Quantifier l'apprentissage chez les jeunes enfants: Suivi Leg Actions Au cours d'une tâche de découverte-learning
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
Tâche actions spécifiques émergent de mouvement spontané durant la petite enfance. Il a été proposé que les actions spécifiques à la tâche émergent à travers un processus de découverte et d'apprentissage. Voici une méthode qui est décrite dans 3-4 mois nourrissons apprennent une tâche par la découverte et à leurs mouvements de jambes sont capturés à quantifier le processus d'apprentissage. Cette tâche de découverte-apprentissage utilise un téléphone portable activé infantile qui tourne et joue de la musique basée sur une action de jambe spécifié de nourrissons. Nourrissons en décubitus activer le mobile en déplaçant leurs pieds verticalement à travers un seuil virtuel. Ce paradigme est unique en ce que les nourrissons découvrent indépendamment que leurs actions de la jambe activer le mobile, les mouvements des jambes des nourrissons sont suivis à l'aide d'un système de capture de mouvement permettant la quantification du processus d'apprentissage. Plus précisément, l'apprentissage est quantifiée en termes de la durée d'activation mobile, la position variance des effecteurs terminaux (pieds) qui activent le mobile, les changements dans coordina hip-genoumodèles de Tion, et des changements dans la hanche et du genou couple musculaire. Cette information décrit l'exploration et l'exploitation infantile à l'interaction des contraintes de personne et environnementaux qui soutiennent l'action spécifique à la tâche. Des recherches ultérieures en utilisant cette méthode peut enquêter sur la façon dont les déficiences spécifiques des différentes populations d'enfants à risque de troubles du mouvement influencent le processus de découverte-learning pour l'action spécifique à la tâche.
Introduction
Tâche actions spécifiques émergent de mouvements spontanés durant la petite enfance. Il a été proposé que des mesures spécifiques à la tâche émergent à travers un processus de découverte 1,2-learning. Les tâches sont découverts par les enfants comme ils se déplacent spontanément et explorer les actions qui produisent de nouveaux effets dans l'environnement. Actions spécifiques à une tâche apparaissent comme les nourrissons exploitent les liens entre leurs actions et leurs effets sur le monde autour d'eux. Toutefois, on en sait peu sur les processus précis que les nourrissons explorer et d'exploiter d'apprendre à modifier leurs mouvements spontanés pour effectuer des actions spécifiques à la tâche. Voici une méthode qui est décrite dans 3-4 mois nourrissons apprennent une tâche par la découverte et à leurs mouvements de jambes sont capturés à quantifier le processus d'apprentissage.
Figure 1: Infant coups de pied-activés tâche mobile. </strong> La diode centre lumineux (LED) attaché au corps rigide de chaque pied (cercle jaune) active le mobile quand il franchit le seuil virtuelle (ligne pointillée rouge). Re-imprimée avec la permission de Sargent et al. 3
Cette tâche de découverte-apprentissage utilise un téléphone portable activé infantile qui tourne et joue de la musique basée sur l'action de la jambe spécifié de nourrissons 3. Les nourrissons placés en décubitus dorsal sous le mobile activent en déplaçant leurs pieds verticalement à travers un seuil virtuel (Figure 1). Ce paradigme est unique en ce que les nourrissons découvrent indépendamment que leurs actions de la jambe activer le mobile, les mouvements des jambes des nourrissons sont suivis à l'aide d'un système de capture de mouvement permettant la quantification du processus d'apprentissage.
Le protocole expérimental comprend deux jours de collecte de données. Jour 1 se compose d'un état initial de 2 min dans un nourrisson qui débute spontanément mais son action de jambene peut pas activer le nourrisson mobile, suivie par une condition d'acquisition de 6 min dans lequel les actions de la jambe du bébé activer le mobile de votre enfant si l'enfant bouge ses pieds verticalement à franchir un seuil virtuel. Ce protocole permet la quantification des actions spontanées des jambes du nourrisson ainsi que la quantification de divers aspects des mouvements que les nourrissons explorent la relation entre leurs actions de jambe et l'activation du mobile pour nourrissons. Le jour 2, en plus de l'état initial 2 min et 6 min état d'acquisition, une condition d'extinction de 2 min, on ajoute, dans lequel les actions de la jambe du bébé ne pas activer le mobile pour nourrissons. Cela permet pour la quantification de la façon dont les nourrissons changent leurs actions de la jambe lors d'une réponse de l'environnement déjà appris est interrompue.
Dans paradigmes mobiles infantiles précédentes, la fréquence de mouvement de la jambe 4-6, hanche et du genou spécifique angles 7,8, ou coups de pied un panneau 9 ont été renforced avec le mouvement mobile. Rendement chaque jour a été définie comme une augmentation de ces actions jambe pendant la condition d'acquisition ou d'extinction par rapport à l'état initial 9.4. Apprendre à travers jours a été définie comme une augmentation de ces actions au cours de la jambe de base ou l'acquisition condition de Days 2 ou 3 et la condition de base de la Journée 1 5,6. Ces paradigmes mobiles précédents démontrent que les enfants augmentent la fréquence des actions de la jambe qui sont renforcés avec l'activation mobile, cependant, ils ne fournissent pas d'informations sur le mouvement des options nourrissons ont à leur disposition lors de l'apprentissage de la tâche. Par exemple, si le taux coups de pied est renforcé, les nourrissons présentent des performances et de l'apprentissage lorsque leurs hausses de taux de coups de pied, soit lors de l'interaction avec le mobile ou lorsque le mobile plus active. Cela démontre que les nourrissons peuvent affiner leur taux coups de pied, mais on ignore si les nourrissons peuvent affiner leur modèle ou le couple de production de coordination de la jambe à Generatactions de la jambe de e qui ne sont pas dans leur répertoire de mouvements préféré.
Ce paradigme mobile est unique dans que les nourrissons sont nécessaires pour démontrer l'action des jambes plus raffiné pour activer le mobile que dans les paradigmes précédents mobiles. Dans ce paradigme mobile, la hauteur de chaque pied au-dessus de la table est calculée au cours de l'état initial de 2 min à l'aide des données de position à partir d'une diode électroluminescente (LED) fixé à chaque pied. Un seuil virtuelle est alors fixé parallèlement à la table à une hauteur qui est dans la fourchette supérieure de la hauteur de deux pieds au cours de l'état initial. Lors de l'acquisition, les mobile tourne et joue de la musique se soit pied franchit le seuil. Après 3 secondes, les butées mobiles et réactive seulement si l'enfant se déplace le pied au-dessous du seuil, puis se déplace verticalement le pied et franchit le seuil de nouveau. Pour activer le mobile pour la plus grande quantité de temps, les nourrissons ont besoin de déplacer un pied au-dessus du seuil et le maintenir contre gravlité pendant 3 secondes, puis passer rapidement le pied au-dessous du seuil et de nouveau se déplacer au-dessus du seuil et l'y maintenir pendant 3 secondes, etc. Cela nécessite une action de jambe plus raffiné que de simplement augmenter le taux coups de pied.
Figure 2: données de position non filtrés d'effecteurs terminaux (pieds) d'un enfant représentant des données de position non filtré du jour 2 d'un nourrisson âgé de 3 mois qui a démontré l'apprentissage basé sur des critères individuels d'apprentissage.. La ligne rouge représente les données de position de la coordonnée z de la diode émettrice de lumière (LED) placées sur le pied droit. La ligne bleue est des données de position de la LED sur le pied gauche. Ligne noire épaisse est la table. La ligne en pointillé est le seuil virtuelle placée 14 cm au-dessus de la table comme individuellement déterminé pour chaque enfant en fonction de la hauteur de leur coup de pied au cours de référenceétat de la Journée 1. axe X est le temps marqué par des intervalles de 2 min. Notez comment l'enfant se déplace ses pieds pendant de référence lorsque le mobile ne active et pendant les 30 premières secondes d'acquisition 1, alors il garde toujours les deux pieds sur la table et se déplace ses pieds juste autour du seuil pour le prochain 5½ min jusqu'à ce que le mobile plus active au cours de l'état d'extinction.
La deuxième caractéristique unique de ce paradigme mobile est que l'action de la jambe de chaque enfant est suivi en utilisant des techniques de l'état de l'art-capture de mouvement de quantifier les nourrissons utilisent leurs options de mouvement à apprendre la tâche. Données de position non filtrés de la LED sur chaque pied qui active le mobile d'un nourrisson représentant est inclus dans la figure 2. Notez comment l'enfant se déplace ses pieds à différentes hauteurs au-dessus de la table lors de la ligne de base et la première partie de l'acquisition, mais se déplace ensuite les deux pieds juste autour du seuil pendant le reste de la condi d'acquisitiontion jusqu'à ce que le mobile plus active lors de l'extinction. Ceci est une des nombreuses stratégies de mouvement potentiels pour accomplir la tâche de découverte et d'apprentissage. Les stratégies peuvent être quantifiés en calculant la cinématique et la cinétique en trois dimensions à l'aide de données de position acquises à partir du système de capture de mouvement. Plus précisément, le processus d'apprentissage est quantifiée en termes de pourcentage de l'action des jambes renforcé (% en RLA), qui est égale à la durée d'activation mobile, la position variance des effecteurs d'extrémité (pieds) qui activent les mobiles, les modes de coordination hanche-genou , et de la hanche et du genou couples articulaires.
Protocol
Representative Results
Discussion
Conception des tâches découverte d'apprentissage pour les jeunes enfants
Découverte tâches d'apprentissage pour les jeunes enfants doivent être soigneusement conçus pour assurer que les enfants découvrent indépendamment de l'éventualité. Dans plusieurs paradigmes mobiles au début de la condition d'acquisition, les nourrissons sont soit démontré que le mobile active par une activation non contingent du mobile 7,22 ou la jambe de chaque enfant est dépla…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été soutenue par la promotion des études doctorales (PODS) I et II prix de la Fondation pour la thérapie physique et une bourse d'études Adopt-A-Doc de la Section de l'éducation de l'American Physical Therapy Association à Barbara Sargent.
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 |
Riferimenti
- 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).
