Количественная Обучение в маленьких детей: Отслеживание Leg действия Во время Discovery обучения Задача
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
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.
Introduction
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.
Рисунок 1: Младенческая пинать активирована мобильный задачу. </сильный> 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.
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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, ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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
- Gibson, E. J., Pick, A. D. . An Ecological Approach to Perception, Learning and Development. , (2000).
- Thelen, E., Smith, L. B. . A Dynamic Systems Approach to the Development of Cognition and Action. , (1994).
- Sargent, B., Schweighofer, N., Kubo, M., Fetters, L. Infant exploratory learning: influence on leg joint coordination. PLoS One. 9 (3), e91500 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Chen, Y., Fetters, L., Holt, K., Saltzman, E. Making the mobile move: constraining task and environment. Infant Behav. Dev. 25 (2), 195-220 (2002).
- 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).
- 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).
- Soderkvist, I., Wedin, P. Determining the movements of the skeleton using well-configured markers. J. Biomech. 26 (12), 1473-1477 (1993).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sun, H., Jensen, R. Body segment growth during infancy. J. Biomech. 27 (3), 265-275 (1994).
- Murray, R. M., Li, Z., Sastry, S. S. . A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. , (1994).
- 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).
- Angulo-Kinzler, R. Exploration and selection of intralimb coordination patterns in 3-month old infants. J. Mot. Behav. 33, 363-376 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- Piek, J. P. A quantitative analysis of spontaneous kicking in two-month-old infants. Hum. Mov. Sci. 15, 707-726 (1996).
- Thelen, E. Developmental origins of motor coordination: Leg movements in human infants. Dev. Psychobiol. 18, 1-22 (1985).
- 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).
