Le « moteur » moteur implicite de séquences d’apprentissage : une réaction série pied-stepping temps tâche

Résumé

Nous introduisons le pied-stepping tâche série temps de réaction (SRT). Cette règle modifiée tâche SRT, complétant la TRR classique tâche qui implique seulement mouvement de doigt-pressage, mieux rapproche les activités quotidiennes séquencées et permet aux chercheurs d’étudier les processus dynamiques qui sous-tendent les mesures d’intervention discrète et démêler le processus explicit dans l’apprentissage de séquence implicites.

Résumé

Ce protocole décrit une tâche mis à jour le temps de réaction série (SRT) utilisée pour étudier l’apprentissage séquence moteur implicites. Contrairement à la tâche SRT classique qui implique des mouvements de doigt-pressage en position assise, la tâche SRT mis à jour l’exige des participants à l’étape avec les deux pieds, tout en maintenant une posture debout. Cette tâche d’exécution pas à pas nécessite des actions de corps entier qui imposent des défis posturales. La tâche de marcher à pied vient compléter la tâche SRT classique de plusieurs façons. La tâche SRT pied-stepping est un proxy mieux pour les activités quotidiennes qui nécessitent le contrôle postural en cours et donc peut nous aider à mieux comprendre apprentissage séquence en situations réelles. En outre, les temps de réponse sert d’indicateur de la séquence d’apprentissage dans la tâche SRT classique, mais on ne sait pas si le temps de réponse, temps de réaction (RT) qui représente le processus mental, ou temps de mouvement (MT) reflétant le mouvement lui-même, est un acteur clé dans le moteur apprentissage de la séquence. La tâche SRT pied-parcours permet aux chercheurs de démêler les temps de réponse en RT et MT, qui peuvent clarifier comment moteur de planification et exécution de mouvement sont impliqués dans l’apprentissage de la séquence. Enfin, le contrôle postural et cognition sont liés interactivement, mais peu est connu sur le contrôle postural comment interagit avec l’apprentissage de séquences motrices. Avec une motion capture système, le mouvement du corps entier (e.g., le centre de masse (COM)) peuvent être enregistrées. Ces mesures nous permettent de révéler les processus dynamiques qui sous-tendent les réponses discrètes mesurées par RT et MT et peuvent aider à élucider la relation entre le contrôle postural et les processus implicites et explicites dans l’apprentissage de la séquence. Détails du montage expérimental, procédure et de traitement des données sont décrites. Les données représentatives sont adoptées d’une de nos études précédentes. Résultats sont liés à des temps de réponse, RT et MT, ainsi que la relation entre la réponse posturale anticipative et explicites processus impliqués dans l’apprentissage de la séquence moteur implicites.

Introduction

Séquence implicites de moteur d’apprentissage, généralement connu comme une séquence d’apprentissage sans connaître la séquence, est essentielle à nos activités quotidiennes et a été bien étudiée par une tâche paradigmatique nommée la tâche de la série temps de réaction (SRT) conçu par Nissen et Bullemer ¹. dans cette tâche SRT classique, les participants des touches pour répondre rapidement et avec précision aux stimuli visuels. Afin d’étudier l’apprentissage de la séquence, l’apparition de stimuli visuels est manipulée pour suivre soit une pré-structurée ou aléatoire de séquence, qui est inconnue aux participants. Apprentissage est attestée par le temps de réponse plus rapide à la séquence pré-structurée (p. ex.., la séquence d’entraînement) que celle de l’aléatoire ou d’une autre, préalablement structuré séquence^1,2. Alors que la tâche SRT classique exige généralement bi-manual frappe avec les doigts, une grande majorité de séquence implicites de moteur d’apprentissage dans les activités quotidiennes, comme la danse, jouant des instruments de musique, ou faire du sport, implique des actions de tout le corps qui présentent défis de posturales et inertielles introuvables dans la tâche SRT classique. Ainsi, nous avons proposé que des tâches d’apprentissage séquence doivent être plus multiforme. En outre, l’accent de la recherche antérieure a été presque exclusivement sur la composante cognitive de la tâche (p. ex.., décision prise ou action sélection), en ignorant les problèmes de commande de moteur impliqués dans l’apprentissage de la séquence (e.g., mouvement exécution). Ainsi, pour mieux comprendre de séquence implicites de moteur d’apprentissage, il est essentiel d’étudier l’apprentissage de la séquence dans une tâche motrice confiné ou brute qui mieux se rapproche de nos activités quotidiennes de moteurs.

Dans nos études récentes, nous avons étendu la tâche SRT classique à une tâche SRT modifiée où il a été remplacé pressant du doigt de pied, pas à pas pour incorporer le contrôle postural en séquence d’apprentissage^3,4,5. Cette tâche modifiée présente ses propres avantages pour compléter la tâche classique de la SRT. Tout d’abord, la tâche d’apprentissage séquence moteur brut imite mieux quotidiennes activités séquentielles lorsqu’il s’agit de mouvement du corps entier. À ce jour, notre compréhension de la séquence de moteur d’apprentissage en général vient de la tâche SRT classique, mais on sait peu que la connaissance du moteur séquence d’apprentissage de la tâche SRT classique reste pour être vrai dans l’apprentissage des habiletés motrices séquentielles dans les activités quotidiennes. Ainsi, la tâche SRT modifiée permet d’examiner si les caractéristiques systématiquement rapportées (e.g., séquence implicites indépendants de l’âge d’apprentissage entre les enfants et adultes) dans la tâche SRT de doigt-pressage demeurent lorsque le contrôle postural est en cause. En outre, dans les populations dont la posture contrôle et habiletés motrices brutes, difficultés d’apprentissage, tels que les enfants avec la coordination du développement disorder^6,7,8, comprendre comment postural control interagit avec la séquence moteur brut apprentissage est essentiel pour améliorer les stratégies d’intervention et ainsi optimiser l’efficacité de l’apprentissage des habiletés motrices séquentielles dans la vie quotidienne.

Deuxièmement, une notion commune sur l’apprentissage de la séquence implicites est ce moteur de planification, et pas l’exécution de mouvement, joue un rôle important dans l’apprentissage d’une séquence dans le classique SRT tâche⁹. C’est parce que les mêmes touches n’implique pas de déplacement vers de nouveaux emplacements dans l’espace, car les doigts sont toujours sur les clés de la réponse. Cependant, nombreux comportements séquentielles quotidiennes axée sur grands mouvements spatiales. On connaît peu de savoir si l’exécution de mouvement est un acteur clé dans le moteur séquence d’apprentissage lorsque les grands déplacements spatiaux sont requises. Dans la tâche SRT classique, temps de réponse, la somme des temps de réaction (RT) et mouvement (MT), sert d’indicateur de l’apprentissage de la séquence. La tâche SRT marcher à pied, comme d’autres paradigmes impliquant des mouvements spatiale¹⁰, permet au chercheur de démêler les temps de réponse dans l’ordre implicite d’apprentissage en RT, qui reflète le traitement cognitif et MT, ce qui caractérise le mouvement lui-même.

En troisième lieu, en plus de la MT, la combinaison des pied-stepping SRT tâche et motion capture techniques fournit des données riches sur le mouvement continu du corps entier (e.g., mouvement du centre de masse ou COM). Mesure de la variation continue du mouvement présente l’avantage de révéler la dynamique des processus cognitifs qui sous-tendent la réponse discrète mesurée par^11,, RT ou MT¹². En particulier, des séquences d’apprentissage dans la tâche de la SRT sont généralement expliqués comme un mélange de processus implicites et explicites. Autrement dit, malgré l’utilisation courante de la tâche SRT comme une tâche d’apprentissage implicite, les participants présentent souvent la capacité de rappeler verbalement la séquence apprise après la tâche de la SRT, suggérant une composante explicite impliqués dans l’apprentissage de séquence implicites. Bien que la composante explicite peut être évaluée par rappel tests effectués après la SRT tâche^13,14, ces tests post-tâche n’ont pas la possibilité d’examiner l’évolution temporelle de la connaissance explicite lors de l’apprentissage. Nous proposons que connaissant séquence explicite, un individu aurait connaître l’emplacement de l’impulsion suivante et ainsi produire ajustement postural anticipée^15,16,17 d’une manière anticipatif pour préparer pour le pied de progression vers la cible correspondante. Par conséquent, examiner le mouvement de l’OCM avant l’apparition du stimulus (c'est-à-dire, anticipation) ouvre une fenêtre pour étudier l’évolution progressive de la mémoire explicite lors de l’apprentissage de séquence implicites.

Le protocole montre le montage expérimental et la procédure de la tâche SRT marcher à pied. Nous fournissons des résultats représentatifs des temps de réponse, RT et Mt. En outre, nous présentons les résultats concernant la relation entre le contrôle de la posture et les processus explicites sous-jacent d’apprentissage séquence moteur implicites.

Protocole

Le protocole a été réalisé conformément aux directives approuvées par la Commission de révision institutionnelle à l’Université du Maryland, College Park.

1. expérimental

1. Mettre en place un système de capture de mouvement comme le montre la Figure 1 a. Placer huit caméras dans un cercle d’un rayon de 4 m.
   Remarque : Le nombre et la position des caméras peut être varié, fourni que toutes les caméras sont convenablement positionnés afin d’obtenir une vision claire de tous les marqueurs réfléchissants attaché sur le corps du participant.
2. Mettre en place une station de progression dans le centre du cercle. Poste un « accueil » couverts de tapis de feutre bleus foncés dans le centre de la station de gué et placer six cibles gués couverts de tapis de feutre bleus lumière entourant la position d’origine avant, arrière et latérales (Figure 1 b). Déterminer la distance entre les cibles et la position d’origine, selon la distance de progression de l’individu (Voir l’étape 3 dans la procédure de travail pied-stepping SRT).
3. Pour contrôler la tâche stimulation condition, placez deux capteurs électriques en caoutchouc, qui génèrent des signaux analogiques quand ils sont touchés, en vertu de sa position d’origine pour détecter le moment quand retournent les pieds.
4. Placez un moniteur 23'' 2 m devant la position d’origine. Les stimuli visuels six correspondent spatialement avec ces six objectifs gués sur le sol.
5. Contrôler l’ordre d’apparition des stimuli visuels à l’aide d’un logiciel installé sur un ordinateur portable.
6. Synchroniser le portable et le système de capture de mouvement à l’aide d’un périphérique de sortie et d’acquisition de données.
7. Allumez les appareils de capture de mouvement et visent eux afin que chaque caméra peut afficher le volume autour de la station de progression.
8. Déterminer s’il existe des objets réfléchissants indésirables sur le volume de capture (e.g., réflexion de la lumière, le plancher ou n’importe quel matériaux réfléchissants). Couvrir ces objets réfléchissants identifiés avec le matériel de tissu, afin qu’ils ne soient pas collectées par erreur sous forme de données au cours des essais expérimentaux.
9. En utilisant les instructions et l’équipement fourni avec le système de capture de mouvement, de calibrer le système de capture de mouvement pour assurer la perception exacte des données 3D de marqueurs réfléchissants¹⁸.
10. Pour l’étalonnage dynamique, baguette l’étalonnage fourni avec le système de capture de mouvement par le biais de l’espace où tous les marqueurs réfléchissants seraient déplacerait lorsque les participants effectuent la tâche de la SRT. Prélever 2 000 trames de données d’étalonnage dynamique d’imagerie.
11. Pour l’étalonnage statique, placez la baguette de calibrage sur le sol avec une position et une orientation qui peut être utilisée comme l’origine du système de coordination de la système de capture de mouvement. Faire fonctionner le système de capture de mouvement pour situer l’origine.
12. Concevoir un marqueur défini selon le but de l’étude.
    Remarque : Un exemple est montré l' Figure 1 b où un set-up 38-marqueur est utilisé.
13. Suivez les instructions du fournisseur pour créer un modèle de squelette étiquetage qui peut être utilisé pour la reconstruction et auto-étiquetage dans plus tard d’acquisition de données et traitement¹⁸. Plus précisément, demandez à un participant de se tenir sur la position d’origine de la progression de la station avec tous les marqueurs attachés. Demander au participant de se lever aussi immobile que possible et s’assurer que tous les marqueurs sont visibles à travers le système de capture de mouvement. Capturer un procès (une durée d’environ 10 s). Dans la motion capture système, assigner à chaque marqueur un nom et créer des segments en reliant ensemble les marqueurs. Relier tous les segments pour finaliser le modèle squelette (illustré dans la Figure 1C).

2. participante préparation

1. Informer les participants de porter des vêtements appropriés (par ex.., Short et un t-shirt) avant de visiter le laboratoire.
2. À l’arrivée, demandez aux participants de lire attentivement et à signer le formulaire de consentement. Écran pour étude d’admissibilité.
   Remarque : Les questionnaires de dépistage pourraient être différents basé sur le but de chaque étude individuelle. Ces questionnaires peuvent inclure, mais ne se limitent pas à, la main dominante questionnaire¹⁹, l’activité physique globale questionnaire niveau²⁰, questionnaire de santé neurologique et le mouvement Assessment Battery pour enfants²¹ .
3. Demandez aux participants d’enlever leurs chaussures et chaussettes, puis 38 marqueurs réfléchissants sphériques, chaque 50 mm de diamètre, s’attacher à la peau à pré-déterminé repères osseux importants à l’aide de ruban adhésif double face, hypo-allergéniques et pré emballage tape. Ce marqueur est le même que le modèle squelette personnalisé illustré à la Figure 1 b.
4. Effacer tous les reflets indésirables autres que ces 38 marqueurs du corps du participant (Voir l’étape 1.8).
5. Demandez aux participants de se tenir tranquillement sur sa position d’origine dans une pose-T. Faire fonctionner le système de capture de mouvement pour capturer tous les marqueurs pour 10 s (c’est à dire., le calibrage du procès).

3. la procédure de tâche SRT pied-parcours

1. Avant chaque participant commence la tâche, définie les paramètres, y compris, mais non limité à : bloquer les participant Numéro ID, ID de groupe, de l’apprentissage, la durée de la présentation du stimulus et l’intervalle de temps entre le stimulus (ISI) ou stimulus-réponse intervalle ( RSI) qui détermine l’intervalle de temps entre l’achèvement du mouvement et le début de la prochaine relance (dans ce cas, les capteurs électriques en caoutchouc sont nécessaires en vertu de sa position d’origine ; Voir la section 1 de protocole pour plus de détails).
   Remarque : L’ISI pourrait être modifié (par ex.., ms 1 300 ou 1 000 ms) selon l’objectif de l’étude.
2. Demandez aux participants de se tenir debout sur sa position d’origine et régler la distance de la position de base afin que les participants peuvent confortablement Montez sur tous les six cibles sur le sol.
3. Instruire les participants à marcher rapidement sur chaque cible plusieurs fois et marquer la distance entre la position d’origine et chaque cible au plus confortable longueur de progression pour chaque participant.
4. Fournir les instructions de la tâche aux participants.
   1. Instruire les participants qu’une fois qu’un stimulus apparaît dans l’un des six sites affichés sur l’écran, ils doivent pas aussi rapidement et précisément que possible à la cible correspondante sur le sol et ensuite revenir à sa position d’origine.
   2. Demandez aux participants de l’étape avec le pied droit aux trois cibles situées sur le côté droit (c'est-à-dire, des objectifs 1, 2 et 6 ; Figure 1 a), et le pied gauche pour les trois autres objectifs (i.e., cibles, 3, 4 et 5 ; Figure 1 a).
      NOTE : Les numéros sont invisibles aux participants au cours de la tâche dans son ensemble.
   3. Informer les participants qu’il y a une pause de 3 minutes après chaque course (i.e., bloc d’apprentissage) de la tâche. Modifier la durée de la pause en fonction des besoins expérimentaux. Régler une alarme de temps pour rappeler aux participants à la fin de la pause.
   4. Instruire les participants à garder les coudes par leur côté et plié à un angle de quatre-vingt-dix degrés lorsqu’ils exécutent la tâche afin que les caméras puissent voir les marqueurs placés sur la hanche.
5. Exécuter un bloc de la pratique qui consiste en 36 étapes (i.e., stimuli apparaissent 36 fois avec un ISI de 1 300 ms ; Voir la procédure de la tâche de la SRT pied-parcours pour plus de détails) afin que les participants connaissent bien la tâche. Instruire les participants que des stimuli apparaîtra en permanence à l’une des six localités et dont ils ont besoin pour répondre à des stimuli aussi rapidement et avec précision ce qu’ils peuvent. Des stimuli dans ce bloc apparaissent dans un ordre aléatoire.
   Remarque : L’ISI pourrait être remplacé par un RSI (voir la procédure de la tâche de la SRT pied-parcours pour plus de détails). Si un ISI très court est utilisé, les participants n’est peut-être pas en mesure de répondre à certains stimuli. Ces mesures sont considérées comme des erreurs.
6. Après le bloc pratique, commencez les blocs expérimentaux. Dans ce protocole, il y a six blocs et chaque bloc expérimental est composé de 100 étapes/stimuli. Donner aux participants une pause obligatoire de 3 min après chaque bloc.
   Remarque : En vertu de la condition ISI 1 300 ms, chaque bloc prend généralement environ 2,5 min. Si un RSI est utilisé, la longueur de chaque bloc peut varier selon à quelle vitesse les participants répondent aux stimulations.
   1. Demandez aux participants de remplir six blocs expérimentaux. Définir l’ordre spécifique des stimuli visuels selon des fins expérimentales. Des stimuli suivent soit une séquence spécifiée ou aléatoire. La présentation de l’ordre de stimulation est inconnue aux participants.
      Remarque : Le nombre de blocs expérimentaux puisse varier. Ici, un modèle 6-bloc est introduit où une séquence spécifiée A est donnée dans les blocs 1 à 4 et 6 et un roman-fleuve B est présenté à la case 5. La séquence spécifique et aléatoire pourrait aussi être modifiée. Dans ce protocole, séquence A suit l’ordre des 1423564215 (i.e., 1 - côté droit, 2 - droite avant, 3 - gauche avant, 4 - côté gauche, 5 - gauche arrière, et 6 - droit de retour) et séquence B suit l’ordre des 3615425214.
   2. Avant chaque bloc d’apprentissage, instruire les participants en réponse à des stimuli plus rapidement et avec précision ce qu’ils peuvent.
7. Lors de l’achèvement de tous les blocs d’apprentissage, demander aux participants de remplir un post-test qui consiste largement utilisé le rappel et les essais de reconnaissance décrits dans la littérature^13,14,22.

4. traitement des données et analyse statistique

1. Pour chaque participant, ouvrez les essais de données collectées dans le logiciel système de motion capture. Réviser chaque procès et combler les lacunes dans les données d’essais selon les instructions de fournisseur¹⁸.
2. L’exportation de chaque essai de données sous forme de fichier ASCII qui contient les trois coordonnées de tous les marqueurs de 38.
3. Dérivent des variables (i.e., temps de réaction (RT), temps de mouvement (MT), temps de réponse et la trajectoire de l’OCM) de l’ASCII, fichiers suivant les étapes ci-dessous :
   1. Entrer les fichiers de données ASCII dans le logiciel d’analyse de données. Utiliser un filtre de Butterworth de huitième ordre avec une fréquence de coupure de 10 Hz pour filtrer les données³.
      Remarque : La façon de calculer la trajectoire du mouvement COM dépend de la mise en place de marqueurs. Dans le set-up 38-marqueur illustré à la Figure 1 b, les méthodes et paramètres anthropométriques décrites par De Leva²³ peuvent être employées. On peut aussi suivre le mouvement de l’OCM approximative mesurée par un marqueur fixé au niveau de la cinquième vertèbre lombaire²⁴.
   2. Dérivent des temps de réponse, RT et MT suivant les descriptions ci-dessous :
      1. Utiliser les marqueurs attachés sur les talons, les gros orteils et 5^ème métatarses pour caractériser les trajectoires des mouvements de pied dans le logiciel d’analyse de données.
      2. Tracer la trajectoire de ces trois marqueurs le long de l’axe vertical (perpendiculaire au sol). Tracer la trajectoire du marqueur TEP dans le plan horizontal (parallèle au sol) pour déterminer si chaque étape est exécutée correctement à la bonne cible. Mesures pour une mauvaise cible sont exclus pour plus tard les analyses statistiques.
      3. Marquer la ligne de base de la hauteur de chaque marqueur avant et après chaque étape.
      4. Identifier l’apparition de mouvement de chaque marqueur comme le premier échantillon lorsque le marqueur atteint 10 % de la hauteur maximale.
      5. Étant donné que chaque sujet peut utiliser différentes stratégies pour toucher la cible (en utilisant les orteils ou le métatarse^th 5), définir le début du mouvement en utilisant le marqueur qui atteint son point culminant le plus tôt.
      6. Identifie le point final de marcher comme le point de temps lorsque le marqueur utilisé tombe à la même hauteur que le début.
      7. Continuellement exécuter le programme d’analyse de données jusqu'à 100 étapes sont traitées.
      8. Pour toutes les étapes, calculer et le temps de réponse la différence temporelle entre le début de la stimulation et la fin du mouvement, RT la différence temporelle entre le stimulus et seuils de mouvement et MT la différence temporelle entre le début du mouvement de sortie et son point de terminaison. Enregistrez les fichiers de sortie au format .xls.
      9. L’utilisation de ces fichiers .xls, calculer les moyens de ces variables pour chaque bloc et participants, les données qui seront ensuite utilisées pour des analyses statistiques.
      10. Puisqu’il n’y a généralement un facteur intra-sujet (i.e., bloc d’apprentissage) dans le protocole expérimental, utilisez l’effet mixte ANOVA pour analyser les données (mesures répétées ANOVA pouvait être utilisé avec prudence au sujet de l’hypothèse de sphéricité). Déterminer la matrice de variance co utilisée dans l’analyse de la variance effet mélangé par critère d’Information d’Akaike (AIC). Décomposer les résultats importants des essais à l’aide de post-hoc ANOVA avec spécifiques à plusieurs procédures de correction de comparaison (selon le protocole expérimental). Définissez le seuil de signification statistique à p = 0,05.

Résultats

Le paradigme ci-dessus est mis en œuvre par Du et ses collègues dans une série d’études de^4,3,5. Nous utilisons une partie des données adoptées d’une de ces études⁴ pour représenter l’utilisation de la tâche SRT pied-stepping. Dans cette étude, il y a 6 blocs d’apprentissage et un RSI de 700 ms est utilisé. Stimuli visuels suivi séquence A (i.e...

Discussion

Ce protocole décrit le montage expérimental et les procédures pour une tâche SRT modifiée. La tâche SRT mis à jour le partage sa simplicité attrayante avec la tâche SRT classique, bien que la tâche SRT modifiée exige l’utilisation d’une technique de capture de mouvement. Comme la tâche SRT classique, beaucoup de paramètres peut être manipulé pour des questions de recherche spécifiques dans la tâche pied-stepping SRT, y compris mais non limité à : la longueur de l’intervalle de relance intervalle...

matériels

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