Frontiers in Aging Neuroscience

Introduzione

Le abilità spaziali sono fondamentali per l’indipendenza funzionale. Ci permettono di localizzare obiettivi nello spazio, percepire visivamente gli oggetti e comprendere le relazioni spaziali bidimensionali e tridimensionali (2D e 3D) tra gli oggetti e il nostro ambiente. Queste abilità ci permettono di navigare in sicurezza nel nostro ambiente attraverso il giudizio accurato della direzione e della distanza. L’abilità spaziale non è una funzione unitaria, ma piuttosto può essere suddivisa in una serie di categorie distinte comunemente classificate come visualizzazione spaziale, percezione spaziale e rotazione mentale. La visualizzazione spaziale è stata definita come la capacità di manipolare mentalmente informazioni spaziali complesse quando sono necessari diversi passi per completare con successo un compito spaziale (Linn e Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Un esempio di un compito che potrebbe incorporare le abilità di visualizzazione spaziale sarebbe disporre gli oggetti in modo che entrino in una valigia. La percezione spaziale è la capacità di stabilire accuratamente relazioni spaziali rispetto al proprio orientamento nonostante la presenza di informazioni che distraggono (Linn e Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Le abilità di percezione spaziale sono utilizzate quando ci si unisce al traffico in movimento su un’autostrada trafficata. Il guidatore deve determinare se l’auto entrerà nello spazio vuoto nel traffico ignorando i veicoli circostanti irrilevanti sull’autostrada. La terza categoria di abilità spaziali, la rotazione mentale, è la capacità di trasformare l’orientamento di una rappresentazione mentale di un oggetto nello spazio 2D o 3D (Linn e Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Le abilità di rotazione mentale sono usate frequentemente durante la giornata, per esempio, quando ci si pettina o ci si trucca allo specchio. Ci sono numerose batterie di test spaziali standardizzati che sono stati sviluppati per misurare come i partecipanti risolvono compiti spaziali. Esempi di compiti comunemente utilizzati per misurare le abilità di visualizzazione spaziale sono il Paper Form Board (Likert e Quasha, 1941), che richiede ai partecipanti di identificare l’aspetto di una forma non piegata una volta piegata, e l’Identical Block Test (Stafford, 1961) in cui i partecipanti identificano i blocchi di una serie che corrispondono a un blocco di riferimento dato un certo numero di indicazioni sulle facce dei blocchi. Due test standardizzati utilizzati per valutare la percezione spaziale sono il Rod-and-Frame Test (Witkin e Asch, 1948), che richiede ai partecipanti di identificare linee orizzontali o verticali presentate in una cornice quadrata ruotata e il Water Level Test (Piaget e Inhelder, 1956) in cui i partecipanti indicano l’orientamento della linea dell’acqua nell’immagine di un contenitore inclinato. Infine, numerosi test spaziali sono stati sviluppati per testare la rotazione mentale. Il test più comunemente usato è il Mental Rotation Test (Vandenburg e Kuse, 1978) una variazione del test originale sviluppato da Shepard e Metzler (1971). Questo test richiede ai partecipanti di determinare se coppie di oggetti che sono stati ruotati in profondità l’uno rispetto all’altro sono identici o immagini speculari. Nonostante il raggruppamento dei test spaziali nelle tre categorie generali di visualizzazione spaziale, percezione spaziale e rotazione mentale, tuttavia, la risoluzione dei compiti in un singolo test richiede tipicamente l’utilizzo di più processi spaziali. Per esempio, i test assegnati alla categoria della visualizzazione spaziale (per esempio, Paper Form Board task, Identical Block Test) probabilmente includono elementi di rotazione mentale e percezione spaziale.

La nostra conoscenza di come gli esseri umani interagiscono con il loro ambiente spaziale è stata in gran parte basata su studi che hanno utilizzato test psicometrici standard su carta e matita, test cronometrici al computer (Linn e Petersen, 1985; Voyer et al, 1995), e più recentemente test in ambienti 3D immersivi (Parsons et al., 2004; Tsirlin et al., 2009). Mentre questi studi sono fondamentali per la nostra comprensione della cognizione spaziale, i bassi requisiti visuomotori dei compiti 2D impiegati spesso non sono rappresentativi delle interazioni fisiche che abbiamo con gli oggetti nel nostro ambiente quotidiano. Inoltre, data la loro complessità, molti dei test standardizzati non sono adatti all’uso con bambini piccoli, anziani e popolazioni di pazienti.

Abbiamo sviluppato un nuovo compito visuomotorio con varianti che sono appropriate per la gamma di abilità spaziali dai bambini di 3 anni (Sacrey et al., 2012) alla vecchiaia (Gonzalez et al., 2014), così come le popolazioni di pazienti (non pubblicato). Il compito richiede ai partecipanti di individuare, raggiungere, afferrare e manipolare i blocchi di costruzione appropriati da una serie di blocchi per riprodurre un modello 3D. Il compito combina le tre principali categorie di abilità spaziali: rotazione mentale, visualizzazione spaziale e percezione spaziale. Le abilità di rotazione mentale sono messe alla prova determinando se i blocchi 3D nello spazio di lavoro possono essere ruotati per corrispondere all’orientamento dei blocchi da costruzione nel modello campione, indipendentemente dal loro orientamento. Inoltre, le abilità di visualizzazione spaziale sono utilizzate per identificare il blocco specifico che corrisponde a un blocco di costruzione nel modello campione da una serie di alternative (che possono differire per colore, forma e/o dimensione; qui indicato come ricerca visuospaziale). Le abilità di percezione spaziale sono necessarie anche per la maggior parte del compito quando il partecipante identifica il blocco corretto tra la serie di distrattori. Questo compito, simile ai test standardizzati su carta e matita e al computer, permette di manipolare il livello di complessità visuospaziale mentre le richieste visuomotorie del compito sono mantenute costanti. In contrasto con questi test standardizzati, tuttavia, le richieste visuomotorie del nostro compito sono ampie, corrispondenti alle richieste di compiti quotidiani. Il compito sviluppato consentirà lo studio della cognizione spaziale nel dominio visuo-motorio, contribuendo una conoscenza preziosa alla nostra attuale comprensione delle interazioni spaziali negli scenari del mondo reale.

Lo studio attuale ha determinato la fattibilità di utilizzare un compito reach-to-grasp per valutare la funzione visuo-spaziale e visuo-motoria in uomini e donne giovani (18-25 anni) e anziani (60-82 anni) adulti. A nostra conoscenza, questo è il primo studio a utilizzare un compito visuomotorio che combina aspetti di visualizzazione spaziale (ricerca visuospaziale) e rotazione mentale. In questo esperimento, le richieste di ricerca visuospaziale erano coerenti, ma la complessità spaziale dei modelli da replicare era modulata attraverso due condizioni. Nella condizione di bassa complessità spaziale la posizione, le proprietà (cioè il colore e le dimensioni), e l’orientamento di ogni blocco di costruzione nel modello da replicare erano visibili da un unico piano di vista con i modelli che avevano una configurazione “piatta”. Nella condizione di alta complessità spaziale il modello aveva una configurazione 3D e doveva essere ruotato per garantire la selezione e il posizionamento accurati di ogni blocco di costruzione nel modello. Le richieste motorie del compito (ad esempio, raggiungere e afferrare i blocchi) erano le stesse in entrambe le condizioni.

Il tempo totale impiegato per replicare ogni modello e la preferenza della mano per ogni presa è stato registrato. Dato il declino riportato in più misure di funzionamento cognitivo con l’aumentare dell’età (Blanchard-Fields e Hess, 1996; Gabrowski e Mason, 2014), così come il deterioramento legato all’età osservato nella visualizzazione spaziale (Hertzog, 1989; Salthouse, 1990; Borella et al., 2014) e la rotazione mentale (Willis e Schaie, 1989; Jansen e Heil, 2010; Borella et al., 2014) abilità abbiamo previsto un declino legato all’età nelle prestazioni del compito. Inoltre, in accordo con la letteratura che riporta prestazioni superiori per i maschi rispetto alle femmine nei test di rotazione mentale (McGlone e Davidson, 1973; Linn e Petersen, 1985; Voyer et al, 1995; Sherwin, 2003), abbiamo previsto che le differenze di sesso sarebbero emerse, con i maschi che mostrano costantemente un vantaggio nelle prestazioni.

Materiali e metodi

Partecipanti

Ventiquattro giovani adulti destrimani autodichiarati (YA; 12 maschi; 18-25 anni) e 20 anziani destrimani autodichiarati (OA; 10 maschi; 60-81 anni) sono stati reclutati dalla comunità universitaria per partecipare a questo studio. Lo studio è stato eseguito con l’approvazione del Comitato di ricerca sui soggetti umani dell’Università di Lethbridge. Tutti i partecipanti erano ignari dello scopo dello studio e hanno fornito un consenso informato scritto prima dell’inizio dello studio.

Procedure

I partecipanti erano comodamente seduti al centro di un tavolo con un’altezza di 0,74 m e uno spazio di lavoro di 0,70 m per 1,22 m. I partecipanti sono stati istruiti a replicare due serie di quattro modelli. Successivamente, i partecipanti hanno risposto a una versione modificata dei questionari di handedness di Edimburgo (Oldfield, 1971) e Waterloo (Brown et al., 2006) (vedi Stone et al., 2013 per la descrizione completa del questionario modificato). Ai partecipanti anziani di sesso femminile è stato chiesto se facevano uso di una terapia ormonale sostitutiva, al fine di stabilire se i livelli di ormoni sessuali circolanti potessero differire considerevolmente all’interno del gruppo.

Otto blocchi da costruzione unici (LEGO®) sono stati distribuiti in modo pseudocasuale sul piano del tavolo mentre i partecipanti erano rivolti lontano dal tavolo. Una striscia di nastro trasparente è stata usata per dividere lo spazio di lavoro a metà, e 24 blocchi sono stati distribuiti sui lati destro e sinistro (Figura 1A). Ogni prova è iniziata con i partecipanti che ispezionavano un modello di 12 pezzi che avrebbero replicato. Dopo l’ispezione, lo sperimentatore ha posizionato il modello nell’angolo destro o sinistro del tavolo (controbilanciato tra le prove). È stato dimostrato che la posizione del modello sul tavolo non influenza l’uso della mano (Stone et al., 2013). Per ogni prova, ai partecipanti sono state date le istruzioni di “replicare il modello il più velocemente e accuratamente possibile, utilizzando i pezzi forniti sul tavolo”. Non sono state date altre istruzioni ai partecipanti. I partecipanti erano liberi di manipolare e ruotare il modello da replicare durante la costruzione. Dopo la replica del modello, entrambi i modelli sono stati rimossi e un altro modello da replicare è stato fornito. I blocchi di costruzione non sono stati sostituiti tra le prove. Lo stesso set di 48 blocchi da costruzione unici è stato utilizzato per ogni serie di quattro modelli da 12 pezzi in questo esperimento (Figura 1A). Le due serie di modelli LEGO® differivano rispetto alla loro complessità spaziale. Nella condizione di bassa richiesta spaziale (2D), i blocchi di costruzione nel modello da replicare erano in una configurazione “piatta” (Figura 1B). Questo ha permesso ai partecipanti di visualizzare le proprietà e l’orientamento di tutti i 12 blocchi da costruzione da un unico piano di vista, che ha rimosso la necessità di ruotare fisicamente il modello (anche se i partecipanti sono rimasti liberi di prendere e manipolare il modello da replicare). Nella condizione di alta domanda spaziale (3D), i blocchi di costruzione (gli stessi utilizzati per i modelli 2D) nel modello da replicare non erano tutti visibili nello stesso piano (Figura 1C). Questo ha reso necessaria una rotazione del modello per permettere una replica accurata. I partecipanti hanno costruito quattro modelli consecutivi nella condizione 2D usando tutti i 48 blocchi. I partecipanti hanno poi costruito quattro modelli consecutivi nella condizione 3D, sempre utilizzando tutti i 48 blocchi. La condizione di partenza (2D, 3D) è stata controbilanciata e l’ordine di presentazione del modello è stato randomizzato tra i partecipanti. Gli stessi otto modelli sono stati utilizzati per tutti i partecipanti.

Elaborazione dei dati e analisi

La quantità totale di tempo (cioè, latenza, s) dal momento in cui i partecipanti hanno sollevato una mano dal tavolo per iniziare a raggiungere i blocchi da costruzione fino al momento in cui il modello replica è stato posto sul tavolo (compreso il raggiungimento, la presa, la manipolazione del modello e la costruzione del modello) è stato registrato con un cronometro Tough Timer® (Sportline Inc.). Il compito è stato registrato utilizzando una videocamera digitale (JV HD Everio®) posta direttamente di fronte ai partecipanti con una chiara visione dell’area di lavoro, dei blocchi di costruzione e delle mani dei partecipanti. Ogni presa è stata valutata come una presa per la mano sinistra o destra e l’uso della mano destra è stato determinato come percentuale del numero totale di prese per la costruzione del modello (numero di prese per la mano destra / numero totale di prese × 100).

L’effetto della complessità del modello e della progressione del compito sulla latenza e l’uso della mano è stato confrontato tra il sesso e il gruppo utilizzando analisi a fattori misti a misure ripetute della varianza (RM ANOVA) con complessità (2D, 3D) e modello (1-4) come fattori all’interno dei soggetti e sesso (maschio, femmina) e gruppo (YA, OA) come fattori tra soggetti. Successivamente, per consentire il confronto dei cambiamenti di latenza dovuti alle richieste di rotazione mentale e non alla velocità motoria tra adulti più giovani e più anziani, i dati di latenza 3D sono stati normalizzati ai dati 2D (*100) e inseriti in un’ANOVA RM a tre vie. Il numero del modello (1-4) era il fattore all’interno dei soggetti e il sesso (maschio, femmina) e il gruppo (YA, OA) erano fattori tra i soggetti. Quando è stata determinata la significatività statistica, sono state eseguite le opportune ANOVA RM o i test t appaiati con le correzioni Bonferroni per i confronti multipli utilizzati con i test t appaiati.

I dati sono stati analizzati utilizzando SPSS Statistics 18.0 per Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). La significatività statistica è stata fissata a 0,05. La dimensione dell’effetto (ES) è stata riportata come valori η2.

Risultati

Tutti i dati erano normalmente distribuiti e non violavano le ipotesi di omogeneità della varianza. Pertanto, le statistiche parametriche sono state utilizzate per analizzare i dati comportamentali. I dati sono presentati come media e deviazioni standard.

Tutti i partecipanti hanno dichiarato di essere destrorsi; questa informazione è stata confermata dal questionario sulla destrezza. I punteggi di handedness differivano tra i gruppi (F(1,40) = 6.94, p = 0.012, ES = 0.148) con gli OA che riportavano un punteggio di handedness più alto rispetto ai partecipanti YA (YA = 30.5 ± 6.9; OA = 35.4 ± 4.7). Questo risultato è coerente con i rapporti precedenti (Gonzalez et al., 2014) che i partecipanti più anziani tendono a percepirsi come più destrorsi. I punteggi di Handedness non sono stati influenzati in modo diverso dal sesso (p > 0,05). L’età non differiva tra i sessi (p > 0,05). Tutte le donne partecipanti all’OA hanno dichiarato di non fare uso di terapia ormonale sostitutiva.

Latenza

Adulti giovani e anziani

L’analisi ha rivelato un effetto principale significativo di Complessità (F(1,40) = 112, p < 0.001, ES = 0.737; Figura 2A), suggerendo che i partecipanti hanno costruito i modelli 2D significativamente più veloce dei modelli 3D (2D = 62.4 ± 33.4 s, 3D = 101.5 ± 52.5 s). La latenza è stata anche influenzata dall’ordine di presentazione del modello (F(3,120) = 19,0, p < 0,001, ES = 0,322) con prove precedenti completate più lentamente di quelle successive (Modello 1 = 97,8 ± 54,5 s, Modello 4 = 69,7 ± 35,4 s), suggerendo che la ricerca visuospaziale inerente associata al compito diminuisce naturalmente con la progressione del compito, poiché rimangono meno blocchi sul posto di lavoro e quindi sono presenti meno blocchi “distrattori”, permettendo ai partecipanti di identificare più facilmente il blocco appropriato. Anche l’interazione Modello per Gruppo ha raggiunto la significatività (F(3,120) = 6,90, p < 0,001, ES = 0,147). I confronti post hoc hanno indicato che c’era una diminuzione significativa della latenza per la costruzione del modello dal modello 1 al modello 3 per entrambi i gruppi, con YA (t(23) = 4,77, p < 0,001) e OA (t(19) = 4,74, p < 0,001) che dimostrano una diminuzione della latenza rispettivamente di 8,8 s e 40,3 s. Allo stesso modo, la latenza è stata significativamente diminuita dalla costruzione del modello 1 al modello 4 per entrambi i gruppi, con YA (t(23) = 4,23, p < 0,001) che dimostra una diminuzione di 12,0 s e OA (t(19) = 4,39, p < 0,001) che dimostra una diminuzione di 47,4 s. Le interazioni complessità per modello e complessità per modello per gruppo non erano significative (p > 0,05). Un significativo effetto principale del gruppo (F(1,40) = 46.7, p < 0.001, ES = 0.539; Figura 2A) ha dimostrato che il YA completato prove significativamente più veloce del OA (YA = 54.5 ± 10.4 s, OA = 114.8 ± 41.5 s). L’interazione complessità per gruppo era anche significativa (F(1,40) = 11.2, p = 0.002, ES = 0.220; Figura 2A). Post hoc confronti a coppie suggerito che c’era un aumento della latenza da 2D alla costruzione del modello 3D per entrambi i gruppi, con YA (t (23) = 15.4, p < 0.001) e OA (t (19) = 6.704, p < 0.001) dimostrando un 27.5 e 52.9 s aumento della latenza rispettivamente. Il sesso non ha influenzato differentemente la latenza media (p > 0,05).

Di conseguenza, per esaminare più da vicino l’effetto della Complessità del modello e la progressione del compito sulla latenza sono state eseguite tre vie RM ANOVA separate per ogni gruppo (YA, OA) in cui la Complessità (2D, 3D) e il Modello (1-4) sono stati trattati come fattori within-subject e il Sesso (maschio, femmina) era un fattore between-subject.

Giovani adulti

L’analisi ha confermato che YA ha completato i modelli 2D più velocemente dei modelli 3D (F(1,22) = 274, p < 0.001, ES = 0.926; 2D = 40.8 ± 7.4 s, 3D = 68.3 ± 14.2 s; Figura 2B). Latenze sono stati anche influenzati dall’ordine di presentazione del modello (F (3,66) = 6.97, p < 0.001, ES = 0.241), con prove precedenti essere completato più lentamente di prove successive (Modello 1 = 60.6 ± 14.2 s, Modello 4 = 48.6 ± 13.3 s). Un significativo effetto principale del sesso (F(1,22) = 4.38, p = 0.048, ES = 0.166; Figura 2B) ha rivelato che i partecipanti maschi hanno completato il compito più velocemente dei partecipanti femminili (maschi = 50.4 ± 10.5 s, femmine = 58.7 ± 9.0 s). Infine, una significativa interazione complessità per sesso (F(1,22) = 4,75, p = 0,040, ES = 0,177; Figura 2B) ha suggerito che la latenza differiva tra i partecipanti maschi e femmine a seconda che stessero replicando i modelli 2D o 3D. I confronti a coppie post hoc non hanno comunque raggiunto la significatività (p > 0,05), con i maschi che costruivano i modelli significativamente più velocemente delle femmine in entrambe le condizioni di complessità. È interessante notare che quando ai partecipanti YA è stato chiesto di completare un questionario riguardante i loro livelli di comfort nella manipolazione dei blocchi LEGO®, si è scoperto che i partecipanti maschi e femmine avevano iniziato a giocare con (p > 0,05; maschi = 4,2 anni, femmine = 4,1 anni) e avevano usato per l’ultima volta (p > 0,05; maschi = 13,4 anni, femmine = 12,7 anni) i blocchi LEGO® in età simili. Inoltre, quando è stato chiesto di indicare i loro livelli di comfort nel costruire con i blocchi LEGO® (su una scala da uno a dieci, dove dieci indica “estremamente confortevole”) non c’era una differenza significativa tra maschi e femmine (p > 0,05; maschio = 8,9, femmina = 8.2) suggerendo che il vantaggio di performance maschile non era semplicemente il risultato dei partecipanti maschi che avevano una maggiore esperienza con la costruzione di modelli LEGO®.

Adulti anziani

Similmente ai partecipanti YA, gli OA hanno completato i modelli 2D più velocemente dei modelli 3D (F(1,18) = 42.6, p < 0.001, ES = 0.703; 2D = 88.4 ± 33.9 s, 3D = 141.3 ± 54.0 s; Figura 2C). Inoltre, i tempi di completamento sono stati influenzati dall’ordine di presentazione del modello (F(3,54) = 11.6, p < 0.001, ES = 0.392), con i primi modelli di essere costruito più lentamente di modelli successivi (Modello 1 = 142.4 ± 51.4 s, Modello 4 = 95.0 ± 37.2 s). In contrasto con lo YA, tuttavia, le latenze erano coerenti tra i sessi per l’OA (p > 0,05). Inoltre, il sesso non ha influenzato in modo diverso le latenze per modello o complessità (p > 0,05).

Cambiamento percentuale

Quando i dati sono stati normalizzati per indagare ulteriormente gli effetti delle richieste di rotazione mentale del compito, l’analisi non ha rivelato alcun effetto principale significativo o interazioni tra fattori (p > 0,05). In altre parole, i partecipanti YA e OA hanno dimostrato un aumento di latenza comparabile con l’aumentare della complessità del modello (YA = 167,4 ± 18,8%; OA = 163,9 ± 43,0%; Figura 3). Questo risultato suggerisce che le abilità spaziali richieste per completare questo nuovo compito visuomotorio sono state sfidate in modo simile nei partecipanti maschi e femmine, e che inoltre queste abilità spaziali sembrano essere conservate con l’età.

Uso della mano

Giovani e anziani

L’analisi ha rivelato un effetto principale significativo della complessità (F(1,40) = 5,12, p = 0,029, ES = 0,113) che indica che i partecipanti hanno usato la mano destra più durante la costruzione dei modelli 2D rispetto ai modelli 3D (2D = 75,5 ± 15,5%, 3D = 72,0 ± 15,1%). L’uso della mano è stato anche influenzato dall’ordine di presentazione del modello (F(3,120) = 12,4, p < 0,001, ES = 0,236) con l’uso della mano destra dei partecipanti che variava tra l’80 e il 68% tra la costruzione del modello 1 e il modello 4 (modello 1 = 80,2 ± 15,6%, modello 2 = 68,0 ± 19,7%, modello 3 = 76,4 ± 18,1%, modello 4 = 70,4 ± 18,0%). Anche l’interazione modello per gruppo era significativa (F(3,120) = 38,0, p < 0,001, ES = 0,386). I confronti a coppie post hoc non hanno raggiunto la significatività per il gruppo YA. Il gruppo OA, tuttavia, ha usato la mano destra significativamente di più durante la costruzione del modello 1 rispetto a: Modello 2 (t(20) = 5,02, p < 0,001; Modello 1 = 88,2 ± 12,8%, Modello 2 = 66,0 ± 21,3%) e Modello 4 (t(20) = 4,18, p = 0,001; Modello 4 = 71,0 ± 20,6%). Hanno anche usato la loro mano destra significativamente di più durante la costruzione del modello 3 rispetto a: Modello 2 (t(20) = 5,00, p < 0,001; Modello 3 = 86,9 ± 15,1%) e Modello 4 (t(20) = 4,179, p = 0,001). Gruppo e sesso non hanno influenzato in modo diverso l’uso medio della mano destra (p > 0,05).

Discussione

Questo studio ha sviluppato un nuovo strumento di valutazione per le abilità visuospaziali nel dominio visuomotorio. A nostra conoscenza, questo è il primo studio a descrivere e valutare un compito visuomotorio interattivo che sfida sia la visualizzazione spaziale che le abilità di rotazione mentale. Il compito richiedeva che i partecipanti replicassero modelli complessi individuando e selezionando blocchi di costruzione che variano in caratteristiche come forma, colore e dimensione da una serie di blocchi. Lo studio ha scoperto che il tempo per completare ogni modello è diminuito in entrambe le condizioni di complessità spaziale con la costruzione di modelli consecutivi per entrambi i gruppi di partecipanti. Questa diminuzione del tempo suggerisce che i requisiti di ricerca visuospaziale del compito sono diminuiti naturalmente man mano che i blocchi (e quindi i “distrattori”) venivano rimossi dallo spazio di lavoro e incorporati nei modelli. Confermando che la complessità spaziale dei modelli era diversa tra le condizioni, entrambi i gruppi di partecipanti hanno impiegato più tempo per completare i modelli nella condizione più complessa dal punto di vista spaziale (3D). Poiché i modelli 2D e 3D erano composti dallo stesso numero di blocchi identici, la differenza di tempo riflette probabilmente la maggiore complessità spaziale dei modelli 3D. Inoltre, poiché la manipolazione riguardava la composizione dimensionale dei modelli, la differenza di tempo tra le condizioni persisteva in tutti e quattro i modelli.

Un’importante scoperta della presente indagine è che le abilità spaziali sono conservate nei partecipanti OA. Rispetto agli YA, i partecipanti OA hanno mostrato tempi di prova più lenti nelle condizioni sperimentali. Questo è probabilmente dovuto alle differenze di familiarità con il compito (si potrebbe sostenere che i giovani adulti hanno avuto più esperienza di “giocare” con i LEGO rispetto agli adulti più anziani) e al declino legato all’età della velocità percettiva e motoria (ad esempio, Goggin e Meeuwsen, 1992; Chaput e Proteau, 1996). Tuttavia, quando i dati sono stati normalizzati ed espressi come percentuale del compito visuospaziale meno impegnativo (modelli 2D) i partecipanti YA e OA si sono comportati in modo simile. In altre parole, l’aumento proporzionale dei tempi di completamento del compito dalle condizioni di bassa a quella di alta complessità visuospaziale non differiva tra YA e OA, suggerendo che le specifiche abilità visuospaziali sfidate dal compito sviluppato sono di fatto conservate in età avanzata. Questo è un risultato importante perché non è ancora chiaro quali processi visuospaziali siano influenzati dall’età e quali siano risparmiati (per una revisione, vedi Iachini et al., 2009; Klencklen et al., 2012). Per esempio, alcuni studi hanno mostrato un declino legato all’età nella capacità di ruotare mentalmente le immagini visive, nella capacità di recuperare sequenze spazio-temporali e nell’immaginazione visuospaziale (Berg et al., 1982; Craik e Dirkx, 1992; Iachini et al., 2005; Ruggiero et al., 2008). Altri studi hanno dimostrato capacità spaziali preservate negli anziani (Cherry e Park, 1993; Parkin et al., 1995; Yamamoto e Degirolamo, 2012). Per esempio, Yamamoto e Degirolamo (2012) hanno chiesto a partecipanti giovani e anziani di imparare le posizioni dei punti di riferimento in ambienti virtuali navigando in essi in prima persona o vedendo le viste aeree degli ambienti. Le prestazioni di apprendimento spaziale erano meno accurate per gli anziani quando navigavano in prima persona, ma altrettanto accurate per i giovani adulti quando navigavano usando la vista aerea. Questi studi e i risultati della presente indagine suggeriscono fortemente che le conseguenze dell’invecchiamento nella cognizione spaziale sono diverse a seconda del tipo di processo spaziale che viene sfidato. Poiché il compito utilizzato nel presente studio assomiglia alle azioni quotidiane (cioè, raggiungere e afferrare gli oggetti), l’indagine attuale contribuisce anche all’evidenza che mostra un declino meno ripido (o l’assenza di un) nelle abilità spaziali in compiti spaziali familiari ecologicamente rilevanti rispetto ai test astratti di laboratorio (De Beni et al, 2006; Iachini et al., 2009).

Diversi studi hanno dimostrato che i maschi hanno prestazioni migliori in compiti che coinvolgono la rotazione mentale, figure 3D e percezione spaziale (McGlone e Davidson, 1973; Linn e Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). I diversi livelli di complessità visuospaziale utilizzati nei compiti attuali erano sufficienti a produrre le differenze di sesso che erano state precedentemente valutate da test con carta e matita e test cromomerici basati su computer (ad esempio, Linn e Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). Nel presente esperimento, i giovani partecipanti maschi hanno eseguito i compiti significativamente più velocemente dei giovani partecipanti femmine. Perplesso, la differenza di sesso presente nei partecipanti YA non è stata osservata nell’OA. Questo era inaspettato, dato che alcuni studi hanno riportato che le differenze di performance legate al sesso nei compiti visuospaziali sono presenti negli anziani (Berg et al., 1982; Willis e Schaie, 1989; Jansen e Heil, 2010). Gli studi che riportano la presenza di differenze di prestazioni legate al sesso negli adulti più anziani hanno comunque utilizzato test standard con carta e matita. Al contrario, il compito sviluppato ha richiesto ai partecipanti di interagire con gli stimoli, di ruotare mentalmente i blocchi da costruzione prima di afferrarli, e di orientare il blocco in modo appropriato per aggiungerlo al modello 3D da assemblare. È probabile che la nuova natura interattiva del nostro compito sia responsabile dell’incoerenza tra il nostro studio e gli studi precedenti che hanno valutato le abilità spaziali nell’OA. Mentre rimane anche possibile che le differenze di sesso notate siano il risultato di giovani partecipanti maschi che hanno più esperienza nel “giocare” con i blocchi di costruzione rispetto alle giovani partecipanti femmine, una differenza che probabilmente si dissipa con l’età, questo sembra improbabile essere il fattore che contribuisce in modo preponderante. Quando agli YA è stato presentato un questionario sulla loro comodità nel manipolare i blocchi LEGO®, non sono state riportate differenze tra le risposte dei giovani partecipanti maschi e femmine. È anche possibile ipotizzare che i livelli di steroidi sessuali, che sono stati teorizzati per contribuire alle differenze di sesso nelle abilità spaziali (rivisto da Hampson, 1995; Martin et al., 2007 per la revisione), ha giocato un ruolo nei nostri risultati osservati. L’aumento dei livelli di estrogeni è stato associato alla diminuzione delle abilità visuospaziali (Gordon et al., 1986). Al contrario, livelli ridotti di ormoni gonadotropinici, responsabili della produzione di estrogeni, sono associati a capacità visuospaziali superiori (Gordon et al., 1986). Poiché le donne più anziane nel nostro studio erano in postmenopausa e non ricevevano una sostituzione ormonale estrogenica, è possibile che la diminuzione dei livelli di estrogeni in queste donne abbia contribuito alla mancanza di differenze di sesso.

Nel presente studio i partecipanti hanno dimostrato una forte preferenza per la mano destra quando è stata data l’opportunità di usare entrambe le mani per afferrare. Questo risultato è coerente con precedenti ricerche del nostro laboratorio (Gonzalez et al., 2007; Stone et al., 2013) e la proposta di specializzazione dell’emisfero sinistro per le azioni guidate dalla vista (Goodale, 1988; Gonzalez et al., 2006, 2007; Serrien et al., 2006). È interessante notare che l’uso della mano destra è stato influenzato in modo diverso dalla complessità spaziale del compito, con l’uso della mano destra che diminuisce con l’aumento delle richieste di rotazione mentale. Questo risultato è coerente con l’opinione comunemente sostenuta (Corballis e Sergent, 1989; Ditunno e Mann, 1990) che la rotazione mentale è principalmente una specializzazione dell’emisfero destro. Anche se questo risultato è stato visto nell’ANOVA generale (YA e OA), sembra essere più specifico per l’OA. Forse l’uso della mano negli adulti più anziani è più malleabile in risposta ai requisiti del compito, in particolare alle richieste spaziali. Ulteriori indagini sono necessarie per accertare se la rotazione mentale e/o le abilità di visualizzazione spaziale influenzano l’uso della mano sia nei giovani che negli adulti più anziani.

Infine, vale la pena menzionare che anche se il compito sviluppato in questo studio possiede molti punti in comune con i test spaziali standardizzati, in modo unico, è caratterizzato dall’interazione nel mondo reale di raggiungere, afferrare e assemblare oggetti situati nell’ambiente. Ogni giorno, ci viene richiesto di impegnarci a toccare e afferrare le cose intorno a noi. Dobbiamo fare affidamento su queste abilità visuo-spaziali per essere in grado di influenzare attivamente ciò che ci circonda. Poiché il compito sviluppato può essere modificato attraverso la manipolazione della dimensione dei blocchi e della configurazione del modello, il compito è adatto a valutare le abilità visuospaziali nei bambini (Sacrey et al., 2012), negli adulti giovani e anziani (Gonzalez et al., 2014) e probabilmente in popolazioni patologiche (ad esempio, persone con il morbo di Parkinson o persone con negligenza visuospaziale, ricerca in corso). È interessante notare che la ricerca sta sempre più suggerendo che le abilità spaziali sono malleabili e possono essere allenate. Questa flessibilità presenta la possibilità di progettare strategie di formazione o di riabilitazione che potrebbero essere attuate per ridurre al minimo le disparità identificate o le menomazioni nelle prestazioni spaziali, se queste differenze sono una conseguenza del sesso, o di altre influenze identificate sulla cognizione spaziale come lo stato socio-economico (Levine et al., 2005; Hackman e Farah, 2009), l’invecchiamento (Klencklen et al., 2012), o disturbi neurologici (Vallar, 2007; Possin, 2010).

In conclusione, il presente studio ha sviluppato un nuovo strumento per valutare le capacità visuospaziali. Gli adulti più anziani hanno costantemente eseguito il compito visuomotorio più lentamente rispetto ai partecipanti più giovani, tuttavia, le loro prestazioni erano paragonabili quando si esprimono i risultati in funzione delle richieste di cambiamento percentuale del compito. È importante notare che, poiché le richieste visuomotorie del compito erano coerenti tra le condizioni, la differenza nel tempo per completare i compiti derivava dalla manipolazione della complessità visuospaziale. Il compito presentato sarebbe ben adatto alle indagini della funzione visuospaziale nel dominio visuomotorio, in particolare per quanto riguarda il sesso e/o lo sviluppo e la patologia.

Conflitto di interessi

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.

Riconoscimenti

Questo lavoro è stato sostenuto dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (Grant number: 40314). I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nel disegno dello studio, nella raccolta e nell’analisi dei dati, nella decisione di pubblicare o nella preparazione del manoscritto.