Name: the "motor" in implicit motor sequence learning: a foot-stepping serial reaction time task
Uploaded: 2018-05-03T12:30:00
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Para esta pesquisa apoiaram-na Universidade de Maryland cinesiologia Graduate Research Fund iniciativa Du Yue.

O protocolo foi realizado em conformidade com as diretrizes aprovadas pelo Conselho de revisão institucional na Universidade de Maryland, College Park.
1. Montagem experimental
<ol><li>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 c...

<ol>
	<li>Nissen, M. J., Bullemer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Attentional+requirements+of+learning:+Evidence+from+performance+measures.">Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures.</a> Cognit Psychol. 19 (1), 1-32 (1987).</li><li>Willingham, D. B., Nissen, M. J., Bullemer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+development+of+procedural+knowledge.">On the development of procedural knowledge.</a> J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 15 (6), 1047-1060 (1989).</li><li>Du, Y., Valentini, N. C., Kim, M. J., Whitall, J., Clark, J. 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New evidence with the process dissociation procedure.</a> Psychon Bull Rev. 8 (2), 343-350 (2001).</li><li>De Leva, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adjustments+to+Zatsiorsky-Seluyanov's+segment+inertia+parameters.">Adjustments to Zatsiorsky-Seluyanov's segment inertia parameters.</a> J Biomech. 29 (9), 1223-1230 (1996).</li><li>Bair, W. -. N., Kiemel, T., Jeka, J. J., Clark, J. E. <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+multisensory+reweighting+for+posture+control+in+children.">Development of multisensory reweighting for posture control in children.</a> Exp Brain Res. 183 (4), 435-446 (2007).</li><li>Curran, T., Keele, S. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sway+regularity+reflects+attentional+involvement+in+postural+control:+Effects+of+expertise,+vision+and+cognition.">Sway regularity reflects attentional involvement in postural control: Effects of expertise, vision and cognition.</a> Gait Posture. 30 (1), 106-109 (2009).</li><li>Nougier, V., Vuillerme, N., Teasdale, N. <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+a+reaction+time+task+on+postural+control+in+humans.">Effects of a reaction time task on postural control in humans.</a> Neurosci. Lett. 291 (2), 77-80 (2000).</li><li>Robertson, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+serial+reaction+time+task:+Implicit+motor+skill+learning?.">The serial reaction time task: Implicit motor skill learning?.</a> J Neurosci. 27 (38), 10073-10075 (2007).</li></ol>

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<sup class=...

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 sequência1,2. 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 aprendizagem3,4,5. 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 desordem6,7,8, 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 MT11,12. 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 tarefa13,14, 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 antecipado15,16,17 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.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Vicon motion capture system</td>
			<td>Vicon</td>
			<td>Vicon T-40, T-160, calibration wand</td>
			<td>Alternative systems may be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mm reflective markers</td>
			<td>Vicon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Numbers of markers may be varied</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labview software</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Control visual stimuli. Use together with DAQ board. Alternative software may be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAQ board</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>BNC-2111; DAQCard-6024E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Alternative software may be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>double sided hypo-allergenic adhesive tape</td>
			<td></td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pre-wrapping tape</td>
			<td></td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the "motor" in implicit motor sequence learning: a foot-stepping serial reaction time task

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.

O paradigma acima é implementado pelo Du e colegas em uma série de estudos de4,3,5. 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...

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

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

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.

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

The overall goal of this experiment is to study how people learn a sequence of actions that mimic daily activities, and to elucidate the cognitive processes, specifically the explicit process operating an implicit motor sequence learning. This task provides a novel way to review the progress of development of the explicit wellness during implicit motor sequence learning. Using this task can help answer key questions in the motor learning and the developmental field, such as implicit motor sequence learning and its age-related development.The key advantage of this technique is that compared to the classic SRT task, the foot-stepping in task involves greater motor control complexity and it allows us to better understand the learning of sequential skills in daily life, such as dancing, playing musical instruments, or playing sports. The implications of this technique extend to helping us understand children with movement difficulties, particularly the learning of motor sequences by children with something called developmental coordination disorder or DCD. We had first got the idea for this method when we watched one of our children, who we were studying, who had DCD, as he practiced the Wii game, Dance Dance Revolution"He was able to learn the sequence, despite the problems he was having with his motor control and his postural challenges.Demonstrating the procedural will be Elizabeth Bell and Mia Caminita, graduate students from the neuromechanics laboratory. Begin by insuring proper function of the motion capture system to ensure accurate collection of 3D data from reflective markers. For dynamic calibration, wave the calibration wand supplied with the motion capture system through the space where all reflective markers would move when participants perform the SRT task.For static calibration, place the calibration wand on the floor with the position and orientation, which can be used as the origin of the coordination system of the motion capture system. Run the motion capture system to set the origin. In the motion capture system, assign each marker a name and create segments by connecting markers together.Link all segments to finalize the skeleton template. Upon arrival, ask participants to carefully read and sign the consent form. Hi Mia, thanks for volunteering to complete this study.This consent form will give you better detail on exactly what we're going to do today. If you will agree to participate, can you just initial each page and then sign the last? After this, there's just a few questionnaires that we will go through.Screen for study eligibility using such questionnaires as the hand dominance questionnaire, global physical activity level questionnaire, and neurological health questionnaire. Ask the participant to take off their shoes and socks. Okay, great, now we're ready for motion capture.If I could just have you take off your shoes and socks, we'll be good to go.Okay. Then use double-sided, hypoallergenic, adhesive tape and pre-wrapping tape to attach 38 spherical reflective markers, each 50 millimeters in diameter, to the skin at predetermined significant bony landmarks. This marker setup is the same as the customized skeleton template shown here.Clear all unwanted reflections other than those 38 markers from the participant's body. Run a calibration trial by instructing participants to stand quietly on the home position in a T-pose and run the motion capture system to capture all markers for two to ten seconds. Before each participant starts the task, set up the parameters, including but not limited to, participant ID, group ID, number of learning blocks, the time length of stimulus presentation, and the interstimulus interval or response stimulus interval, to control the time interval between the completion of movement and the onset of the next stimulus.Ask the participant to stand on the home position. Okay, if you could step into the dark blue rectangles, this will be your home position. And adjust the distance of the home position so that participants can comfortably step on to all six targets on the floor.Have the participant quickly step on to each target several times. And back behind your left foot, great. And mark the distance from the home position to each target at the most comfortable stepping length for each participant.Tell the participant that once a stimulus appears at one of six locations shown on the monitor, they need to step as quickly and accurately as possible to the corresponding target on the floor and then return to the home position. Once the stimulus appears at one of the six locations shown on the monitor, you will step as quickly and accurately as possible to the corresponding target on the floor and then return to the home position. Then, tell the participant to step with the right foot to the three targets located on the right side and the left foot to the other three targets.You will step with your right foot for the three targets on the right side of the screen and your left foot for the three targets on the left. Instruct the participants to keep their elbows by their side and bent at a 90 degree angle when they perform the task so that the cameras can see the markers placed on the hip. Please keep your hands by your side and your elbows bent at a 90 degree angle.Run a practice block that consist of 36 steps so that participants are familiar with the task. Stimuli on this block appear in random order. After the practice block, start the experimental blocks.In this protocol, there are six blocks, and each experimental block is comprised of 100 steps per stimulus. Set the specific order of visual stimuli as per experimental purposes. Stimuli follow either a specified or random sequence.The presentation of stimulus order is unknown to participants. Give participants a mandatory three minute break after each block. Before each experimental block, remind participants to respond to stimuli as quickly and accurately as they can.So we're going to repeat the same task. It's important to respond to stimuli as quickly and accurately as you can. Given a possible speed accuracy trade-off, instructing the subject to be as fast and accurate as possible, at the same time before each learning block is critical.Upon completion of all learning blocks, ask participants to complete a post-test that consists of widely used recall and recognition tests described in the literature. This figure illustrates 12 young adults'mean response times across six learning blocks. The response time to a novel sequence is significantly lower in block five compared with the learned sequence in block four, indicating learning of the sequence.Mean reaction time exhibits the same pattern as response time. In particular, reaction time in block five is slower than that in block four. Unlike response time and reaction time, movement time is comparable between blocks four and five.In addition to the time measurement focused in the classic SRT task, the whole body movement, especially the center of mass movement, can also be measured in the foot-stepping SRT task. This figure shows one participant's data of movement trajectories of the center of mass that occur 100 milliseconds before the stimuli appear. This figure shows the directions of the anticipatory center of mass movement.The anticipatory movement direction for each stimulus is very inconsistent at the beginning and became more consistent as learning progressed across blocks. This figure shows the significant changes in the movement direction variability across blocks at the group level. Specifically, the variability increased from block four to five, indicating that the center of mass movement direction would be an evident sign of motor sequence learning in the SRT task.More importantly, the anticipatory center of mass movement is likely to reflect the explicit process operating in implicit motor sequence learning. The increased variability from block four to five was demonstrated only in participants who required the explicit knowledge of the sequence, but not in participants who did not show explicit knowledge. Moreover, the change in variability from block four to five is significantly correlated to the amount of explicit knowledge acquired by participants.After watching this video, you should have a good understanding of the advantages of this foot-stepping task, that compliment the classic key-pressing SRT task. First, it better mimics impulse sequence learning in daily sequenced activities. Second, this modified SRT task offers a unique ability to examine the temporal evolution of explicit awareness that operates in implicit motor sequence learning.Last, using this tasks, other information, like continuous movement trajectories, can be recorded and examined. The measurement of temporal dynamics of movement could be used to review hidden cognitive process in future sequence learning studies.

Research

JoVE Journal

Behavior

Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Estudo Motor Habilidade Aprendizagem por Single-pelota Tarefas atingindo em Ratos

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

Comportamento

Methods to Explore the Influence of Top-down Visual Processes on Motor Behavior

Métodos para pesquisar a influência de cima para baixo processos visuais em Comportamento Motor

Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are ...

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

A reação de série 5-Choice Tempo Tarefa: A tarefa de atenção e controle de impulso para Roedores

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke

Compensatória Limb Uso e Avaliação Comportamental de Habilidade Aprendizagem Motora Após Lesão Sensorimotor Cortex em um modelo do rato de Acidente Vascular Cerebral Isquêmico

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models ...

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

Quantificar Aprendizagem em lactentes jovens: Ações Perna Rastreamento Durante uma tarefa de aprendizagem-Discovery

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

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation (MUNE) Measuring Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse Hindlimb Muscles

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation MUNE Measuring Compound Muscle Action Potential CMAP in Mouse Hindlimb Muscles

Eletrofisiológico Unidade Motor Número Estimação (MUNE) Medição Potencial Composto Muscle Ação (CMAP) nos músculos dos membros posteriores Rato

Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the ...

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Investigação dos processos de aprendizagem motora habilidade com uma Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

Usando uma escada rolante Split-cinto para avaliar a generalização de adaptação de locomoção humana

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Usando o conjunto de ferramentas de animação de FishSim para investigar o comportamento dos peixes: um estudo de caso na escolha do companheiro copiando em Mollies Sailfin

Over the last decade, employing computer animations for animal behavior research has increased due to its ability to non-invasively manipulate the ...

Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects

Usando a desigualdade de modelo de corrida para quantificar efeitos de integração multissensorial comportamental

Multisensory integration research investigates how the brain processes simultaneous sensory information. Research on animals (mainly cats and primates) ...