Il "motore" a motore implicito sequenza di apprendimento: una reazione seriale un passo piede volta compito

Riepilogo

Introduciamo il piede-stepping compito seriale tempo di reazione (SRT). Questo per volta attività SRT, integrando la SRT classica compito che coinvolge solo il dito-premendo movimento, meglio approssima attività quotidiane sequenziata e permette ai ricercatori di studiare i processi dinamici sottostante misure di risposta discreti e districare il processo esplicito di funzionamento nell'apprendimento di sequenza impliciti.

Abstract

Questo protocollo descrive un'attività modificate seriale tempo di reazione (SRT) usata per studiare l'apprendimento implicito sequenza motoria. A differenza dell'attività SRT classico che coinvolge movimenti di dito-premendo seduti, l'attività SRT modificata richiede ai partecipanti di fare un passo con entrambi i piedi pur mantenendo una posizione eretta. Questo compito stepping richiede azioni di tutto il corpo che impongono sfide posturale. Il compito di fare un passo piede integra l'attività SRT classico in diversi modi. L'attività SRT piedi-fare un passo è un proxy migliore per le attività quotidiane che richiedono controllo posturale in corso e così può aiutarci a comprendere meglio l'apprendimento della sequenza in situazioni di vita reale. Inoltre, tempo di risposta serve come un indicatore di sequenza di apprendimento nell'attività SRT classico, ma è poco chiaro se il tempo di risposta, tempo di reazione (RT) che rappresenta il processo mentale, o tempo di movimento (MT) che riflettono il movimento stesso, è un giocatore chiave nel motore apprendimento di sequenza. L'attività SRT un passo piede permette ai ricercatori di districarsi tra tempo di risposta in RT e MT, che può chiarire come motore di pianificazione e esecuzione del movimento sono coinvolti nell'apprendimento di sequenza. Infine, cognizione e controllo posturale sono correlati in modo interattivo, ma piccolo è conosciuto circa come posturale controllo interagisce con sequenze motorie di apprendimento. Con un movimento di catturare il sistema, il movimento del corpo intero (ad es., il centro di massa (COM)) possono essere registrati. Tali misure consentono di rivelare i processi dinamici discrete risposte misurate da RT e MT di fondo e possono aiutare a chiarire il rapporto tra controllo posturale e i processi espliciti ed impliciti coinvolti nell'apprendimento di sequenza. Dettagli il set-up sperimentale, la procedura e il trattamento dei dati sono descritti. I dati rappresentativi sono adottati da uno dei nostri studi precedenti. Risultati sono relative al tempo di risposta, RT e MT, come pure la relazione tra la risposta posturale anticipatoria e l'esplicita processi coinvolti nell'apprendimento implicito sequenza motoria.

Introduzione

Implicito sequenza motoria, apprendimento, generalmente conosciuto come una sequenza di apprendimento senza conoscere la sequenza, è fondamentale per la nostra attività quotidiana ed è stata ben studiata da un'attività paradigmatica denominata il compito di tempo di reazione seriale (SRT) progettato da Nissen e Bullemer ¹. in questo compito SRT classico, i partecipanti premere i tasti per rispondere rapidamente e con precisione agli stimoli visivi. Per esaminare l'apprendimento della sequenza, l'aspetto degli stimoli visivi è manipolato per seguire entrambi una sequenza pre-strutturata o casuale, che è sconosciuta ai partecipanti. Apprendimento è testimoniano i tempi di risposta alla sequenza pre-strutturato (ad es., la sequenza di formazione) di quello per il casuale o un altro pre-strutturato sequenza^1,2. Mentre l'attività SRT classico richiede in genere bi-manuale dita toccando, una vasta maggioranza di sequenza motoria implicita di apprendimento nelle attività quotidiane, come la danza, suonare strumenti musicali, o fare sport, prevede azioni di tutto il corpo che presentano posturale ed inerziale sfide non trovate nel classico compito SRT. Così, abbiamo proposto che i compiti di apprendimento sequenza devono essere più sfaccettato. Inoltre, l'obiettivo della ricerca precedente è stato quasi esclusivamente sulla componente cognitiva dell'attività (ad es., selezione di fabbricazione o azione di decisione), ignorando i problemi di controllo del motore coinvolti nell'apprendimento di sequenza (ad es., movimento esecuzione). Quindi, per comprendere ulteriormente la sequenza motoria implicito imparare, è essenziale per studiare l'apprendimento della sequenza in un corpo intero o grave compito motorio che meglio approssima la nostra quotidiana attività motorie.

Nei nostri studi recenti, abbiamo esteso l'attività SRT classico a un'attività SRT modificata dove dito premendo fu sostituito da piede fare un passo per incorporare il controllo posturale in sequenza di apprendimento^3,4,5. Questa attività modificata presenta i suoi vantaggi per completare l'attività SRT classico. In primo luogo, il compito di apprendimento lordo sequenza motoria imita meglio quotidiana attività sequenziali dove il movimento del corpo intero è coinvolto. Ad oggi, la nostra comprensione della sequenza motoria apprendimento in genere proviene dall'attività SRT classico, ma poco si sa se la conoscenza della sequenza motoria imparando dall'attività SRT classico rimane per essere vero apprendimento sequenziale capacità motorie nelle attività quotidiane. Così, l'attività SRT modificata permette di esaminare se caratteristiche sistematicamente segnalate (ad es., età indipendente dalla sequenza impliciti apprendimento tra bambini e adulti) nell'attività SRT di dito-premendo rimangono quando controllo posturale è coinvolti. Inoltre, nelle popolazioni con postura controllo e lorda capacità motorie, difficoltà di apprendimento, come i bambini con sviluppo della coordinazione disordine^6,7,8, intesa come postura controllo interagisce con sequenza motoria lordo apprendimento è fondamentale per migliorare le strategie di intervento e quindi ottimizzare l'efficacia dell'apprendimento sequenziale capacità motorie nella vita quotidiana.

In secondo luogo, una nozione comune sull'apprendimento di sequenza impliciti è quel motore di pianificazione, e non esecuzione del movimento, gioca un ruolo importante nell'apprendimento di una sequenza nel classico SRT attività⁹. Questo è perché premendo i tasti non comportano lo spostamento in nuove posizioni nello spazio, come le dita sono sempre i tasti di risposta. Tuttavia, molti comportamenti sequenziali quotidiani coinvolgono grandi movimenti spaziali. Piccolo è conosciuto come se l'esecuzione del movimento è un giocatore chiave nella sequenza motoria apprendimento quando si richiedono i grandi movimenti spaziali. Nell'attività di SRT classico, tempo di risposta, la sommatoria dei tempi di reazione (RT) e tempo di movimento (MT), serve come un indicatore dell'apprendimento di sequenza. L'attività SRT piedi-fare un passo, come altri paradigmi che coinvolgono i movimenti spaziali¹⁰, consente al ricercatore di districarsi tra tempo di risposta in sequenza impliciti di apprendimento in RT, che riflette l'elaborazione cognitiva e MT, che caratterizza il movimento stessa.

In terzo luogo, oltre alle MT, la combinazione un passo piede SRT attività e movimento acquisizione delle tecniche di fornisce dati dettagliati sul continuo movimento del corpo intero (ad es., lo spostamento del centro di massa, o COM). Il continuo cambiamento del movimento di misura ha il vantaggio di rivelare le dinamiche dei processi cognitivi sottostanti la discreta risposta misurata da RT o MT^11,12. In particolare, sequenze di apprendimento nell'attività SRT in genere sono spiegate come una miscela di processi espliciti ed impliciti. Cioè, nonostante l'uso comune del compito SRT come un compito di apprendimento implicito, i partecipanti mostrano spesso la capacità di richiamare verbalmente la sequenza acquisita dopo l'attività SRT, suggerendo un esplicita componente coinvolto nell'apprendimento di sequenza impliciti. Anche se la componente esplicita può essere valutata da prove di richiamo dopo le attività SRT^13,14, questi test post-attività mancano la capacità di esaminare l'evoluzione temporale della conoscenza esplicita durante l'apprendimento. Proponiamo che con la conoscenza esplicita sequenza, un individuo sarebbe conoscere la posizione dello stimolo successivo e così produrre regolazione posturale anticipatoria^15,16,17 in maniera feedforward per preparare per il piede passo-passo spostare la destinazione corrispondente. Pertanto, esaminando il movimento del COM prima della comparsa di stimolo (cioè, anticipazione) apre una finestra per studiare lo sviluppo progressivo della memoria esplicita durante l'apprendimento di sequenza impliciti.

Il protocollo viene illustrato il set-up sperimentale e procedura dell'attività SRT piedi-fare un passo. Forniamo risultati rappresentativi del tempo di risposta, RT e Mt. Inoltre, presentiamo i risultati per quanto riguarda il rapporto tra controllo della postura e i processi espliciti alla base di apprendimento implicito sequenza motoria.

Protocollo

Il protocollo è stato effettuato in conformità con gli orientamenti approvati dalla Institutional Review Board presso l'Università del Maryland, College Park.

1. sperimentale

1. Impostare un sistema di motion capture, come mostrato in Figura 1a. Posto otto telecamere in un cerchio con un raggio di 4 m.
   Nota: Il numero e le posizioni delle telecamere può essere variato, fornito di tutte le telecamere sono posizionate in modo adeguato per ottenere una visione chiara di tutti i marcatori riflettenti attaccato al corpo di un partecipante.
2. Impostare una stazione passo-passo al centro del cerchio. Posizione posizione"casa" coperti da stuoie di feltro blu scuri al centro della stazione passo-passo e posto sei obiettivi passo-passo, coperti da stuoie di feltro blu luce che circonda la posizione come il suo fronte, il dorso e lato (Figura 1b). Determinare la distanza tra gli obiettivi e la posizione iniziale, in base alla distanza facente un passo di un individuo (vedi passaggio 3 della procedura di attività un passo piede SRT).
3. Per controllare l'attività in condizioni di stimolazione, posizionare due sensori elettrici in gomma, che generano segnali analogici quando viene toccato, sotto la posizione home per rilevare il momento in cui i piedi torneranno.
4. Posizionare un monitor 23 ' 2 m davanti nella posizione iniziale. Gli stimoli visivi sei nello spazio sono abbinati con quelli sei obiettivi passo-passo sul pavimento.
5. Controllare l'ordine di apparizione degli stimoli visivi utilizzando un programma di computer installato in un computer portatile.
6. Sincronizzare il computer portatile e il sistema di motion capture utilizzando un dispositivo di acquisizione e uscita di dati.
7. Accendere le telecamere di cattura del movimento e puntare loro in modo che ogni telecamera può visualizzare il volume che circonda la stazione di passo-passo.
8. Identificare se ci sono oggetti indesiderati riflettenti dal volume di cattura (ad es., riflesso dalla luce, pavimento o qualsiasi materiale riflettente). Coprire questi oggetti riflettenti identificati con materiale di tessuto, in modo che non sono erroneamente stati raccolti come dati durante le prove sperimentali.
9. Utilizzando le istruzioni e le attrezzature in dotazione con il sistema di motion capture, calibrare il sistema di motion capture per garantire accurata raccolta di dati 3D da marcatori riflettenti¹⁸.
10. Per la calibrazione dinamica, l'onda la bacchetta di calibrazione fornita con il sistema di motion capture attraverso lo spazio dove tutti i marcatori riflettenti sposterebbe quando i partecipanti eseguono l'attività SRT. Raccogliere 2.000 telai di imaging per calibrazione dinamica.
11. Per calibratura statica, è necessario posizionare la bacchetta di calibrazione sul pavimento con una posizione e l'orientamento che può essere utilizzato come l'origine del sistema di coordinamento del sistema di motion capture. Eseguire il sistema di motion capture per impostare l'origine.
12. Progettare un marcatore impostato a seconda dello scopo di studio.
    Nota: Un esempio è mostrato in Figura 1b dove viene utilizzato un set-up di 38-marcatore.
13. Seguire le istruzioni per creare un modello di scheletro d'etichettatura che può essere utilizzato per la ricostruzione e auto-etichettatura nella successiva acquisizione di dati ed elaborazione¹⁸fornito dal produttore. In particolare, Chiedi a uno studente a stare sulla posizione iniziale della stazione passo-passo con tutti gli indicatori collegati. Istruire il partecipante di stare quanto più possibile fermi e assicurarsi che tutti gli indicatori sono visibili attraverso il sistema di motion capture. Catturare una prova (durata circa 10 s). Nel movimento sistema di acquisizione, assegnare ogni marcatore un nome e creare segmenti collegando insieme i marcatori. Collegare tutti i segmenti per finalizzare il modello scheletro (mostrato in Figura 1C).

2. partecipante preparazione

1. Informare i partecipanti di indossare indumenti idonei (ad es., pantaloncini e maglietta) prima di visitare il laboratorio.
2. All'arrivo, chiedere ai partecipanti di leggere attentamente e firmare il modulo di consenso. Schermo per l'eleggibilità di studio.
   Nota: I questionari di screening potrebbero essere diversi in base allo scopo di ogni studio individuale. Questi questionari possono includere, ma non sono limitati a, la mano dominanza questionario¹⁹, attività fisica globale questionario livello²⁰, questionario di salute neurologica e la batteria di valutazione di movimento per bambini²¹ .
3. Chiedere ai partecipanti di togliersi le scarpe e calzini, quindi allegare 38 marcatori riflettenti sferici, ogni 50 mm di diametro, per la pelle pre-determinato significativi monumenti ossuta con del nastro adesivo doppio ha parteggiato, ipo-allergenici e pre-avvolgimento del nastro. Questo set-up del marcatore è lo stesso come il modello di scheletro personalizzato illustrato in Figura 1b.
4. Deselezionare tutti i riflessi indesiderati diversi da quelli 38 marcatori dal corpo del partecipante (Vedi punto 1.8).
5. Chiedere ai partecipanti di stare tranquillamente in posizione di riposo in una posa di T. Eseguire il sistema di motion capture per catturare tutti i marcatori per 10 s (cioè., la prova di calibrazione).

3. la procedura di attività SRT piedi-fare un passo

1. Prima di ogni partecipante viene avviata l'operazione, impostata i parametri, tra cui, ma non limitato a: bloccare partecipante numero ID, ID di gruppo, di apprendimento, la durata della presentazione dello stimolo e l'intervallo di tempo tra stimoli (ISI) o (intervallo di risposta-stimolo RSI) che controlla l'intervallo di tempo tra il completamento del movimento e l'inizio dello stimolo successivo (in questo caso, sono necessari sensori elettrici in gomma sotto la posizione home; vedere protocollo 1 per maggiori dettagli).
   Nota: Potrebbe essere variata l'ISI (ad es., 1.300 ms o 1.000 ms) secondo lo scopo dello studio.
2. Istruire i partecipanti di stare in posizione di riposo e regolare la distanza della posizione casa in modo che i partecipanti possono comodamente salire sulla tutti i sei obiettivi al piano.
3. Istruire i partecipanti con il passo rapidamente su ogni destinazione diverse volte e segnare la distanza dalla posizione di riposo a ciascun obiettivo lunghezza passo-passo al più confortevole per ogni partecipante.
4. Fornire le istruzioni per l'attività ai partecipanti.
   1. Istruire i partecipanti che, una volta che uno stimolo appare in una delle sei sedi mostrati sul monitor, hanno bisogno di passo più velocemente e accuratamente possibile alla destinazione corrispondente al piano e quindi tornare alla posizione di riposo.
   2. Chiedere ai partecipanti di passo con il piede giusto a tre obiettivi che si trova sul lato destro (cioè, gli obiettivi 1, 2 e 6; Figura 1a), e il piede sinistro per gli altri tre obiettivi (cioè., obiettivi, 3, 4 e 5; Figura 1a).
      Nota: I numeri sono invisibili ai partecipanti durante l'intera attività.
   3. Informare i partecipanti che c'è una pausa di 3 minuti dopo ogni esecuzione (cioè., blocco di apprendimento) dell'attività. Modificare la lunghezza della pausa in base alle esigenze sperimentali. Impostare un allarme per tempo per ricordare ai partecipanti della fine della pausa.
   4. Chiedere ai partecipanti di tenere i gomiti dal loro lato e piegato ad un angolo di novanta gradi quando eseguono l'attività affinché le telecamere possono vedere i marcatori inseriti sull'anca.
5. Eseguire un blocco di pratica che consiste di 36 gradini (cioè., stimoli appaiono 36 volte con un ISI di 1.300 ms; veda la procedura un passo piede attività SRT per dettagli) così che i partecipanti hanno familiari con l'attività. Istruire i partecipanti che stimoli continuamente apparirà in una delle sei posizioni e hanno bisogno di rispondere agli stimoli più velocemente e con precisione come possono. Stimoli in questo blocco appaiono in un ordine casuale.
   Nota: L'ISI potrebbe essere sostituito da un RSI (vedere la procedura piedi-fare un passo di un attività SRT per dettagli). Se viene utilizzato un ISI molto breve, i partecipanti possono non essere in grado di rispondere ad alcuni stimoli. Questi passaggi sono considerati errori.
6. Dopo il blocco di pratica, avviare i blocchi sperimentali. In questo protocollo, ci sono sei blocchi e ciascun blocco sperimentale è composto da 100 passi/stimoli. Dare ai partecipanti una pausa obbligatoria 3 min dopo ogni blocco.
   Nota: Nella circostanza di ISI 1.300 ms, ogni blocco richiede in genere circa 2,5 min. Se viene utilizzato un RSI, la lunghezza di ogni blocco può variare a seconda di quanto velocemente i partecipanti rispondono a stimoli.
   1. Istruire i partecipanti per la realizzazione di sei blocchi sperimentali. Impostare l'ordine specifico di stimoli visivi secondo gli scopi sperimentali. Stimoli seguono sia una sequenza casuale o specificata. La presentazione dell'ordine di stimolo è sconosciuta ai partecipanti.
      Nota: Il numero di blocchi sperimentali potrebbe variare. Qui, un design 6-blocco è stato introdotto dove una sequenza specificata A è dato in blocchi 1-4 e 6 e una sequenza romanzo B è presentata in blocco 5. Potrebbe anche essere variata la sequenza casuale e specifica. In questo protocollo, sequenza A segue l'ordine di 1423564215 (cioè., 1 - lato destro, 2 - anteriore destra, 3 - sinistra anteriore, 4 - sinistra, 5 - sinistro indietro, e 6 - laterale destro) e sequenza B segue l'ordine di 3615425214.
   2. Prima di ogni blocco di apprendimento, invita i partecipanti alla risposta agli stimoli più rapidamente e accuratamente come possono.
7. Al completamento di tutti i blocchi di apprendimento, chiedere ai partecipanti di completare un post-test che consiste ampiamente utilizzati richiamo e riconoscimento le prove descritte letteratura^13,14,22.

4. elaborazione dei dati e analisi statistica

1. Per ogni partecipante, dati raccolti prove aperte nel software di sistema di motion capture. Scrivi una recensione su ogni prova e colmare eventuali lacune nei dati di prova secondo le istruzioni fornito dal produttore¹⁸.
2. Esportare ogni prova di dati come un file ASCII che contiene tre coordinate per tutti i 38 marcatori.
3. Derivare le variabili (cioè., tempo di reazione (RT), tempo di movimento (MT), tempo di risposta e la traiettoria dell'OCM) da ASCII file seguendo la procedura riportata di seguito:
   1. Inserire il file di dati ASCII in software di analisi dati. Utilizzare un filtro di Butterworth di ottavo ordine con una frequenza di taglio di 10 Hz per filtrare dati³.
      Nota: Il modo per ricavare la traiettoria di movimento COM dipende il set-up del marcatore. Nella confi gurazione di 38-indicatore mostrato in Figura 1b, metodi e parametri antropometrici descritti da De Leva²³ possono essere impiegati. Uno può anche monitorare il movimento dell'OCM approssimativo misurato da un marcatore impostato al livello della quinta vertebra lombare²⁴.
   2. Derivare il tempo di risposta, RT e MT seguendo le descrizioni qui sotto:
      1. Utilizzare i marcatori attaccati sui talloni, alluci e 5^th metatarsi per caratterizzare le traiettorie dei movimenti del piede nel software di analisi dati.
      2. Tracciare la traiettoria di questi tre indicatori lungo la direzione verticale (perpendicolare al pavimento). Tracciare la traiettoria del marcatore punta all'interno del piano orizzontale (parallelo al pavimento) per identificare se ogni fase è eseguita correttamente per il target giusto. Passi per un bersaglio sbagliato sono esclusi per versioni successive analisi statistiche.
      3. Segnare la linea di base di altezza di ogni segnapunti prima e dopo ogni passaggio.
      4. Identificare l'insorgenza di movimento di ogni indicatore di come il primo campione quando l'indicatore raggiunge il 10% dell'altezza massima.
      5. Dal momento che ogni soggetto può utilizzare diverse strategie per toccare il bersaglio (utilizzando le dita o il metatarso^th 5), definire l'inizio del movimento utilizzando il marcatore che raggiunge il suo picco il più in anticipo.
      6. Identifica il punto finale di fare un passo come il punto di tempo quando il marcatore utilizzato scende alla stessa altezza come l'inizio.
      7. Continuamente di eseguire il programma di analisi di dati fino a 100 passi vengono elaborati.
      8. Per tutti i passaggi, calcolare e il tempo di risposta come la differenza temporale fra l'inizio di stimolo e alla fine del movimento, RT come la differenza temporale fra lo stimolo e gli inizi del movimento e la MT come la differenza temporale tra l'inizio del movimento di uscita e il punto finale. Salvare i file di output in formato xls.
      9. Utilizzando questi file con estensione xls, calcolare mezzo di queste variabili per ogni blocco e tra i partecipanti, i dati che saranno successivamente utilizzati per analisi statistiche.
      10. Poiché non vi è in genere un fattore di entro-oggetto (cioè., blocco di apprendimento) nel disegno sperimentale, utilizzare ANOVAs misto-effetto per analizzare i dati (misure ripetute ANOVA potrebbe essere utilizzato con cautela per quanto riguarda l'assunzione di sfericità). Determinare la matrice di co-varianza utilizzata nell'ANOVA effetto misto di criterio informazioni di Akaike (AIC). Decompongono i risultati significativi dai test di utilizzo post-hoc di ANOVA con specifiche procedure di correzione confronto multiple (secondo il disegno sperimentale). Impostare il livello di significatività statistico a p = 0,05.

Risultati

Il paradigma di cui sopra viene implementato da Du e colleghi in una serie di studi^3,4,5. Usiamo una parte dei dati adottate da uno di questi studi⁴ per rappresentare l'utilizzo dell'attività SRT piedi-fare un passo. In questo studio, ci sono 6 blocchi di apprendimento e un RSI di 700 ms è usato. Stimoli visivi seguita la sequenza A (cioè., 1423564215;

Discussione

Questo protocollo descrive il set-up sperimentale e le procedure per un'attività SRT modificata. L'attività SRT modificata condivide la sua semplicità accattivante con il compito SRT classico, anche se l'attività SRT modificata richiede uso di una tecnica di cattura del movimento. Come il classico compito SRT, molti parametri possono essere manipolati per domande di ricerca specifico nell'attività un passo piede SRT, inclusi ma non limitati a: la lunghezza dell'intervallo-stimolo intervallo o risposta-stimolo interv...

Materiali

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