Summary

כימות למידה בתינוקות צעירים: פעולות מעקב רגלו במהלך משימה למידת גילוי

Published: June 01, 2015
doi:

Summary

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.

Abstract

פעולות משימה ספציפיות לצאת מתנועה ספונטנית בגיל הינקות. זה הוצע כי פעולות משימה ספציפית לצאת דרך תהליך למידה-גילוי. הנה שיטה מתוארת ללמוד בי תינוקות ישנים 3-4 חודש משימה על ידי גילוי ותנועות רגליהם נלכדות לכמת את תהליך הלמידה. משימת למידת גילוי זה משתמשת בנייד מופעל תינוק שמסתובבת ומנגן מוסיקה המבוססת על פעולת רגל מוגדרת של תינוקות. תינוקות שכיבה להפעיל הניידים על ידי הזזת רגליהם בצורה אנכית על פני סף וירטואלי. פרדיגמה זו היא ייחודית בכך שכתינוקות באופן עצמאי לגלות שפעולות רגלם להפעיל ניידת, תנועות הרגליים של התינוקות מתבצעות מעקב באמצעות מערכת לכידת תנועה מאפשרת לכימות של תהליך הלמידה. באופן ספציפי, למידה היא לכמת במונחים של משך הפעלה להתקנים ניידים, שונות מיקום של קצוות ה( רגליים) המפעילות את הניידת, שינויים בcoordina היפ הברךדפוסי tion, ושינויים במומנט שריר ירך והברך. מידע זה מתאר את החיפוש וניצול תינוק בגומלין של אילוצי אדם והסביבה שתומכים בפעולת משימה ספציפית. מחקר לאחר השימוש בשיטה זו יכולה לחקור ליקויים איך ספציפיים של אוכלוסיות שונות של תינוקות בסיכון להפרעות תנועה להשפיע על תהליך למידה-הגילוי לפעולת משימה ספציפית.

Introduction

פעולות משימה ספציפיות לצאת מתנועות ספונטניות בגיל הינקות. זה הוצע כי פעולות משימה ספציפית לצאת דרך 1,2 תהליך למידה-גילוי. משימות שהתגלו על ידי תינוקות כפי שהם באופן ספונטני לעבור ולחקור פעולות אשר מייצרות אפקטים חדשניים בסביבה. פעולות משימה ספציפית להתגלות כתינוקות לנצל את הקשרים בין פעולותיהם והשפעותיהם על העולם סביבם. עם זאת, מעט מאוד ידוע על התהליכים המדויקים שתינוקות לחקור ולנצל ללמוד לשנות תנועות הספונטניות שלהם כדי לבצע פעולות משימה ספציפית. הנה שיטה מתוארת ללמוד בי תינוקות ישנים 3-4 חודש משימה על ידי גילוי ותנועות רגליהם נלכדות לכמת את תהליך הלמידה.

איור 1

איור 1: תינוקות בעיטות מופעלים משימה ניידת. </strong> דיודה המרכז פולטות האור (LED) מחוברת לגוף הנוקשה של כל כף רגל (עיגול צהוב) מפעילה ניידת כאשר הוא עובר את הסף הווירטואלי (קו אדום מקווקו). באישור et סרג'נט אל-מודפס מחדש. 3

משימת למידת גילוי זה משתמשת בנייד מופעל תינוק שמסתובבת ומנגן מוסיקה המבוססת על פעולת רגל המוגדרת של תינוקות 3. תינוקות הונחו פרקדן תחת הנייד להפעיל אותו על ידי הזזת רגליהם בצורה אנכית על פני סף וירטואלי (איור 1). פרדיגמה זו היא ייחודית בכך שכתינוקות באופן עצמאי לגלות שפעולות רגלם להפעיל ניידת, תנועות הרגליים של התינוקות מתבצעות מעקב באמצעות מערכת לכידת תנועה מאפשרת לכימות של תהליך הלמידה.

פרוטוקול הניסוי כולל שני ימים של איסוף נתונים. יום 1 מורכב ממצב בסיסי 2 דקות שבתינוק בועט באופן ספונטני אך הפעולות ברגלולא יכול להפעיל את התינוק הנייד, ואחריו מצב רכישה 6 דקות שבפעולות הרגל של התינוק להפעיל ניידת התינוק אם התינוק נע רגליו בצורה אנכית לחצות סף וירטואלי. פרוטוקול זה מאפשר לכימות של מעשי הרגל הספונטניות של התינוקות, כמו גם את הכימות של היבטים שונים של התנועות כמו תינוקות לחקור את הקשר בין פעולות הרגל וההפעלה של נייד התינוק שלהם. ביום 2, בנוסף למצב בתחילת המחקר 2 דקות ומצב רכישה 6 דקות, מצב הכחדה 2 דקות נוסף שבפעולות הרגל של התינוק לא יפעילו ניידת התינוק. זה מאפשר כימות של כמה תינוקות לשנות את הפעולות שלהם, כאשר רגל תגובה סביבתית כבר למדה בו תופסק.

בפרדיגמות ניידת תינוק קודמים, תדירות של תנועת רגל 4-6, ירך והברך ספציפית זוויות 7,8, או בועט פנל 9 היו reinforcאד עם תנועה ניידת. ביצועים בכל יום הוגדרו כעלייה בפעולות אלה ברגל מצב הרכישה או הכחדה, בהשוואה למצב בתחילת המחקר 4-9. לימוד על פני ימים הוגדר כעלייה בפעולות אלה ברגל המצב הבסיסי או רכישה של 2 או 3 ימים והמצב הבסיסי של יום 1 5,6. פרדיגמות ניידים קודמות אלו מראות כי תינוקות להגדיל את התדירות של פעולות רגל שחזקו עם הפעלה ניידת, עם זאת, הם אינם מספקים מידע על התנועה לתינוקות יש אפשרויות עומדות לרשותם כאשר לומדים את המשימה. לדוגמא, אם שיעור בעיטות מתחזק, תינוקות להפגין ביצועים ולמידה כאשר העלאות הריבית הבועטות שלהם גם בעת אינטראקציה עם סלולרי או כאשר הנייד כבר לא מפעיל. זה מוכיח כי תינוקות יכולים לחדד את שיעור הבעיטות שלהם, אבל זה לא ידוע אם תינוקות יכולים לחדד את ייצור הדפוס או מומנט תיאום רגלם לgeneratפעולות רגל דואר שאינם ברפרטואר התנועה המועדף עליהם.

הפרדיגמה ניידת זה היא ייחודית בתינוקות הנדרשים להפגין פעולת רגל מעודנת יותר כדי להפעיל את ניידת מאשר בפרדיגמות קודמות ניידת. בפרדיגמה ניידת זה, הגובה של כל כף רגל שמעל לטבלה מחושב במצב הבסיסי 2 דקות תוך שימוש בנתונים מעמדת דיודה פולט אור (LED) המצורפת לכל כף רגל. סף ווירטואלי ולאחר מכן קבע במקביל לשולחן בגובה שנמצא בטווח העליון של הגובה של שני הרגליים במצב הבסיסי. במהלך רכישה, מסתובב ומנגן מוסיקה הניידים או אם רגל חוצה את הסף. לאחר 3 שניות, עצירות והניידים reactivates רק אם התינוק מזיז את הרגל מתחת לסף, ולאחר מכן מעבירה את הרגל בצורה אנכית ושוב עוברת את הסף. כדי להפעיל הנייד לכמות הגדולה ביותר של זמן, תינוקות צריכים להעביר רגל מעל הסף ולשמור עליה מפני gravity במשך 3 שניות, ולאחר מכן להעביר במהירות את הרגל מתחת לסף ושוב להעביר אותו מעל הסף ולהחזיק אותו שם במשך 3 שניות, וכו '. זה דורש פעולת רגל מעודנת יותר פשוט להגדיל את השיעור בועט.

איור 2

איור 2: נתוני מיקום מסוננים של קצוות ה( רגליים) מתינוק נציג נתוני מיקום מסונן מיום 2 של תינוקת בת 3 חודשים שהפגינו למידה מבוססת על הקריטריונים למידה האישיים.. הקו האדום הוא נתוני מיקום של Z-לתאם של דיודה פולט אור (LED) ממוקמים ברגל ימין. הקו הכחול הוא נתוני מיקום מLED ברגל השמאל. קו שחור עבה הוא השולחן. קו מקווקו הוא הסף הווירטואלי ממוקם 14 סנטימטרים מעל השולחן כבנפרד נקבע לכל תינוק המבוסס על הגובה שלהם בועטים בתחילת מחקרמצבו של יום 1. ציר ה- X הוא הזמן שכותרתו על ידי 2 דקות במרווחים. שים לב איך התינוק עובר לרגליו במהלך בסיס כאשר נייד לא להפעיל ובמהלך 30 שניות הראשונות של רכישת 1, אז הוא באופן עקבי שומר על שני רגליים מהשולחן ועובר לרגליו ממש מעבר לסף לדקות 5½ הבאות עד נייד כבר לא מפעיל במצב ההכחדה.

התכונה הייחודית השנייה של הפרדיגמה הניידת הזה היא שפעולת הרגל של כל תינוק במעקב תוך שימוש בטכניקות לכידה תנועת המדינה של האמנות לכמת כיצד תינוקות להשתמש באפשרויות התנועה שלהם כדי ללמוד את המשימה. נתוני מיקום מסוננים של LED בכל רגל שמפעילה סלולרי מתינוק אחד נציג כלול באיור 2. שימו לב איך התינוק נע רגליו בגבהים שונים מעל לטבלה בתחילת מחקר ובחלק הראשון של רכישה, אך לאחר מכן עובר שני הרגליים ממש מעבר לסף בהמשך קונדי הרכישהtion עד הנייד כבר לא מפעיל במהלך הכחדה. זהו אחד מאסטרטגיות תנועה פוטנציאליות רבות כדי לבצע את משימת למידת הגילוי. ניתן לכמת את האסטרטגיות על ידי מחשוב קינמטיקה תלת-ממדית וקינטיקה באמצעות נתוני מיקום שנרכשו ממערכת לכידת תנועה. באופן ספציפי, תהליך הלמידה הוא לכמת במונחים של אחוז מפעולת רגל מחוזקת (RLA%), שהוא שווה לזמן של הפעלה להתקנים ניידים, השונות מיקום של הקצוות ה( רגליים) המפעילות את נייד, דפוסי תיאום היפ הברך , וירך והברך משותפים מגבילים.

Protocol

המועצה לביקורת המוסדית באוניברסיטת הדרום קליפורניה אישרה מחקר זה. 1. הכנת מערכת להגדיר את מערכת לכידת תנועה. שים לב: צעדים אלה הם שונים עבור כל מערכת לכידת תנועה. <ol style=";text-align:right;dire…

Representative Results

תהליך הלמידה של תינוקות צעירים ניתן לכמת במונחים של RLA%, שונות מיקום של קצוות ה( רגליים), מקדמי מתאם זווית היפ הברך, ומגבילי מפרק ירך והברך. כל רמה של ניתוח מספקת מידע ייחודי על איך תינוקות לחקור את הקשר בין פעולות הרגל וההפעלה של התינוק הנייד שלהם במהלך תהליך למידה-הגיל…

Discussion

עיצוב של משימות למידת גילוי לתינוקות צעירים

משימות למידת גילוי לתינוקות צעירים חייבים להיות מתוכננות מהורהר כדי להבטיח שתינוקות באופן עצמאי לגלות את המגירה. בכמה פרדיגמות ניידים בתחילת מצב הרכישה, תינוקות מוצגים גם כי נייד מפע?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

מחקר זה נתמך על ידי קידום של התואר שלישי (תרמילים) I ו- II פרסים מהקרן לפיזיותרפיה ומלגות אמץ-דוק מסעיף החינוך של האגודה האמריקנית לפיזיותרפיה ברברה סרג'נט.

Materials

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

References

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

Play Video

Cite This Article
Sargent, B., Reimann, H., Kubo, M., Fetters, L. Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task. J. Vis. Exp. (100), e52841, doi:10.3791/52841 (2015).

View Video