O "Motor" em Motor implícita sequência de aprendizagem: uma reação Serial depuração pé tempo tarefa

Resumo

Nós introduzimos o pé-stepping série tempo de reação (SRT) tarefa. Este modificado tarefa SRT, complementando o clássico SRT tarefa que envolve o movimento de dedo-pressionando apenas, melhor aproxima sequenciada de atividades diárias e permite aos pesquisadores estudar os processos dinâmicos subjacentes medidas de resposta discreta e desvendar o processo explícito, operando em aprendizagem implícita de sequência.

Resumo

Este protocolo descreve uma tarefa de tempo de reação serial modificado (SRT) usada para estudar a aprendizagem de sequência implícita do motor. Ao contrário da tarefa SRT clássica que envolve os movimentos do dedo-pressionando enquanto está sentado, a tarefa SRT modificada requer participantes etapa com ambos os pés, mantendo uma postura ereta. Esta tarefa piso exige ações de corpo inteiro que impõem desafios posturais. A tarefa de pé-piso complementa a tarefa SRT clássica de várias maneiras. A tarefa SRT pisar-pé é um proxy melhor para as atividades diárias que requerem controle postural em curso e assim pode nos ajudar a entender melhor a aprendizagem de sequência em situações da vida real. Além disso, tempo de resposta serve como um indicador de sequência de aprendizagem na tarefa SRT clássica, mas não está claro se o tempo de resposta, tempo de reação (RT) que representa o processo mental, ou movimento tempo (MT), reflectindo o movimento em si, é um jogador-chave no motor aprendizagem de sequência. A tarefa SRT pé-piso permite que os pesquisadores de desvencilhar o tempo de resposta em RT e MT, que podem esclarecer como motor de planejamento e execução de movimento estão envolvidos na aprendizagem da sequência. Por último, cognição e controle postural interativamente estão relacionados, mas pouco se sabe sobre o controle postural como interage com motor sequências de aprendizagem. Com um movimento de captura de sistema, o movimento de todo o corpo (ex., o centro de massa (COM)) pode ser gravado. Essas medidas nos permitem revelar os processos dinâmicos subjacentes respostas discretas, medidas pelo RT e MT e podem ajudar a elucidar a relação entre o controle postural e os explícitos e implícitos processos envolvidos na aprendizagem da sequência. Detalhes da montagem experimental, procedimento e processamento de dados são descritos. Os dados representativos são adotados de um de nossos estudos anteriores. Os resultados estão relacionados ao tempo de resposta, RT e MT, bem como a relação entre a resposta postural antecipatória e os explícitos processos envolvidos na aprendizagem implícita de sequência motor.

Introdução

Sequência de motor implícita de aprendizagem, geralmente conhecido como uma sequência de aprendizagem sem saber a sequência, é fundamental para nossas atividades diárias e tem sido bem estudada por uma tarefa paradigmática chamada a tarefa de tempo de reação serial (SRT) desenhada por Nissen e Bullemer ¹. nesta tarefa SRT clássico, os participantes pressione as teclas para responder rapidamente e com precisão a estímulos visuais. Para examinar a aprendizagem de sequência, a aparência de estímulos visuais é manipulada para seguir qualquer uma pré-estruturada ou aleatória sequência, que é desconhecida para os participantes. Aprendizagem é evidenciada pelo tempo de resposta mais rápido para a sequência pré-estruturado (ex., a sequência de treinamento) do que para o aleatório ou outra previamente estruturado sequência^1,2. Enquanto a tarefa SRT clássica normalmente requer bi-manual dedo batendo, uma grande maioria de sequência implícita de motor de aprendizagem em atividades cotidianas, como a dança, tocando instrumentos musicais, ou praticar esportes, envolve ações de corpo inteiro que apresentam posturais e inerciais desafios não encontrados na tarefa SRT clássica. Assim, propusemos que as tarefas de aprendizagem de sequência precisam ser mais multifacetada. Além disso, o foco da pesquisa anterior tem sido quase exclusivamente na componente cognitivo da tarefa (ex., seleção de decisão tomada ou ação), ignorando as questões de coordenação motora envolvidas na aprendizagem da sequência (por exemplo., movimento execução). Assim, para se perceber a sequência motor implícita de aprendizagem, é essencial estudar a aprendizagem de sequência em uma tarefa de motor que melhor se aproxima nossas atividades diárias e motor bruta ou de corpo inteiro.

Em estudos recentes, nós estendemos a tarefa SRT clássica para uma tarefa SRT modificada onde pressionar dedo foi substituído pelo pé pisando para incorporar o controle postural em sequência de aprendizagem^3,4,5. Esta tarefa modificada apresenta suas próprias vantagens para complementar a tarefa SRT clássica. Primeiro, a tarefa de aprendizagem de sequência motor bruto imita melhor atividades diárias sequenciais, onde o movimento de todo o corpo está envolvido. Até à data, nossa compreensão da sequência motor aprendizagem normalmente vem a tarefa SRT clássica, mas pouco se sabe se o conhecimento da sequência motor aprendendo com a tarefa SRT clássica permanece para ser verdade em aprender habilidades motoras sequenciais nas atividades diárias. Assim, a tarefa SRT modificada nos permite examinar se as características sistematicamente relatadas (EG., independente de idade sequência implícita de aprendizagem entre crianças e adultos) na tarefa-pressionando o dedo SRT permanecem quando o controle postural é envolvidos. Além disso, em populações com postura, controle e habilidade motora bruta, dificuldades de aprendizagem, tais como crianças com coordenação do desenvolvimento desordem^6,7,8, compreensão postural como o controle interage com o gross motor sequência aprendizagem é fundamental para ajudar a melhorar as estratégias de intervenção e, assim, otimizar a eficácia da aprendizagem de habilidades motoras sequenciais no cotidiano.

Em segundo lugar, uma noção comum sobre aprendizagem implícita de sequência é aquele motor de planejamento, e não a execução do movimento, desempenha um papel importante na aprendizagem de uma sequência do clássico SRT tarefa⁹. Isto é porque pressionando as teclas não envolve mover para novos locais no espaço, como os dedos são sempre sobre as chaves de resposta. No entanto, muitos comportamentos sequenciais diários envolvem grandes movimentos espaciais. Pouco se sabe se a execução do movimento é um jogador chave na sequência motor aprendendo quando grandes movimentos espaciais são necessários. A tarefa de SRT clássico, tempo de resposta, a soma do tempo de reação (RT) e tempo de movimento (MT), serve como um indicador de aprendizagem de sequência. A tarefa da SRT pé-piso, como outros paradigmas envolvendo movimentos espaciais¹⁰, permite que o pesquisador separar o tempo de resposta na sequência implícita em RT, que reflecte o processamento cognitivo e MT, o que caracteriza o movimento de aprendizagem em si.

Em terceiro lugar, além de MT, a combinação das pé-piso SRT tarefa e movimento captura técnicas fornece dados ricos em movimento contínuo de todo o organismo (ex., o movimento do centro de massa, ou COM). Medir a variação contínua de movimento tem a vantagem de revelar a dinâmica dos processos cognitivos subjacentes a discreta resposta medida pelo RT ou MT^11,12. Em particular, as sequências de aprendizagem na tarefa SRT normalmente são explicadas como uma mistura de processos explícitos e implícitos. Ou seja, apesar do uso comum da tarefa SRT como uma tarefa de aprendizagem implícita, os participantes muitas vezes mostram a capacidade de recordar verbalmente a sequência aprendida após a tarefa SRT, sugerindo um componente explícito envolvido na aprendizagem implícita de sequência. Embora o componente explícito pode ser avaliado por testes de recall realizadas após o SRT tarefa^13,14, estes testes pós-tarefa faltam a capacidade de examinar a evolução temporal do conhecimento explícito durante a aprendizagem. Propomos que com conhecimento de sequência explícita, um indivíduo iria saber a localização do estímulo próximo e assim produzir o ajuste postural antecipado^15,16,17 de forma feedforward para preparar para o pôr os pés mover para o destino correspondente. Portanto, examinar o movimento da OCM antes do aparecimento do estímulo (ou seja, antecipação) abre uma janela para estudar o desenvolvimento progressivo da memória explícita durante a aprendizagem de sequência implícita.

O protocolo demonstra a montagem experimental e o procedimento da tarefa SRT pé-piso. Nós fornecemos resultados representativos de tempo de resposta, RT e Mt. Além disso, apresentamos os resultados sobre a relação entre o controle de postura e os explícitos processos subjacentes de aprendizagem implícita de sequência motor.

Protocolo

O protocolo foi realizado em conformidade com as diretrizes aprovadas pelo Conselho de revisão institucional na Universidade de Maryland, College Park.

1. Montagem experimental

1. Configurar um sistema de captura de movimento, como mostrado na Figura 1a. Coloque oito câmeras em um círculo com um raio de 4m.
   Nota: O número e as posições das câmeras pode ser variado, desde que todas as câmeras são posicionadas adequadamente para obter uma visão clara de todos os marcadores reflexivos preso ao corpo do participante.
2. Configure uma estação de piso no centro do círculo. Posição de uma "posição inicial" cobertas por tapetes de feltro azuis escuros no centro da estação de piso e coloque seis alvos piso cobertos por tapetes de feltro azuis luz em torno da posição inicial como à frente, atrás e o lateral (Figura 1b). Determinar a distância entre as metas e a posição inicial, de acordo com a distância de piso do indivíduo (consulte a etapa 3 do procedimento de tarefa pisar pé-SRT).
3. Para controlar a tarefa condição de estimulação, coloque dois sensores elétricos de borracha, que geram sinais analógicos quando tocado, sob a posição inicial para detectar o tempo quando voltarem os pés.
4. Posicione um monitor 23 ' m 2 em frente a posição inicial. Os estímulos visuais seis espacialmente são combinados com os seis alvos pisar no chão.
5. Controle a ordem de aparecimento dos estímulos visuais usando um programa de computador instalado em um laptop.
6. Sincronize o laptop e o sistema de captura de movimento usando um dispositivo de saída e aquisição de dados.
7. Ligue as câmeras de captura de movimento e, em seguida, direcione-os para que cada câmera pode exibir o volume ao redor da estação de revisão.
8. Identificar se há objetos indesejados de reflexivos do volume de captura (ex., reflexo da luz, chão ou qualquer material reflexivo). Cobri esses objetos reflexivos identificados com o material da tela, para que eles não são recolhidos por engano como dados durante os ensaios experimentais.
9. Usando o equipamento fornecido com o sistema de captura de movimento e instruções, calibre o sistema de captura de movimento para garantir a coleta exata de dados 3-d de marcadores reflexivos¹⁸.
10. Para a calibração dinâmica, varinha da calibração fornecido com o sistema de captura de movimento através do espaço onde todos os marcadores reflexivos mudaria quando os participantes executam a tarefa SRT. Colete 2.000 frames de imagens, para a calibração dinâmica.
11. Para a calibração estática, coloque a varinha de calibração no chão com uma posição e orientação, que pode ser usada como a origem do sistema de coordenação do sistema de captura de movimento. Execute o sistema de captura de movimento para definir a origem.
12. Desenha um marcador definido dependendo da finalidade do estudo.
    Nota: Um exemplo é mostrado na Figura 1b , onde um set-up 38-marcador é usado.
13. Siga as instruções do fornecedor para criar um modelo de esqueleto de rotulagem que pode ser usado para a reconstrução e autorotulagem em posterior aquisição de dados e processamento de¹⁸. Especificamente, pedir a um participante para a posição inicial da estação passo a passo com todos os marcadores anexados. Instrua o participante a ficar o mais imóvel possível e certifique-se de todos os marcadores são visíveis através do sistema de captura de movimento. Capturar um julgamento (duração de cerca de 10 s). Na proposta capturar sistema, atribua a cada marcador um nome e criar segmentos conectando marcadores juntos. Vincule a todos os segmentos para finalizar o modelo esqueleto (mostrado na Figura 1 c).

2. participante preparação

1. Informar os participantes a usar trajes apropriados (ex., calções e uma t-shirt) antes de visitar o laboratório.
2. À chegada, peça aos participantes para ler atentamente e assinar o formulário de consentimento. Tela para estudo de elegibilidade.
   Nota: Os questionários de triagem poderiam ser diferentes com base em cada estudo individual. Esses questionários podem incluir, mas não estão limitados a, o de questionário de dominância de mão¹⁹, questionário de nível de atividade física global²⁰, questionário de saúde neurológica e a bateria de avaliação do movimento para crianças²¹ .
3. Peça aos participantes para tirar seus sapatos e meias e, em seguida, anexar 38 marcadores reflexivos esféricas, de 50 mm de diâmetro, para a pele no pré-determinado Marcos ósseas significativas usando fita adesiva dupla de frente e verso, hipo-alergénicos e pre-envolvendo a fita. Esta montagem do marcador é o mesmo que o modelo personalizado de esqueleto mostrado na Figura 1b.
4. Limpar todos os reflexos indesejados que não sejam aqueles 38 marcadores do corpo do participante (ver passo 1.8).
5. Instrua os participantes a ficar em silêncio sobre a posição em casa em um T-pose. Executar o sistema de captura de movimento para capturar todos os marcadores para 10 s (i. e., a julgamento de calibração).

3. o procedimento de tarefa do pé-piso SRT

1. Antes de cada participante inicia o task, configurar os parâmetros, incluindo, mas não limitado a: bloquear participante número de ID, ID de grupo, da aprendizagem, o comprimento do tempo de apresentação de estímulo e o intervalo de tempo entre estímulos (ISI) ou (de intervalo de estímulo-resposta RSI) que controla o intervalo de tempo entre a realização do movimento e o início do próximo estímulo (neste caso, sensores elétricos de borracha são necessários sob a posição inicial; consulte a seção de protocolo 1 para obter detalhes).
   Nota: Pode ser variado o ISI (EG., 1.300 ms ou ms 1.000) de acordo com a finalidade do estudo.
2. Instrua os participantes a ficar na posição de repouso e ajustar a distância da posição de repouso, para que os participantes podem confortavelmente pise em todos os seis alvos no chão.
3. Instruir os participantes rapidamente pisar em cada alvo várias vezes e marcar a distância entre a posição inicial para cada destino comprimento pisando no mais confortável para cada participante.
4. Fornece as instruções de tarefa para os participantes.
   1. Instrua os participantes que, uma vez que um estímulo aparece em um dos seis locais mostrados no monitor, precisam de passo tão rapidamente e com precisão quanto possível para o destino correspondente no chão e depois voltar para a posição inicial.
   2. Peça aos participantes para a etapa com o pé direito para os três alvos localizados no lado direito (ou seja, metas 1, 2 e 6; Figura 1a), e à esquerda do pé nos outros três destinos (i. e., alvos, 3, 4 e 5; Figura 1a).
      Nota: Os números são invisíveis para os participantes durante a tarefa inteira.
   3. Informar os participantes que há um intervalo de 3 min após cada corrida (i. e., bloco de aprendizagem) da tarefa. Modifica o comprimento da ruptura com base nas necessidades experimentais. Defina um alarme para lembrar os participantes do final do intervalo.
   4. Instrua os participantes a manter os cotovelos ao seu lado e dobrados em um ângulo de noventa graus, quando eles executam a tarefa para que as câmeras possam ver os marcadores colocados no quadril.
5. Executar um bloco de prática que consiste em 36 passos (i. e., estímulos aparecem 36 vezes com um ISI de 1.300 ms; consulte o procedimento de tarefa SRT pisar pé-para obter detalhes) para que os participantes estão familiarizados com a tarefa. Instrua os participantes que estímulos continuamente aparecerá em seis localidades e precisam de responder a estímulos mais rápido e com precisão como podem. Estímulos neste bloco aparecem em uma ordem aleatória.
   Nota: O ISI poderia ser substituído por uma avaliação completa (Veja o procedimento de tarefa SRT pisar pé-para obter detalhes). Se for usado um ISI muito curto, os participantes não podem ser capazes de responder a alguns estímulos. Estes passos são considerados como erros.
6. Após o bloco de prática, começa os blocos experimentais. Neste protocolo, existem seis blocos e cada bloco experimental é composto de 100 passos/estímulos. Poupa-os participantes obrigatórios 3 min após cada bloco.
   Nota: Sob a condição ISI 1.300 ms, cada bloco normalmente demora cerca de 2,5 min. Se for usado um RSI, o comprimento de cada bloco pode variar dependendo de quão rápido os participantes respondem aos estímulos.
   1. Instrua os participantes a completar seis blocos experimentais. Defina a ordem específica de estímulos visuais de acordo com fins experimentais. Estímulos seguem uma sequência especificada ou aleatória. Desconhece-se a apresentação da ordem de estímulo aos participantes.
      Nota: O número de blocos experimentais pode variar. Aqui, um projeto 6-bloco é introduzido onde uma sequência especificada A é dada em blocos de 1-4 e 6 e uma sequência de romance B é apresentada no bloco 5. A sequência aleatória e específica também pode ser variada. Neste protocolo, a sequência A segue a ordem de 1423564215 (i. e., 1 - direita, 2 - bem na frente, 3 - esquerda dianteira, 4 - lado esquerdo, 5 - à esquerda, e 6 - já volto) e sequência B segue a ordem de 3615425214.
   2. Antes de cada bloco de aprendizagem, instrua os participantes a resposta aos estímulos mais rapidamente e com precisão como eles podem.
7. Após a conclusão de todos os blocos de aprendizagem, pedir participantes para completar um depois do teste que consiste amplamente usado recordação e testes de reconhecimento descritos na literatura^13,14,22.

4. processamento de dados e análise estatística

1. Para cada participante, abra dados coletados de ensaios no software de sistema de captura de movimento. Rever cada julgamento e preencher quaisquer lacunas nos dados experimentais de acordo com as instruções do fornecedor¹⁸.
2. Exporte cada tentativa de dados como um arquivo ASCII que contém três coordenadas para todos os 38 marcadores.
3. Derivar de variáveis (i. e., tempo de reação (RT), tempo de movimento (MT), tempo de resposta e trajetória da OCM) o ASCII arquivos seguindo os passos abaixo:
   1. Inserir os arquivos de dados ASCII no software de análise de dados. Use um filtro Butterworth de oitava ordem com uma frequência de corte de 10 Hz para filtrar os dados³.
      Nota: A maneira de derivar a trajetória de movimento COM varia de acordo com a afinação do marcador. Na 38-marcador configuração mostrada na Figura 1b, métodos e parâmetros antropométricos, descritos por levas De²³ podem ser empregados. Um pode também acompanhar o movimento da OCM aproximado medido por um marcador definido ao nível da quinta vértebra lombar²⁴.
   2. Derive o tempo de resposta, RT e MT seguindo as descrições abaixo:
      1. Use os marcadores anexados em saltos, dos pés e 5 metatarsos^th para caracterizar as trajetórias dos movimentos do pé em software de análise de dados.
      2. Traça a trajetória destes três marcadores ao longo da direção vertical (perpendicular ao chão). Traça a trajetória do marcador do dedo do pé dentro do plano horizontal (paralelo ao chão) para identificar se a cada passo é executado corretamente para o alvo certo. Passos para um alvo errado são excluídos para mais tarde as análises estatísticas.
      3. Marca a base de altura do cada marcador antes e depois de cada passo.
      4. Identifica o início do movimento de cada marcador como primeira amostra quando o marcador atinge 10% da altura máxima.
      5. Desde que cada assunto pode usar diferentes estratégias para tocar o alvo (usando os dedos ou o 5 metatarso^th ), defina o início do movimento usando o marcador que atinge o seu pico mais cedo.
      6. Identifica o ponto de extremidade de pisar como ponto de tempo, quando o marcador usado cai para a mesma altura que o início.
      7. Continuamente, execute o programa de análise de dados até 100 passos são processados.
      8. Para todas as etapas, calcular e o tempo de resposta, como a diferença temporal entre o aparecimento do estímulo e o fim do movimento, RT como a diferença temporal entre o estímulo e onsets movimento e MT a diferença temporal entre o início do movimento de saída e seu ponto final. Salve os arquivos de saída no formato. xls.
      9. Usando esses arquivos. xls, calcule meios dessas variáveis para cada bloco e entre os participantes, dados que serão posteriormente utilizados para análises estatísticas.
      10. Desde que não há normalmente um fator dentro-assunto (i. e., bloco de aprendizagem) no projeto experimental, usar misturado-efeito ANOVAs para analisar os dados (medidas repetidas ANOVA pode ser usado com cautela em relação a suposição de esfericidade). Determine a matriz de variância co usada na ANOVA efeito misturado por critério de informação do Akaike (AIC). Decompor os resultados significativos dos testes usando post hoc ANOVA com específicos de vários procedimentos de correção de comparação (dependendo do projeto experimental). Definir o nível de significância estatístico de p = 0,05.

Resultados

O paradigma acima é implementado pelo Du e colegas em uma série de estudos de^4,3,5. Usamos uma parte de dados adoptados a partir de um destes estudos⁴ para representar o uso da tarefa SRT pé-piso. Neste estudo, existem 6 blocos de aprendizagem e um RSI de 700 ms é usado. Estímulos visuais seguiram sequência A (i. e., 1423564215; Figura 1...

Discussão

Este protocolo descreve a montagem experimental e procedimentos para uma tarefa SRT modificado. A tarefa SRT modificada compartilha sua atraente simplicidade com a tarefa SRT clássica, embora a tarefa SRT modificada exige o uso de uma técnica de captura de movimento. Como a tarefa SRT clássica, muitos parâmetros podem ser manipulados para perguntas de pesquisa específicos a tarefa de SRT pé-piso, incluindo mas não limitado a: o comprimento do intervalo-estímulo intervalo ou estímulo-resposta intervalo

Materiais

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