هنا ، نقدم مهمة تنقل مكاني جديدة وموجزة ونشطة تقيم كلا من التنقل المكاني وقدرة الذاكرة العرضية. الأهم من ذلك ، ارتبطت الملاحة المكانية والذاكرة العرضية ببعضها البعض ، وأظهرت هذه المهمة حساسية للتمرين.
الملاحة المكانية (SN) هي القدرة على الانطلاق عبر البيئة ، الأمر الذي يتطلب فهما لمكان وجود المرء في الزمان والمكان. من المعروف أن هذه القدرة تعتمد على الإطلاق المتسلسل لخلايا المكان داخل الحصين. SN هو سلوك مهم للتحقيق فيه لأن هذه العملية تتدهور مع تقدم العمر ، خاصة في الاضطرابات التنكسية العصبية. ومع ذلك ، فإن التحقيق في SN محدود بسبب عدم وجود تقنيات سلوكية متطورة لتقييم هذه المهمة المعتمدة على الحصين. لذلك ، كان الهدف من هذا البروتوكول هو تطوير نهج جديد في العالم الحقيقي لدراسة SN في البشر. على وجه التحديد ، تم تطوير مهمة SN افتراضية نشطة باستخدام محرك لعبة عبر الأنظمة الأساسية. خلال مرحلة الترميز ، شق المشاركون طريقهم عبر مدينة افتراضية لتحديد المعالم. خلال مرحلة التذكر ، تذكر المشاركون مكان مواقع المكافآت هذه وقاموا بتسليم العناصر إلى هذه المواقع. تم التقاط الوقت للعثور على كل موقع وتم تقييم الذاكرة العرضية من خلال مرحلة الاستدعاء الحر ، بما في ذلك جوانب المكان والنظام والعنصر والارتباط. تم تقييم سلوك الحركة (إحداثيات x و y و z) من خلال أصل متاح في محرك اللعبة. الأهم من ذلك ، أن نتائج هذه المهمة تظهر أنها تلتقط بدقة كل من التعلم المكاني وقدرات الذاكرة وكذلك الذاكرة العرضية. علاوة على ذلك ، تشير النتائج إلى أن هذه المهمة حساسة للتمرين ، مما يحسن أداء الحصين. بشكل عام ، تشير النتائج إلى طريقة جديدة لتتبع أداء الحصين البشري على مدار الوقت ، مع كون هذا السلوك حساسا لنماذج تدريب النشاط البدني.
يعد تحريك الجسم عبر الزمان والمكان أمرا بالغ الأهمية لتعلم وتذكر المعلومات حول البيئة. تعرف هذه القدرة باسم الملاحة المكانية ، ومن الناحية التطورية ، فهي أداة بقاء أساسية لتحديد موقع الطعام والماء والنظراء الاجتماعيين والمكافآت الأخرى في البيئة 1,2. يعتمد التنقل المكاني على الحصين ، وهو هيكل نظام حوفي على شكل حرف C في الفص الصدغي الإنسي. يتكون الحصين من المناطق الفرعية CA1 و CA2 و CA3 والتلفيف المسنن. يدعم الحصين ترميز وتوحيد واسترجاع الذكريات التي تساعد في تحديد التجربة الواعية. على وجه التحديد ، يدعم التنقل المكاني الذاكرة العرضية ، وهي شكل من أشكال الذاكرة الصريحة التي تشير إلى ذاكرة التجربة الشخصية ، بما في ذلك جوانب الزمان والمكان والتفاصيل ذات الصلة المرتبطة بالتجربة (مثل المشاهد والأصوات والروائح والعواطف). بينما نتنقل مكانيا عبر بيئات متميزة ، تنطلق الخلايا العصبية المعروفة باسم خلايا المكان بشكل منهجي ، مما يمكننا من فهم مكاننا في الزمان والمكان. في الواقع ، ثبت أن التحفيز البصري المباشر لهذه الخلايا العصبية ينحاز إلى سلوك القوارض نحو موقعها المادي (أي حقول المكان)3.
تمت دراسة تقييم الملاحة المكانية في القوارض تقليديا من خلال نماذج سلوكية مثل متاهة موريس المائية ، ومتاهة Y ، ومتاهة T ، ومتاهة الذراع الشعاعية 4,5. الأهم من ذلك ، أن هذه المهام السلوكية تسمح بالتحقيق في الجسم الحي للارتباطات العصبية للملاحة المكانية باستخدام تقنيات مثل تسجيلات العمق الكهربيولوجي. ومع ذلك ، فقد ثبت أن تقييم الملاحة المكانية في البشر يمثل تحديا علميا لأن معظم التحقيقات العلمية تحدث في المختبرات وليس في العالم الحقيقي. قامت الدراسات السابقة التي أجريت على البشر بتقييم القدرات المكانية باستخدام المهام الورقية التقليدية مثل مهام تعلم الخرائط ثنائية الاتجاه أو مهام الدوران العقلي أو مهام الذاكرة المكانية 6,7. استخدم آخرون المهام المستندة إلى الكمبيوتر مثل مهمة مياه موريس الافتراضية أو مهام المتاهة الافتراضية الأخرى ، والتي ثبت أنها مرتبطة بمقاييس نفسية أكثر تقليدية للقدرة المكانية 8,9. بالإضافة إلى ذلك ، مع إمكانية الوصول إلى حزم برامج ألعاب الفيديو المتاحة للجمهور والمجانية ، بدأ الباحثون في تطوير بيئات افتراضية ثلاثية الأبعاد يمكن تقديمها إما على شاشة الكمبيوتر أو في الواقع الافتراضي10،11،12،13،14،15. كما سمحت التطورات العلمية في تصوير الدماغ والجسم المحمول (MoBI) للباحثين بالبدء في استكشاف الملاحة المكانية في إعدادات العالم الحقيقي16،17،18.
الأهم من ذلك ، أن التعلم المكاني والذاكرة هي قدرة معرفية تتدهور مع تقدم العمر ، حيث يكون الأفراد المسنون أكثر عرضة لفقدان المسار الذي هم فيه أو يضيعون عندما يحاولون العودة إلى ديارهم. هذا العجز هو على الأرجح بسبب التنكس العصبي الذي يحدث على مستوى الحصين – وهي منطقة دماغية عالية التنسج تعد واحدة من أولى المناطق التي تتدهور مع سن19. لذلك ، يعد تطوير طرق العالم الحقيقي لتقييم قدرات الذاكرة الملاحية والعرضية وسيلة مهمة للبحث. على المستوى السريري ، قد تساعد هذه الأنواع من المهام في تحديد تطور تدهور الذاكرة أو تشخيص الضعف الإدراكي المعتدل أو مرض الزهايمر أو أشكال أخرى من الخرف. على العكس من ذلك ، تم تحديد النشاط البدني كواحد من أفضل الآليات لتحسين القدرات الملاحية المكانية. أظهرت الدراسات التي أجريت على القوارض أن التمرين يعزز التعلم والذاكرة في المهام المكانية المختلفة ، بما في ذلك متاهة موريس المائية ، ومتاهة Y ، ومتاهة T ، ومتاهة الذراع الشعاعية20. كما تم إثبات التحسينات التي يسببها التمرين في القدرات المكانية في البشر ، مع ارتباط هذا التأثير بشكل كبير بزيادة حجم الحصين7. ومع ذلك ، تم إثبات هذا التأثير السلوكي باستخدام مهمة الذاكرة المكانية حيث طلب من المشاركين تذكر مواقع النقاط على الشاشة – وهي مهمة قد لا تحمل الكثير من الصلاحية البيئية للملاحة المكانية في العالم الحقيقي. لقد بحثت أبحاث قليلة في تأثير التمرين في البشر على مهام الملاحة المكانية المقدمة في البيئات الافتراضية.
لذلك ، تم تصميم مهمة معرفية لتقييم التعلم المكاني والذاكرة جنبا إلى جنب مع الذاكرة العرضية باستخدام بيئة افتراضية. الأهم من ذلك ، تم تصميم المهمة باستخدام برنامج ألعاب الفيديو الحديث لتمكين التصميمات الرسومية الحديثة والميزات الواقعية (على سبيل المثال ، السحب المتحركة في السماء). تم اختبار هذه المهمة على مجموعة من البالغين الأصحاء قبل وبعد ممارسة التمارين الهوائية على المدى الطويل. تشير النتائج إلى أنه يمكن للمشاركين تشفير وتذكر كل من المعلومات المكانية وكذلك الذكريات العرضية المتعلقة بتجربتهم الافتراضية. بالإضافة إلى ذلك ، تشير النتائج إلى أن الأداء في هذه المهمة هو البلاستيك ، ويتأثر بالتمرين.
على وجه التحديد ، تم تطوير بيئة افتراضية من خلال محرك لعبة عبر الأنظمة الأساسية21 قام بتقييم الملاحة المكانية وقدرة الذاكرة العرضية ، والمهارات المعرفية الفريدة التي يدعمها الحصين. تم اشتقاق الخريطة المستخدمة لهذه البيئة من Miller et al. (2013) 22. يسمح محرك اللعبة الذي تم استخدامه للمطورين بتنزيل الأصول لإضافة ميزات فريدة لأغراض بناء بيئات افتراضية. تم استخدام الأصل23 الذي سمح لنا ببناء بيئة مدينة واقعية مع الطرق والمباني التي يمكن للمشاركين التنقل من خلالها. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام الأصل24 الذي سمح بتتبع إحداثيات x و y و z للمشاركين ودورانهم أثناء سفرهم عبر البيئة الافتراضية. سمح الأصل المذكور أعلاه بتسجيل هذه الميزات على مقياس زمني بالمللي ثانية (~ 33 مللي ثانية). ثم تم تجميع البيئة الافتراضية وإدارتها كمهمة ملاحة مكانية يمكن للمشاركين إكمالها في المنزل على كمبيوتر محمول أو كمبيوتر مكتبي. يوضح البروتوكول أدناه كيفية إدارة مهمة التنقل المكاني هذه والتعامل معها.
فحصت هذه الدراسة فعالية مهمة الواقع الافتراضي الجديدة في تقييم الملاحة المكانية لدى البشر. يمكن استخدام هذه المهمة المعرفية ، التي تستغرق حوالي 10 دقائق فقط لإكمالها ، لتقييم نوعين فريدين من الإدراك المعتمد على الحصين – الملاحة المكانية وقدرة الذاكرة العرضية. الأهم من ذلك ، ارتبطت القدرة الملاحية المكانية بشكل كبير بقدرة الذاكرة العرضية. أخيرا ، كانت هذه المهمة حساسة لنموذج تدريب النشاط البدني. أي أن زيادة التمرين ارتبطت بزيادة الأداء. هذه المهمة مستوحاة من عمل Miller et al. (2013) الذي حقق في البيئات الافتراضية في المرضى الذين يعانون من الصرع المقاوم للأدوية وأقطاب عمق الحصين الموضوعة لغرض توطين النوبات. ووجدوا أنه خلال مرحلة التعرف على مهمة الملاحة المكانية (أي مرحلة الترميز) ، تم تنشيط الخلايا المستجيبة للمكان في الحصين وهياكل الفص الصدغي الإنسي المرتبطةبها 22. بالإضافة إلى ذلك ، وجدوا أنه عندما كان المشاركون منخرطين في مكون استدعاء حر (أي مرحلة تذكر لا تتضمن التنقل النشط) ، أصبحت نفس الخلايا المستجيبة للمكان التي كانت نشطة أثناء الترميز نشطة مرة أخرى. أظهرت الدراسات الموجودة في القوارض التي تستخدم بيئات الحقول المفتوحة والشبيهة بالمتاهة وجود مثل هذه الخلايا المكانية ، حيث فاز الدكاترة جون أوكيف وماي بريت موسر وإدوارد موسر بجائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لعام 2014 لهذا الاكتشاف2،29،30،31. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسات التي تستخدم البيئات الافتراضية في البشر أن الخلايا المماثلة في الحصين البشري تشفر السفر عبر الزمان والمكان22،32،33. على الرغم من أن المهمة تشبه تلك المقدمة في Miller et al. (2013) وآخرون22،34،35،36،37،38 ، فقد تم تطويرها باستخدام أحدث محركات وتقنيات الألعاب عبر الأنظمة الأساسية ، باستخدام ميزات العالم الحقيقي مثل السحب المتحركة ومعالم المدينة الواضحة وميزات واجهة المتجر. استخدم باحثون آخرون مهام الملاحة المكانية الأخرى في البشر. ومع ذلك ، فإن هذه المهام محدودة في صلاحيتها البيئية. على سبيل المثال ، يتم استخدام مهمة Starmaze الافتراضية لتقييم قدرات التنقل ولكنها تضع المشاركين في متاهة على شكل نجمة39،40،41،42،43،44. علاوة على ذلك ، فإن NavWell عبارة عن منصة يمكن الوصول إليها تستضيف تجارب الملاحة المكانية والذاكرة المشابهة لمتاهة موريس المائية في القوارض (وضع المشاركين في ساحة دائرية) ، وتوفر للمطورين أشكالا هندسية أساسية لبناء بيئة45. بالإضافة إلى ذلك ، تتوفر أصول المعالم على محركات الألعاب عبر الأنظمة الأساسية لبناء وتطوير مهام التنقل المكاني الموجودة في إعداد مربع12. المهمة الحالية فريدة من نوعها من حيث أنها توفر للمستخدمين إعدادا ومهمة مشابهة للعالم الحقيقي – التنقل في منظر المدينة وحفظ المعالم والإجراءات. تختلف المهمة أيضا عن مهمة Starmaze الافتراضية و NavWell لأنها تقيم الذاكرة العرضية بالإضافة إلى التنقل المكاني.
في هذه المهمة ، كانت قدرة الملاحة المكانية مرتبطة بشكل كبير بقدرة الذاكرة العرضية. وقد أظهر آخرون أن هاتين القدرتين المعرفيتين متميزتان بالفعل وأنهما يعتمدان على مناطق مختلفة من الحصين 38,46. تنص “نظرية الخريطة المعرفية” الشائعة على أن الدماغ يبني ويخزن “خريطة” للبيئة المكانية للفرد بحيث يمكن استخدامها لاحقا في المستقبل لتوجيه الإجراءات والسلوكيات47. أشارت الأبحاث إلى أن الحصين يشفر المعلومات المكانية بينما يدعم أيضا تكوين الذاكرة العرضية. وبشكل أكثر تحديدا ، يعتقد أن الحصين الأيمن يشفر الذاكرة المكانية بينما يخزن الحصين الأيسر ذكريات عرضية38. نتائج مهمة الملاحة المكانية الجديدة الحالية ، والتي تظهر وجود صلة واضحة بين الذاكرة المكانية والعرضية ، تدعم نظرية الخريطة المعرفية وتشير إلى أنه يمكن استخدام هذه المهمة لفحص العلاقة بين الملاحة المكانية والذاكرة العرضية في المجموعات السكانية غير السريرية. يجب أن تسعى الدراسات المستقبلية إلى فحص هذه العلاقة في السكان السريريين ، بما في ذلك أولئك الذين يعانون من اضطرابات تنكسية عصبية مثل الضعف الإدراكي المعتدل أو مرض الزهايمر أو أنواع أخرى من الخرف.
كانت هذه المهمة حساسة للتمرين أو المقدار الإجمالي لجلسات ركوب الدراجات التي تم المشاركة فيها على مدار 3 أشهر. أظهرت الدراسات السابقة التي أجريت على القوارض أن التمرين هو أحد أقوى الطرق لزيادة الإدراك المعتمد على الحصين ، بما في ذلك الذاكرة طويلة المدى ، وفصل الأنماط ، والتناوب التلقائي ، وتكييف الخوف السياقي ، وتعلم التجنب السلبي ، والتعرف على الأشياء الجديدة ، مع اعتماد هذا التأثير على الزيادات التي يسببها التمرين في تكوين الخلايا العصبية الحصين48،49،50. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الأدبيات أن التمرين طويل الأمد يعزز أداء الحصين لدى البشر ، مع تحسينات شوهدت في تذكر قائمة الكلمات ، وتذكر القصة ، والذاكرة العلائقية المكانية وغير المكانية. يعتقد أن هذا التأثير مدفوع بالزيادات التي يسببها التمرين في حجم الحصين7،27،51،52،53،54،55. تكمل مهمة الملاحة المكانية الجديدة هذه نتائج القوارض وتضيف إلى الأدبيات البشرية ، مما يدل على أهمية النشاط البدني لقدرات الملاحة المكانية.
على الرغم من أنه في التحقيقات الأولية ، ارتبط العمر سلبا بقدرة الملاحة المكانية ، فقد تم التخلص من هذا التأثير عند تطبيق تصحيح Bonferroni. يشير هذا إلى أنه يمكن الحفاظ على قدرة الملاحة المكانية حتى سن 55. توضح الأدبيات الأخرى أن التنقل المكاني هو قدرة معرفية تنخفض مع تقدم العمر56،57،58. كشفت دراسات التصوير العصبي أن التنكس العصبي المرتبط بالعمر في مناطق تشمل الحصين ، والتلفيف المجاور للحصين ، والقشرة الحزامية الخلفية (القشرة خلف الطحال) ، والفصوص الجدارية ، وقشرة الفص الجبهي قد تشارك في مثل هذا التدهور المعرفي المرتبط بالعمر58. بالنظر إلى أن الفئة العمرية كانت محدودة (25-55 سنة) ، من خلال تضمين نطاق عمري أكبر ، وخاصة كبار السن (65+) ، قد يرى الباحثون في المستقبل علاقة كبيرة بين العمر والقدرة على الملاحة المكانية. يجب أن تفكر الدراسات المستقبلية في إجراء مهمة الملاحة المكانية هذه لدى البالغين الذين تبلغ أعمارهم 65 عاما أو أكبر وحتى أولئك الذين يعانون من ضعف إدراكي معتدل أو اضطرابات أخرى شبيهة بالخرف.
إحدى الحلقات المفقودة الواضحة في مهام الملاحة الافتراضية هي عدم وجود علاقة بين الجسم والدماغ. أي أنه عند التنقل عبر بيئات العالم الحقيقي ، يحدث التنشيط على مستوى الجهاز العصبي المحيطي والمركزي ، بما في ذلك تنشيط المستقبلات العميقة والمستقبلات الخارجية والمستقبلات البينية والجهاز الدهليزي جنبا إلى جنب مع القشرة الحسية الحركية والعقد القاعدية والمخيخ. بدون هذا الإدخال المادي ، قد يكون التنقل الافتراضي مختلفا بشكل واضح عن التنقل الفعلي. على الرغم من ذلك ، أظهرت الدراسات أن البيئات الافتراضية تحفز نفس مناطق الدماغ مثل التنقل في العالم الحقيقي22،32،33. إن جعل المهمة أكثر نشاطا ، كما كان التصميم في المهمة الحالية ، قد يساعد في إقناع الدماغ بأنه يتحرك جسديا عبر الزمان والمكان ، ويحاكي الملاحة المكانية الطبيعية. وقد وجد آخرون دعما لهذه الفرضية. فحصت دراسة أجراها Meade et al. (2019) الاختلافات بين الترميز النشط والسلبي أثناء استخدام مهمة تنقل مكاني افتراضية مماثلة59. يشير التنقل النشط إلى قدرة المشاركين على التحرك بمفردهم عبر الفضاء الافتراضي (على غرار الدراسة الحالية) ، بينما يتكون التنقل السلبي من جولة إرشادية حيث لا يتحرك المشاركون بل يتم عرض مسار الملاحة. اقترح المؤلفون أن الملاحة النشطة قد تكون أكثر فائدة لكبار السن بسبب مشاركة المكونات الجسدية (على سبيل المثال ، الحركة واستقبال الحس العميق) والمكونات المعرفية (مثل صنع القرار والانتباه) ، وقد تعمل على تعزيز أداء الذاكرة من خلال المشاركة المباشرة في عملية تشفير الذاكرة. يمكن أن يفسر التنقل النشط المستخدم في هذه الدراسة النتائج ، مما يدل على أن المشاركين كانوا قادرين على تذكر الذكريات العرضية لتجاربهم بدقة.
قد يساعد التنقل النشط أيضا في إشراك مناطق التكامل متعددة الحواس مثل مجمع خلف الطحال (RSC) 60،61،62. وجدت دراسة حديثة أن التجول الفعلي أثناء مهمة الملاحة المكانية للواقع الافتراضي التي تتطلب من المشاركين السفر بين المواقع أثناء تذكر مواقع المنزل والمعالم أدى إلى تذبذبات RSC theta (أي تذبذبات عصبية 4-8 هرتز مسجلة باستخدام EEG)16. كانت قوة ثيتا المتزايدة هذه أكثر بروزا أثناء تغييرات اتجاه الرأس والدوران. في القوارض ، ثبت أن نشاط RSC theta ضروري للترميز المكاني الذي يتضمن خلايا الشبكة وحساب اتجاه الرأس63,64. يعتقد أيضا أن RSC مهم لاستخدام إشارات من البيئة لترسيخ الخريطة المعرفية للإنسان47.
في حين أن مهام الملاحة المكانية الافتراضية توفر العديد من الفوائد ، إلا أنها تمنع الفرد من التحرك جسديا عبر الزمان والمكان ، مما يتسبب في تنشيط محدود للأنظمة الحسية والدهليزية والحسية الحركية. يوجد تناقض بين العمليات الحسية والحركية ، مما قد يتسبب في إصابة بعض المشاركين بالدوار أو الغثيان. في المهمة الحالية ، كان هذا محدودا من خلال التحكم في السرعة التي تمكن بها المشاركون من التحرك والنظر حول البيئة. ولكي تكون قادرا على ترميز جميع جوانب البيئة، كان من الضروري أن تكون قادرا على النظر حولك (أي الانخراط في دوران الرأس الافتراضي)؛ ومع ذلك ، يجب أن تكون هذه القدرة بطيئة بما يكفي لضمان عدم إصابة المشاركين بمرض جسدي. على الرغم من ذلك ، فإن القدرة على التنقل المكاني أثناء الجلوس مفيدة من حيث أنها تسمح للباحثين بدراسة الأفراد الذين يعانون من مشاكل في الحركة أو التعب البدني أو الإعاقات الأخرى التي تمنع الفرد من أن يكون متنقلا. وثمة قيد آخر هو أن هذه المهمة لم تختبر بعد للتأكد من موثوقيتها وصلاحيتها، في حين أن هناك مهام أخرى تتحرك في هذا الاتجاه، بما في ذلك تقييم الملاحة المكانية الافتراضية (VSNA)65. يمكن للأبحاث المستقبلية فحص النشاط العصبي المرتبط من خلال تخطيط كهربية الدماغ أو التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي بينما يكمل المشاركون مهمة الملاحة المكانية هذه. يمكن أيضا تزويد المشاركين بأجهزة تقيس المتغيرات الفسيولوجية مثل تقلب معدل ضربات القلب والنشاط الكهربائي للجلد. وهذا من شأنه أن يسمح بفحص كل من الآليات الطرفية والمركزية التي تحدث أثناء التنقل في البيئات الافتراضية. الأهم من ذلك ، يمكن استخدام هذه المهمة لتقييم التغييرات في قدرة الملاحة المكانية بمرور الوقت. يمكن للدراسات المستقبلية الاستفادة من هذه المهمة للتحقيق في كيفية تأثير الشيخوخة أو الحالات التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر أو مرض باركنسون على الملاحة المكانية للفرد والذاكرة العرضية. على العكس من ذلك ، يمكن استخدام هذه المهمة لاستكشاف كيفية تأثير التدخلات الإضافية لحركة العقل والجسم على الملاحة المكانية والذاكرة العرضية ، بما في ذلك الرقص أو اليوغا أو التأمل.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من قبل برنامج iTHRIV Scholars ، والذي يدعمه جزئيا المركز الوطني لتطوير العلوم الانتقالية التابع للمعاهد الوطنية للصحة (UL1TR003015 و KL2TR003016). نود أن نعرب عن تقديرنا للدكتور صموئيل ماكنزي ومايكل أستولفي وميت باريخ وأندريه ماركس لمساهماتهم في برمجة الكمبيوتر.
Unity Real-Time Development Platform | Unity | Unity Student / Unity Personal | https://unity.com/ |
.