젊은 유아의 학습을 정량화 : 추적 다리 동작을 발견 학습 작업 중

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

작업 별 작업은 초기 단계 동안 자발적인 운동에서 등장. 그것은 작업 별 작업은 발견 학습 과정을 통해 등장​​하는 것이 제안되었다. 여기에 방법이 설명되어 3-4 개월 된 유아는 발견에 의해 작업을 배우고 자신의 다리의 움직임은 학습 과정을 정량화 캡처됩니다. 이 발견 학습 과제는 유아의 지정된 다리 동작을 기반으로 음악을 회전하고 재생 유아 활성화 모바일을 사용합니다. 부정사 유아는 가상 임계 값에 걸쳐 수직으로 발을 이동하여 이동을 활성화합니다. 유아가 독립적으로 레그 행동 영아 다리 운동 학습 과정의 정량화를 허용 모션 캡쳐 시스템을 이용하여 추적, 이동 활성화 발견으로 이러한 패러다임 점에서 독특하다. 구체적으로는, 학습 모바일 활성화 중에 정량화되고, 엔드 이펙터 이동을 활성화 (피트), 엉덩이 무릎 번호 좌표의 변화 위치 편차기 패턴 및 고관절과 무릎 근육 토크의 변화. 이 정보는 작업 별 동작을 지원하는 사람과 환경 제약의 상호 작용에서 유아 탐사 및 개발에 대해 설명합니다. 운동 장애는 작업 별 동작에 대한 발견 – 학습 과정에 영향을 미칠 위험이있는 유아의 다른 인구의 방법을 특정 장애를 조사 할 수 있습니다이 방법을 사용하여 후속 연구.

Introduction

작업 별 작업은 초기 단계 동안 자발적인 운동에서 등장. 그것은 그 작업 별 동작이 발견 – 학습 과정의 ^{1, 2를} 통해 등장 제안되었다. 그들이 자발적으로 이동 환경에서 새로운 효과를 생성 작업을 탐험하는 등의 작업은 유아에 의해 발견된다. 유아가 자신의 행동과 주변 세계에 미치는 영향 사이의 연결을 악용으로 작업 별 작업이 등장. 그러나, 작은 유아 탐구하고 작업 별 작업을 수행 할 자신의 자발적인 움직임을 수정하는 법을 배워야 악용 정확한 프로세스에 대한 알려져있다. 여기에 방법이 설명되어 3-4 개월 된 유아는 발견에 의해 작업을 배우고 자신의 다리의 움직임은 학습 과정을 정량화 캡처됩니다.

그림 1 : 유아 모바일 작업을 활성화 발로. </이 가상 임계치 (붉은 점선)과 교차 할 때 강한> 각 피트 (노란색 원)의 강체에 부착 된 중앙의 발광 다이오드 (LED)는 이동을 활성화한다. 다시 인쇄 사전 트 등의 허가. ³

이 발견 학습 과제는 유아 ^3의 규정 다리 동작을 기반으로 음악을 회전하고 재생 유아 활성화 모바일을 사용합니다. 모바일에서 부정사 배치 유아는 가상 임계 값에 걸쳐 수직으로 (그림 1) 자신의 발을 움직여서 활성화. 유아가 독립적으로 레그 행동 영아 다리 운동 학습 과정의 정량화를 허용 모션 캡쳐 시스템을 이용하여 추적, 이동 활성화 발견으로 이러한 패러다임 점에서 독특하다.

실험 프로토콜은 데이터 수집의 이일을 포함한다. 1 일에는 유아가 자발적으로 맞이하는 2 분 기본 조건으로 구성되어 있지만, 그의 다리 작업유아가 가상 임계 값을 교차하는 수직 발을 이동하면 아기의 다리 행동이 유아의 이동을 활성화하는 6 분 취득 조건에 의해 다음 모바일 유아를 활성화 할 수 없습니다. 이 프로토콜은 유아 '자연 다리 동작의 정량화뿐만 아니라 유아가 자신의 다리 행동과 유아 모바일의 활성화 사이의 관계를 탐구 운동의 다양한 측면의 정량화 수 있습니다. 2 일째에, 2 분 기준선 조건 6 분 취득 조건에 더하여, 2 분 소등 상태는 유아의 다리의 행동이 유아 모바일 활성화되지 않은 첨가된다. 이는 이미 배운 환경 응답이 중단 될 때 유아는 자신의 다리 동작을 변경하는 방법의 정량이 가능합니다.

이전의 유아 모바일 패러다임에서, 다리의 움직임 ^4-6, 특정 엉덩이와 무릎의 주파수는 reinforc되었습니다 ^{7, 8,} 또는 패널 ^(9)을 발로 각도모바일 움직임 에드. 기준선 조건 ^4-9에 비해 성능이 매일 수집 또는 소등 상태 동안 이러한 다리 동작의 증가로 정의 하였다. 일에 걸쳐 학습하는 일 2 또는 3의 기준 또는 인수 조건 중이 다리 행위의 증가와 1 일 ^{5, 6의} 기본 조건으로 정의 하였다. 이러한 이전의 패러다임 이동하지만, 그들은 작업을 배울 때 유아 옵션들을 사용할 수있다 움직임에 대한 정보를 제공하지 않는, 유아 이동 활성화와 보강 다리 동작의 빈도를 증가 함을 입증. 발로 레이트 보강 경우, 예를 들어, 유아의 학습 및 성능을 입증 할 때 그들의 발로 속도가 증가하거나 이동하거나 이동국이 더 이상 활성화와 상호 작용할 때. 이것은 유아가 자신의 발로 속도를 구체화 할 수 있음을 보여줍니다 만, 유아 generat라는 자신의 다리 조정 패턴 또는 토크 생산을 구체화 할 수 있다면 그것은 알 수없는자신이 선호하는 운동 레퍼토리 내에 있지 않은 전자 다리 동작.

이 모바일 패러다임가 유아의 고유 이전 모바일 패러다임에 비해 모바일을 활성화하기 위해 더 세련 다리 동작을 보여해야합니다. 이 휴대 패러다임에서, 위의 테이블에 각 다리의 높이는 각 발에 부착 된 발광 다이오드 (LED)로부터의 위치 데이터를 이용하여 2 분 기준선 조건 중에 계산된다. 가상 한계는 기준 상태 동안 양발의 높이의 상부 범위 인 높이에서 테이블과 평행하게 설정된다. 어느 발 임계 값을 초과하는 경우 수집하는 동안, 모바일 회전하여 음악을한다. 3 초 후, 이동이 정지하고 유아가 임계치 이하의 발을 이동하는 경우에만 재 활성화하고 수직으로 이동하고, 발을 다시 임계 값을 초과. 시간의 가장 큰 금액에 대한 이동을 활성화하려면, 유아는 임계 값 이상으로 발을 이동하고 GRAV에 대해 그것을 유지하기 위해 필요성만 3 초 후, 신속하게 임계 값 아래로 발을 이동하고 다시 임계 값을 초과 이동 등 3 초, 거기에 그것을 유지. 이것은 단순히 발로 속도를 증가보다 더 세련된 다리 동작을 필요로한다.

그림 2 : 대표 유아의 엔드 이펙터 (피트)의 필터링되지 않은 위치 데이터 개별 학습 기준에 따라 학습 보여 3 개월 된 유아의 2 일에서 필터링되지 않은 위치 데이터.. 적색 선은 오른쪽 발에 배치 발광 다이오드의 Z 좌표 (LED)의 위치 정보이다. 블루 라인은 왼쪽 발에 LED로부터 위치 데이터입니다. 두꺼운 검은 선은 테이블입니다. 점선은이 기준 중 차고의 높이에 따라 각 유아에 대해 개별적으로 14cm 테이블 위에 배치 결정 가상 임계 값주 1. X 축 조건은 2 분 간격으로 시간 표지. 모바일이 활성화되지 않고 인수 1의 처음 30 초 동안, 그는 일관 테이블에서 두 발을 유지하고 모바일까지 다음 5½ 분 동안 바로 임계 값 주위에 자신의 발을 움직일 때 유아가 기본 동안 그의 발을 이동하는 방법을 참고 더이상 소등 상태 동안 활성화하지 않는다.

이 모바일 패러다임의 두 번째 독특한 특징은 각 유아의 다리 동작은 유아가 작업을 배우고 자신의 이동 옵션을 사용하는 방법을 정량화하는 최첨단 모션 캡처 기술을 사용하여 추적된다는 것이다. 한 대표 유아의 이동을 활성화 각각 도보로 LED의 필터링되지 않은 위치 데이터는 그림 2에 포함되어 있습니다. 유아가베이스 라인과 인수의 첫 번째 부분 중 테이블 위의 다양한 높이에서 발을 이동하지만 두 발을 이동하는 방법을 참고 바로 취득 콘디의 나머지 기간 동안 임계 값 주위에모바일까지 기 더 이상 멸종 동안 활성화되지 않습니다. 이 발견 학습 작업을 수행하는 데 많은 잠재적 인 운동 전략 중 하나입니다. 전략은 모션 캡쳐 시스템에서 취득한 위치 정보를 이용하여 입체 운동학 및 동역학을 계산하여 정량화 할 수있다. 구체적으로는, 학습 처리가 이동 활성화의 지속 기간, 엔드 이펙터 모바일, 엉덩이 무릎 조정 패턴을 활성화 (피트)의 위치 변화와 동일하다 강화 레그 작용 (%의 RLA)의 비율의 측면에서 정량화 , 엉덩이와 무릎 관절 토크.

Protocol

남부 캘리포니아 대학의 임상 시험 심사위원회는이 연구를 승인했다. 1. 시스템 준비 모션 캡쳐 시스템을 설정합니다. 참고 :이 단계는 각각의 모션 캡쳐 시스템에 따라 다릅니다. 캡쳐 볼륨 내에서 등록 개체, 모션 캡쳐 프로그램에서 "새로운 등록을 수행"클릭 30 초의 수집 시간을 입력 클릭 "등록"및 이동 한 센서의 것과 두 모션 ?…

Representative Results

어린 유아의 학습 과정이 %의 RLA의 관점에서 정량화 할 수있다, 엔드 이펙터 (피트), 엉덩이 무릎 각도 상관 계수, 엉덩이와 무릎 관절 토크의 위치 변화. 분석의 각 레벨은 유아가 발견 학습 과정에서 자신의 다리 행동과 유아 모바일의 활성화 사이의 관계를 탐구하는 방법에 대한 고유 정보를 제공합니다. %의 RLA와 엉덩이 – 무릎 각도 상관 계수, 간 주제 요소로 회귀 공분산 ?…

Discussion

젊은 유아 발견 학습 작업의 디자인

젊은 유아 발견 학습의 작업은 신중 유아가 독립적으로 비상을 발견하는 것을 보장하도록 설계되어야한다. 취득 조건의 시작에서 몇 개의 모바일 패러다임에서, 유아는 어느 이동국이 수동적으로 유아를 도입 조사자에 의해 이동되는 이동 ^7,22 각 유아의 다리의 비 조건부 활성화에 의해 활성화하는 것을 나타낸다 비상 ^9. …

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