Frontiers in Aging Neuroscience

Introduktion

Spatiale evner er afgørende for funktionel uafhængighed. De giver os mulighed for at lokalisere mål i rummet, visuelt opfatte objekter og forstå de to- og tredimensionelle (2D og 3D) rumlige relationer mellem objekter og vores omgivelser. Disse evner gør det muligt for os at navigere sikkert i vores omgivelser ved at foretage en præcis vurdering af retning og afstand. Rumlig evne er ikke en enhedsfunktion, men kan snarere opdeles i en række forskellige kategorier, der almindeligvis klassificeres som rumlig visualisering, rumlig perception og mental rotation. Rumlig visualisering er blevet defineret som evnen til mentalt at manipulere komplekse rumlige oplysninger, når flere trin er nødvendige for en vellykket gennemførelse af en rumlig opgave (Linn og Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Et eksempel på en opgave, der kunne inddrage rumlig visualiseringsevne, ville være at arrangere genstande, så de passer ind i en kuffert. Rumlig perception er evnen til nøjagtigt at etablere rumlige relationer med hensyn til ens orientering på trods af tilstedeværelsen af distraherende information (Linn og Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Evnerne til rumlig perception anvendes, når man blander sig med kørende trafik på en travl motorvej. Føreren skal afgøre, om bilen vil passe ind i hullet i trafikken, mens han eller hun ignorerer irrelevante omkringliggende køretøjer på motorvejen. Den tredje kategori af rumlige evner, mental rotation, er evnen til at omdanne orienteringen af en mental repræsentation af et objekt i 2D- eller 3D-rummet (Linn og Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Evnerne til mental rotation anvendes ofte i løbet af dagen, f.eks. når man kæmmer sit hår eller lægger makeup i spejlet. Der findes adskillige standardiserede rumlige testbatterier, der er blevet udviklet til at måle, hvordan deltagerne løser rumlige opgaver. Eksempler på almindeligt anvendte opgaver, der anvendes til at måle rumlige visualiseringsevner, er Paper Form Board (Likert og Quasha, 1941), hvor deltagerne skal identificere, hvordan en ufoldet form ville se ud, når den er foldet, og Identical Block Test (Stafford, 1961), hvor deltagerne identificerer blokke fra et array, der matcher en referenceblok på baggrund af en række stikord på blokkenes flader. To standardiserede test, der anvendes til at vurdere rumlig perception, er Rod-and-Frame Test (Witkin og Asch, 1948), hvor deltagerne skal identificere vandrette eller lodrette linjer, der præsenteres i en roteret firkantet ramme, og Water Level Test (Piaget og Inhelder, 1956), hvor deltagerne angiver vandlinjens retning i billedet af en skråtstående beholder. Endelig er der blevet udviklet adskillige rumlige test til at teste mental rotation. Den test, der oftest anvendes, er Mental Rotation Test (Vandenburg og Kuse, 1978), som er en variation af den oprindelige test udviklet af Shepard og Metzler (1971). Denne test kræver, at deltagerne skal afgøre, om par af objekter, der er blevet roteret i dybden i forhold til hinanden, er identiske eller spejlbilleder. På trods af at rumlige tests er grupperet i de tre generelle kategorier rumlig visualisering, rumlig perception og mental rotation, kræver løsningen af opgaverne i en enkelt test imidlertid typisk anvendelse af flere rumlige processer. For eksempel omfatter test, der er tildelt kategorien rumlig visualisering (dvs. Paper Form Board-opgaven, Identical Block Test) sandsynligvis elementer af mental rotation og rumlig perception.

Vores viden om, hvordan mennesker interagerer med deres rumlige omgivelser, er i vid udstrækning baseret på undersøgelser, der har anvendt standardpsykometriske test med papir og blyant, computerbaserede kronometriske test (Linn og Petersen, 1985; Voyer et al, 1995) og i nyere tid test i immersive 3D-miljøer (Parsons et al., 2004; Tsirlin et al., 2009). Mens disse undersøgelser er afgørende for vores forståelse af rumlig kognition, er de lave visuomotoriske krav i de anvendte 2D-opgaver ofte ikke repræsentative for de fysiske interaktioner, som vi har med objekter i vores daglige miljø. Desuden er mange af de standardiserede test på grund af deres kompleksitet ikke egnede til brug for små børn, ældre og patientpopulationer.

Vi har udviklet en ny visuomotorisk opgave med varianter, der er egnede til spændvidden af rumlige evner fra børn helt ned til 3 år (Sacrey et al., 2012) til høj alder (Gonzalez et al., 2014) samt patientpopulationer (upubliceret). Opgaven kræver, at deltagerne skal lokalisere, række ud efter, gribe fat i og manipulere de relevante byggeklodser fra en række klodser for at reproducere en 3D-model. Opgaven kombinerer de tre hovedkategorier af rumlige evner: mental rotation, rumlig visualisering og rumlig perception. De mentale rotationsevner udfordres ved at afgøre, om 3D-blokke i arbejdsområdet kan roteres, så de passer til orienteringen af byggeklodserne i prøvemodellen uanset deres orientering. Desuden anvendes evnerne til rumlig visualisering til at identificere den specifikke blok, der passer til en bygningsblok i prøvemodellen, ud fra en række alternativer (der kan være forskellige med hensyn til farve, form og/eller størrelse; i det følgende benævnt visuospatial søgning). Evnerne til rumlig perception er også nødvendige for størstedelen af opgaven, når deltageren identificerer den korrekte bygningsblok blandt en række distraktorer. Denne opgave, der ligner de standardiserede papir-og-blyant- og computerbaserede test, gør det muligt at manipulere niveauet af visuospatial kompleksitet, mens de visuomotoriske krav i opgaven holdes konstante. I modsætning til disse standardiserede test er de visuomotoriske krav i vores opgave imidlertid omfattende og svarer til de krav, der stilles i hverdagsopgaver. Den udviklede opgave vil gøre det muligt at studere rumlig kognition i det visuomotoriske domæne og bidrage med værdifuld viden til vores nuværende forståelse af rumlige interaktioner i virkelige scenarier.

Den aktuelle undersøgelse fastslog gennemførligheden af at bruge en reach-to-grasp-opgave til at vurdere visuospatial og visuomotorisk funktion hos mandlige og kvindelige yngre (18-25 år) og ældre (60-82 år) voksne. Så vidt vi ved, er dette den første undersøgelse, der anvender en visuomotorisk opgave, der kombinerer aspekter af rumlig visualisering (visuospatial søgning) og mental rotation. I dette eksperiment var de visuospatiale søgekrav konsistente, men den rumlige kompleksitet af de modeller, der skulle replikeres, blev moduleret på tværs af to betingelser. I den betingelse med lav rumlig kompleksitet var positionen, egenskaberne (dvs. farve og størrelse) og orienteringen af hver enkelt byggesten i den model, der skulle replikeres, synlige fra et enkelt synsfelt, og modellerne havde en “flad” konfiguration. I den høje rumlige kompleksitetstilstand havde modellen en 3D-konfiguration og skulle roteres for at sikre et præcist valg og en præcis placering af hver enkelt bygningsblok i modellen. Opgavens motoriske krav (f.eks. at række ud efter og gribe fat i klodserne) var de samme i begge betingelser.

Den samlede tid, der gik med at replikere hver model, og håndpræferencen for hvert greb blev registreret. I betragtning af den rapporterede nedgang i flere foranstaltninger af kognitiv funktion med stigende alder (Blanchard-Fields og Hess, 1996; Gabrowski og Mason, 2014), samt den aldersrelaterede forringelse observeret i rumlig visualisering (Hertzog, 1989; Salthouse, 1990; Borella et al., 2014) og mental rotation (Willis og Schaie, 1989; Jansen og Heil, 2010; Borella et al., 2014) evner forudsagde vi en aldersrelateret nedgang i opgavepræstation. Desuden, i overensstemmelse med den litteratur, der rapporterer en overlegen præstation for mænd sammenlignet med kvinder på test af mental rotation (McGlone og Davidson, 1973; Linn og Petersen, 1985; Voyer et al, 1995; Sherwin, 2003), forudsagde vi, at kønsforskelle ville opstå, med mænd, der konsekvent viser en præstationsfordel.

Materialer og metoder

Deltagere

Tyve-fire selvdeklarerede højrehåndede unge voksne (YA; 12 mænd; 18-25 år) og 20 selvdeklarerede højrehåndede ældre voksne (OA; 10 mænd; 60-81 år) blev rekrutteret fra universitetssamfundet for at deltage i denne undersøgelse. Undersøgelsen blev gennemført med godkendelse fra University of Lethbridge Human Subject Research Committee. Alle deltagere var naive i forhold til formålet med undersøgelsen og gav skriftligt informeret samtykke inden undersøgelsens start.

Procedurer

Deltagerne blev siddende komfortabelt centralt foran et bord med en højde på 0,74 m og et arbejdsområde på 0,70 m x 1,22 m. Deltagerne blev instrueret om at replikere to serier af fire modeller. Efterfølgende besvarede deltagerne en modificeret version af Edinburgh (Oldfield, 1971) og Waterloo (Brown et al., 2006) handedness-spørgeskemaer (se Stone et al., 2013 for en fuldstændig beskrivelse af det modificerede spørgeskema). Kvindelige ældre voksne deltagere blev spurgt, om de brugte hormonerstatningsterapi for at fastslå, om cirkulerende kønshormonniveauer kunne forventes at variere betydeligt inden for gruppen.

Forty-otte unikke byggeklodser (LEGO®) blev pseudorandomisk fordelt på bordpladen, mens deltagerne var vendt væk fra bordet. En strimmel klar tape blev brugt til at opdele arbejdsområdet i halvdelen, og 24 klodser blev fordelt på venstre og højre side (Figur 1A). Hvert forsøg begyndte med, at deltagerne inspicerede en 12-delt model, som de skulle replikere. Efter inspektionen placerede eksperimentatoren modellen i det nærmeste højre eller venstre hjørne af bordet (modbalanceret mellem forsøgene). Det er blevet vist, at modellens placering på bordet ikke påvirker brugen af hånden (Stone et al., 2013). For hvert forsøg fik deltagerne instrukserne om at “replikere modellen så hurtigt og så præcist som muligt ved hjælp af de brikker, der er stillet til rådighed på bordet”. Der blev ikke givet yderligere instruktioner til deltagerne. Deltagerne kunne frit manipulere og dreje den model, der skulle replikeres, under konstruktionen. Efter replikationen af modellen blev begge modeller fjernet, og der blev udleveret en anden model, som skulle replikeres. Byggeklodserne blev ikke udskiftet mellem forsøgene. Der blev anvendt det samme sæt af 48 unikke byggeklodser til hvert sæt af fire modeller med 12 dele i dette forsøg (figur 1A). De to serier af LEGO® modeller adskilte sig med hensyn til deres rumlige kompleksitet. I den betingelse med lavt rumligt krav (2D) var byggeklodserne i den model, der skulle replikeres, i en “flad” konfiguration (Figur 1B). Dette gjorde det muligt for deltagerne at se egenskaberne og orienteringen af alle 12 byggeklodser fra et enkelt synsplan, hvilket fjernede behovet for fysisk at dreje modellen (selv om deltagerne fortsat frit kunne tage den model, der skulle replikeres, op og manipulere den). I betingelsen med høj rumlig efterspørgsel (3D) var byggeklodserne (de samme som dem, der blev anvendt til 2D-modellerne) i den model, der skulle replikeres, ikke alle synlige i samme plan (figur 1C). Dette gjorde det nødvendigt at rotere modellen for at muliggøre en nøjagtig replikation. Deltagerne byggede fire på hinanden følgende modeller i 2D-betingelsen ved hjælp af alle 48 blokke. Deltagerne byggede derefter fire modeller efter hinanden i 3D-betingelsen, igen ved brug af alle 48 blokke. Startbetingelsen (2D, 3D) var modbalanceret, og rækkefølgen af modelpræsentationen blev randomiseret mellem deltagerne. De samme otte modeller blev anvendt til alle deltagere.

Databehandling og analyse

Den samlede mængde tid (dvs, latenstid, s) fra det øjeblik deltagerne løftede en af hænderne fra bordet for at indlede en rækkevidde mod byggeklodserne, indtil det tidspunkt, hvor replika-modellen blev placeret på bordet (inklusive rækkevidde, greb, modelmanipulation og modelbygning), blev registreret med et Tough Timer® stopur (Sportline Inc.). Opgaven blev optaget ved hjælp af et digitalt videokamera (JV HD Everio®), der blev placeret direkte foran deltagerne med frit udsyn til arbejdsområdet, byggeklodserne og deltagernes hænder. Hvert greb blev scoret som et venstre- eller højrehåndsgreb, og brugen af højre hånd blev bestemt som en procentdel af det samlede antal greb til modelkonstruktion (antal højrehåndsgreb/totalt antal greb × 100).

Effekten af modelkompleksitet og opgaveprogression på latenstid og håndbrug blev sammenlignet mellem køn og gruppe ved hjælp af blandede faktor gentagne foranstaltninger variansanalyser (RM ANOVA) med kompleksitet (2D, 3D) og model (1-4) som indenfor-subjekterne faktorer og køn (mand, kvinde) og gruppe (YA, OA) som mellem-subjekterne faktorer. For at muliggøre en sammenligning af latensændringer som følge af de mentale rotationskrav og ikke motorisk hastighed mellem yngre og ældre voksne blev 3D-latensedataene efterfølgende normaliseret til 2D-dataene (*100) og indtastet i en trevejs RM ANOVA. Modelnummer (1-4) var den indenfor-subjekt-faktor, og køn (mand, kvinde) og gruppe (YA, OA) var mellem-subjekt-faktorer. Når statistisk signifikans blev fastslået, blev de relevante RM ANOVA’er eller parrede t-tests udført med bonferroni-korrektioner for multiple sammenligninger anvendt med de parrede t-tests.

Data blev analyseret ved hjælp af SPSS Statistics 18.0 for Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Statistisk signifikans blev fastsat til 0,05. Effektstørrelse (ES) blev rapporteret som η2-værdier.

Resultater

Alle data var normalfordelte og overtrådte ikke antagelserne om varianshomogenitet. Derfor blev der anvendt parametrisk statistik til at analysere adfærdsdataene. Data præsenteres som gennemsnit og standardafvigelser.

Alle deltagere selvrapporterede som højrehåndede; disse oplysninger blev bekræftet ved hjælp af spørgeskemaet om håndelighed. Handedness-scoringer adskilte sig mellem grupperne (F(1,40) = 6.94, p = 0.012, ES = 0.148) med OA rapporterede højere handedness-score end YA-deltagerne (YA = 30.5 ± 6.9; OA = 35.4 ± 4.7). Dette resultat er i overensstemmelse med tidligere rapporter (Gonzalez et al., 2014), at ældre deltagere har en tendens til at opfatte sig selv som mere højrehåndede. Handedness-scoringer blev ikke differentielt påvirket af køn (p > 0.05). Alder adskilte sig ikke mellem kønnene (p > 0.05). Alle kvindelige OA-deltagere rapporterede selv, at de ikke brugte hormonbehandling.

Latency

Unge og ældre voksne

Analysen afslørede en signifikant hovedeffekt af kompleksitet (F(1,40) = 112, p < 0.001, ES = 0.737; Figur 2A), hvilket tyder på, at deltagerne konstruerede 2D-modellerne betydeligt hurtigere end 3D-modellerne (2D = 62.4 ± 33.4 s, 3D = 101.5 ± 52.5 s). Latencen blev også påvirket af rækkefølgen af modelpræsentationen (F(3,120) = 19,0, p < 0,001, ES = 0,322), idet tidligere forsøg blev gennemført langsommere end senere forsøg (Model 1 = 97,8 ± 54,5 s, Model 4 = 69,7 ± 35,4 s), hvilket tyder på, at den iboende visuospatiale søgning i forbindelse med opgaven naturligt aftager med opgavens progression, da der er færre blokke tilbage på arbejdspladsen, og der derfor er færre “distraherende” blokke til stede, hvilket giver deltagerne mulighed for lettere at identificere den passende blok. Interaktionen mellem model og gruppe nåede også signifikans (F(3,120) = 6.90, p < 0.001, ES = 0.147). Post hoc-sammenligninger viste, at der var et signifikant fald i latenstiden for modelkonstruktion fra Model 1 til Model 3 for begge grupper, idet YA (t(23) = 4,77, p < 0,001) og OA (t(19) = 4,74, p < 0,001) udviste et fald i latenstiden på henholdsvis 8,8 s og 40,3 s. Ligeledes blev latenstiden signifikant nedsat fra opbygningen af model 1 til model 4 for begge grupper, idet YA (t(23) = 4,23, p < 0,001) udviste et fald på 12,0 s og OA (t(19) = 4,39, p < 0,001) udviste et fald på 47,4 s. Interaktionerne mellem kompleksitet efter model og kompleksitet efter model efter gruppe var ikke signifikante (p > 0,05). En signifikant hovedeffekt af gruppe (F(1,40) = 46.7, p < 0.001, ES = 0.539; Figur 2A) viste, at YA gennemførte forsøg betydeligt hurtigere end OA (YA = 54.5 ± 10.4 s, OA = 114.8 ± 41.5 s). Interaktionen mellem kompleksitet og gruppe var også signifikant (F(1,40) = 11,2, p = 0,002, ES = 0,220; figur 2A). Post hoc parvise sammenligninger antydede, at der var en stigning i latenstid fra 2D til 3D-modelkonstruktion for begge grupper, med YA (t(23) = 15.4, p < 0.001) og OA (t(19) = 6.704, p < 0.001), der viste en stigning i latenstid på henholdsvis 27.5 og 52.9 s. Køn havde ikke differentiel indflydelse på den gennemsnitlige latenstid (p > 0,05).

For nærmere at undersøge virkningen af modellens kompleksitet og opgaveprogression på latenstid blev der efterfølgende udført separate trevejs RM ANOVA’er for hver gruppe (YA, OA), hvor kompleksitet (2D, 3D) og model (1-4) blev behandlet som faktorer inden for en forsøgsperson og køn (mand, kvinde) var en faktor mellem forsøgspersonerne.

Young Adults

Analysen bekræftede, at YA gennemførte 2D-modellerne hurtigere end 3D-modellerne (F(1,22) = 274, p < 0,001, ES = 0,926; 2D = 40,8 ± 7,4 s, 3D = 68,3 ± 14,2 s; Figur 2B). Latencer blev også påvirket af rækkefølgen af modelpræsentation (F(3,66) = 6.97, p < 0.001, ES = 0.241), med tidligere forsøg, der blev afsluttet langsommere end senere forsøg (Model 1 = 60.6 ± 14.2 s, Model 4 = 48.6 ± 13.3 s). En signifikant hovedeffekt af køn (F(1,22) = 4.38, p = 0.048, ES = 0.166; Figur 2B) afslørede, at mandlige deltagere gennemførte opgaven hurtigere end de kvindelige deltagere (Mænd = 50.4 ± 10.5 s, Kvinder = 58.7 ± 9.0 s). Endelig tydede en signifikant interaktion mellem kompleksitet og køn (F(1,22) = 4,75, p = 0,040, ES = 0,177; Figur 2B) på, at latenstiden var forskellig mellem mandlige og kvindelige deltagere afhængigt af, om de replikerede 2D- eller 3D-modellerne. Post hoc parvise sammenligninger nåede imidlertid ikke signifikans (p > 0.05), idet mænd konstruerede modellerne signifikant hurtigere end kvinder i begge kompleksitetsbetingelser. Det var interessant, at da YA-deltagerne blev bedt om at udfylde et spørgeskema om deres komfortniveau ved at manipulere LEGO® klodser, viste det sig, at de mandlige og kvindelige deltagere var begyndt at lege med (p > 0,05; mænd = 4,2 år, kvinder = 4,1 år) og senest havde brugt (p > 0,05; mænd = 13,4 år, kvinder = 12,7 år) LEGO® klodser i samme alder. Da de blev bedt om at angive deres komfortniveau ved at bygge med LEGO® klodser (på en skala fra 1 til 10, hvor 10 betyder “meget komfortabel”), var der desuden ikke nogen signifikant forskel mellem mænd og kvinder (p > 0,05; mand = 8,9, kvinde = 8,9, kvinde = 8,5).2), hvilket tyder på, at den mandlige præstationsfordel ikke blot var et resultat af, at de mandlige deltagere havde større erfaring med at bygge LEGO® modeller.

Ældre voksne

I lighed med YA-deltagerne gennemførte OA 2D-modellerne hurtigere end 3D-modellerne (F(1,18) = 42,6, p < 0,001, ES = 0,703; 2D = 88,4 ± 33,9 s, 3D = 141,3 ± 54,0 s; figur 2C). Desuden blev færdiggørelsestiderne påvirket af rækkefølgen af modelpræsentation (F(3,54) = 11.6, p < 0.001, ES = 0.392), idet tidlige modeller blev konstrueret langsommere end senere modeller (Model 1 = 142.4 ± 51.4 s, Model 4 = 95.0 ± 37.2 s). I modsætning til YA var latenserne imidlertid konsistente mellem kønnene for OA (p > 0,05). Desuden påvirkede køn ikke differentielt latenser efter model eller kompleksitet (p > 0.05).

Procentvis ændring

Når dataene blev normaliseret for yderligere at undersøge virkningerne af opgavens mentale rotationskrav, afslørede analysen ikke nogen signifikante hovedeffekter eller interaktioner mellem faktorer (p > 0.05). Med andre ord viste YA- og OA-deltagerne en sammenlignelig latensforøgelse med stigende modelkompleksitet (YA = 167.4 ± 18.8%; OA = 163.9 ± 43.0%; Figur 3). Dette resultat tyder på, at de rumlige evner, der kræves for at gennemføre denne nye visuomotoriske opgave, blev udfordret på samme måde hos mandlige og kvindelige deltagere, og at disse rumlige evner desuden syntes at blive bevaret med alderen.

Håndbrug

Unge og ældre voksne

Analysen afslørede en signifikant hovedeffekt af kompleksitet (F(1,40) = 5.12, p = 0.029, ES = 0.113), hvilket indikerer, at deltagerne brugte deres højre hånd mere under konstruktionen af 2D-modellerne sammenlignet med 3D-modellerne (2D = 75.5 ± 15.5 %, 3D = 72.0 ± 15.1 %). Brugen af hånden blev også påvirket af rækkefølgen af modelpræsentationen (F(3,120) = 12,4, p < 0,001, ES = 0,236), idet deltagernes brug af højre hånd varierede mellem 80 og 68 % mellem konstruktionen af model 1 og model 4 (model 1 = 80,2 ± 15,6 %, model 2 = 68,0 ± 19,7 %, model 3 = 76,4 ± 18,1 %, model 4 = 70,4 ± 18,0 %). Interaktionen mellem model og gruppe var også signifikant (F(3,120) = 38,0, p < 0,001, ES = 0,386). Post hoc parvise sammenligninger opnåede ikke signifikans for YA-gruppen. OA-gruppen brugte dog deres højre hånd signifikant mere ved konstruktionen af model 1 sammenlignet med: Model 2 (t(20) = 5,02, p < 0,001; Model 1 = 88,2 ± 12,8 %, Model 2 = 66,0 ± 21,3 %) og Model 4 (t(20) = 4,18, p = 0,001; Model 4 = 71,0 ± 20,6 %). De brugte også deres højre hånd betydeligt mere ved konstruktionen af Model 3 sammenlignet med: Model 2 (t(20) = 5,00, p < 0,001; Model 3 = 86,9 ± 15,1 %) og Model 4 (t(20) = 4,179, p = 0,001). Gruppe og køn havde ikke differentiel indflydelse på den gennemsnitlige brug af højre hånd (p > 0,05).

Diskussion

Denne undersøgelse udviklede et nyt vurderingsværktøj til visuospatiale evner i det visuomotoriske domæne. Så vidt vi ved, er dette den første undersøgelse, der beskriver og vurderer en interaktiv visuomotorisk opgave, der udfordrer både rumlig visualisering og mentale rotationsevner. Opgaven krævede, at deltagerne kopierede komplekse modeller ved at finde og vælge byggeklodser, der varierer i egenskaber såsom form, farve og størrelse, fra en række klodser. Undersøgelsen viste, at tiden til at færdiggøre hver model faldt i begge rumlige kompleksitetsbetingelser med opbygningen af på hinanden følgende modeller for begge deltagergrupper. Dette fald i tid tyder på, at de visuospatiale søgekrav i opgaven naturligt blev reduceret, efterhånden som blokke (og dermed “distraktorer”) blev fjernet fra arbejdsområdet og indarbejdet i modellerne. Det bekræftes, at den rumlige kompleksitet af modellerne var forskellig fra tilstand til tilstand, idet begge deltagergrupper tog længere tid om at færdiggøre modellerne i den mere rumligt komplekse (3D) tilstand. Da 2D- og 3D-modellerne bestod af det samme antal identiske blokke, afspejler forskellen i tid sandsynligvis den øgede rumlige kompleksitet i 3D-modellerne. Desuden, fordi manipulationen var i den dimensionelle sammensætning af modellerne, var tidsforskellen mellem betingelserne vedvarende gennem alle fire modeller.

Et vigtigt resultat af den aktuelle undersøgelse var, at de rumlige evner er bevaret hos OA-deltagerne. Sammenlignet med YA viste OA-deltagerne langsommere forsøgstider på tværs af eksperimentelle betingelser. Dette skyldes sandsynligvis forskelle i fortrolighed med opgaven (man kunne argumentere for, at unge voksne har haft mere erfaring med at “lege” med LEGO end ældre voksne) og i aldersrelateret nedgang i perceptuel og motorisk hastighed (f.eks. Goggin og Meeuwsen, 1992; Chaput og Proteau, 1996). Når data blev normaliseret og udtrykt som procentdel af den mindre krævende visuospatiale opgave (2D-modeller) opførte YA- og OA-deltagere sig imidlertid på samme måde. Med andre ord var den proportionelle stigning i opgavens færdiggørelsestider fra betingelserne med lav til høj visuospatial kompleksitet ikke forskellig mellem YA og OA, hvilket tyder på, at de specifikke visuospatiale evner, der udfordres af den udviklede opgave, rent faktisk er bevaret i ældre alder. Dette er et vigtigt resultat, fordi det fortsat er uklart, hvilke visuospatiale processer der påvirkes af alder, og hvilke der er skånet (for en gennemgang, se Iachini et al., 2009; Klencklen et al., 2012). For eksempel har nogle undersøgelser vist et aldersrelateret fald i evnen til mentalt at rotere visuelle billeder, i evnen til at genfinde spatiotemporale sekvenser og i visuospatial billeddannelse (Berg et al., 1982; Craik og Dirkx, 1992; Iachini et al., 2005; Ruggiero et al., 2008). Andre undersøgelser har vist, at de rumlige evner er bevaret hos ældre (Cherry og Park, 1993; Parkin et al., 1995; Yamamoto og Degirolamo, 2012). For eksempel bad Yamamoto og Degirolamo (2012) unge og ældre deltagere om at lære landmærkeplaceringer i virtuelle miljøer enten ved at navigere i dem i førstepersons-perspektivet eller ved at se luftbilleder af miljøerne. Den rumlige indlæringspræstation var mindre præcis for seniorerne, når de navigerede i førstepersonsperspektivet, men lige præcis for de unge voksne, når de navigerede ved hjælp af luftperspektivet. Disse undersøgelser og resultaterne af den aktuelle undersøgelse tyder stærkt på, at konsekvenserne af aldring for den rumlige kognition er forskellige afhængigt af den type rumlig proces, der udfordres. Da den opgave, der blev anvendt i denne undersøgelse, ligner dagligdags handlinger (dvs. at række ud efter og gribe efter genstande), bidrager den aktuelle undersøgelse også til de beviser, der viser et mindre stejlt (eller et fravær af) fald i rumlige evner i velkendte økologisk relevante rumlige opgaver sammenlignet med abstrakte laboratorieprøver (De Beni et al, 2006; Iachini et al., 2009).

Flere undersøgelser har vist, at mænd klarer sig bedre i opgaver, der involverer mental rotation, 3D-figurer og rumlig perception (McGlone og Davidson, 1973; Linn og Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). De forskellige niveauer af visuospatial kompleksitet, der blev anvendt i de foreliggende opgaver, var tilstrækkelige til at frembringe de kønsforskelle, som tidligere var blevet vurderet ved hjælp af papir-og-blyantest og computerbaserede kromomiske test (f.eks. Linn og Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). I det aktuelle eksperiment udførte de unge mandlige deltagere opgaverne betydeligt hurtigere end de unge kvindelige deltagere. Forvirrende nok blev den kønsforskel, der var til stede hos YA-deltagerne, ikke observeret i OA. Dette var uventet, da nogle undersøgelser har rapporteret, at kønsrelaterede præstationsforskelle i visuospatiale opgaver er til stede hos ældre mennesker (Berg et al., 1982; Willis og Schaie, 1989; Jansen og Heil, 2010). De undersøgelser, der rapporterer om tilstedeværelsen af præstationsrelaterede kønsforskelle hos ældre voksne, har imidlertid anvendt standard papir-og-blyantest. I modsætning hertil krævede den udviklede opgave, at deltagerne skulle interagere med stimuli, mentalt rotere byggeklodserne, inden de greb dem, og orientere klodsen korrekt for at tilføje den til den 3D-model, der blev sat sammen. Det er sandsynligt, at den nye interaktive karakter af vores opgave er ansvarlig for uoverensstemmelsen mellem vores undersøgelse og tidligere undersøgelser, der har vurderet rumlige evner i OA. Selv om det også fortsat er muligt, at de konstaterede kønsforskelle er et resultat af, at de unge mandlige deltagere har mere erfaring med at “lege” med byggeklodser end de unge kvindelige deltagere, en forskel, der sandsynligvis vil forsvinde med alderen, synes det usandsynligt, at dette er den altoverskyggende bidragende faktor. Da de unge mænd og kvinder fik forelagt et spørgeskema om deres komfort ved at manipulere LEGO® klodser, var der ingen forskelle mellem de unge mandlige og kvindelige deltageres svar. Det er også muligt at spekulere i, at kønsteroidniveauer, som ifølge teorien bidrager til kønsforskelle i rumlige evner (gennemgået af Hampson, 1995; Martin et al., 2007 for gennemgang), spillede en rolle i vores observerede resultater. Øgede østrogenniveauer er blevet forbundet med fald i visuospatiale evner (Gordon et al., 1986). I modsætning hertil er reducerede niveauer af gonadotropinhormoner, der er ansvarlige for produktion af østrogen, forbundet med overlegne visuospatiale evner (Gordon et al., 1986). Da de ældre kvinder i vores undersøgelse var postmenopausale og ikke modtog østrogenhormonerstatning, er det muligt, at de nedsatte østrogenniveauer hos disse kvinder bidrog til manglen på kønsforskelle.

I den aktuelle undersøgelse demonstrerede deltagerne en stærk højrehåndspræference, når de fik mulighed for at bruge begge hænder til at gribe. Dette resultat er i overensstemmelse med tidligere forskning fra vores laboratorium (Gonzalez et al., 2007; Stone et al., 2013) og forslaget om venstre hemisfære specialisering til visuelt styrede handlinger (Goodale, 1988; Gonzalez et al., 2006, 2007; Serrien et al., 2006). Interessant nok blev højrehåndsbrug differentielt påvirket af opgavens rumlige kompleksitet, med højrehåndsbrug faldende med stigende mentale rotationskrav. Dette resultat er i overensstemmelse med den almindeligt udbredte opfattelse (Corballis og Sergent, 1989; Ditunno og Mann, 1990), at mental rotation primært er en specialisering af højre hjernehalvdel. Selv om dette resultat blev set i den samlede ANOVA (YA og OA), syntes det at være mere specifikt for OA. Måske er brugen af hånden hos ældre voksne mere formbar som reaktion på opgavens krav, især hvad angår rumlige krav. Der er behov for yderligere undersøgelser for at fastslå, om mental rotation og/eller rumlig visualiseringsevne påvirker håndbrug hos både unge og ældre voksne.

Endeligt er det værd at nævne, at selv om den opgave, der er udviklet i denne undersøgelse, har mange fællestræk med de standardiserede rumlige tests, er den unik, fordi den indeholder den virkelige interaktion med at række ud efter, gribe fat i og samle objekter i omgivelserne. Hver dag er vi nødt til at røre ved og gribe fat i ting omkring os. Vi er nødt til at stole på disse visuospatiale evner for at kunne påvirke vores omgivelser aktivt. Da den udviklede opgave kan ændres gennem manipulation af blokstørrelse og modelkonfiguration, er opgaven velegnet til vurdering af visuospatiale evner hos børn (Sacrey et al., 2012), unge og ældre voksne (Gonzalez et al., 2014) og sandsynligvis patologiske populationer (f.eks. personer med Parkinsons sygdom eller personer med visuospatial neglect, forskning i gang). Interessant nok tyder forskning i stigende grad på, at rumlige evner er formbare og kan trænes. Denne fleksibilitet giver mulighed for at designe trænings- eller rehabiliteringsstrategier, som kan gennemføres for at minimere identificerede forskelle eller forringelser i rumlige præstationer, uanset om disse forskelle er en konsekvens af køn eller andre identificerede påvirkninger af rumlig kognition såsom socioøkonomisk status (Levine et al., 2005; Hackman og Farah, 2009), aldring (Klencklen et al., 2012) eller neurologiske lidelser (Vallar, 2007; Possin, 2010).

Sammenfattende har den foreliggende undersøgelse udviklet et nyt værktøj til at vurdere visuospatiale evner. Ældre voksne udførte konsekvent den visuomotoriske opgave langsommere end de yngre deltagere, men deres præstationer var imidlertid sammenlignelige, når resultaterne blev udtrykt som en funktion af opgavens krav procentvis ændring. Det er vigtigt, fordi de visuomotoriske krav i opgaven var ensartede mellem betingelserne, at forskellen i tiden til at gennemføre opgaverne skyldtes manipulationen af visuospatial kompleksitet. Den præsenterede opgave ville være velegnet til undersøgelser af visuospatiale funktioner i det visuomotoriske domæne, især med hensyn til køn og/eller udvikling og patologi.

Interessekonflikterklæring

Forfatterne erklærer, at forskningen blev udført uden kommercielle eller finansielle relationer, der kunne opfattes som en potentiel interessekonflikt.

Akkreditering

Dette arbejde blev støttet af Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (Grant-nummer: 40314). Finansieringsgiverne havde ingen rolle i undersøgelsesdesign, dataindsamling og analyse, beslutning om at offentliggøre eller udarbejdelse af manuskriptet.