Frontiers in Aging Neuroscience

Introduction

A térbeli képességek kritikusak a funkcionális függetlenség szempontjából. Lehetővé teszik számunkra a célpontok térbeli lokalizálását, a tárgyak vizuális érzékelését, valamint a tárgyak és a környezetünk közötti két- és háromdimenziós (2D és 3D) térbeli kapcsolatok megértését. Ezek a képességek lehetővé teszik számunkra, hogy az irány és a távolság pontos megítélése révén biztonságosan navigáljunk a környezetünkben. A térbeli képesség nem egy egységes funkció, hanem inkább több különböző kategóriára bontható, amelyeket általában a térbeli vizualizáció, a térbeli észlelés és a mentális forgás kategóriájába sorolnak. A térbeli vizualizációt úgy definiálták, mint a komplex térbeli információk mentális manipulálásának képességét, amikor egy térbeli feladat sikeres elvégzéséhez több lépés szükséges (Linn és Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Egy példa egy olyan feladatra, amely magában foglalhatja a térbeli vizualizációs képességeket, a tárgyak elrendezése úgy, hogy azok beférjenek egy bőröndbe. A térbeli észlelés az a képesség, hogy a tájékozódást zavaró információk jelenléte ellenére is pontosan megállapítsuk a térbeli összefüggéseket (Linn és Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). A térbeli észlelési képességeket akkor használjuk, amikor egy forgalmas autópályán beolvadunk a mozgó forgalomba. A járművezetőnek meg kell határoznia, hogy az autó befér-e a forgalomban lévő résbe, miközben figyelmen kívül hagyja az autópályán lévő irreleváns környező járműveket. A térbeli képességek harmadik kategóriája, a mentális rotáció egy tárgy mentális reprezentációjának orientációját képes átalakítani a 2D vagy 3D térben (Linn és Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). A mentális rotációs képességeket gyakran használjuk a nap folyamán, például amikor a tükörben fésülködünk vagy sminkelünk. Számos standardizált térbeli tesztsorozatot fejlesztettek ki annak mérésére, hogy a résztvevők hogyan oldanak meg térbeli feladatokat. Példák a térbeli vizualizációs képességek mérésére gyakran alkalmazott feladatokra: a Paper Form Board (Likert és Quasha, 1941), amelyben a résztvevőknek azonosítaniuk kell, hogy egy kibontott alakzat hogyan nézne ki összehajtva, és az Identical Block Test (Stafford, 1961), amelyben a résztvevők egy tömbből azonosítják azokat a blokkokat, amelyek egy referenciablokkal megegyeznek, a blokkok arcán lévő számos jel alapján. Két standardizált teszt, amelyet a térbeli észlelés felmérésére használnak, a rúd- és keretes teszt (Witkin és Asch, 1948), amelyben a résztvevőknek egy elforgatott négyzet alakú keretben bemutatott vízszintes vagy függőleges vonalakat kell azonosítaniuk, valamint a vízszint teszt (Piaget és Inhelder, 1956), amelyben a résztvevők egy megdöntött edény képén a vízvonal tájolását jelzik. Végül számos térbeli tesztet fejlesztettek ki a mentális rotáció tesztelésére. A leggyakrabban használt teszt a Mental Rotation Test (Vandenburg és Kuse, 1978), amely a Shepard és Metzler (1971) által kifejlesztett eredeti teszt változata. Ebben a tesztben a résztvevőknek azt kell meghatározniuk, hogy az egymáshoz képest mélységben elforgatott tárgypárok azonosak vagy tükörképek. Annak ellenére azonban, hogy a térbeli tesztek a térbeli vizualizáció, a térbeli észlelés és a mentális forgatás három általános kategóriájába csoportosulnak, a feladatok megoldása egyetlen tesztben jellemzően több térbeli folyamat alkalmazását igényli. Például a térbeli vizualizáció kategóriába sorolt tesztek (pl. papírforma tábla feladat, Azonos blokk teszt) valószínűleg a mentális rotáció és a térérzékelés elemeit is tartalmazzák.

Az arra vonatkozó ismereteink, hogy az ember hogyan lép interakcióba a térbeli környezetével, nagyrészt olyan vizsgálatokon alapulnak, amelyek standard papír-ceruza pszichometriai teszteket, számítógépes kronometriai teszteket (Linn és Petersen, 1985; Voyer et al, 1995), és újabban immersív 3D-s környezetben végzett teszteken (Parsons et al., 2004; Tsirlin et al., 2009). Bár ezek a vizsgálatok döntő fontosságúak a térbeli megismerés megértéséhez, az alkalmazott 2D-s feladatok alacsony vizuomotoros követelményei gyakran nem reprezentálják azokat a fizikai interakciókat, amelyeket a mindennapi környezetünkben lévő tárgyakkal folytatunk. Továbbá, összetettségük miatt számos standardizált teszt nem alkalmas kisgyermekek, idősek és betegpopulációk esetében történő alkalmazásra.

Kifejlesztettünk egy új vizuomotoros feladatot olyan változatokkal, amelyek megfelelnek a térbeli képességek skálájának a 3 éves gyermekektől (Sacrey et al., 2012) az idős korig (Gonzalez et al., 2014), valamint a betegpopulációk számára (nem publikált). A feladat során a résztvevőknek egy 3D-s modell reprodukálása érdekében meg kell találniuk, el kell érniük, meg kell ragadniuk és manipulálniuk a megfelelő építőelemeket egy tömbökből álló tömbsorból. A feladat a térbeli képességek három fő kategóriáját ötvözi: a mentális rotációt, a térbeli vizualizációt és a térérzékelést. A mentális rotációs képességeket annak megállapítása teszi próbára, hogy a munkaterületen lévő 3D blokkok elforgathatók-e úgy, hogy megfeleljenek a mintamodell építőkockáinak orientációjától függetlenül. Ezen túlmenően a térbeli vizualizációs képességeket arra használják, hogy a mintamodellben lévő épülettömbnek megfelelő konkrét blokkot azonosítsák egy sor alternatíva közül (amelyek szín, alak és/vagy méret szerint különbözhetnek; a továbbiakban vizuospatial search). A térbeli észlelési képességekre a feladat nagy részében akkor is szükség van, amikor a résztvevő a helyes építőtömböt azonosítja a disztraktorok tömbje közül. Ez a feladat, hasonlóan a standardizált papír-ceruza és számítógépes tesztekhez, lehetővé teszi a vizuospatikus komplexitás szintjének manipulálását, miközben a feladat vizuomotoros követelményei állandóak maradnak. Ezekkel a standardizált tesztekkel ellentétben azonban a mi feladatunk vizuomotoros követelményei kiterjedtek, és megfelelnek a mindennapi feladatok követelményeinek. A kifejlesztett feladat lehetővé teszi a térbeli megismerés vizsgálatát a vizuomotoros tartományban, értékes ismeretekkel járulva hozzá a térbeli interakciók jelenlegi megértéséhez a valós élethelyzetekben.

A jelenlegi vizsgálatban egy reach-to-grasp feladat megvalósíthatóságát határoztuk meg a vizuospatialis és vizuomotoros funkciók felmérésére fiatalabb (18-25 éves) és idősebb (60-82 éves) férfi és női felnőtteknél. Tudomásunk szerint ez az első olyan vizsgálat, amelyben olyan vizuomotoros feladatot alkalmaztak, amely a térbeli vizualizáció (vizuospatial search) és a mentális rotáció szempontjait kombinálja. Ebben a kísérletben a vizuospatialis keresési követelmények konzisztensek voltak, de a megismételendő modellek térbeli komplexitását a két feltétel között modulálták. Az alacsony térbeli komplexitású feltételben a reprodukálandó modell minden egyes építőelemének pozíciója, tulajdonságai (azaz színe és mérete) és orientációja egyetlen nézetsíkból volt látható, a modellek “lapos” konfigurációjúak voltak. A magas térbeli komplexitású feltételben a modell 3D-s konfigurációval rendelkezett, és el kellett forgatni, hogy a modellben az egyes épülettömbök pontos kiválasztása és elhelyezése biztosított legyen. A feladat motoros igénybevétele (pl. a blokkok elérése és megragadása) mindkét feltételben azonos volt.

Az egyes modellek megismétléséhez szükséges teljes időt és az egyes fogások kézpreferenciáját rögzítettük. Tekintettel a kognitív működés többféle mérőszámának az életkor előrehaladtával jelentett csökkenésére (Blanchard-Fields és Hess, 1996; Gabrowski és Mason, 2014), valamint a térbeli vizualizáció (Hertzog, 1989; Salthouse, 1990; Borella et al., 2014) és a mentális rotáció (Willis és Schaie, 1989; Jansen és Heil, 2010; Borella et al., 2014) képességek életkorral összefüggő romlására, előre jeleztük a feladatteljesítmény életkorral összefüggő csökkenését. Továbbá, összhangban azzal a szakirodalommal, amely a férfiak jobb teljesítményéről számol be a nőkhöz képest a mentális rotációs teszteken (McGlone és Davidson, 1973; Linn és Petersen, 1985; Voyer et al, 1995; Sherwin, 2003), azt jósoltuk, hogy nemi különbségek fognak megjelenni, és a férfiak következetesen teljesítményelőnyt mutatnak.

Anyagok és módszerek

Tagadók

Huszonnégy önbevallás szerint jobbkezes fiatal felnőttet (YA; 12 férfi; 18-25 év) és 20 önbevallás szerint jobbkezes idősebb felnőttet (OA; 10 férfi; 60-81 év) toboroztak az egyetemi közösségből, hogy részt vegyenek a vizsgálatban. A vizsgálatot a Lethbridge-i Egyetem Emberi Alanyok Kutatási Bizottságának jóváhagyásával végezték. Minden résztvevő naiv volt a vizsgálat célját illetően, és a vizsgálat megkezdése előtt írásbeli beleegyezését adta.

Eljárások

A résztvevők kényelmesen, középen ültek egy 0,74 m magas, 0,70 m x 1,22 m-es munkaterületű asztal előtt. A résztvevőket két négy modellből álló sorozat megismétlésére utasították. Ezt követően a résztvevők válaszoltak az Edinburgh (Oldfield, 1971) és a Waterloo (Brown et al., 2006) kézügyességi kérdőívek módosított változatára (a módosított kérdőív teljes leírását lásd Stone et al., 2013). A női idősebb felnőtt résztvevőket megkérdezték, hogy használnak-e hormonpótló terápiát, hogy megállapítsák, hogy a keringő nemi hormonok szintje valószínűleg jelentősen különbözik-e a csoporton belül.

Negyvennyolc egyedi építőkockát (LEGO®) osztottak ki álvéletlenszerűen az asztallapon, miközben a résztvevők az asztaltól elfordítva álltak. Egy átlátszó szalaggal kettéosztották a munkaterületet, és 24 blokkot osztottak el a bal és a jobb oldalon (1A. ábra). Minden próba azzal kezdődött, hogy a résztvevők megvizsgáltak egy 12 darabos modellt, amelyet megismételtek. Az ellenőrzést követően a kísérletvezető a modellt az asztal jobb vagy bal közeli sarkába helyezte (a próbák között kiegyensúlyozottan). Kimutatták, hogy a modell helyzete az asztalon nem befolyásolja a kézhasználatot (Stone et al., 2013). A résztvevők minden egyes próbára azt az utasítást kapták, hogy “a lehető leggyorsabban és legpontosabban másolják meg a modellt az asztalon rendelkezésre bocsátott darabok segítségével”. További utasításokat nem kaptak a résztvevők. A résztvevők az építés során szabadon manipulálhatták és forgathatták a lemásolandó modellt. A modell megismétlését követően mindkét modellt eltávolították, és egy másik megismételendő modellt adtak. Az építőelemeket nem cserélték ki a próbák között. Ebben a kísérletben ugyanazt a 48 egyedi építőkockából álló készletet használták a négy, 12 darabból álló modellek mindegyikéhez (1A. ábra). A LEGO® modellek két sorozata a térbeli összetettség tekintetében különbözött egymástól. Az alacsony térbeli igényű feltételben (2D) a megismételendő modellben az építőkockák “lapos” elrendezésben voltak (1B. ábra). Ez lehetővé tette a résztvevők számára, hogy mind a 12 építőelem tulajdonságait és tájolását egyetlen nézetsíkból nézzék, ami megszüntette a modell fizikai elforgatásának szükségességét (bár a résztvevők továbbra is szabadon felvehették és manipulálhatták a lemásolandó modellt). A nagy térbeli igényű (3D) feltételben a lemásolandó modellben lévő építőelemek (ugyanazok, mint a 2D-s modellekben használtak) nem mindegyike volt látható ugyanabban a síkban (1C. ábra). Ez szükségessé tette a modell elforgatását a pontos replikáció érdekében. A résztvevők négy egymást követő modellt építettek a 2D feltételben mind a 48 blokk felhasználásával. Ezután a résztvevők egymás után négy modellt építettek a 3D feltételben, ismét mind a 48 blokkot felhasználva. Az indítási feltétel (2D, 3D) kiegyensúlyozott volt, és a modell bemutatásának sorrendje véletlenszerű volt a résztvevők között. Minden résztvevőnél ugyanazt a nyolc modellt használták.

Adatfeldolgozás és elemzés

A teljes idő (ill, látencia, s) attól a pillanattól kezdve, hogy a résztvevők felemelték valamelyik kezüket az asztalról, hogy kezdeményezzék az építőkockák felé való nyúlást, egészen addig az időpontig, amikor a replika modell az asztalra került (beleértve a nyúlást, a megragadást, a modell manipulálását és a modellépítést), egy Tough Timer® stopperórával (Sportline Inc.) rögzítettük. A feladatot egy digitális videokamerával (JV HD Everio®) rögzítettük, amelyet közvetlenül a résztvevők előtt helyeztünk el úgy, hogy jól látható legyen a munkaterület, az építőkockák és a résztvevők keze. Minden egyes fogást bal- vagy jobbkezes fogásként pontoztunk, és a jobb kéz használatát a modellépítéshez használt összes fogás százalékában határoztuk meg (jobbkezes fogások száma/az összes fogás száma × 100).

A modell komplexitásának és a feladat előrehaladásának hatását a latenciára és a kézhasználatra a nem és a csoport között hasonlítottuk össze vegyes faktoros ismételt mérések varianciaanalízisek (RM ANOVA) segítségével, ahol a komplexitás (2D, 3D) és a modell (1-4) volt a vizsgálaton belüli faktor, a nem (férfi, nő) és a csoport (YA, OA) pedig a vizsgálaton belüli faktor. Ezt követően, hogy lehetővé váljon a mentális rotációs követelmények és nem a motoros sebesség miatti latenciaváltozások összehasonlítása a fiatalabb és idősebb felnőttek között, a 3D latenciaadatokat a 2D adatokra normalizáltuk (*100), és háromutas RM ANOVA-ba vittük be. A modellszám (1-4) volt az alanyokon belüli faktor, a nem (férfi, nő) és a csoport (YA, OA) pedig az alanyok közötti faktorok. A statisztikai szignifikancia meghatározásakor a megfelelő RM ANOVA-kat vagy páros t-teszteket végeztük el, a páros t-teszteknél a többszörös összehasonlításokra vonatkozó bonferroni korrekciókkal.

Az adatokat az SPSS Statistics 18.0 for Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) segítségével elemeztük. A statisztikai szignifikanciát 0,05-nél állapítottuk meg. A hatásméretet (ES) η2 értékként jelentettük.

Eredmények

Minden adat normális eloszlású volt, és nem sértette a variancia homogenitásának feltételezését. Ezért a viselkedési adatok elemzéséhez parametrikus statisztikát alkalmaztunk. Az adatokat átlagok és standard eltérések formájában mutatjuk be.

A résztvevők mindegyike jobbkezesnek vallotta magát; ezt az információt a kéztartási kérdőív megerősítette. A kéztartás pontszámai különböztek a csoportok között (F(1,40) = 6,94, p = 0,012, ES = 0,148), az OA magasabb kéztartás pontszámot jelentett, mint a YA résztvevők (YA = 30,5 ± 6,9; OA = 35,4 ± 4,7). Ez az eredmény összhangban van a korábbi jelentésekkel (Gonzalez et al., 2014), miszerint az idősebb résztvevők inkább jobbkezesként érzékelik magukat. A kéztartás pontszámait nem befolyásolta differenciáltan a nem (p > 0,05). Az életkor nem különbözött a nemek között (p > 0,05). Minden női OA résztvevő önbevallása szerint nem alkalmazott hormonpótló terápiát.

Látás

Fiatal és idősebb felnőttek

Az elemzés a komplexitás szignifikáns főhatását mutatta (F(1,40) = 112, p < 0.001, ES = 0,737; 2A ábra), ami arra utal, hogy a résztvevők a 2D modelleket szignifikánsan gyorsabban konstruálták, mint a 3D modelleket (2D = 62,4 ± 33,4 s, 3D = 101,5 ± 52,5 s). A késleltetési időt a modell bemutatásának sorrendje is befolyásolta (F(3,120) = 19,0, p < 0,001, ES = 0,322), a korábbi próbákat lassabban fejezték be, mint a későbbi próbákat (1. modell = 97,8 ± 54,5 s, 4. modell = 69,7 ± 35,4 s), ami arra utal, hogy a feladathoz kapcsolódó eredendő vizuospatialis keresés a feladat előrehaladtával természetesen csökken, mivel kevesebb blokk marad a munkahelyen, és ezért kevesebb “zavaró” blokk van jelen, így a résztvevők könnyebben azonosítják a megfelelő blokkot. A modell-csoport interakció szintén elérte a szignifikanciát (F(3,120) = 6,90, p < 0,001, ES = 0,147). A post hoc összehasonlítások azt mutatták, hogy mindkét csoport esetében szignifikánsan csökkent a modellépítés latenciája az 1. modellről a 3. modellre: a YA (t(23) = 4,77, p < 0,001) és az OA (t(19) = 4,74, p < 0,001) 8,8 s, illetve 40,3 s latenciacsökkenést mutatott. Hasonlóképpen, a latencia szignifikánsan csökkent az 1. modell felépítésétől a 4. modellig mindkét csoport esetében, a YA (t(23) = 4,23, p < 0,001) 12,0 s csökkenést, az OA (t(19) = 4,39, p < 0,001)pedig 47,4 s csökkenést mutatott. A komplexitás a modell szerint és a komplexitás a modell és a csoport szerint kölcsönhatás nem volt szignifikáns (p > 0,05). A csoport szignifikáns fő hatása (F(1,40) = 46,7, p < 0,001, ES = 0,539; 2A ábra) azt mutatta, hogy a YA szignifikánsan gyorsabban fejezte be a próbákat, mint az OA (YA = 54,5 ± 10,4 s, OA = 114,8 ± 41,5 s). A komplexitás és a csoport közötti interakció szintén szignifikáns volt (F(1,40) = 11,2, p = 0,002, ES = 0,220; 2A ábra). A poszt hoc páronkénti összehasonlítások azt mutatták, hogy a latencia a 2D és a 3D modellépítés között mindkét csoport esetében növekedett, a YA (t(23) = 15,4, p < 0,001) és az OA (t(19) = 6,704, p < 0,001) 27,5, illetve 52,9 s-os latencia növekedést mutatott. A nem nem befolyásolta differenciáltan az átlagos latenciát (p > 0,05).

A továbbiakban a modell komplexitásának és a feladat előrehaladásának a késleltetésre gyakorolt hatásának alaposabb vizsgálata érdekében minden csoportra (YA, OA) külön háromutas RM ANOVA-t futtattunk, amelyben a komplexitást (2D, 3D) és a modellt (1-4) alanyon belüli tényezőként, a nemet (férfi, nő) pedig alanyok közötti tényezőként kezeltük.

Fiatal felnőttek

Az elemzés megerősítette, hogy a YA gyorsabban fejezte be a 2D modelleket, mint a 3D modelleket (F(1,22) = 274, p < 0,001, ES = 0,926; 2D = 40,8 ± 7,4 s, 3D = 68,3 ± 14,2 s; 2B ábra). A latenciákat a modell bemutatásának sorrendje is befolyásolta (F(3,66) = 6,97, p < 0,001, ES = 0,241), a korábbi próbákat lassabban fejezték be, mint a későbbi próbákat (1. modell = 60,6 ± 14,2 s, 4. modell = 48,6 ± 13,3 s). A nem szignifikáns fő hatása (F(1,22) = 4,38, p = 0,048, ES = 0,166; 2B ábra) azt mutatta, hogy a férfi résztvevők gyorsabban végezték el a feladatot, mint a női résztvevők (férfiak = 50,4 ± 10,5 s, nők = 58,7 ± 9,0 s). Végül, a komplexitás és a nemek közötti szignifikáns kölcsönhatás (F(1,22) = 4,75, p = 0,040, ES = 0,177; 2B ábra) arra utalt, hogy a késleltetési idő különbözött a férfi és női résztvevők között attól függően, hogy 2D vagy 3D modelleket másoltak. A poszt hoc páros összehasonlítások azonban nem érték el a szignifikanciát (p > 0,05), a férfiak mindkét komplexitási körülmények között szignifikánsan gyorsabban konstruálták a modelleket, mint a nők. Érdekes módon, amikor az YA résztvevőknek ki kellett tölteniük egy kérdőívet a LEGO® blokkok kezelésének komfortfokozatára vonatkozóan, kiderült, hogy a férfi és női résztvevők hasonló korban kezdtek el játszani (p > 0,05; férfiak = 4,2 év, nők = 4,1 év) és hasonló korban használtak utoljára (p > 0,05; férfiak = 13,4 év, nők = 12,7 év) LEGO® blokkokat. Továbbá, amikor arra kérték őket, hogy jelezzék a LEGO® blokkokkal való építkezés komfortérzetét (egy egytől tízig terjedő skálán, ahol a tíz a “rendkívül kényelmes” szintet jelzi), nem volt szignifikáns különbség a férfiak és a nők között (p > 0,05; férfi = 8,9, nő = 8.2), ami arra utal, hogy a férfiak teljesítményelőnye nem egyszerűen annak az eredménye, hogy a férfi résztvevőknek nagyobb tapasztalatuk volt a LEGO® modellek építésében.

Idősebb felnőttek

A fiatalabb résztvevőkhöz hasonlóan az OA is gyorsabban fejezte be a 2D modelleket, mint a 3D modelleket (F(1,18) = 42,6, p < 0,001, ES = 0,703; 2D = 88,4 ± 33,9 s, 3D = 141,3 ± 54,0 s; 2C ábra). Ezenkívül a befejezési időt befolyásolta a modell bemutatásának sorrendje (F(3,54) = 11,6, p < 0,001, ES = 0,392), a korai modellek lassabban épültek fel, mint a későbbi modellek (1. modell = 142,4 ± 51,4 s, 4. modell = 95,0 ± 37,2 s). A YA-val ellentétben azonban az OA esetében a latenciák nemek között konzisztensek voltak (p > 0,05). Továbbá, a nemek nem befolyásolták differenciáltan a latenciákat modell vagy komplexitás szerint (p > 0,05).

Percentage Change

Amikor az adatokat normalizáltuk, hogy tovább vizsgáljuk a feladat mentális rotációs követelményeinek hatását, az elemzés nem mutatott ki szignifikáns főhatásokat vagy a tényezők közötti kölcsönhatásokat (p > 0,05). Más szóval, a YA és OA résztvevők hasonló latencia növekedést mutattak a modell komplexitásának növekedésével (YA = 167,4 ± 18,8%; OA = 163,9 ± 43,0%; 3. ábra). Ez az eredmény arra utal, hogy az újszerű vizuomotoros feladat elvégzéséhez szükséges térbeli képességek hasonló kihívást jelentettek a férfi és női résztvevőknél, és ráadásul úgy tűnik, hogy ezek a térbeli képességek az életkor előrehaladtával megőrződtek.

Kézhasználat

Fiatal és idősebb felnőttek

Az elemzés a komplexitás szignifikáns fő hatását mutatta (F(1,40) = 5,12, p = 0,029, ES = 0,113), ami azt jelzi, hogy a résztvevők a 2D modellek építése során többet használták a jobb kezüket a 3D modellekhez képest (2D = 75,5 ± 15,5%, 3D = 72,0 ± 15,1%). A kézhasználatot a modell bemutatásának sorrendje is befolyásolta (F(3,120) = 12,4, p < 0,001, ES = 0,236), a résztvevők jobb kézhasználata 80 és 68% között változott az 1. és 4. modell építése között (1. modell = 80,2 ± 15,6%, 2. modell = 68,0 ± 19,7%, 3. modell = 76,4 ± 18,1%, 4. modell = 70,4 ± 18,0%). A modell és a csoport közötti kölcsönhatás szintén szignifikáns volt (F(3,120) = 38,0, p < 0,001, ES = 0,386). A poszt hoc páros összehasonlítások nem érték el a szignifikanciát a YA csoport esetében. Az OA csoport azonban szignifikánsan többet használta a jobb kezét az 1. modell konstruálásakor, összehasonlítva: Modell 2 (t(20 = 5,02, p < 0,001; Modell 1 = 88,2 ± 12,8%, Modell 2 = 66,0 ± 21,3%) és Modell 4 (t(20 = 4,18, p = 0,001; Modell 4 = 71,0 ± 20,6%). A jobb kezüket is szignifikánsan többet használták a 3. modell megalkotásakor, összehasonlítva a következőkkel: Modell 2 (t(20) = 5,00, p < 0,001; 3. modell = 86,9 ± 15,1%) és a 4. modell (t(20) = 4,179, p = 0,001). A csoport és a nem befolyásolta differenciáltan a jobb kéz átlagos használatát (p > 0,05).

Diszkusszió

Ez a tanulmány egy újszerű értékelő eszközt fejlesztett ki a vizuospatialis képességek vizuomotoros tartományában. Tudomásunk szerint ez az első olyan vizsgálat, amely egy olyan interaktív vizuomotoros feladatot ír le és értékel, amely mind a térbeli vizualizációs, mind a mentális rotációs képességeket kihívás elé állítja. A feladatban a résztvevőknek komplex modelleket kellett lemásolniuk úgy, hogy olyan építőkockákat kerestek és választottak ki egy tömbökből, amelyek jellemzői, például alakjuk, színük és méretük szerint változnak. A vizsgálat megállapította, hogy az egyes modellek befejezéséhez szükséges idő mindkét térbeli komplexitási feltételben csökkent az egymást követő modellek építésével mindkét résztvevői csoport esetében. Ez az időcsökkenés arra utal, hogy a feladat vizuospatialis keresési követelményei természetes módon csökkentek, ahogy a blokkok (és így a “zavaró tényezők”) eltávolításra kerültek a munkaterületről és beépültek a modellekbe. Megerősítve, hogy a modellek térbeli komplexitása különbözött a különböző feltételek között, mindkét résztvevőcsoportnak tovább tartott a modellek befejezése a térbelileg összetettebb (3D) feltételben. Mivel a 2D és 3D modellek ugyanannyi azonos blokkból álltak, az időbeli különbség valószínűleg a 3D modellek nagyobb térbeli komplexitását tükrözi. Ráadásul, mivel a manipuláció a modellek dimenziós összetételében történt, a feltételek közötti időkülönbség mind a négy modellen keresztül fennmaradt.

A jelenlegi vizsgálat fontos megállapítása volt, hogy a térbeli képességek megmaradtak az OA résztvevőknél. A YA-hoz képest az OA résztvevők lassabb próbaidőt mutattak a kísérleti körülmények között. Ez valószínűleg a feladattal való ismeretségben mutatkozó különbségeknek (azt lehet állítani, hogy a fiatal felnőttek több tapasztalatot szereztek a LEGO-val való “játékban”, mint az idősebb felnőttek), valamint a perceptuális és motoros sebesség életkorral összefüggő csökkenésének köszönhető (pl. Goggin és Meeuwsen, 1992; Chaput és Proteau, 1996). Amikor azonban az adatokat normalizálták és százalékban kifejezték a kevésbé megterhelő vizuospatialis feladat (2D modellek) százalékában, a YA és az OA résztvevők hasonlóan viselkedtek. Más szóval, a feladat elvégzési idejének arányos növekedése az alacsony és a magas vizuospatialitású komplexitású feltételek között nem különbözött a YA és az OA között, ami arra utal, hogy a kifejlesztett feladat által kihívott specifikus vizuospatialitású képességek valójában megmaradnak idősebb korban is. Ez azért fontos megállapítás, mert továbbra sem világos, hogy az életkor mely vizuospatikus folyamatokat érinti, és melyeket kíméli (áttekintésért lásd Iachini és mtsai., 2009; Klencklen és mtsai., 2012). Egyes vizsgálatok például életkorral összefüggő csökkenést mutattak ki a vizuális képek mentális forgatásának képességében, a tér-idő szekvenciák előhívásának képességében és a vizuospatikus képalkotásban (Berg et al., 1982; Craik és Dirkx, 1992; Iachini et al., 2005; Ruggiero et al., 2008). Más vizsgálatok időseknél megőrzött térbeli képességeket mutattak ki (Cherry és Park, 1993; Parkin és mtsai., 1995; Yamamoto és Degirolamo, 2012). Yamamoto és Degirolamo (2012) például fiatal és idősebb résztvevőket kért meg arra, hogy tanulják meg a virtuális környezetekben található tájékozódási pontok helyét, vagy úgy, hogy első személyű perspektívában navigálnak bennük, vagy úgy, hogy a környezetek légi felvételeit látják. A térbeli tanulási teljesítmény az idősek esetében kevésbé volt pontos, amikor az első személyben navigáltak, de ugyanolyan pontos volt, mint a fiatal felnőttek esetében, amikor a légi nézet segítségével navigáltak. Ezek a vizsgálatok és a jelenlegi vizsgálat eredményei határozottan arra utalnak, hogy az öregedés következményei a térbeli megismerésben eltérőek attól függően, hogy milyen típusú térbeli folyamatot kérdőjelez meg. Mivel a jelen vizsgálatban használt feladat hasonlít a mindennapi cselekvésekre (azaz a tárgyak elérésére és megragadására), a jelenlegi vizsgálat is hozzájárul azokhoz a bizonyítékokhoz, amelyek a térbeli képességek kevésbé meredek (vagy annak hiányát) mutatják az absztrakt laboratóriumi tesztekkel összehasonlítva a térbeli képességek csökkenését az ismerős, ökológiai szempontból releváns térbeli feladatokban (De Beni et al, 2006; Iachini et al., 2009).

Más vizsgálatok is kimutatták, hogy a férfiak jobban teljesítenek a mentális rotációt, 3D ábrákat és térérzékelést igénylő feladatokban (McGlone és Davidson, 1973; Linn és Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). A jelen feladatokban használt vizuospatialis komplexitás különböző szintjei elegendőek voltak ahhoz, hogy előállítsák azokat a nemi különbségeket, amelyeket korábban papír-ceruza tesztekkel és számítógépes kromatikus tesztekkel vizsgáltak (pl. Linn és Petersen, 1985; Voyer és mtsai., 1995; Sherwin, 2003). A jelenlegi kísérletben a fiatal férfi résztvevők szignifikánsan gyorsabban hajtották végre a feladatokat, mint a fiatal női résztvevők. Rejtélyes, hogy a YA résztvevőknél jelenlévő nemi különbség nem volt megfigyelhető az OA-ban. Ez váratlan volt, mivel egyes vizsgálatok arról számoltak be, hogy a vizuospatialis feladatokban nemhez kötött teljesítménykülönbségek vannak jelen az időseknél (Berg et al., 1982; Willis és Schaie, 1989; Jansen és Heil, 2010). Az idősebb felnőtteknél a teljesítménnyel kapcsolatos nemi különbségek jelenlétéről beszámoló tanulmányok azonban standard papír- és ceruzateszteket használtak. Ezzel szemben a kifejlesztett feladat megkövetelte, hogy a résztvevők interakcióba lépjenek az ingerekkel, a megragadás előtt mentálisan elforgassák az építőkockákat, és megfelelően orientálják a blokkot, hogy azt hozzáadják az összerakandó 3D modellhez. Valószínű, hogy a feladatunk újszerű interaktív jellege felelős a vizsgálatunk és a korábbi, OA térbeli képességeket vizsgáló tanulmányok közötti ellentmondásért. Bár az is lehetséges, hogy a megfigyelt nemi különbségek abból adódnak, hogy a fiatal férfi résztvevőknek több tapasztalatuk volt az építőkockákkal való “játékban”, mint a fiatal női résztvevőknek, és ez a különbség az életkor előrehaladtával valószínűleg eltűnik, ez nem tűnik valószínűnek, hogy ez lenne a döntő tényező. Amikor az YA-knak egy kérdőívet mutattak be a LEGO® építőkockák kezelésének kényelméről, nem volt különbség a fiatal férfi és női résztvevők válaszai között. Az is elképzelhető, hogy a megfigyelt eredményeinkben szerepet játszott a nemi szteroidszint, amely az elméletek szerint hozzájárul a térbeli képességek nemi különbségeihez (áttekintés: Hampson, 1995; áttekintés: Martin et al., 2007). A megnövekedett ösztrogénszintet összefüggésbe hozták a vizuospatialis képességek csökkenésével (Gordon és mtsai., 1986). Ezzel szemben az ösztrogén termeléséért felelős gonadotropin hormonok csökkent szintje magasabb vizuospatialis képességekkel jár együtt (Gordon et al., 1986). Mivel a vizsgálatunkban részt vevő idősebb nők posztmenopauzában voltak, és nem kaptak ösztrogén hormonpótlást, lehetséges, hogy a nők csökkent ösztrogénszintje hozzájárult a nemi különbségek hiányához.

A jelen vizsgálatban a résztvevők erős jobb kéz preferenciát mutattak, amikor lehetőséget kaptak arra, hogy mindkét kezüket használják a megragadásra. Ez az eredmény összhangban van laboratóriumunk korábbi kutatásaival (Gonzalez et al., 2007; Stone et al., 2013) és a vizuálisan irányított cselekvések bal féltekei specializációjának javaslatával (Goodale, 1988; Gonzalez et al., 2006, 2007; Serrien et al., 2006). Érdekes módon a jobb kéz használatát differenciáltan befolyásolta a feladat térbeli komplexitása, a jobb kéz használata csökkent a mentális rotációs követelmények növekedésével. Ez a megállapítás összhangban van azzal az általánosan elfogadott nézettel (Corballis és Sergent, 1989; Ditunno és Mann, 1990), hogy a mentális rotáció elsősorban a jobb félteke specializációja. Bár ez az eredmény a teljes ANOVA-ban (YA és OA) is megfigyelhető volt, úgy tűnt, hogy inkább az OA-ra jellemző. Lehet, hogy az idősebb felnőttek kézhasználata jobban alkalmazkodik a feladat követelményeihez, különösen a térbeli követelményekhez. További vizsgálatok szükségesek annak megállapítására, hogy a mentális rotáció és/vagy a térbeli vizualizációs képességek befolyásolják-e a kézhasználatot fiatal és idősebb felnőtteknél egyaránt.

Végül érdemes megemlíteni, hogy bár az ebben a vizsgálatban kifejlesztett feladat sok közös vonással rendelkezik a standardizált térbeli tesztekkel, egyedülálló módon a környezetben található tárgyak elérésének, megragadásának és összeszerelésének valós interakcióját tartalmazza. Minden nap meg kell érintenünk és meg kell ragadnunk a körülöttünk lévő dolgokat. Ezekre a vizuospatialis képességekre kell támaszkodnunk ahhoz, hogy aktívan befolyásolni tudjuk környezetünket. Mivel a kifejlesztett feladat a blokkméret és a modellkonfiguráció manipulálásával módosítható, a feladat alkalmas a vizuospatikus képességek felmérésére gyermekek (Sacrey et al., 2012), fiatal és idősebb felnőttek (Gonzalez et al., 2014) és valószínűleg patológiás populációk (pl. Parkinson-kórban szenvedők vagy vizuospatikus elhanyagolásban szenvedők, a kutatás folyamatban van) esetében. Érdekes módon a kutatások egyre inkább arra utalnak, hogy a térbeli képességek képlékenyek és edzhetők. Ez a rugalmasság lehetőséget nyújt olyan képzési vagy rehabilitációs stratégiák megtervezésére, amelyeket a térbeli teljesítményben azonosított egyenlőtlenségek vagy károsodások minimalizálására lehetne alkalmazni, függetlenül attól, hogy ezek a különbségek a nem vagy a térbeli megismerést befolyásoló egyéb azonosított hatások, például a társadalmi-gazdasági státusz (Levine et al., 2005; Hackman és Farah, 2009), az öregedés (Klencklen et al., 2012) vagy neurológiai rendellenességek (Vallar, 2007; Possin, 2010) következményei-e.

Összefoglalva, a jelen tanulmány egy új eszközt fejlesztett ki a vizuospatikus képességek felmérésére. Az idősebb felnőttek következetesen lassabban végezték a vizuomotoros feladatot, mint a fiatalabb résztvevők, azonban teljesítményük összehasonlítható volt, ha az eredményeket a feladat követelményeinek százalékos változásának függvényében fejezzük ki. Fontos, hogy mivel a feladat vizuomotoros követelményei konzisztensek voltak az egyes feltételek között, a feladatok elvégzéséhez szükséges időbeli különbség a vizuospatikus komplexitás manipulációjából adódott. A bemutatott feladat jól alkalmazható a vizuospatikus funkciók vizsgálatára a vizuomotoros területen, különösen a nem és/vagy a fejlődés és a patológia tekintetében.

Érdekütközésre vonatkozó nyilatkozat

A szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségként értelmezhetők.

Megköszönések

Ezt a munkát a Kanadai Természettudományi és Műszaki Kutatási Tanács támogatta (Grant number: 40314). A finanszírozók nem játszottak szerepet a vizsgálat tervezésében, az adatgyűjtésben és -elemzésben, a publikálásról szóló döntésben vagy a kézirat elkészítésében.