Name: quantifying learning in young infants: tracking leg actions during a discovery-learning task
Uploaded: 2015-06-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 18 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task at JoVE.com

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.

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

Нет конфликта интересов объявлены.

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, ?...

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. <img alt="Фигура 1" src="/files/ftp_upload/52841/52841fig1.jpg" /> Рисунок 1: Младенческая пинать активирована мобильный задачу. </сильный&gt; Центр светоизлучающий диод (СИД), который прилагается к твердого тела каждого футов (желтый круг) активирует мобильный, когда он пересекает виртуальный порог (красная пунктирная линия). Re-печатается с разрешения Сарджент 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. <img alt="Рисунок 2" src="/files/ftp_upload/52841/52841fig2.jpg" /> 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.

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

quantifying learning in young infants: tracking leg actions during a discovery-learning task

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.

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 исследова?...

Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task at JoVE.com

Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task

A method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process.

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

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning ...

quantifying-learning-young-infants-tracking-leg-actions-during

Research

JoVE Journal

Behavior

10.6K Views.  University of Southern California. A method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process.

Video: Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task

Studying the Neural Basis of Adaptive Locomotor Behavior in Insects

Studying the neural basis of walking behavior, one often faces the problem that it is hard to separate the neuronally produced stepping output from those leg movements that result from passive forces and interactions with other legs through the common contact with the substrate. If we want to understand, which part of a given movement is produced by nervous system motor output, kinematic analysis of stepping movements, therefore, needs to be complemented with electrophysiological recordings of motor activity. The recording of neuronal or muscular activity in a behaving animal is often limited by the electrophysiological equipment which can constrain the animal in its ability to move with as many degrees of freedom as possible. This can either be avoided by using implantable electrodes and then having the animal move on a long tether (i.e. Clarac et al., 1987; Duch &amp; Pfl&uuml;ger, 1995; B&ouml;hm et al., 1997; Gruhn &amp; Rathmayer, 2002) or by transmitting the data using telemetric devices (Kutsch et al, 1993; Fischer et al., 1996; Tsuchida et al. 2004; Hama et al., 2007; Wang et al., 2008). Both of these elegant methods, which are successfully used in larger arthropods, often prove difficult to apply in smaller walking insects which either easily get entangled in the long tether or are hindered by the weight of the telemetric device and its batteries. In addition, in all these cases, it is still impossible to distinguish between the purely neuronal basis of locomotion and the effects exerted by mechanical coupling between the walking legs through the substrate. One solution for this problem is to conduct the experiments in a tethered animal that is free to walk in place and that is locally suspended, for example over a slippery surface, which effectively removes most ground contact mechanics. This has been used to study escape responses (Camhi and Nolen, 1981; Camhi and Levy, 1988), turning (Tryba and Ritzman, 2000a,b; Gruhn et al., 2009a), backward walking (Graham and Epstein, 1985) or changes in velocity (Gruhn et al., 2009b) and it allows the experimenter easily to combine intra- and extracellular physiology with kinematic analyses (Gruhn et al., 2006).
We use a slippery surface setup to investigate the timing of leg muscles in the behaving stick insect with respect to touch-down and lift-off under different behavioral paradigms such as straight forward and curved walking in intact and reduced preparations.

We describe a method to record motor activity, timed to the electrically recorded tarsal contact signal in a tethered insect, walking on a slippery surface. This is used to study the neural basis of adaptive behavior under reduced influence of mechanical interaction between legs through the substrate.

Изучение нейронных основе адаптивной функции опорно-двигательного у насекомых

Studying the neural basis of walking behavior, one often faces the problem that it is hard to separate the neuronally produced stepping output from those ...

Neuroscience

Examining Recall Memory in Infancy and Early Childhood Using the Elicited Imitation Paradigm

The ability to recall the past allows us to report on details of previous experiences, from the everyday to the significant. Because recall memory is commonly assessed using verbal report paradigms in adults, studying the development of this ability in preverbal infants and children proved challenging. Over the past 30 years, researchers have developed a non-verbal means of assessing recall memory known as the elicited or deferred imitation paradigm. In one variant of the procedure, participants are presented with novel three-dimensional stimuli for a brief baseline period before a researcher demonstrates a series of actions that culminate in an end- or goal-state. The participant is allowed to imitate the demonstrated actions immediately, after a delay, or both. Recall performance is then compared to baseline or to performance on novel control sequences presented at the same session; memory can be assessed for the individual target actions and the order in which they were completed. This procedure is an accepted analogue to the verbal report techniques used with adults, and it has served to establish a solid foundation of the nature of recall memory in infancy and early childhood. In addition, the elicited or deferred imitation procedure has been modified and adapted to answer questions relevant to other aspects of cognitive functioning. The broad utility and application of imitation paradigms is discussed, along with limitations of the approach and directions for future research.

The elicited imitation procedure was established to examine the development of recall memory in infancy and early childhood. This procedure has been widely used to establish a solid foundation of the nature of recall memory in infancy and early childhood.

Исследование Вызов памяти в младенчестве и раннем детстве Использование Вызванные Имитация Paradigm

The ability to recall the past allows us to report on details of previous experiences, from the everyday to the significant. Because recall memory is ...

A Novel Experimental and Analytical Approach to the Multimodal Neural Decoding of Intent During Social Interaction in Freely-behaving Human Infants

Understanding typical and atypical development remains one of the fundamental questions in developmental human neuroscience. Traditionally, experimental paradigms and analysis tools have been limited to constrained laboratory tasks and contexts due to technical limitations imposed by the available set of measuring and analysis techniques and the age of the subjects. These limitations severely limit the study of developmental neural dynamics and associated neural networks engaged in cognition, perception and action in infants performing &#8220;in action and in context&#8221;. This protocol presents a novel approach to study infants and young children as they freely organize their own behavior, and its consequences in a complex, partly unpredictable and highly dynamic environment. The proposed methodology integrates synchronized high-density active scalp electroencephalography (EEG), inertial measurement units (IMUs), video recording and behavioral analysis to capture brain activity and movement non-invasively in freely-behaving infants. This setup allows for the study of neural network dynamics in the developing brain, in action and context, as these networks are recruited during goal-oriented, exploration and social interaction tasks.

This protocol presents a novel methodology for the neural decoding of intent from freely-behaving infants during unscripted social interaction with an actor. Neural activity is acquired using non-invasive high-density active scalp electroencephalography (EEG). Kinematic data is collected with inertial measurement units and supplemented with synchronized video recording.

Роман Экспериментальные и Аналитический подход к мультимодальным Neural декодирования намерениях Во социального взаимодействия в свободно-Младенцев себя человека

Understanding typical and atypical development remains one of the fundamental questions in developmental human neuroscience. Traditionally, experimental ...

The "Motor" in Implicit Motor Sequence Learning: A Foot-stepping Serial Reaction Time Task

This protocol describes a modified serial reaction time (SRT) task used to study implicit motor sequence learning. Unlike the classic SRT task that involves finger-pressing movements while sitting, the modified SRT task requires participants to step with both feet while maintaining a standing posture. This stepping task necessitates whole body actions that impose postural challenges. The foot-stepping task complements the classic SRT task in several ways. The foot-stepping SRT task is a better proxy for the daily activities that require ongoing postural control, and thus may help us better understand sequence learning in real-life situations. In addition, response time serves as an indicator of sequence learning in the classic SRT task, but it is unclear whether response time, reaction time (RT) representing mental process, or movement time (MT) reflecting the movement itself, is a key player in motor sequence learning. The foot-stepping SRT task allows researchers to disentangle response time into RT and MT, which may clarify how motor planning and movement execution are involved in sequence learning. Lastly, postural control and cognition are interactively related, but little is known about how postural control interacts with learning motor sequences. With a motion capture system, the movement of the whole body (e.g., the center of mass (COM)) can be recorded. Such measures allow us to reveal the dynamic processes underlying discrete responses measured by RT and MT, and may aid in elucidating the relationship between postural control and the explicit and implicit processes involved in sequence learning. Details of the experimental set-up, procedure, and data processing are described. The representative data are adopted from one of our previous studies. Results are related to response time, RT, and MT, as well as the relationship between the anticipatory postural response and the explicit processes involved in implicit motor sequence learning.

We introduce the foot-stepping serial reaction time (SRT) task. This modified SRT task, complementing the classic SRT task that involves only finger-pressing movement, better approximates daily sequenced activities and allows researchers to study the dynamic processes underlying discrete response measures and disentangle the explicit process operating in implicit sequence learning.

«Мотор» в неявных мотор последовательность обучения: время шагать в ногу серийный реакции задачи

This protocol describes a modified serial reaction time (SRT) task used to study implicit motor sequence learning. Unlike the classic SRT task that ...

Defining the Role Of Language in Infants' Object Categorization with Eye-tracking Paradigms

Assessing infant category learning is a challenging but vital aspect of studying infant cognition. By employing a familiarization-test paradigm, we straightforwardly measure infants&#8217; success in learning a novel category while relying only on their looking behavior. Moreover, the paradigm can directly measure the impact of different auditory signals on the infant categorization across a range of ages. For instance, we assessed how 2-year-olds learn categories in a variety of labeling environments: in our task, 2-year-olds successfully learned categories when all exemplars were labeled&#160;or the first two exemplars were labeled, but they failed to categorize when no exemplars were labeled or only the final two exemplars were labeled. To determine infants&#8217; success in such tasks, researchers can examine both the overall preference displayed by infants in each condition and infants&#8217; pattern of looking over the course of the test phase, using an eye-tracker to provide fine-grained time-course data. Thus, we present a powerful paradigm for identifying the role of language, or any auditory signal, in infants&#8217; object category learning.

Here we present a protocol for familiarization-test paradigms which provide a direct test of infant categorization and help to define the role of language in early category learning.

Определение роли языка в категоризации объектов новорожденных с глаз отслеживания парадигмы

Assessing infant category learning is a challenging but vital aspect of studying infant cognition. By employing a familiarization-test paradigm, we ...

Measuring Statistical Learning Across Modalities and Domains in School-Aged Children Via an Online Platform and Neuroimaging Techniques

Statistical learning, a fundamental skill to extract regularities in the environment, is often considered a core supporting mechanism of the first language development. While many studies of statistical learning are conducted within a single domain or modality, recent evidence suggests that this skill may differ based on the context in which the stimuli are presented. In addition, few studies investigate learning as it unfolds in real-time, rather focusing on the outcome of learning. In this protocol, we describe an approach for identifying the cognitive and neural basis of statistical learning, within an individual, across domains (linguistic vs. non-linguistic) and sensory modalities (visual and auditory). The tasks are designed to cast as little cognitive demand as possible on participants, making it ideal for young school-aged children and special populations. The web-based nature of the behavioral tasks offers a unique opportunity for us to reach more representative populations nationwide, to estimate effect sizes with greater precision, and to contribute to open and reproducible research. The neural measures provided by the functional magnetic resonance imaging (fMRI) task can inform researchers about the neural mechanisms engaged during statistical learning, and how these may differ across individuals on the basis of domain or modality. Finally, both tasks allow for the measurement of real-time learning, as changes in reaction time to a target stimulus is tracked across the exposure period. The main limitation of using this protocol relates to the hour-long duration of the experiment. Children might need to complete all four statistical learning tasks in multiple sittings. Therefore, the web-based platform is designed with this limitation in mind so that tasks may be disseminated individually. This methodology will allow users to investigate how the process of statistical learning unfolds across and within domains and modalities in children from different developmental backgrounds.

Presented here is a protocol introducing a set of child-friendly statistical learning tasks geared towards examining children&#8217;s learning of temporal statistical patterns across domains and sensory modalities. The developed tasks collect behavioral data using the web-based platform and task-based functional magnetic resonance imaging (fMRI) data for examining neural engagement during statistical learning.

Измерение статистического обучения в различных условиях и доменах у детей школьного возраста с помощью онлайн-платформы и методов нейровизуаляции

Statistical learning, a fundamental skill to extract regularities in the environment, is often considered a core supporting mechanism of the first ...

Автоматизированная оценка мелкой моторики у мышей с помощью лестницы Эразма

Monitoring Fine and Associative Motor Learning in Mice Using the Erasmus Ladder

Behavior is shaped by actions, and actions necessitate motor skills such as strength, coordination, and learning. None of the behaviors essential for sustaining life would be possible without the ability to transition from one position to another. Unfortunately, motor skills can be compromised in a wide array of diseases. Therefore, investigating the mechanisms of motor functions at the cellular, molecular, and circuit levels, as well as understanding the symptoms, causes, and progression of motor disorders, is crucial for developing effective treatments. Mouse models are frequently employed for this purpose.
This article describes a protocol that allows the monitoring of various aspects of motor performance and learning in mice using an automated tool called the Erasmus Ladder. The assay involves two phases: an initial phase where mice are trained to navigate a horizontal ladder built of irregular rungs (&#34;fine motor learning&#34;), and a second phase where an obstacle is presented in the path of the moving animal. The perturbation can be unexpected (&#34;challenged motor learning&#34;) or preceded by an auditory tone (&#34;associative motor learning&#34;). The task is easy to conduct and is fully supported by automated software.
This report shows how different readouts from the test, when analyzed with sensitive statistical methods, allow fine monitoring of mouse motor skills using a small cohort of mice. We propose that the method will be highly sensitive to evaluate motor adaptations driven by environmental modifications as well as early-stage subtle motor deficits in mutant mice with compromised motor functions.

Автор в центре внимания: Раскрытие нейронных механизмов с помощью автоматизированной оценки моторного обучения и исследований пластичности миелина с использованием лестницы Эразма 

This article presents a protocol that allows a non-invasive and automated assessment of fine motor performance, as well as adaptive and associative motor learning upon challenges, using a device called the Erasmus Ladder. Task difficulty can be titrated to detect motor impairment ranging from major to subtle degrees.

Мониторинг обучения мелкой и ассоциативной моторики у мышей с помощью лестницы Эразма

Behavior is shaped by actions, and actions necessitate motor skills such as strength, coordination, and learning. None of the behaviors essential for ...

Quantified Assessment of Infant's Gross Motor Abilities Using a Multisensor Wearable

Developing objective and quantitative methods of early gross motor assessment is essential to better understand neurodevelopment and to support early therapeutic interventions. Here, we&#160;present&#160;a method to quantify gross motor performance using a multisensor wearable, MAIJU (Motility Assessment of Infants with a JUmpsuit), which offers an automated, scalable,&#160;quantitative, and objective assessment using&#160;a fully automated cloud-based pipeline. This wearable suit is equipped with four movement sensors that record synchronized data to a mobile phone utilizing a low-energy Bluetooth connection. An offline analysis in the cloud server generates fully analyzed results within minutes for each recording. These results include a graphical report of the recording session and a detailed result matrix that gives second-by-second classifications for posture, movement, infant carrying, and free playtime. Our recent results show the virtue of such&#160;quantified motor assessment&#160;providing&#160;a potentially&#160;effective method for distinguishing variations in the infant&#39;s gross motor development.

This paper outlines the assessment of infants' gross motor performance with a multisensor wearable and its fully automated deep learning-based analysis pipeline. The method quantifies the posture and movement patterns of infants from lying supine until they master walking independently.

Количественная оценка крупной моторики младенца с помощью мультисенсорного носимого устройства

Developing objective and quantitative methods of early gross motor assessment is essential to better understand neurodevelopment and to support early ...

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

Резюме

Смотреть дополнительные видео

PLAYLIST