физической терапии и принять-A-Doc стипендию от образования секции Американской ассоциации физиотерапии Барбара Сарджент.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Optotrak Certus Position Sensor, Far Focus, with stand Northern Digital Inc 8800852
Optotrak Data Acquisition Unit II (ODAU II) Northern Digital Inc 8800767
Optotrak Vinten Stand, Certus with Quick Fix Adapter Northern Digital Inc 8800855.002
Certus S-Type, Standard Configuration Northern Digital Inc 8800761
Marker (7 mm) pair, c/w RJII connector and 8 ft cable Northern Digital Inc 8001029.001
AC Line Cord, Medical Grade, North America Northern Digital Inc 7500010
Cubic Reference Emitter Kit - Certus Northern Digital Inc 8800768
3 Pylon IEEE 1394 cameras Basler A6021c
Vixia HG10 camcorder Canon 2183B001
Adhesive Disks MVAP Medical Supplies E401-500
Reversible head support Eddie Bauer 52556
Softstrap Strap Sammons Preston A34960
Digital Pediatric Scale Healthometer Model 524KL

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gibson, E. J., Pick, A. D. An Ecological Approach to Perception, Learning and Development. Oxford University Press. New York, NY. (2000).
  2. Thelen, E., Smith, L. B. A Dynamic Systems Approach to the Development of Cognition and Action. MIT Press. Cambridge, MA. (1994).
  3. Sargent, B., Schweighofer, N., Kubo, M., Fetters, L. Infant exploratory learning: influence on leg joint coordination. PLoS One. 9, (3), e91500 (2014).
  4. Rovee-Collier, C. K., Gekoski, M. J. The economics of infancy: A review of conjugate reinforcement. Adv Child Dev Behav. Reese, H. W., Lipsitt, L. P. 13, Academic. 195-255 (1979).
  5. Heathcock, J. C., Bhat, A. N., Lobo, M. A., Galloway, J. C. The performance of infants born preterm and full-term in the mobile paradigm: learning and memory. Phys. Ther. 84, (9), 808-821 (2004).
  6. Haley, D. W., Weinberg, J., Grunau, R. E. Cortisol, contingency learning, and memory in preterm and full-term infants. Psychoneuroendocrinology. 31, (1), 108-117 (2006).
  7. Angulo-Kinzler, R., Ulrich, B. D., Thelen, E. Three-month-old infants can select specific leg motor solutions. Motor Control. 6, (1), 52-68 (2002).
  8. Tiernan, C. W., Angulo-Barroso, R. M. Constrained motor-perceptual task in infancy: effects of sensory modality. J. Mot. Behav. 40, (2), 133-142 (2008).
  9. Chen, Y., Fetters, L., Holt, K., Saltzman, E. Making the mobile move: constraining task and environment. Infant Behav. Dev. 25, (2), 195-220 (2002).
  10. Ohr, P. S., Fagen, J. W. Conditioning and long-term memory in three-month-old infants with Down syndrome. Am. J. Ment. Retard. 96, (2), 151-162 (1991).
  11. Thelen, E., Hidden Ulrich, B. D. skills: A dynamical system analysis of treadmill stepping in the first year. Monogr Soc Res Child Dev. 56, (1), 1-98 (1991).
  12. Soderkvist, I., Wedin, P. Determining the movements of the skeleton using well-configured markers. J. Biomech. 26, (12), 1473-1477 (1993).
  13. Schneider, K., Zernicke, R. F., Ulrich, B. D., Jensen, J. L., Thelen, E. Understanding movement control in infants through the analysis of limb intersegmental dynamics. J. Mot. Behav. 22, (4), 493-520 (1990).
  14. Jensen, J. L., Schneider, K., Ulrich, B. D., Zernicke, R. F., Thelen, E. Adaptive dynamics of the leg movement patterns of human infants: I. the effects of posture on spontaneous kicking. J. Mot. Behav. 26, (4), 303-312 (1994).
  15. Fetters, L., Sapir, I., Chen, Y. P., Kubo, M., Tronick, E. Spontaneous kicking in full-term and preterm infants with and without white matter disorder. Dev. Psychobiol. 52, (6), 524-536 (2010).
  16. Emmerick, R., Wagenaar, R. Effects of walking velocity on relative phase dynamics in the trunk in human walking. J. Biomech. 29, (9), 1175-1184 (1996).
  17. Kelso, J. A., Scholz, J. P., Schoner, G. Nonequilibrium phase transitions in coordinated biological motion: critical fluctuations. Physics Letters A. 134, (6), 8-12 (1986).
  18. Schneider, K., Zernicke, R. F. Mass, center of mass, and moment of inertia estimates for infant limb segments. J. Biomech. 25, (2), 145-148 (1992).
  19. Sun, H., Jensen, R. Body segment growth during infancy. J. Biomech. 27, (3), 265-275 (1994).
  20. Murray, R. M., Li, Z., Sastry, S. S. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. CRC Press. Boca Raton, FL. (1994).
  21. Galloway, J. C., Koshland, G. F. General coordination of shoulder, elbow and wrist dynamics during multijoint arm movements. Exp. Brain Res. 142, (2), 163-180 (2002).
  22. Angulo-Kinzler, R. Exploration and selection of intralimb coordination patterns in 3-month old infants. J. Mot. Behav. 33, 363-376 (2001).
  23. Fetters, L., Chen, Y. P., Jonsdottir, J., Tronick, E. Z. Kicking coordination captures differences between full-term and premature infants with white matter disorder. Hum. Mov. Sci. 22, 729-748 (2004).
  24. Jeng, S., Chen, L., Yau, K. Kinematic analysis of kicking movements in preterm infants with very low birth weight and full-term infants. Phys. Ther. 82, 148-159 (2002).
  25. Jensen, J. L., Thelen, E., Ulrich, B. D., Schneider, K., Zernicke, R. F. Adaptive dynamics of the leg movement patterns of human infants: III. age-related differences in limb control. J. Mot. Behav. 27, 366-374 (1995).
  26. Piek, J. P. A quantitative analysis of spontaneous kicking in two-month-old infants. Hum. Mov. Sci. 15, 707-726 (1996).
  27. Thelen, E. Developmental origins of motor coordination: Leg movements in human infants. Dev. Psychobiol. 18, 1-22 (1985).
  28. Vaal, J., van Soest, A. J., Hopkins, B., Sie, L. T. L., van der Knaap, M. S. Development of spontaneous leg movements in infants with and without periventricular leukomalacia. Exp. Brain Res. 135, 94-105 (2000).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics