Frontiers in Aging Neuroscience

Introduktion

Spatiella förmågor är avgörande för funktionellt oberoende. De gör det möjligt för oss att lokalisera mål i rummet, visuellt uppfatta objekt och förstå de två- och tredimensionella (2D och 3D) rumsliga relationerna mellan objekt och vår omgivning. Dessa förmågor gör det möjligt för oss att på ett säkert sätt navigera i vår miljö genom att korrekt bedöma riktning och avstånd. Rumslig förmåga är inte en enhetlig funktion, utan kan snarare delas in i ett antal olika kategorier som vanligen klassificeras som rumslig visualisering, rumslig uppfattning och mental rotation. Rumslig visualisering har definierats som förmågan att mentalt manipulera komplex rumslig information när flera steg är nödvändiga för att framgångsrikt slutföra en rumslig uppgift (Linn och Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Ett exempel på en uppgift som skulle kunna innefatta förmågan till spatial visualisering är att ordna föremål så att de får plats i en resväska. Rumslig uppfattning är förmågan att korrekt fastställa rumsliga relationer med avseende på ens orientering trots förekomsten av distraherande information (Linn och Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Förmågan till rumslig uppfattning används när man ska slå sig in i den rörliga trafiken på en trafikerad motorväg. Föraren måste avgöra om bilen kommer att passa in i luckan i trafiken samtidigt som han eller hon ignorerar irrelevanta omgivande fordon på motorvägen. Den tredje kategorin av rumslig förmåga, mental rotation, är förmågan att omvandla orienteringen av en mental representation av ett objekt i 2D- eller 3D-rummet (Linn och Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Mental rotationsförmåga används ofta under hela dagen, till exempel när man kammar sitt hår eller sminkar sig i spegeln. Det finns många standardiserade spatiala testbatterier som har utvecklats för att mäta hur deltagare löser spatiala uppgifter. Exempel på vanligt förekommande uppgifter som används för att mäta rumslig visualiseringsförmåga är Paper Form Board (Likert och Quasha, 1941), där deltagarna måste identifiera hur en utvikt form skulle se ut när den är hopvikt, och Identical Block Test (Stafford, 1961), där deltagarna identifierar block från en matris som matchar ett referensblock med tanke på ett antal ledtrådar på blockens ansikten. Två standardiserade test som används för att bedöma den rumsliga uppfattningen är Rod-and-Frame Test (Witkin och Asch, 1948), där deltagarna ska identifiera horisontella eller vertikala linjer som presenteras i en roterad fyrkantig ram, och Water Level Test (Piaget och Inhelder, 1956), där deltagarna anger vattenlinjens orientering i bilden av en vinklad behållare. Slutligen har många rumsliga tester utvecklats för att testa mental rotation. Det test som oftast används är Mental Rotation Test (Vandenburg och Kuse, 1978), en variant av det ursprungliga testet som utvecklades av Shepard och Metzler (1971). Detta test kräver att deltagarna ska avgöra om par av objekt som har roterats i djupled i förhållande till varandra är identiska eller spegelbilder. Trots att de spatiala testerna är grupperade i de tre allmänna kategorierna spatial visualisering, spatial perception och mental rotation kräver dock lösningen av uppgifterna i ett enskilt test vanligtvis att man använder sig av flera spatiala processer. Till exempel innehåller tester som tilldelats kategorin rumslig visualisering (dvs. Paper Form Board-uppgift, Identical Block Test) sannolikt inslag av mental rotation och rumslig perception.

Vår kunskap om hur människor interagerar med sin rumsliga miljö har till stor del baserats på studier som har använt sig av standardiserade psykometriska tester med papper och penna, datorbaserade kronometriska tester (Linn och Petersen, 1985; Voyer m.fl, 1995) och på senare tid tester i uppslukande 3D-miljöer (Parsons et al., 2004; Tsirlin et al., 2009). Även om dessa studier är avgörande för vår förståelse av rumslig kognition är de låga visuomotoriska kraven i de 2D-uppgifter som används ofta inte representativa för de fysiska interaktioner som vi har med objekt i vår dagliga miljö. Dessutom är många av de standardiserade testerna på grund av sin komplexitet inte lämpliga för små barn, äldre och patientpopulationer.

Vi har utvecklat en ny visuomotorisk uppgift med varianter som är lämpliga för olika rumsliga förmågor från barn så unga som 3 år (Sacrey et al., 2012) till hög ålder (Gonzalez et al., 2014) samt patientpopulationer (opublicerat). Uppgiften kräver att deltagarna lokaliserar, sträcker sig efter, tar tag i och manipulerar lämpliga byggklossar från en uppsättning klossar för att reproducera en 3D-modell. Uppgiften kombinerar de tre huvudkategorierna av rumsliga förmågor: mental rotation, rumslig visualisering och rumslig uppfattning. Den mentala rotationsförmågan utmanas genom att avgöra om 3D-klossar i arbetsområdet kan roteras för att matcha orienteringen av byggklossar i provmodellen oberoende av deras orientering. Dessutom används förmågan till rumslig visualisering för att identifiera det specifika block som matchar ett byggblock i provmodellen från en rad alternativ (som kan skilja sig åt genom färg, form och/eller storlek; här kallas visuospatial sökning). Förmåga till rumslig uppfattning är också nödvändig under större delen av uppgiften när deltagaren identifierar det korrekta byggblocket bland en rad distraktorer. Denna uppgift, som liknar de standardiserade pappers- och penna-testerna och de datorbaserade testerna, gör det möjligt att manipulera nivån av visuospatial komplexitet samtidigt som de visuomotoriska kraven för uppgiften hålls konstanta. Till skillnad från dessa standardiserade tester är de visuomotoriska kraven i vår uppgift omfattande och motsvarar kraven i vardagliga uppgifter. Den utvecklade uppgiften kommer att göra det möjligt att studera rumslig kognition i den visuomotoriska domänen och bidra med värdefull kunskap till vår nuvarande förståelse av rumsliga interaktioner i verkliga scenarier.

Den aktuella studien fastställde genomförbarheten av att använda en reach-to-grasp-uppgift för att bedöma visuospatial och visuomotorisk funktion hos manliga och kvinnliga yngre (18-25 år) och äldre (60-82 år) vuxna. Såvitt vi vet är detta den första studien som använder en visuomotorisk uppgift som kombinerar aspekter av rumslig visualisering (visuospatial sökning) och mental rotation. I detta experiment var kraven på visuospatial sökning konsekventa, men den rumsliga komplexiteten hos de modeller som skulle replikeras moduleras mellan två villkor. I villkoret med låg rumslig komplexitet var positionen, egenskaperna (dvs. färg och storlek) och orienteringen för varje byggblock i den modell som skulle replikeras synliga från ett enda synplan och modellerna hade en ”platt” konfiguration. I det högkomplexa läget hade modellen en 3D-konfiguration och behövde roteras för att säkerställa att varje byggnadsblock i modellen valdes och placerades korrekt. Uppgiftens motoriska krav (t.ex. att sträcka sig efter och gripa tag i byggblocken) var desamma i båda förhållandena.

Den totala tid det tog att replikera varje modell och handpreferensen för varje grepp registrerades. Med tanke på den rapporterade nedgången i flera mått på kognitiv funktion med stigande ålder (Blanchard-Fields och Hess, 1996; Gabrowski och Mason, 2014), liksom den åldersrelaterade försämring som observerats i rumslig visualisering (Hertzog, 1989; Salthouse, 1990; Borella m.fl., 2014) och mental rotation (Willis och Schaie, 1989; Jansen och Heil, 2010; Borella m.fl., 2014) förmågor förutspådde vi en åldersrelaterad nedgång i uppgiftens prestanda. Vidare, i enlighet med den litteratur som rapporterar överlägsna prestationer för män jämfört med kvinnor på tester av mental rotation (McGlone och Davidson, 1973; Linn och Petersen, 1985; Voyer et al, 1995; Sherwin, 2003), förutspådde vi att könsskillnader skulle uppstå, med män som konsekvent uppvisar en prestationsfördel.

Material och metoder

Deltagare

Tjugofyra självdeklarerade högerhänta unga vuxna (YA; 12 män; 18-25 år) och 20 självdeklarerade högerhänta äldre vuxna (OA; 10 män; 60-81 år) rekryterades från universitetskretsen för att delta i denna studie. Studien genomfördes med godkännande från University of Lethbridge Human Subject Research Committee. Alla deltagare var naiva i fråga om studiens syfte och gav skriftligt informerat samtycke innan studien påbörjades.

Procedurer

Deltagarna satt bekvämt centralt framför ett bord med en höjd på 0,74 m och en arbetsyta på 0,70 m x 1,22 m. Deltagarna instruerades att replikera två serier av fyra modeller. Därefter besvarade deltagarna en modifierad version av frågeformulären Edinburgh (Oldfield, 1971) och Waterloo (Brown et al., 2006) om handedness (se Stone et al., 2013 för en fullständig beskrivning av det modifierade frågeformuläret). Kvinnliga äldre vuxna deltagare tillfrågades om de använde hormonersättningsterapi för att fastställa om cirkulerande könshormonnivåer sannolikt skulle skilja sig avsevärt inom gruppen.

Fyrtioåtta unika byggklossar (LEGO®) fördelades pseudo slumpmässigt på bordsskivan medan deltagarna var vända bort från bordet. En remsa med genomskinlig tejp användes för att dela arbetsytan på mitten, och 24 klossar fördelades på vänster och höger sida (figur 1A). Varje försök inleddes med att deltagarna inspekterade en modell i 12 delar som de skulle replikera. Efter inspektionen placerade försöksledaren modellen i det närmaste högra eller vänstra hörnet av bordet (motvikt mellan försöken). Det har visats att modellens placering på bordet inte påverkar handanvändningen (Stone et al., 2013). För varje försök fick deltagarna instruktionerna att ”replikera modellen så snabbt och så noggrant som möjligt med hjälp av de bitar som finns på bordet”. Inga ytterligare instruktioner gavs till deltagarna. Deltagarna var fria att manipulera och rotera den modell som skulle replikeras under konstruktionen. Efter replikering av modellen togs båda modellerna bort och en annan modell som skulle replikeras tillhandahölls. Byggklossarna byttes inte ut mellan försöken. Samma uppsättning av 48 unika byggklossar användes för varje uppsättning av fyra modeller med 12 delar i detta experiment (figur 1A). De två serierna av LEGO®-modeller skiljde sig åt med avseende på deras rumsliga komplexitet. I villkoret med lågt rumsligt krav (2D) var byggklossarna i den modell som skulle replikeras i en ”platt” konfiguration (figur 1B). Detta gjorde det möjligt för deltagarna att se alla 12 byggklossarnas egenskaper och orientering från ett enda synplan, vilket gjorde att de inte behövde rotera modellen fysiskt (även om deltagarna fortfarande var fria att plocka upp och manipulera den modell som skulle replikeras). I villkoret med höga rumsliga krav (3D) var byggblocken (samma som de som användes för 2D-modellerna) i den modell som skulle replikeras inte alla synliga i samma plan (figur 1C). Detta gjorde det nödvändigt att rotera modellen för att möjliggöra en korrekt replikering. Deltagarna byggde fyra på varandra följande modeller i 2D-betingelsen med hjälp av alla 48 block. Deltagarna byggde sedan fyra modeller efter varandra i 3D-tillståndet och använde återigen alla 48 block. Startvillkoret (2D, 3D) var balanserat och modellpresentationsordningen randomiserades mellan deltagarna. Samma åtta modeller användes för alla deltagare.

Databehandling och analys

Den totala tidsåtgången (dvs, latens, s) från det ögonblick då deltagarna lyfte endera handen från bordet för att påbörja en räckning mot byggblocken till den tidpunkt då replikmodellen placerades på bordet (inklusive räckning, grepp, modellmanipulation och modellbygge) registrerades med en Tough Timer® stoppklocka (Sportline Inc.). Uppgiften spelades in med en digital videokamera (JV HD Everio®) som placerades direkt framför deltagarna med fri sikt över arbetsområdet, byggklossarna och deltagarnas händer. Varje grepp poängsattes som ett vänster- eller högerhänt grepp och användningen av höger hand fastställdes som en procentandel av det totala antalet grepp för modellbygge (antal grepp med höger hand/totalt antal grepp × 100).

Effekten av modellens komplexitet och uppgiftens progression på latenstid och handanvändning jämfördes mellan kön och grupp med hjälp av blandade faktoranalyser av varians med upprepade åtgärder (RM ANOVA) med komplexitet (2D, 3D) och modell (1-4) som inom-subjektfaktorer och kön (man, kvinna) och grupp (YA, OA) som mellan-subjektfaktorer. För att möjliggöra en jämförelse av latensförändringar på grund av de mentala rotationskraven och inte motorisk hastighet mellan yngre och äldre vuxna normaliserades 3D-latensdata till 2D-data (*100) och togs in i en trevägs RM ANOVA. Modellnummer (1-4) var en faktor inom ämnet och kön (man, kvinna) och grupp (YA, OA) var faktorer mellan ämnena. När statistisk signifikans fastställdes utfördes lämpliga RM ANOVAs eller parade t-test med bonferronikorrigeringar för multipla jämförelser som användes med de parade t-testen.

Data analyserades med hjälp av SPSS Statistics 18.0 för Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Statistisk signifikans fastställdes till 0,05. Effektstorlek (ES) rapporterades som η2-värden.

Resultat

Alla data var normalfördelade och bröt inte mot antagandena om varianshomogenitet. Därför användes parametrisk statistik för att analysera beteendedata. Data presenteras som medelvärden och standardavvikelser.

Alla deltagare självrapporterade att de var högerhänta; denna information bekräftades med hjälp av frågeformuläret om handledningsförmåga. Handedness-poängen skiljde sig åt mellan grupperna (F(1,40) = 6,94, p = 0,012, ES = 0,148) med OA som rapporterade högre handedness-poäng än YA-deltagarna (YA = 30,5 ± 6,9; OA = 35,4 ± 4,7). Detta resultat överensstämmer med tidigare rapporter (Gonzalez et al., 2014) om att äldre deltagare tenderar att uppfatta sig själva som mer högerhänta. Poängen för handens betydelse påverkades inte differentiellt av kön (p > 0,05). Åldern skilde sig inte mellan könen (p > 0,05). Alla kvinnliga OA-deltagare rapporterade själva att de inte använde hormonersättningsterapi.

Latency

Unga och äldre vuxna

Analysen avslöjade en signifikant huvudeffekt av komplexitet (F(1,40) = 112, p < 0.001, ES = 0,737; figur 2A), vilket tyder på att deltagarna konstruerade 2D-modellerna betydligt snabbare än 3D-modellerna (2D = 62,4 ± 33,4 s, 3D = 101,5 ± 52,5 s). Latency påverkades också av ordningen för modellpresentationen (F(3,120) = 19,0, p < 0,001, ES = 0,322) med tidigare försök som avslutades långsammare än senare försök (modell 1 = 97,8 ± 54,5 s, modell 4 = 69,7 ± 35,4 s), vilket tyder på att den inneboende visuospatiala sökning som är förknippad med uppgiften naturligt minskar med uppgiftens framskridande, eftersom det återstår färre block på arbetsplatsen och därmed färre ”distraktionsblock”, vilket gör det möjligt för deltagarna att lättare identifiera det lämpliga blocket. Interaktionen mellan modell och grupp uppnådde också signifikans (F(3,120) = 6,90, p < 0,001, ES = 0,147). Post hoc-jämförelser visade att det fanns en signifikant minskning av latensen för modellkonstruktion från modell 1 till modell 3 för båda grupperna, där YA (t(23) = 4,77, p < 0,001) och OA (t(19) = 4,74, p < 0,001) uppvisade en minskning av latensen med 8,8 s respektive 40,3 s. På samma sätt minskade latensen signifikant från konstruktion av modell 1 till modell 4 för båda grupperna, där YA (t(23) = 4,23, p < 0,001) uppvisade en minskning med 12,0 s och OA (t(19) = 4,39, p < 0,001) uppvisade en minskning med 47,4 s. Interaktionerna mellan komplexitet efter modell och komplexitet efter modell och grupp var inte signifikanta (p > 0,05). En signifikant huvudeffekt av grupp (F(1,40) = 46,7, p < 0,001, ES = 0,539; figur 2A) visade att YA slutförde försöken betydligt snabbare än OA (YA = 54,5 ± 10,4 s, OA = 114,8 ± 41,5 s). Interaktionen mellan komplexitet och grupp var också signifikant (F(1,40) = 11,2, p = 0,002, ES = 0,220; figur 2A). Post hoc-parvisa jämförelser tydde på att det fanns en ökning av latensen från 2D- till 3D-modellkonstruktion för båda grupperna, där YA (t(23) = 15,4, p < 0,001) och OA (t(19) = 6,704, p < 0,001) uppvisade en ökning av latensen med 27,5 respektive 52,9 sekunder. Könet påverkade inte den genomsnittliga latensen på olika sätt (p > 0,05).

För att närmare undersöka effekten av modellens komplexitet och uppgiftens progression på latensen genomfördes separata trevägs RM ANOVA för varje grupp (YA, OA) där komplexitet (2D, 3D) och modell (1-4) behandlades som inom-subjektfaktorer och kön (manligt, kvinnligt) var en mellan-subjektfaktor.

Unga vuxna

Analysen bekräftade att YA slutförde 2D-modellerna snabbare än 3D-modellerna (F(1,22) = 274, p < 0,001, ES = 0,926; 2D = 40,8 ± 7,4 s, 3D = 68,3 ± 14,2 s; figur 2B). Latencyerna påverkades också av ordningen för modellpresentationen (F(3,66) = 6,97, p < 0,001, ES = 0,241), där tidigare försök slutfördes långsammare än senare försök (modell 1 = 60,6 ± 14,2 s, modell 4 = 48,6 ± 13,3 s). En signifikant huvudeffekt av kön (F(1,22) = 4,38, p = 0,048, ES = 0,166; figur 2B) visade att de manliga deltagarna slutförde uppgiften snabbare än de kvinnliga deltagarna (män = 50,4 ± 10,5 s, kvinnor = 58,7 ± 9,0 s). Slutligen visade en signifikant interaktion mellan komplexitet och kön (F(1,22) = 4,75, p = 0,040, ES = 0,177; figur 2B) att latensen skiljde sig mellan manliga och kvinnliga deltagare beroende på om de replikerade 2D- eller 3D-modellerna. Post hoc-parvisa jämförelser nådde dock inte upp till signifikans (p > 0,05), där männen konstruerade modellerna betydligt snabbare än kvinnorna i båda komplexitetsförhållandena. När YA-deltagarna ombads fylla i ett frågeformulär om hur bekväma de var med att hantera LEGO® klossar visade det sig intressant nog att de manliga och kvinnliga deltagarna hade börjat leka med (p > 0,05; män = 4,2 år, kvinnor = 4,1 år) och senast hade använt (p > 0,05; män = 13,4 år, kvinnor = 12,7 år) LEGO® klossar i liknande åldrar. När man bad dem ange hur bekväma de var när de byggde med LEGO® klossar (på en skala från ett till tio, där tio betyder ”extremt bekvämt”) fanns det ingen signifikant skillnad mellan män och kvinnor (p > 0,05; man = 8,9, kvinna = 8,9, kvinna = 8,5).2), vilket tyder på att den manliga prestationsfördelen inte bara var ett resultat av att de manliga deltagarna hade större erfarenhet av att bygga LEGO® modeller.

Äldre vuxna

I likhet med YA-deltagarna slutförde OA 2D-modellerna snabbare än 3D-modellerna (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). Dessutom påverkades färdigställningstiderna av ordningen för modellpresentationen (F(3,54) = 11,6, p < 0,001, ES = 0,392), där tidiga modeller konstruerades långsammare än senare modeller (modell 1 = 142,4 ± 51,4 s, modell 4 = 95,0 ± 37,2 s). I motsats till YA var dock latenstiderna konsekventa mellan könen för OA (p > 0,05). Vidare påverkade kön inte latenstiderna differentiellt beroende på modell eller komplexitet (p > 0,05).

Procentuell förändring

När data normaliserades för att ytterligare undersöka effekterna av uppgiftens mentala rotationskrav visade analysen inga signifikanta huvudeffekter eller interaktioner mellan faktorer (p > 0,05). Med andra ord uppvisade YA- och OA-deltagarna en jämförbar latensökning med ökande modellkomplexitet (YA = 167,4 ± 18,8 %; OA = 163,9 ± 43,0 %; figur 3). Detta resultat tyder på att de rumsliga förmågor som krävs för att genomföra denna nya visuomotoriska uppgift utmanades på liknande sätt hos manliga och kvinnliga deltagare, och att dessa rumsliga förmågor dessutom verkade bevaras med åldern.

Handanvändning

Unga och äldre vuxna

Analysen avslöjade en signifikant huvudeffekt av komplexitet (F(1,40) = 5,12, p = 0,029, ES = 0,113), vilket indikerar att deltagarna använde sin högra hand mer under konstruktionen av 2D-modellerna jämfört med 3D-modellerna (2D = 75,5 ± 15,5 %, 3D = 72,0 ± 15,1 %). Handanvändningen påverkades också av ordningen för presentationen av modellerna (F(3,120) = 12,4, p < 0,001, ES = 0,236) där deltagarnas användning av höger hand varierade mellan 80 och 68 % mellan konstruktionen av modell 1 och modell 4 (modell 1 = 80,2 ± 15,6 %, modell 2 = 68,0 ± 19,7 %, modell 3 = 76,4 ± 18,1 %, modell 4 = 70,4 ± 18,0 %). Interaktionen mellan modell och grupp var också signifikant (F(3,120) = 38,0, p < 0,001, ES = 0,386). Post hoc-parvisa jämförelser uppnådde inte signifikans för YA-gruppen. OA-gruppen använde dock sin högra hand betydligt mer när de konstruerade modell 1 jämfört med: Modell 2 (t(20) = 5,02, p < 0,001; Modell 1 = 88,2 ± 12,8 %, Modell 2 = 66,0 ± 21,3 %) och Modell 4 (t(20) = 4,18, p = 0,001; Modell 4 = 71,0 ± 20,6 %). De använde också sin högra hand betydligt mer när de konstruerade modell 3 jämfört med: Modell 2 (t(20) = 5,00, p < 0,001; Modell 3 = 86,9 ± 15,1 %) och Modell 4 (t(20) = 4,179, p = 0,001). Grupp och kön påverkade inte den genomsnittliga användningen av höger hand på ett differentiellt sätt (p > 0,05).

Diskussion

Denna studie utvecklade ett nytt bedömningsverktyg för visuospatiala förmågor i den visuomotoriska domänen. Såvitt vi vet är detta den första studien som beskriver och bedömer en interaktiv visuomotorisk uppgift som utmanar både rumslig visualisering och mental rotationsförmåga. Uppgiften krävde att deltagarna replikerade komplexa modeller genom att lokalisera och välja byggklossar som varierar i egenskaper som form, färg och storlek från en rad klossar. I studien konstaterades att tiden för att färdigställa varje modell minskade i båda de spatiala komplexitetsförhållandena med byggandet av på varandra följande modeller för båda deltagargrupperna. Denna minskning av tiden tyder på att de visuospatiala sökkraven för uppgiften naturligt minskade i takt med att klossar (och därmed ”distraktorer”) avlägsnades från arbetsområdet och införlivades i modellerna. Det bekräftas att modellernas rumsliga komplexitet skiljde sig åt mellan förhållandena: båda deltagargrupperna tog längre tid på sig för att färdigställa modellerna i det mer rumsligt komplexa (3D) villkoret. Eftersom 2D- och 3D-modellerna bestod av samma antal identiska block återspeglar skillnaden i tid sannolikt 3D-modellernas ökade rumsliga komplexitet. Eftersom manipuleringen skedde i modellernas dimensionella sammansättning kvarstod dessutom tidsskillnaden mellan förhållandena genom alla fyra modellerna.

Ett viktigt resultat av den aktuella undersökningen var att rumsliga förmågor bevaras hos OA-deltagarna. Jämfört med YA uppvisade OA-deltagarna långsammare försöktider i alla experimentella förhållanden. Detta beror sannolikt på skillnader i förtrogenhet med uppgiften (man skulle kunna hävda att unga vuxna har haft mer erfarenhet av att ”leka” med LEGO än äldre vuxna) och på åldersrelaterad nedgång i perceptuell och motorisk snabbhet (t.ex. Goggin och Meeuwsen, 1992; Chaput och Proteau, 1996). När data normaliserades och uttrycktes i procent av den mindre krävande visuospatiala uppgiften (2D-modeller) uppträdde dock YA- och OA-deltagarna på samma sätt. Med andra ord skiljde sig inte den proportionella ökningen av tiden för att slutföra uppgiften från förhållandena med låg till hög visuospatial komplexitet mellan YA och OA, vilket tyder på att de specifika visuospatiala förmågor som utmanas av den utvecklade uppgiften faktiskt är bevarade i högre ålder. Detta är ett viktigt resultat eftersom det fortfarande är oklart vilka visuospatiala processer som påverkas av åldern och vilka som sparas (för en översikt, se Iachini et al., 2009; Klencklen et al., 2012). Vissa studier har till exempel visat en åldersrelaterad nedgång i förmågan att mentalt rotera visuella bilder, i förmågan att hämta spatiotemporala sekvenser och i visuospatiala bilder (Berg et al., 1982; Craik och Dirkx, 1992; Iachini et al., 2005; Ruggiero et al., 2008). Andra studier har visat på bevarade spatiala förmågor hos äldre (Cherry och Park, 1993; Parkin et al., 1995; Yamamoto och Degirolamo, 2012). Yamamoto och Degirolamo (2012) bad till exempel unga och äldre deltagare att lära sig landmärkesplatser i virtuella miljöer antingen genom att navigera i dem i förstapersonsperspektivet eller genom att se flygbilder av miljöerna. Den rumsliga inlärningsprestationen var mindre exakt för seniorerna när de navigerade i förstapersonsperspektivet, men lika exakt för de unga vuxna när de navigerade med hjälp av flygvyn. Dessa studier och resultaten av den aktuella undersökningen tyder starkt på att konsekvenserna av åldrande i rumslig kognition är olika beroende på vilken typ av rumslig process som utmanas. Eftersom den uppgift som användes i den aktuella studien liknar vardagliga handlingar (dvs. att sträcka ut och gripa efter föremål) bidrar den aktuella undersökningen också till de bevis som visar på en mindre brant (eller avsaknad av) nedgång i rumsliga förmågor i välbekanta ekologiskt relevanta rumsliga uppgifter jämfört med abstrakta laboratorietester (De Beni et al, 2006; Iachini et al., 2009).

Flera studier har visat att män presterar bättre i uppgifter som involverar mental rotation, 3D-figurer och rumslig uppfattning (McGlone och Davidson, 1973; Linn och Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). De olika nivåerna av visuospatial komplexitet som användes i de aktuella uppgifterna var tillräckliga för att ge upphov till de könsskillnader som tidigare har bedömts med hjälp av pappers- och penntest och datorbaserade kromomtester (t.ex. Linn och Petersen, 1985; Voyer m.fl., 1995; Sherwin, 2003). I det aktuella experimentet utförde de unga manliga deltagarna uppgifterna betydligt snabbare än de unga kvinnliga deltagarna. Det är förbryllande att den könsskillnad som fanns hos YA-deltagarna inte observerades hos OA. Detta var oväntat, eftersom vissa studier har rapporterat att könsrelaterade prestationsskillnader i visuospatiala uppgifter förekommer hos äldre personer (Berg et al., 1982; Willis och Schaie, 1989; Jansen och Heil, 2010). De studier som rapporterar förekomsten av prestationsrelaterade könsskillnader hos äldre vuxna har dock använt sig av standardtester med papper och penna. Den utvecklade uppgiften krävde däremot att deltagarna skulle interagera med stimuli, mentalt rotera byggklossar innan de tog tag i dem och orientera klossen på lämpligt sätt för att lägga till den i den 3D-modell som monterades. Det är troligt att den nya interaktiva karaktären hos vår uppgift är orsaken till att vår studie inte stämmer överens med tidigare studier som har bedömt rumsliga förmågor hos OA. Även om det också är möjligt att de noterade könsskillnaderna är ett resultat av att de unga manliga deltagarna har mer erfarenhet av att ”leka” med byggklossar än de unga kvinnliga deltagarna, en skillnad som sannolikt skulle försvinna med åldern, verkar det osannolikt att detta är den överordnade bidragande faktorn. När YA fick ett frågeformulär om hur bekvämt det var för dem att hantera LEGO®-klossar fanns det inga skillnader mellan de unga manliga och kvinnliga deltagarnas svar. Det är också möjligt att spekulera i att könssteroidnivåerna, som enligt teorin kan bidra till könsskillnader i spatiala förmågor (se Hampson, 1995; Martin et al., 2007 för en genomgång), spelade en roll för våra observerade resultat. Ökade östrogennivåer har förknippats med minskade visuospatiala förmågor (Gordon et al., 1986). Däremot är minskade nivåer av gonadotropinhormoner, som ansvarar för produktionen av östrogen, förknippade med överlägsna visuospatiala förmågor (Gordon et al., 1986). Eftersom de äldre kvinnorna i vår studie var postmenopausala och inte fick östrogenhormonersättning är det möjligt att de minskade östrogennivåerna hos dessa kvinnor bidrog till avsaknaden av könsskillnader.

I den aktuella studien uppvisade deltagarna en stark högerpreferens när de fick möjlighet att använda båda händerna för att gripa. Detta resultat överensstämmer med tidigare forskning från vårt laboratorium (Gonzalez et al., 2007; Stone et al., 2013) och förslaget om specialisering av vänster hemisfär för visuellt styrda handlingar (Goodale, 1988; Gonzalez et al., 2006, 2007; Serrien et al., 2006). Intressant nog påverkades användningen av höger hand differentiellt av uppgiftens rumsliga komplexitet, där användningen av höger hand minskade med ökande krav på mental rotation. Detta resultat stämmer överens med den allmänt vedertagna uppfattningen (Corballis och Sergent, 1989; Ditunno och Mann, 1990) att mental rotation i första hand är en specialisering av den högra hemisfären. Även om detta resultat sågs i den övergripande ANOVA (YA och OA) verkade det vara mer specifikt för OA. Kanske är handanvändningen hos äldre vuxna mer formbar som svar på krav på uppgifter, särskilt rumsliga krav. Ytterligare undersökningar behövs för att fastställa om mental rotation och/eller rumslig visualiseringsförmåga påverkar handanvändningen hos både unga och äldre vuxna.

Finalt är det värt att nämna att även om uppgiften som utvecklades i den här studien har många gemensamma drag med de standardiserade rumsliga testerna, är den unik, eftersom den innehåller den verkliga interaktionen med att sträcka sig efter, ta tag i och sätta ihop objekt som finns i miljön. Varje dag måste vi röra vid och ta tag i saker omkring oss. Vi måste förlita oss på dessa visuospatiala förmågor för att aktivt kunna påverka vår omgivning. Eftersom den utvecklade uppgiften kan modifieras genom manipulation av blockstorlek och modellkonfiguration är uppgiften lämplig för bedömning av visuospatiala förmågor hos barn (Sacrey et al., 2012), unga och äldre vuxna (Gonzalez et al., 2014) och sannolikt patologiska populationer (t.ex. personer med Parkinsons sjukdom eller personer med visuospatial försummelse, forskning pågår). Intressant nog tyder forskningen alltmer på att rumsliga förmågor är formbara och kan tränas. Denna flexibilitet ger möjlighet att utforma tränings- eller rehabiliteringsstrategier som kan genomföras för att minimera identifierade skillnader eller försämringar i rumslig prestation, oavsett om dessa skillnader är en följd av kön eller andra identifierade influenser på rumslig kognition, t.ex. socioekonomisk status (Levine m.fl., 2005; Hackman och Farah, 2009), åldrande (Klencklen m.fl., 2012) eller neurologiska störningar (Vallar, 2007; Possin, 2010).

Sammanfattningsvis har vi i den här studien utvecklat ett nytt verktyg för att bedöma visuospatiala förmågor. Äldre vuxna utförde genomgående den visuomotoriska uppgiften långsammare än de yngre deltagarna, men deras prestationer var jämförbara när resultaten uttrycktes som en funktion av uppgiftens krav procentuell förändring. Eftersom de visuomotoriska kraven i uppgiften var konsekventa mellan de olika förhållandena är det viktigt att skillnaden i tidsåtgång för att slutföra uppgifterna berodde på manipuleringen av den visuospatiala komplexiteten. Den presenterade uppgiften skulle vara väl lämpad för undersökningar av visuospatial funktion inom det visuomotoriska området, särskilt med avseende på kön och/eller utveckling och patologi.

Intressekonfliktförklaring

Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller ekonomiska relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (Grant number: 40314). Finansiärerna hade ingen roll i studiedesign, datainsamling och analys, beslut om publicering eller utarbetande av manuskriptet.