Frontiers in Aging Neuroscience

Introduction

Spatiale vaardigheden zijn van cruciaal belang voor functionele onafhankelijkheid. Zij stellen ons in staat doelen in de ruimte te lokaliseren, objecten visueel waar te nemen, en de twee- en driedimensionale (2D en 3D) ruimtelijke relaties tussen objecten en onze omgeving te begrijpen. Deze vaardigheden stellen ons in staat veilig door onze omgeving te navigeren door nauwkeurig richting en afstand te bepalen. Ruimtelijke vaardigheid is geen eenduidige functie, maar kan worden onderverdeeld in een aantal verschillende categorieën die gewoonlijk worden geclassificeerd als ruimtelijke visualisatie, ruimtelijke perceptie en mentale rotatie. Ruimtelijke visualisatie is gedefinieerd als het vermogen om complexe ruimtelijke informatie mentaal te manipuleren wanneer verschillende stappen nodig zijn om een ruimtelijke taak tot een goed einde te brengen (Linn en Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Een voorbeeld van een taak waarin ruimtelijke visualisatievaardigheden een rol kunnen spelen, is het schikken van voorwerpen zodat ze in een koffer passen. Ruimtelijke waarneming is het vermogen om nauwkeurig ruimtelijke relaties vast te stellen met betrekking tot iemands oriëntatie, ondanks de aanwezigheid van afleidende informatie (Linn en Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Ruimtelijke waarnemingsvaardigheden worden gebruikt bij het invoegen in het rijdende verkeer op een drukke snelweg. De bestuurder moet bepalen of de auto in het gat in het verkeer zal passen terwijl hij irrelevante omringende voertuigen op de snelweg negeert. De derde categorie van ruimtelijke vaardigheden, mentale rotatie, is het vermogen om de oriëntatie van een mentale voorstelling van een object in een 2D of 3D ruimte te transformeren (Linn en Petersen, 1985; Voyer et al., 1995). Mentale rotatievaardigheden worden gedurende de dag veelvuldig gebruikt, bijvoorbeeld bij het kammen van het haar of het aanbrengen van de make-up in de spiegel. Er zijn talrijke gestandaardiseerde ruimtelijke testreeksen ontwikkeld om te meten hoe deelnemers ruimtelijke taken oplossen. Voorbeelden van veel gebruikte taken om ruimtelijke visualisatievaardigheden te meten zijn de Paper Form Board (Likert and Quasha, 1941), waarbij deelnemers moeten aangeven hoe een opengevouwen vorm er uit zou zien als hij eenmaal opgevouwen is, en de Identical Block Test (Stafford, 1961) waarbij deelnemers blokken uit een array herkennen die overeenkomen met een referentieblok, gegeven een aantal aanwijzingen op de voorkant van de blokken. Twee gestandaardiseerde tests die gebruikt worden om ruimtelijke perceptie te beoordelen zijn de Staaf-en-Kader Test (Witkin en Asch, 1948), waarbij deelnemers horizontale of verticale lijnen moeten identificeren die gepresenteerd worden in een geroteerd vierkant frame en de Water Niveau Test (Piaget en Inhelder, 1956) waarbij deelnemers de oriëntatie van de waterlijn moeten aangeven in het beeld van een gekantelde container. Tenslotte zijn er talrijke ruimtelijke tests ontwikkeld om mentale rotatie te testen. De meest gebruikte test is de Mental Rotation Test (Vandenburg en Kuse, 1978), een variant van de oorspronkelijke test ontwikkeld door Shepard en Metzler (1971). Bij deze test moeten de deelnemers bepalen of paren van ten opzichte van elkaar in diepte geroteerde voorwerpen identiek of spiegelbeeldig zijn. Ondanks de clustering van ruimtelijke tests in de drie algemene categorieën van ruimtelijke visualisatie, ruimtelijke perceptie en mentale rotatie, vereist het oplossen van de taken in een enkele test meestal het gebruik van meerdere ruimtelijke processen. Bijvoorbeeld, tests toegewezen aan de ruimtelijke visualisatie categorie (d.w.z., Paper Form Board taak, Identieke Blok Test) bevatten waarschijnlijk elementen van mentale rotatie en ruimtelijke perceptie.

Onze kennis van hoe mensen omgaan met hun ruimtelijke omgeving is grotendeels gebaseerd op studies die gebruik hebben gemaakt van standaard papier-en-potlood psychometrische tests, computer-gebaseerde chronometrische tests (Linn en Petersen, 1985; Voyer et al., 1995), en meer recentelijk tests in immersieve 3D-omgevingen (Parsons et al., 2004; Tsirlin et al., 2009). Hoewel deze studies van cruciaal belang zijn voor ons begrip van ruimtelijke cognitie, zijn de lage visuomotorische eisen van de gebruikte 2D taken vaak niet representatief voor de fysieke interacties die we hebben met objecten in onze dagelijkse omgeving. Bovendien, gezien hun complexiteit, veel van de gestandaardiseerde tests zijn niet geschikt voor gebruik bij jonge kinderen, ouderen, en patiëntenpopulaties.

Wij hebben een nieuwe visuomotorische taak ontwikkeld met varianten die geschikt zijn voor het bereik van ruimtelijke vaardigheden van kinderen zo jong als 3 jaar oud (Sacrey et al., 2012) tot hoge leeftijd (Gonzalez et al., 2014), evenals patiëntenpopulaties (ongepubliceerd). De taak vereist dat deelnemers de juiste bouwstenen uit een reeks blokken lokaliseren, bereiken, vastpakken en manipuleren om een 3D-model te reproduceren. De taak combineert de drie belangrijkste categorieën van ruimtelijke vaardigheden: mentale rotatie, ruimtelijke visualisatie en ruimtelijke perceptie. Mentale rotatievaardigheden worden op de proef gesteld door te bepalen of 3D-blokken in het werkveld kunnen worden geroteerd om overeen te komen met de oriëntatie van bouwblokken in het voorbeeldmodel, ongeacht hun oriëntatie. Bovendien worden ruimtelijke waarnemingsvaardigheden gebruikt om uit een reeks alternatieven (die kunnen verschillen in kleur, vorm en/of grootte; hier visuospatiaal zoeken genoemd) het specifieke blok te identificeren dat overeenkomt met een bouwsteen in het voorbeeldmodel. Ruimtelijke waarnemingsvaardigheden zijn ook noodzakelijk voor het grootste deel van de taak wanneer de deelnemer de juiste bouwsteen uit de reeks afleiders moet aanwijzen. Deze taak, vergelijkbaar met de gestandaardiseerde papier-en-pencil en computer-gebaseerde tests, maakt het mogelijk het niveau van visuospatiale complexiteit te manipuleren terwijl de visuomotorische eisen van de taak constant worden gehouden. In tegenstelling tot deze gestandaardiseerde tests zijn de visuomotorische eisen van onze taak echter uitgebreid, zodat zij overeenkomen met de eisen van alledaagse taken. De ontwikkelde taak zal de studie van ruimtelijke cognitie in het visuomotorische domein mogelijk maken, en waardevolle kennis bijdragen aan ons huidig begrip van ruimtelijke interacties in real-world scenario’s.

De huidige studie bepaalde de haalbaarheid van het gebruik van een reach-to-grasp taak om visuospatiale en visuomotorische functie te beoordelen bij mannelijke en vrouwelijke jongere (18-25 jaar) en oudere (60-82 jaar) volwassenen. Voor zover ons bekend, is dit de eerste studie die een visuomotorische taak gebruikt die aspecten van ruimtelijke visualisatie (visuospatiaal zoeken) en mentale rotatie combineert. In dit experiment waren de visuospatiale zoekvereisten consistent maar de ruimtelijke complexiteit van de te repliceren modellen werd gemoduleerd over twee condities. In de conditie van lage ruimtelijke complexiteit waren de positie, de eigenschappen (d.w.z. kleur en grootte), en de oriëntatie van elke bouwsteen in het na te bouwen model zichtbaar vanuit één enkel gezichtsvlak, waarbij de modellen een “vlakke” configuratie hadden. In de conditie met hoge ruimtelijke complexiteit had het model een 3D-configuratie en moest het worden geroteerd om te zorgen voor een nauwkeurige selectie en plaatsing van elke bouwsteen in het model. De motorische eisen van de taak (b.v. reiken naar en vastgrijpen van de blokken) waren in beide condities gelijk.

De totale tijd die nodig was om elk model te repliceren en de handvoorkeur voor elke greep werd geregistreerd. Gezien de gerapporteerde afname in meerdere maten van cognitief functioneren met toenemende leeftijd (Blanchard-Fields en Hess, 1996; Gabrowski en Mason, 2014), evenals de leeftijdsgerelateerde verslechtering waargenomen in ruimtelijke visualisatie (Hertzog, 1989; Salthouse, 1990; Borella et al., 2014) en mentale rotatie (Willis en Schaie, 1989; Jansen en Heil, 2010; Borella et al., 2014) vermogens voorspelden we een leeftijdsgerelateerde afname in taakprestatie. Bovendien, in overeenstemming met de literatuur die superieure prestaties rapporteert voor mannen in vergelijking met vrouwen op tests van mentale rotatie (McGlone en Davidson, 1973; Linn en Petersen, 1985; Voyer et al, 1995; Sherwin, 2003), voorspelden we dat er sekseverschillen zouden optreden, waarbij mannen consequent een prestatievoordeel zouden vertonen.

Materialen en Methoden

Deelnemers

Vierenentwintig zelfverklaarde rechtshandige jonge volwassenen (YA; 12 mannen; 18-25 jaar) en 20 zelfverklaarde rechtshandige oudere volwassenen (OA; 10 mannen; 60-81 jaar) werden gerekruteerd uit de universitaire gemeenschap om deel te nemen aan dit onderzoek. De studie werd uitgevoerd met goedkeuring van het Human Subject Research Committee van de Universiteit van Lethbridge. Alle deelnemers waren naïef over het doel van de studie en gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming voor het begin van de studie.

Procedures

Deelnemers zaten comfortabel centraal voor een tafel met een hoogte van 0,74 m en een werkruimte van 0,70 m bij 1,22 m. De deelnemers kregen de opdracht twee series van vier modellen na te spelen. Vervolgens beantwoordden de deelnemers een aangepaste versie van de Edinburgh (Oldfield, 1971) en Waterloo (Brown et al., 2006) vragenlijst over handvaardigheid (zie Stone et al., 2013 voor een volledige beschrijving van de aangepaste vragenlijst). Aan vrouwelijke oudere volwassen deelnemers werd gevraagd of ze hormoonvervangingstherapie gebruikten om vast te stellen of circulerende geslachtshormoonspiegels waarschijnlijk aanzienlijk zouden verschillen binnen de groep.

Achtenveertig unieke bouwstenen (LEGO®) werden pseudo-willekeurig verdeeld over het tafelblad terwijl de deelnemers van de tafel afkeken. Een strook doorzichtig plakband werd gebruikt om de werkruimte in twee te verdelen, en 24 blokjes werden verdeeld over de linker- en rechterkant (Figuur 1A). Elke proef begon met de inspectie van een 12-delig model dat de deelnemers zouden namaken. Na inspectie plaatste de experimentator het model in de linker- of rechterhoek van de tafel (met een tegengestelde verdeling tussen de proeven). Het is aangetoond dat de positie van het model op de tafel het handgebruik niet beïnvloedt (Stone et al., 2013). Voor elke proef kregen de deelnemers de instructies om “het model zo snel en zo nauwkeurig mogelijk na te maken, met behulp van de stukken die op de tafel lagen.” Er werden geen verdere instructies aan de deelnemers gegeven. De deelnemers waren vrij om het na te bouwen model te manipuleren en te draaien tijdens de constructie. Nadat het model was nagebouwd, werden beide modellen verwijderd en werd een ander na te bouwen model ter beschikking gesteld. De bouwstenen werden tussen de proeven niet vervangen. Dezelfde set van 48 unieke bouwstenen werd gebruikt voor elke set van vier, 12-delige modellen in dit experiment (Figuur 1A). De twee series van LEGO ® modellen verschilden met betrekking tot hun ruimtelijke complexiteit. In de lage ruimtelijke vraag voorwaarde (2D), de bouwstenen in het model te worden gerepliceerd waren in een “platte” configuratie (figuur 1B). Hierdoor konden de deelnemers de eigenschappen en oriëntatie van alle 12 bouwstenen vanuit een enkel gezichtsvlak bekijken, waardoor de noodzaak om het model fysiek te roteren werd weggenomen (hoewel de deelnemers vrij bleven om het te repliceren model op te pakken en te manipuleren). In de conditie met hoge ruimtelijke eisen (3D) waren de bouwstenen (dezelfde als die voor de 2D-modellen) in het te repliceren model niet allemaal zichtbaar in hetzelfde vlak (figuur 1C). Dit maakte rotatie van het model noodzakelijk om nauwkeurige replicatie mogelijk te maken. Deelnemers bouwden vier opeenvolgende modellen in de 2D-conditie met gebruikmaking van alle 48 blokken. Deelnemers bouwden vervolgens vier modellen opeenvolgend in de 3D conditie, opnieuw gebruikmakend van alle 48 blokken. De startconditie (2D, 3D) werd gecompenseerd en de volgorde van presentatie van de modellen werd gerandomiseerd tussen de deelnemers. Dezelfde acht modellen werden gebruikt voor alle deelnemers.

Data Processing and Analysis

De totale hoeveelheid tijd (dat wil zeggen, latentie, s) vanaf het moment dat de deelnemers één van beide handen van de tafel tilden om een reikbeweging naar de bouwstenen te initiëren tot het moment dat het replica model op de tafel werd geplaatst (inclusief reiken, grijpen, modelmanipulatie en modelbouw) werd geregistreerd met een Tough Timer® stopwatch (Sportline Inc.). De taak werd opgenomen met een digitale videocamera (JV HD Everio®) die recht voor de deelnemers was geplaatst, met een duidelijk zicht op de werkruimte, de bouwblokken en de handen van de deelnemers. Elke greep werd gescoord als een linker- of rechtshandige greep en het gebruik van de rechterhand werd bepaald als een percentage van het totale aantal grepen voor modelbouw (aantal rechterhandgrepen/totaal aantal grepen × 100).

Het effect van modelcomplexiteit en taakprogressie op latentie en handgebruik werd vergeleken tussen Geslacht en Groep met behulp van mixed factor repeated-measures analyses van variantie (RM ANOVA) met Complexiteit (2D, 3D) en Model (1-4) als de binnen-subject factoren en Geslacht (man, vrouw) en Groep (YA, OA) als tussen-subject factoren. Vervolgens, om de vergelijking van latentie veranderingen als gevolg van de mentale rotatie eisen en niet motor snelheid tussen jongere en oudere volwassenen mogelijk te maken, werden de 3D latentie gegevens genormaliseerd naar de 2D-gegevens (* 100) en ingevoerd in een drie-weg RM ANOVA. Modelnummer (1-4) was de binnen-subject factor en geslacht (man, vrouw) en groep (YA, OA) waren tussen-subject factoren. Wanneer statistische significantie werd vastgesteld, werden de passende RM ANOVA’s of gepaarde t-tests uitgevoerd met bonferroni-correcties voor meervoudige vergelijkingen gebruikt met de gepaarde t-tests.

De gegevens werden geanalyseerd met SPSS Statistics 18.0 voor Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Statistische significantie werd vastgesteld op 0,05. Effect size (ES) werd gerapporteerd als η2 waarden.

Resultaten

Alle gegevens waren normaal verdeeld en schonden de veronderstellingen van homogeniteit van variantie niet. Daarom werden parametrische statistieken gebruikt om de gedragsgegevens te analyseren. De gegevens worden gepresenteerd als gemiddelden en standaardafwijkingen.

Alle deelnemers gaven aan rechtshandig te zijn; deze informatie werd bevestigd door de handvaardigheidsvragenlijst. De scores voor handvaardigheid verschilden tussen de groepen (F(1,40) = 6,94, p = 0,012, ES = 0,148), waarbij de OA een hogere score voor handvaardigheid rapporteerden dan de YA-deelnemers (YA = 30,5 ± 6,9; OA = 35,4 ± 4,7). Deze bevinding is consistent met eerdere rapporten (Gonzalez et al., 2014) dat oudere deelnemers de neiging hebben zichzelf als meer rechtshandig te ervaren. Handigheidsscores werden niet differentieel beïnvloed door Geslacht (p > 0,05). Leeftijd verschilde niet tussen de seksen (p > 0.05). Alle vrouwelijke OA-deelnemers gaven zelf aan dat ze geen hormoonvervangingstherapie gebruikten.

Laatheid

Jongere en oudere volwassenen

De analyse toonde een significant hoofdeffect van Complexiteit (F(1,40) = 112, p < 0.001, ES = 0,737; figuur 2A), wat suggereert dat de deelnemers de 2D-modellen aanzienlijk sneller construeerden dan de 3D-modellen (2D = 62,4 ± 33,4 s, 3D = 101,5 ± 52,5 s). De latentie werd ook beïnvloed door de volgorde waarin het model werd gepresenteerd (F(3,120) = 19,0, p < 0,001, ES = 0,322), waarbij eerdere proeven langzamer werden voltooid dan latere proeven (Model 1 = 97,8 ± 54,5 s, Model 4 = 69,7 ± 35,4 s), wat suggereert dat het inherente visuospatiale zoeken dat met de taak samenhangt van nature afneemt naarmate de taak vordert, omdat er minder blokken op de werkplek overblijven en er dus minder “afleidende” blokken aanwezig zijn, waardoor de deelnemers het juiste blok gemakkelijker kunnen identificeren. De interactie tussen model en groep bereikte ook significantie (F(3,120) = 6,90, p < 0,001, ES = 0,147). Post hoc vergelijkingen toonden aan dat er een significante afname in latentie was voor modelconstructie van model 1 naar model 3 voor beide groepen, waarbij YA (t(23) = 4,77, p < 0,001) en OA (t(19) = 4,74, p < 0,001) een afname in latentie lieten zien van respectievelijk 8,8 s en 40,3 s. Ook de latentietijd was voor beide groepen significant korter vanaf de constructie van model 1 tot model 4, waarbij YA (t(23) = 4,23, p < 0,001) een afname van 12,0 s liet zien en OA (t(19) = 4,39, p < 0,001) een afname van 47,4 s. De interacties Complexiteit per model en Complexiteit per model per groep waren niet significant (p > 0,05). Een significant hoofdeffect van Groep (F(1,40) = 46,7, p < 0,001, ES = 0,539; Figuur 2A) toonde aan dat de YA de proeven significant sneller aflegden dan de OA (YA = 54,5 ± 10,4 s, OA = 114,8 ± 41,5 s). De interactie tussen complexiteit en groep was ook significant (F(1,40) = 11,2, p = 0,002, ES = 0,220; figuur 2A). Post hoc paarsgewijze vergelijkingen suggereerden dat er een toename in latentie was van 2D naar 3D modelbouw voor beide groepen, met YA (t(23) = 15.4, p < 0.001) en OA (t(19) = 6.704, p < 0.001) die respectievelijk een 27.5 en 52.9 s toename in latentie lieten zien. Het geslacht had geen verschillende invloed op de gemiddelde latentie (p > 0,05).

Om het effect van modelcomplexiteit en taakprogressie op de latentie nauwkeuriger te onderzoeken, werden voor elke groep (YA, OA) afzonderlijke drieweg RM ANOVA uitgevoerd, waarin complexiteit (2D, 3D) en model (1-4) werden behandeld als binnen-subject factoren en sekse (man, vrouw) een tussen-subject factor was.

Jongvolwassenen

De analyse bevestigde dat YA de 2D-modellen sneller voltooide dan de 3D-modellen (F(1,22) = 274, p < 0,001, ES = 0,926; 2D = 40,8 ± 7,4 s, 3D = 68,3 ± 14,2 s; figuur 2B). De latenties werden ook beïnvloed door de volgorde van modelpresentatie (F(3,66) = 6,97, p < 0,001, ES = 0,241), waarbij eerdere trials langzamer werden voltooid dan latere trials (Model 1 = 60,6 ± 14,2 s, Model 4 = 48,6 ± 13,3 s). Een significant hoofdeffect van Sekse (F(1,22) = 4.38, p = 0.048, ES = 0.166; Figuur 2B) toonde aan dat mannelijke deelnemers de taak sneller voltooiden dan de vrouwelijke deelnemers (Mannetjes = 50.4 ± 10.5 s, Vrouwtjes = 58.7 ± 9.0 s). Tenslotte bleek uit een significante interactie tussen complexiteit en geslacht (F(1,22) = 4.75, p = 0.040, ES = 0.177; Figuur 2B) dat de latentie verschilde tussen mannelijke en vrouwelijke deelnemers, afhankelijk van het feit of ze de 2D- of 3D-modellen repliceerden. Post hoc vergelijkingen per paar bereikten echter geen significantie (p > 0.05), waarbij mannen de modellen significant sneller construeerden dan vrouwen in beide complexiteitscondities. Interessant was dat toen de YA deelnemers gevraagd werd een vragenlijst in te vullen over hun comfort in het manipuleren van LEGO® blokjes, bleek dat de mannelijke en vrouwelijke deelnemers op vergelijkbare leeftijd met LEGO® blokjes begonnen te spelen (p > 0.05; mannen = 4.2 jaar, vrouwen = 4.1 jaar) en voor het laatst LEGO® blokjes hadden gebruikt (p > 0.05; mannen = 13.4 jaar, vrouwen = 12.7 jaar). Bovendien was er geen significant verschil tussen mannen en vrouwen (p > 0,05; man = 8,9, vrouw = 8,5) toen hen gevraagd werd hun comfort aan te geven bij het bouwen met LEGO® blokjes (op een schaal van 1-10, waarbij 10 staat voor “zeer comfortabel”).2), wat suggereert dat het mannelijke prestatievoordeel niet gewoon het resultaat was van het feit dat de mannelijke deelnemers meer ervaring hadden met het bouwen van LEGO® modellen.

Older Adults

Gelijkaardig aan de YA deelnemers, voltooiden de OA de 2D modellen sneller dan de 3D modellen (F(1,18) = 42.6, p < 0.001, ES = 0.703; 2D = 88.4 ± 33.9 s, 3D = 141.3 ± 54.0 s; Figuur 2C). Bovendien werden de voltooiingstijden beïnvloed door de volgorde van modelpresentatie (F(3,54) = 11,6, p < 0,001, ES = 0,392), waarbij vroege modellen langzamer werden geconstrueerd dan latere modellen (Model 1 = 142,4 ± 51,4 s, Model 4 = 95,0 ± 37,2 s). In tegenstelling tot de YA, waren de latenties consistent tussen de geslachten voor de OA (p > 0.05). Bovendien had het geslacht geen verschillende invloed op de latenties per model of complexiteit (p > 0.05).

Percentage Verandering

Wanneer de data werden genormaliseerd om de effecten van de mentale rotatie-eisen van de taak verder te onderzoeken, onthulde de analyse geen significante hoofdeffecten of interacties tussen factoren (p > 0.05). Met andere woorden, YA en OA deelnemers toonden een vergelijkbare latentietoename met toenemende complexiteit van het model (YA = 167.4 ± 18.8%; OA = 163.9 ± 43.0%; figuur 3). Deze bevinding suggereert dat de ruimtelijke vaardigheden die nodig zijn om deze nieuwe visuomotorische taak te voltooien op vergelijkbare wijze werden uitgedaagd in mannelijke en vrouwelijke deelnemers, en dat bovendien deze ruimtelijke vaardigheden leek te worden behouden met de leeftijd.

Handgebruik

Jongere en oudere volwassenen

De analyse toonde een significant hoofdeffect van complexiteit (F(1,40) = 5,12, p = 0,029, ES = 0,113) dat aangeeft dat deelnemers hun rechterhand meer gebruikten tijdens het bouwen van de 2D-modellen in vergelijking met de 3D-modellen (2D = 75,5 ± 15,5%, 3D = 72,0 ± 15,1%). Het handgebruik werd ook beïnvloed door de volgorde waarin de modellen werden gepresenteerd (F(3,120) = 12,4, p < 0,001, ES = 0,236), waarbij het rechterhandgebruik van de deelnemers varieerde tussen 80 en 68% tussen de constructie van model 1 en model 4 (model 1 = 80,2 ± 15,6%, model 2 = 68,0 ± 19,7%, model 3 = 76,4 ± 18,1%, model 4 = 70,4 ± 18,0%). De interactie tussen model en groep was ook significant (F(3,120) = 38,0, p < 0,001, ES = 0,386). Post hoc paarsgewijze vergelijkingen bereikten geen significantie voor de YA groep. De OA-groep gebruikte echter significant meer de rechterhand bij het construeren van model 1 in vergelijking met: Model 2 (t(20) = 5.02, p < 0.001; Model 1 = 88.2 ± 12.8%, Model 2 = 66.0 ± 21.3%) en Model 4 (t(20) = 4.18, p = 0.001; Model 4 = 71.0 ± 20.6%). Ze gebruikten ook significant meer hun rechterhand bij het construeren van model 3 in vergelijking met: Model 2 (t(20) = 5,00, p < 0,001; Model 3 = 86,9 ± 15,1%) en Model 4 (t(20) = 4,179, p = 0,001). Groep en Geslacht hadden geen verschillende invloed op het gemiddelde gebruik van de rechterhand (p > 0.05).

Discussie

Deze studie ontwikkelde een nieuw beoordelingsinstrument voor visuospatiale vaardigheden in het visuomotorische domein. Voor zover wij weten, is dit de eerste studie die een interactieve visuomotorische taak beschrijft en beoordeelt die zowel ruimtelijke visualisatie als mentale rotatievaardigheden uitdaagt. De taak vereiste dat de deelnemers complexe modellen nabootsten door bouwstenen met verschillende kenmerken zoals vorm, kleur en grootte te selecteren uit een reeks van blokken. De studie toonde aan dat de tijd om elk model te voltooien in beide ruimtelijke complexiteitscondities afnam met de bouw van opeenvolgende modellen voor beide deelnemersgroepen. Deze afname in tijd suggereert dat de visuospatiale zoekvereisten van de taak op natuurlijke wijze afnamen naarmate blokken (en dus “afleiders”) uit de werkruimte werden verwijderd en in de modellen werden opgenomen. Bevestigend dat de ruimtelijke complexiteit van de modellen verschilde tussen de condities, deden beide groepen deelnemers er langer over om de modellen te voltooien in de meer ruimtelijk complexe (3D) conditie. Omdat de 2D- en 3D-modellen uit hetzelfde aantal identieke blokken bestonden, weerspiegelt het verschil in tijd waarschijnlijk de toegenomen ruimtelijke complexiteit van de 3D-modellen. Bovendien, omdat de manipulatie in de dimensionale samenstelling van de modellen zat, bleef het tijdsverschil tussen de condities bestaan voor alle vier de modellen.

Een belangrijke bevinding van het huidige onderzoek was dat ruimtelijke vaardigheden behouden blijven bij de OA deelnemers. Vergeleken met YA, vertoonden OA deelnemers langzamere proeftijden in alle experimentele condities. Dit is waarschijnlijk te wijten aan verschillen in vertrouwdheid met de taak (men zou kunnen stellen dat jongvolwassenen meer ervaring hebben met het “spelen” met LEGO dan oudere volwassenen) en aan leeftijdsgebonden achteruitgang van perceptuele en motorische snelheid (e.g., Goggin en Meeuwsen, 1992; Chaput en Proteau, 1996). Echter, wanneer de gegevens werden genormaliseerd en uitgedrukt als percentage van de minder veeleisende visuospatiale taak (2D modellen) gedroegen YA en OA deelnemers zich ongeveer gelijk. Met andere woorden, de proportionele toename in taakvoltooiingstijd van de lage naar de hoge visuospatiale complexiteitscondities verschilde niet tussen de YA en OA, hetgeen suggereert dat de specifieke visuospatiale vaardigheden die door de ontwikkelde taak worden uitgedaagd in feite behouden blijven op oudere leeftijd. Dit is een belangrijke bevinding omdat het onduidelijk blijft welke visuospatiale processen beïnvloed worden door leeftijd en welke gespaard blijven (voor een overzicht, zie Iachini et al., 2009; Klencklen et al., 2012). Bijvoorbeeld, sommige studies hebben een leeftijdsgerelateerde afname aangetoond in het vermogen om visuele beelden mentaal te roteren, in het vermogen om spatiotemporele sequenties op te halen, en in visuospatiale beeldvorming (Berg et al., 1982; Craik en Dirkx, 1992; Iachini et al., 2005; Ruggiero et al., 2008). Andere studies hebben aangetoond dat de ruimtelijke vaardigheden van ouderen behouden blijven (Cherry en Park, 1993; Parkin et al., 1995; Yamamoto en Degirolamo, 2012). Yamamoto en Degirolamo (2012) vroegen jonge en oudere deelnemers bijvoorbeeld om locaties van oriëntatiepunten in virtuele omgevingen te leren door er in het eerste-persoonsperspectief in te navigeren of door luchtfoto’s van de omgevingen te zien. De prestaties op het gebied van ruimtelijk leren waren minder nauwkeurig voor de senioren wanneer ze navigeerden in het eerste-persoonsperspectief, maar even nauwkeurig voor de jongvolwassenen wanneer ze navigeerden met het luchtperspectief. Deze studies en de resultaten van het huidige onderzoek suggereren sterk dat de gevolgen van veroudering in ruimtelijke cognitie verschillend zijn afhankelijk van het type ruimtelijk proces dat wordt uitgedaagd. Omdat de in het huidige onderzoek gebruikte taak lijkt op alledaagse handelingen (d.w.z. reiken en grijpen naar voorwerpen), draagt het huidige onderzoek ook bij aan het bewijs dat een minder sterke (of geen) achteruitgang in ruimtelijke vaardigheden laat zien bij vertrouwde ecologisch relevante ruimtelijke taken in vergelijking met abstracte laboratoriumtests (De Beni et al, 2006; Iachini et al., 2009).

Verschillende studies hebben aangetoond dat mannen beter presteren in taken die mentale rotatie, 3D figuren, en ruimtelijke perceptie inhouden (McGlone and Davidson, 1973; Linn and Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). De verschillende niveaus van visuospatiale complexiteit die in de huidige taken werden gebruikt waren voldoende om de sekse verschillen te produceren die eerder waren beoordeeld met papier-en-potlood tests en computer-gebaseerde chromomerische tests (e.g., Linn en Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). In het huidige experiment voerden de jonge mannelijke deelnemers de taken significant sneller uit dan de jonge vrouwelijke deelnemers. Het is raadselachtig dat het sekseverschil dat aanwezig was bij de YA deelnemers niet werd waargenomen bij OA. Dit was onverwacht, omdat sommige studies hebben gerapporteerd dat seksegerelateerde prestatieverschillen in visuospatiale taken aanwezig zijn bij ouderen (Berg et al., 1982; Willis en Schaie, 1989; Jansen en Heil, 2010). De studies die rapporteren over de aanwezigheid van seksegerelateerde prestatieverschillen bij oudere volwassenen hebben echter gebruik gemaakt van standaard papier-en potloodtesten. De ontwikkelde taak daarentegen vereiste van de deelnemers interactie met de stimuli, het mentaal draaien van de bouwstenen voordat ze werden vastgepakt, en het op de juiste manier oriënteren van het blok om het toe te voegen aan het 3D model dat in elkaar werd gezet. Het is waarschijnlijk dat de nieuwe interactieve aard van onze taak verantwoordelijk is voor de inconsistentie tussen onze studie en eerdere studies die ruimtelijke vaardigheden bij OA hebben beoordeeld. Hoewel het ook mogelijk blijft dat de geconstateerde sekseverschillen een gevolg zijn van het feit dat de jonge mannelijke deelnemers meer ervaring hebben met het “spelen” met bouwstenen dan de jonge vrouwelijke deelnemers, een verschil dat waarschijnlijk met de leeftijd zou verdwijnen, lijkt het onwaarschijnlijk dat dit de overheersende factor is. Toen de YA een vragenlijst kregen voorgelegd over hun comfort bij het manipuleren van LEGO® blokjes, waren er geen verschillen tussen de antwoorden van de jonge mannelijke en vrouwelijke deelnemers. Het is ook mogelijk te speculeren dat het oestrogeenniveau, waarvan wordt verondersteld dat het bijdraagt aan de verschillen in ruimtelijke vaardigheden tussen mannen en vrouwen (Hampson, 1995; Martin e.a., 2007), een rol heeft gespeeld in onze resultaten. Verhoogde oestrogeenspiegels zijn in verband gebracht met een afname van visuospatiale vaardigheden (Gordon et al., 1986). Daarentegen worden verminderde niveaus van gonadotropine hormonen, verantwoordelijk voor de productie van oestrogeen, in verband gebracht met superieure visuospatiale vaardigheden (Gordon et al., 1986). Omdat de oudere vrouwen in onze studie postmenopauzaal waren en geen oestrogeen hormoonvervanging kregen, is het mogelijk dat de verminderde oestrogeen niveaus bij deze vrouwen bijdroegen aan het ontbreken van sekse verschillen.

In de huidige studie toonden de deelnemers een sterke voorkeur voor de rechter hand wanneer zij de gelegenheid kregen beide handen te gebruiken om te grijpen. Deze bevinding is consistent met eerder onderzoek uit ons laboratorium (Gonzalez et al., 2007; Stone et al., 2013) en het voorstel van specialisatie van de linker hersenhelft voor visueel geleide acties (Goodale, 1988; Gonzalez et al., 2006, 2007; Serrien et al., 2006). Interessant is dat het gebruik van de rechterhand differentieel beïnvloed werd door de ruimtelijke complexiteit van de taak, waarbij het gebruik van de rechterhand afnam bij toenemende eisen aan de mentale rotatie. Deze bevinding is consistent met de gangbare opvatting (Corballis en Sergent, 1989; Ditunno en Mann, 1990) dat mentale rotatie voornamelijk een specialisatie van de rechter hersenhelft is. Hoewel dit resultaat in de totale ANOVA (YA en OA) werd gezien, bleek het meer specifiek te zijn voor de OA. Misschien is handgebruik bij oudere volwassenen meer kneedbaar in reactie op taakvereisten in het bijzonder ruimtelijke eisen. Verder onderzoek is nodig om na te gaan of mentale rotatie en/of ruimtelijke visualisatie vaardigheden het handgebruik beïnvloeden bij zowel jonge als oudere volwassenen.

Ten slotte is het vermeldenswaard dat, hoewel de taak ontwikkeld in deze studie veel overeenkomsten vertoont met de gestandaardiseerde ruimtelijke tests, het uniek is dat het de interactie van het reiken naar, vastgrijpen en assembleren van objecten in de omgeving kenmerkt. Elke dag zijn we verplicht om dingen om ons heen aan te raken en vast te pakken. Wij moeten vertrouwen op deze visuospatiale vaardigheden om in staat te zijn onze omgeving actief te beïnvloeden. Omdat de ontwikkelde taak kan worden aangepast door manipulatie van blokgrootte en model configuratie is de taak geschikt voor het beoordelen van visuospatiale vaardigheden bij kinderen (Sacrey et al., 2012), jonge en oudere volwassenen (Gonzalez et al., 2014) en waarschijnlijk pathologische populaties (bijv. mensen met de ziekte van Parkinson of mensen met visuospatiale verwaarlozing, onderzoek in uitvoering). Interessant is dat onderzoek in toenemende mate suggereert dat ruimtelijke vaardigheden kneedbaar zijn en getraind kunnen worden. Deze flexibiliteit biedt de mogelijkheid om training of rehabilitatie strategieën te ontwerpen die kunnen worden toegepast om geïdentificeerde verschillen of beperkingen in ruimtelijke prestaties te minimaliseren, of deze verschillen nu een gevolg zijn van geslacht, of van andere geïdentificeerde invloeden op ruimtelijke cognitie zoals sociaal-economische status (Levine et al., 2005; Hackman en Farah, 2009), veroudering (Klencklen et al., 2012), of neurologische aandoeningen (Vallar, 2007; Possin, 2010).

In conclusie, de huidige studie ontwikkelde een nieuw instrument om visuospatiale vaardigheden te beoordelen. Oudere volwassenen voerden de visuomotorische taak consequent langzamer uit dan de jongere deelnemers, maar hun prestaties waren vergelijkbaar wanneer de resultaten werden uitgedrukt als een functie van de taakeisen procentuele verandering. Belangrijk is dat, omdat de visuomotorische eisen van de taak consistent waren tussen de condities, het verschil in tijd om de taken te voltooien het gevolg was van de manipulatie van de visuospatiale complexiteit. De gepresenteerde taak zou zeer geschikt zijn voor onderzoek van de visuospatiale functie in het visuomotorische domein, in het bijzonder met betrekking tot geslacht en/of ontwikkeling en pathologie.

Conflict of Interest Statement

De auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd in de afwezigheid van enige commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (Subsidienummer: 40314). De financiers hadden geen rol in het ontwerp van de studie, het verzamelen en analyseren van de gegevens, de beslissing om te publiceren of de voorbereiding van het manuscript.