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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Apoyo para esta investigación fue proporcionado por la Universidad de Maryland posgrado de Kinesiología investigación fondo de iniciativa du Yue.

Se realizó el protocolo de acuerdo con las directrices aprobadas por la Junta de revisión institucional de la Universidad de Maryland, College Park.
1. Montaje experimental
<ol><li>Establecer un sistema de captura de movimiento como se muestra en la Figura 1a. Colocar ocho cámaras en un círculo con un radio de 4 metros. Nota: El número y las posiciones de las cámaras puede ser variado, siempre que todas las cámaras se colocan adecuadamente para obtener...

<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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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 describe el montaje experimental y los procedimientos para una tarea modificada de la SRT. La tarea SRT modificada comparte su sencillez atractiva con la clásica tarea SRT, aunque la tarea SRT modificada exige el uso de una técnica de captura de movimiento. Como la clásica tarea SRT, podían ser manipulados muchos parámetros para las preguntas de investigación específicos en la tarea SRT pie-caminar, incluyendo pero no limitado a: la longitud del intervalo-estímulo de intervalo intervalo o estímulo...

Implícito motor secuencia de aprendizaje, conocida generalmente como una secuencia de aprendizaje sin saber la secuencia, es fundamental para nuestras actividades diarias y ha sido bien estudiado por la tarea paradigmática de la tarea de tiempo de reacción serial (SRT) diseñada por Nissen y Bullemer el nombre 1. en esta tarea clásica de la SRT, los participantes Oprima las teclas para responder con rapidez y precisión a los estímulos visuales. Para examinar el aprendizaje de la secuencia, la aparición de estímulos visuales es manipulada para seguir ya sea una pre estructurada o aleatoria secuencia, que es desconocida para los participantes. Aprendizaje se evidencia por el tiempo de respuesta más rápido a la secuencia pre-estructurado (e.g., la secuencia de formación) que el azar u otra la estructura secuencia1,2. Mientras que la clásica tarea SRT típicamente requiere manual de bi finger tapping, una gran mayoría de implícito motor secuencia de aprendizaje en las actividades cotidianas, tales como bailar, tocar instrumentos musicales o jugando deportes, implica acciones de cuerpo entero que presentan desafíos posturales e inerciales que no se encuentra en la clásica tarea SRT. Por lo tanto, hemos propuesto que las tareas de aprendizaje secuencia tienen que ser más polifacética. Además, el foco de la investigación anterior ha sido casi exclusivamente en el componente cognitivo de la tarea (e.g., selección de acción o la decisión), ignorando los problemas de control del motor implicados en el aprendizaje de la secuencia (por ej., movimiento ejecución). Así, para entender más implícito motor secuencia de aprendizaje, es esencial para el estudio de aprendizaje de la secuencia en una tarea del motor todo el cuerpo o bruta que mejor se aproxima a nuestras actividades diarias del motor.
En nuestros estudios recientes, hemos ampliado la clásica tarea SRT a una tarea modificada de SRT donde presión de dedo fue substituido por pie paso a paso para incorporar el control postural en secuencia de aprendizaje3,4,5. Esta tarea modificada presenta sus propias ventajas para complementar la tarea clásica de la SRT. En primer lugar, la tarea de aprendizaje secuencia motor bruto mejor imita actividades secuenciales diarias cuando se trata de movimiento de todo el cuerpo. Hasta la fecha, nuestra comprensión de la secuencia motor aprendizaje típicamente proviene de la clásica tarea SRT, pero poco se sabe si el conocimiento de motor secuencia de aprendizaje de la tarea clásica de SRT sigue siendo cierto en el aprendizaje de habilidades motoras secuenciales en las actividades cotidianas. Por lo tanto, la tarea SRT modificada permite examinar si las características sistemáticamente informadas (e.g., secuencia implícita de independiente de la edad de aprendizaje entre niños y adultos) en la tarea SRT de dedo-presionar quedan al control postural es involucrados. Además, en poblaciones con una postura control y habilidad motor gruesa dificultades de aprendizaje, tales como niños con la coordinación del desarrollo trastorno6,7,8, entender cómo la postura control interactúa con secuencia motor bruto aprendizaje es fundamental para ayudar a mejorar las estrategias de intervención y así optimizar la eficacia de aprender habilidades motoras secuenciales en la vida diaria.
En segundo lugar, una noción común sobre el aprendizaje de la secuencia implícita es motor de planificación y no ejecución de movimiento, juega un papel importante en el aprendizaje de una secuencia en el clásico SRT tarea9. Esto es porque las teclas no implican la moviendo a nuevas ubicaciones en el espacio, ya que los dedos están siempre en las claves de respuesta. Sin embargo, muchos comportamientos secuenciales diarias implican grandes movimientos espaciales. Poco se sabe acerca de la ejecución del movimiento un actor clave en secuencia motor de aprendizaje cuando son necesarios grandes movimientos espaciales. En la clásica tarea SRT, tiempo de respuesta, la suma del tiempo de reacción (RT) y el tiempo de movimiento (TA), sirve como un indicador del aprendizaje de la secuencia. La tarea SRT pie-caminar, como otros paradigmas que implica movimientos espaciales10, permite al investigador separar tiempo de respuesta en secuencia implícito aprendizaje en RT, que refleja el proceso cognoscitivo y TA, que caracteriza el movimiento sí mismo.
En tercer lugar, además de MT, la combinación de la pie-caminar SRT tarea movimiento captura de técnicas y proporciona datos enriquecidos en el continuo movimiento de cuerpo entero (por ej., movimiento del centro de masa, o COM). El cambio continuo del movimiento de medición tiene la ventaja de revelar la dinámica de los procesos cognitivos subyacentes a la discreta respuesta medida por RT o MT11,12. En particular, secuencias de aprendizaje en la tarea de la SRT por lo general son explicadas como una mezcla de procesos explícitos e implícitos. Es decir, a pesar del uso común de la tarea de la SRT como una tarea de aprendizaje implícito, los participantes demuestran a menudo la capacidad para recordar verbalmente la secuencia aprendida después de la tarea de la SRT, sugiriendo un componente explícito implicados en el aprendizaje implícito de la secuencia. Aunque el componente explícito puede evaluarse mediante pruebas de memoria realizadas después de la SRT tarea13,14, estas pruebas de tareas posterior carecen de la capacidad de examinar la evolución temporal del conocimiento explícito durante el aprendizaje. Proponemos que con el conocimiento de la secuencia explícita, un individuo sería conocer la ubicación del estímulo próximo y así producir ajuste postural anticipatorio15,16,17 en forma de feedforward para preparar para los pies paso a paso mover el objetivo correspondiente. Por lo tanto, examinar el movimiento de la COM antes de la aparición del estímulo (es decir, anticipación) abre una ventana para estudiar el desarrollo progresivo de la memoria explícita durante el aprendizaje implícito de la secuencia.
El protocolo muestra el montaje experimental y el procedimiento de la tarea SRT pie-caminar. Proporcionamos resultados representativos del tiempo de respuesta, RT y Mt. Además, se presentan resultados sobre la relación entre control de la postura y los explícitos procesos aprendizaje implícito secuencia 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 describe una tarea de tiempo de reacción serial modificado (SRT) utilizada para estudiar el aprendizaje implícito secuencia motor. A diferencia de la clásica tarea SRT que implica movimientos de dedo-presionar al estar sentado, la tarea SRT modificada requiere que los participantes caminan con los pies manteniendo una postura de pie. Esta tarea paso a paso requiere acciones de cuerpo entero que imponen desafíos posturales. La tarea de pie-caminar complementa la clásica tarea SRT de varias maneras. La tarea SRT pie-caminar es un mejor proxy para las actividades diarias que requieren constante control postural y por lo tanto puede ayudarnos a comprender mejor el aprendizaje de la secuencia de situaciones de la vida real. Además, tiempo de respuesta sirve como un indicador de secuencia de aprendizaje en la clásica tarea SRT, pero no está claro si el tiempo de respuesta, tiempo de reacción (RT) que representa el proceso mental, o el tiempo de movimiento (MT) que refleja el movimiento en sí, es un jugador clave en el motor aprendizaje de la secuencia. La tarea SRT pie-caminar permite a los investigadores a desentrañar el tiempo de respuesta en RT y MT, que pueden aclarar cómo motor de planificación y ejecución del movimiento están implicados en el aprendizaje de la secuencia. Por último, cognición y control postural se relacionan interactivamente, pero poco se sabe sobre control postural cómo interactúa con secuencias motor de aprendizaje. Con un movimiento de captura de sistema, el movimiento del cuerpo entero (por ej., el centro de masa (COM)) pueden grabarse. Estas medidas nos permiten revelar los procesos dinámicos subyacentes a las respuestas discretas medidas por RT y MT y pueden ayudar a elucidar la relación entre el control postural y los procesos explícitos e implícitos en el aprendizaje de la secuencia. Se describen detalles del montaje experimental, procedimiento y procesamiento de datos. Se adoptan los datos representativos de uno de nuestros estudios anteriores. Resultados se relacionan con tiempo de respuesta, RT, MT, así como la relación entre la respuesta postural anticipatoria y los explícitos procesos implicados en el aprendizaje implícito secuencia motor.

El anterior paradigma se implementa por Du y sus colegas en una serie de estudios3,4,5. Utilizamos una parte de datos adoptados de uno de estos estudios de4 para representar el uso de la tarea SRT pie-caminar. En este estudio, hay 6 bloques de aprendizaje y se utiliza un RSI de ms de 700. Estímulos visuales seguido la secuencia de A (es decir., 1423564215; <stron...

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

El "Motor" motor implícito la secuencia de aprendizaje: tiempo de reacción Serial pie-caminar tarea

Presentamos la versión de pie tarea de tiempo de reacción serial (SRT). Esto modifica la tarea SRT, complementando la SRT clásica tarea que implica sólo el movimiento dedo-presionar, mejor aproxima a diario actividades secuenciadas y permite a los investigadores para el estudio de los procesos dinámicos subyacentes a las medidas de respuesta discreta y desenredar el proceso explícito en el aprendizaje implícito de la secuencia de funcionamiento.

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

Estudio Motor Habilidad Aprendizaje por Casa de pellets Tareas Llegar en ratones

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

Investigación

Comportamiento

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

Los métodos para explorar la influencia de arriba hacia abajo Procesos Visuales en Comportamiento 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

El 5-Choice Reacción Serial Tiempo de tareas: una tarea de atención y control de los impulsos 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

Compensatoria Limb Uso y Evaluación del Comportamiento de Aprendizaje de habilidad motora después de Lesiones de la corteza sensoriomotora en un modelo de ratón del ictus isquémico

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

La cuantificación de aprendizaje en jóvenes Bebés: Seguimiento de la pierna acciones durante una tarea de descubrimiento-learning

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

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Número de unidad de motor electrofisiológico Estimación (MUNE) Medición de Potencial Compuesto muscular Acción (CMAP) en los músculos del ratón las patas traseras

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

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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

Con una cinta de cinturón de Split para evaluar la generalización de la adaptación humana Aparato Locomotor

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

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Utilizando la cadena de herramientas de animación de FishSim para investigar el comportamiento de pescado: un estudio de caso en la elección de pareja copia en Mollies aletón

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

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