استخدام تحلل كلسكي لاستكشاف الاختلافات الفردية في العلاقات الطولية بين مهارات القراءة

Summary

توضح هذه الورقة استخدام طريقة معيار الذهب في علم الوراثة السلوكي، طريقة تحلل شولسكي، لتقدير التأثيرات الوراثية والبيئية الفريدة والمتداخلة على متغيرات مختلفة للرد على البحوث ذات الدوافع الطولية الاسئله.

Abstract

طريقة تحلل Cholesky هي المعيار الذهبي المستخدم في مجال علم الوراثة السلوكي. الطريقة شعبية لأنه من السهل برمجة وحل. باستخدام هذه الطريقة، يمكن للباحثين استكشاف الاختلافات الفردية في العلاقات الطولية من المتغيرات المختلفة عبر نقاط زمنية متعددة. تسمح هذه الطريقة للمحققين بتحلل التباين إلى (1) الآثار البيئية الفريدة والمشتركة وغير المشتركة التي تنشأ في نقاط زمنية محددة وكذلك (2) الآثار البيئية المتداخلة والمشتركة وغير المشتركة التي يتم ترحيلها من واحدة نقطة زمنية إلى أخرى. ومع ذلك، لا تحدد الطريقة الآليات أو الأصول الكامنة وراء هذه الآثار. ويركز التقرير الحالي على تطبيق طريقة تحلل شولسكي في مجال علم النفس التربوي. وعلى وجه التحديد، يناقش التقرير الاختلافات الفردية في العلاقات الطولية بين المعرفة بحرف رياض الأطفال، والوعي الصوتي لرياض الأطفال، ومهارات القراءة على مستوى الكلمة في الصف الأول، وفهم القراءة في الصف السابع.

Introduction

إن أن تصبح قارئاً ماهراً لديه القدرة على قراءة النص وفهمه بطلاقة أمر مهم بالنسبة لنتائج مدارس الأطفال. لمنع تطور مشاكل القراءة، من الضروري فهم مدى توقع مهارات القراءة المختلفة لفهم القراءة. وقد أظهرت البحوث القائمة أن مهارات القراءة قبل القراءة والكلمة على مستوى الكلمة في المدرسة الابتدائية توقع فهم القراءة في المدرسة المتوسطة^1،2. الاختلافات الفردية في هذه التنبؤات تشير في الغالب إلى العوامل الوراثية الكامنة (وإلى حد ما البيئية) من رياض الأطفال حتى الصف الرابع^3،4. ومع ذلك، هناك حاجة إلى استكشاف ما إذا كانت هذه العوامل الوراثية والبيئية نفسها لا تزال تؤثر على هذه التنبؤات حتى صفوف المدارس المتوسطة.

إحدى الطرق للحصول على فهم أفضل للاختلافات الفردية الكامنة وراء الارتباطات بين مهارات القراءة في المدارس الابتدائية والمتوسطة هي استخدام المنهجية الوراثية السلوكية، وعلى وجه التحديد طريقة تحلل Cholesky. تعتبر طريقة تحلل كلسكي واحدة من التحليلات القياسية الذهبية في علم الوراثة السلوكي. هذه الطريقة سهلة البرمجة وحلها وتسمح لتحلل التباين والتباين المشترك في (A) الوراثية، (C) البيئية المشتركة، و (E) التأثيرات البيئية غير المشتركة، وعادة في عينة من التوائم. يشار إلى مثال على التحلل أحادي المتغيرات (متغير واحد) في الشكل 1. يشير العامل الكامن إلى الآثار الوراثية، وهي تأثيرات وراثية موروثة من الوالدين. ويشير العامل الكامن جيم إلى الآثار البيئية المشتركة، وهي جوانب من البيئة تعمل على جعل التوائم أكثر تشابها، مثل البيئات المنزلية والمدرسية. وأخيراً، يشير العامل الكامن E إلى الآثار البيئية غير المشتركة، وهي تأثيرات بيئية فريدة من نوعها لكل توأم وتسهم في الاختلافات بين التوائم، مثل تجربة كل منهما. عامل E يلتقط أيضا خطأ القياس.

الشكل 1: التحلل إلى (أ) وراثي، (جيم) التأثيرات البيئية المشتركة، (هاء) التأثيرات البيئية غير المشتركة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تقدر العوامل A وC وE في الشكل 1 مدى تأثير الجينات والبيئات على متغير واحد (قراءة). ومع ذلك، للتحقيق في الاختلافات الفردية التي تقوم عليها الروابط الطولية بين أكثر من مهارة قراءة واحدة من المدرسة الابتدائية إلى المدرسة المتوسطة، من الضروري إجراء تحليل طولي. للإجابة على أسئلة البحوث ذات الدوافع الطولية، يتم استخدام طريقة التحلل Cholesky متعددة المتغيرات هنا⁵. من الناحية المفاهيمية، فإن طريقة التحلل Cholesky متعددة المتغيرات مماثلة للتراجع الهرمي المتعدد، بحيث يتم تقييم المساهمة المستقلة للعوامل الوراثية والبيئية بعد أن تؤخذ مساهمات العوامل السابقة في حساب.

على سبيل المثال، في تحلل Cholesky متعدد المتغيرات مع البيانات الطولية في أربع نقاط زمنية (انظر الشكل 2)،والمجموعة الأولى من العوامل [الوراثية (A_1)،والبيئة المشتركة (C_1)،والبيئية غير المشتركة (E_1)] يساهم في الفرق من جميع المتغيرات، ممثلة كمسارات_{11،21،31،41،}ج_11،ج_21،...، ه_11،وما إلى ذلك، من_{A 1،}C_1،E₁ العوامل إلى كل متغير . تساهم المجموعة الثانية من العوامل (A₂و C₂وE₂₎في تباين المتغيرات الثانية والمتغيرات اللاحقة بعد التحكم للمرة الأولى. يتم تمثيل المجموعة الثانية من العوامل كمسارات_{a 22،a 32،42،}ج_22،ج_32،...، ه_22،الخ. ثم، يتم تقدير تأثيرات المجموعة الثالثة من العوامل (A_3،C_3،E₃₎للمتغيرات الثالثة والرابعة بعد التحكم في نقطتي الوقت السابقتين. يتم تمثيلها كمسارات_{a 33},_{a 43}, c_33, c_43, e₃₃, e₄₃. وأخيرا، يتم قياس تأثيرات المجموعة الرابعة من العوامل (A_4،C_4،E₄₎للنقطة الزمنية النهائية بعد السيطرة على جميع نقاط الوقت السابقة. هم مثّلت كممرات_{[ا] 44},_{[ك] 44}, [إ]₄₄.

الشكل 2: نموذج تحلل كلوسكي متعدد المتغيرات لمدة أربع نقاط زمنية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

في هذا التطبيق الطولي لطريقة التحلل Cholesky متعددة المتغيرات، يتم تقدير التأثيرات الوراثية والبيئية في كل نقطة زمنية بعد أن تم التحكم في آثار نقاط الوقت السابقة. وعلى هذا النحو، فإن هذه الطريقة تسمح بتحديد مدى ظهور التأثيرات الجينية والبيئية الفريدة على الإنترنت في كل نقطة زمنية بعينها، بصرف النظر عن التأثيرات عن نقاط الزمن السابقة (تقدر هذه الآثار بمسارات_11، أ ₂₂،_{أ 33}،₄₄، ج_{11 ،} ج₂₂، ...، ه_{11 ،} ه₂₂، الخ). وبالإضافة إلى ذلك، تتيح هذه الطريقة أيضا فحص الدرجة التي يتم بها تقاسم نفس التأثيرات الجينية والبيئية (المتداخلة) بين النقاط الزمنية. وبعبارة أخرى، يمكن تحديد إلى أي مدى التأثيرات الوراثية والبيئية ترحيل من نقطة زمنية واحدة إلى أخرى (أي، يتم تقدير هذه الآثار من قبل مسارات_{21،31،41،32،42، أ 43،}ج_21،ج_31،...، ه_21،الخ). وتجدر الإشارة إلى أن المسارات_{a 11}و c₁₁و_{e 11} تمثل جميع التأثيرات الوراثية والبيئية الممكنة حتى نقطة المرة الأولى، والتي يمكن أن تكون إما فريدة من نوعها أو متداخلة مع النقاط الزمنية السابقة. غير أن النقاط الزمنية السابقة للنقطة الزمنية الأولى لا تُقدَّر؛ وبالتالي، لا يمكن تحديد ما إذا كانت تمثل تأثيرات فريدة أو متداخلة. ولأغراض التبسيط، تدرج هذه التأثيرات بوصفها تأثيرات فريدة من نوعها في هذا التقرير.

ترتيب المتغيرات المقاسة التي دخلت في تحلل Cholesky هو تعسفي. ومع ذلك، عادة ما يكون النظام مدفوعا ً بمنظور نظري. وهذا هو الحال أيضا في الدراسة الحالية، التي استند فيها الأمر إلى تطوير مهارات القراءة، بحيث أن مهارات القراءة في المدرسة الابتدائية تنبئ بفهم القراءة في المدرسة المتوسطة.

هناك العديد من التقارير في المؤلفات التي تحقق في العوامل الوراثية والبيئية التي تقوم عليها الارتباطات الطولية لمهارات القراءة باستخدام طريقة تحلل شولسكي. ركزت هذه الدراسات السابقة في معظمها على التحقيق في العلاقات بين مهارات القراءة بين تلاميذ المدارس الابتدائية^6و7. هناك دراسة واحدة فقط نشرت دراسة الاختلافات الفردية المرتبطة القراءة من الصفوف الابتدائية إلى الصفوف المتوسطة باستخدام طريقة التحلل Cholesky متعددة المتغيرات⁸. يفصّل هذا البروتوكول طريقة التحلل الـ"شولسكي" المتنوعة من ذلك التقرير المحدد لاستكشاف الاختلافات الفردية في العلاقات الطولية بين المعرفة بحرف رياض الأطفال، والوعي الصوتي لرياض الأطفال، ومستوى الكلمة في الصف الأول مهارات القراءة، وفهم القراءة الصف السابع.

وتركز نتائج الدراسة على استخدام طريقة التحلل المعقدة متعددة المتغيرات للتمييز بين نوعين من التأثيرات الوراثية والبيئية. أولاً، تبين كيفية تقدير التأثيرات الوراثية والبيئية التي تنقل (التداخل) من القراءة في المدارس الابتدائية إلى المرحلة المتوسطة (على سبيل المثال، تقدير المسارات₄₃وc_{43وe 43،}وهي تأثيرات وراثية وبيئية على مهارات القراءة على مستوى الكلمة من الصف الأول التي تؤثر على فهم القراءة في الصف السابع). ثانياً، يُبيَّن كيفية تقدير التأثيرات الوراثية والبيئية الفريدة التي تظهر على الإنترنت في كل درجة بعينها (على سبيل المثال، تقدير المسارات_33و33و33_و33،وهي تأثيرات جينية وبيئية فريدة على مهارات القراءة على مستوى الكلمة التي تنشأ في الصف الأول).

Protocol

تصف الخطوات الواردة أدناه عملية تقدير الاختلافات الفردية الكامنة وراء الارتباطات الطولية بين مهارات القراءة في المدارس الابتدائية والمتوسطة إلى (A) الوراثية، (C) البيئية المشتركة، (E) العوامل البيئية غير المشتركة باستخدام برنامج النمذجة الإحصائية ومعالج النصوص والبرامج مع واجهة مستخدم رسومية (GUI). وقد تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل مجلس المراجعة المؤسسية في جامعة ولاية فلوريدا.

1. إعداد البيانات لبرنامج النمذجة الإحصائية

1. إعداد البيانات بتنسيق يمكن قراءته بواسطة برنامج النمذجة الإحصائية المفضل. وتشمل برامج النمذجة الإحصائية شعبية Mx, OpenMx في منصة R, وMPlus⁹. يمكن لـ Mx قراءة ملفات البيانات بتنسيق بيانات .vl أو .dat وOpenMx في أي تنسيق بيانات وMplus بتنسيق بيانات .dat. يتم تنفيذ المثال الذي يظهر هنا في برنامج MPlus⁹.
   ملاحظة: يتوفر ملف بيانات نموذج بتنسيق .dat لستة مشاركين تم اختيارهم عشوائياً في الملفات التكميلية. تعكس المتغيرات المستخدمة في ملف بيانات نموذج المتغيرات المستخدمة في ملف ترميز الإدخال.

2. قراءة البيانات في برنامج النمذجة الإحصائية، وتشغيل البرنامج النصي، وتقدير الآثار

1. افتح برنامج النمذجة الإحصائية.
2. حدد موقع ملف البيانات ذات الصلة للقراءة في برنامج التصميم الإحصائي عن طريق كتابة "الملف هو [إدراج موقع ملف البيانات على جهاز الكمبيوتر الخاص بك]".
3. انقر على أيقونة RUN على شريط برنامج النمذجة الإحصائية للحصول على تقديرات للتأثيرات الوراثية والبيئية المشتركة وغير المشتركة من طريقة التحلل Cholesky متعددة المتغيرات. يمكن العثور على البرنامج النصي للإدخال المشروح لنموذج التحلل Cholesky متعدد المتغيرات لمدة أربع نقاط زمنية وكذلك إخراجه باستخدام MPlus في ملفات الترميز التكميلية.
4. مرة واحدة في برنامج النمذجة الإحصائية يولد تقديرات للتأثيرات الوراثية، والبيئية المشتركة، وغير المشتركة البيئية، وتحديد التقديرات في ملف الإخراج تحت stx₁₁ للمسار₁₁، stx₂₁ للمسار₂₁، ..., sty₁₁ للمسار ج_11,sty₂₁ للمسار ج_21,..., stz₁₁ للمسار ه_11,stz₂₁ للمسار ه_21,إلخ.

3. إنشاء جدول مع التقديرات التي تم إنشاؤها

1. افتح معالج النصوص.
2. نسخ التقديرات التي تم إنشاؤها إلى جدول في معالج النصوص. يمكن إنشاء الجدول بتنسيق كما هو موضح في الشكل 3. على سبيل المثال، في هذه الحالة، التقديرات للمسارات₁₁و₂₁و₃₁و₄₁ لها قيم 0.60 و 0.24 و 0.63 و 0.18 على التوالي.

الشكل 3: نمذجة التحلل الكوليسكي المتعدد المتغيرات تقديرات مسار موحدة للتأثيرات الوراثية والبيئية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4 - رسم التأثيرات البيئية الجينية والبيئية المشتركة وغير المشتركة

1. افتح البرنامج باستخدام واجهة المستخدم الرسومية.
2. أدخل التقديرات من الجدول الذي تم إنشاؤه في الخلايا F3-F16 و G4-G16 و H5-H16 و I6-I16. يتم تصوير لقطة شاشة من البرنامج مع واجهة المستخدم الرسومية في الشكل 4.

الشكل 4: إدخال التقديرات في البرنامج باستخدام واجهة المستخدم الرسومية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. حساب الفرق بين التأثيرات الوراثية والبيئية المشتركة وغير المشتركة من خلال تربيع التقديرات في الخلايا F3-F16 وG4-G16 وH5-H16 وI6-I16. اكتب القيم التربيعية في الخلايا J3-J16 و K4-K16 و L5-L16 و M6-M16.
4. حساب تباين النسبة المئوية عن طريق ضرب القيم في الخلايا J3-J16 و K4-K16 و L5-L16 و M6-M16 في 100. اكتب قيم النسبة المئوية في الخلايا N3-N16 و O4-O16 و P5-P16 و Q6-Q16. ويبين الشكل 5الخطوتين 4-3 و4-4.

الشكل 5: توضيح الخطوتين 4-3 و4-4. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. حساب مدى نقل التأثيرات الوراثية (التداخل) من المدرسة الابتدائية إلى المدرسة المتوسطة.
   1. في الخلية R3، اكتب "0".
   2. في الخلية R4 اكتب "= N4". وهذا هو مدى نقل التأثيرات الوراثية من النقطة الأولى إلى نقطة المرة الثانية. في هذه الحالة، فإنه يشير إلى التأثيرات الوراثية من الطلاقة تسمية الرسالة في رياض الأطفال تحمل إلى الطلاقة تجزئة فونمي في رياض الأطفال.
   3. في الخلية R5 اكتب "= N5 + O5". هذه هي الدرجة التي التأثيرات الوراثية من أول نقطتين مرة ترحيل إلى نقطة المرة الثالثة. في هذه الحالة، فإنه يشير إلى التأثيرات الوراثية من الطلاقة تسمية الرسالة في رياض الأطفال والطلاقة تجزئة فونمي في رياض الأطفال تحمل إلى مهارات القراءة على مستوى الكلمة في الصف 1.
   4. في الخلية R6 اكتب "= N6 +O6+P6". وهذا هو مدى نقل التأثيرات الوراثية من النقاط الثلاث الأولى إلى نقطة المرة الرابعة. في هذه الحالة، فإنه يشير إلى التأثيرات الوراثية من الطلاقة تسمية الرسالة في رياض الأطفال، والطلاقة تجزئة فونمي في رياض الأطفال، ومهارات القراءة على مستوى الكلمة في الصف 1 نقل إلى فهم القراءة في الصف 7.
6. حساب مدى نقل التأثيرات البيئية المشتركة وغير المشتركة (التداخل) من المرحلة الابتدائية إلى المدرسة المتوسطة إلى حد كبير كما هو الحال في الخطوة 4-5.
7. حساب مدى ظهور العوامل الوراثية الفريدة والبيئية المشتركة والبيئية غير المشتركة على الإنترنت في كل نقطة زمنية معينة (أي الدرجة).
   1. نسخ النسب المئوية من الخلايا N3، O4، P5، وQ6 في الخلايا S3، S4، S5، و S6، على التوالي، للحصول على مدى العوامل الوراثية الفريدة تأتي على الانترنت في كل درجة.
   2. نسخ النسب المئوية من الخلايا N8، O9، P10، و Q11 في الخلايا U3، U4، U5، وU6، على التوالي، للحصول على مدى العوامل البيئية المشتركة الفريدة تأتي عبر الإنترنت في كل درجة.
   3. نسخ النسب المئوية من الخلايا N13 و O14 و P15 و Q16 إلى الخلايا W3 و W4 و W5 وW6 على التوالي للحصول على مدى العوامل البيئية الفريدة غير المشتركة تأتي عبر الإنترنت في كل درجة.
8. لضمان صحة كافة العمليات الحسابية، يجب أن تضيف القيم الموجودة في الخلايا R3-W3 وR4-W4 وR5-W5 وR6-W6 ما يصل إلى 100. ويصور الشكل 6الخطوات من 4.5 إلى 4.7.

الشكل 6: توضيح الخطوات 4-5-4-8. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

9. رسم التداخل الوراثي وكذلك التأثيرات الوراثية الفريدة عن طريق النقر والسحب الماوس فوق الخلايا R2-R6 و S2-S6 لتسليط الضوء على البيانات.
10. انقر فوق القائمة إدراج.
11. انقر على المخططات > عمود مكدس.
12. كرر الخطوات 4-9-4-11 للتداخل البيئي المشترك وغير المشترك وكذلك التأثيرات الفريدة. اختر الخلايا T2-T6 وU2-U6 لرسم التأثيرات البيئية المشتركة، واختر الخلايا V2-V6 وW2-W6 للتأثيرات البيئية غير المشتركة.

النتائج

ويبين الشكل 7التقديرات الموحدة للتأثيرات الوراثية والبيئية المشتركة وغير المشتركة من نموذج تحلل كلسكي المتعدد المتغيرات. وبوجه عام، كشفت النتائج أن الاختلافات الفردية في مهارات القراءة قبل القراءة في رياض الأطفال والصف الأول على مستوى الكلمات تمثل نسبة كبيرة...

Discussion

وكان الهدف من هذه الدراسة هو توضيح كيف يمكن استخدام الطريقة الراسخة داخل علم الوراثة السلوكي، طريقة تحلل Cholesky متعددة المتغيرات، بشكل فعال لفهم العلاقات عبر المتغيرات في السياق الزمني. وعلى وجه التحديد، تتيح هذه الطريقة تقدير مدى ظهور التأثيرات الجينية والبيئية الفريدة خلال نقاط زمنية م?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Microsoft Office Excel	Microsoft
Microsoft Office Powerpoint	Microsoft
Microsoft Office Visio	Microsoft
Microsoft Office Word	Microsoft
Mplus Statistical Program	Mplus