Frontiers in Aging Neuroscience

Introduction

Umiejętności przestrzenne są krytyczne dla funkcjonalnej niezależności. Pozwalają nam zlokalizować cele w przestrzeni, wizualnie postrzegać obiekty i zrozumieć dwu- i trójwymiarowe (2D i 3D) relacje przestrzenne między obiektami i naszym środowiskiem. Umiejętności te pozwalają nam bezpiecznie poruszać się w naszym środowisku poprzez dokładną ocenę kierunku i odległości. Zdolności przestrzenne nie są jednolitą funkcją, lecz można je podzielić na kilka odrębnych kategorii, powszechnie klasyfikowanych jako wizualizacja przestrzenna, percepcja przestrzenna i rotacja umysłowa. Wizualizacja przestrzenna została zdefiniowana jako zdolność do umysłowego manipulowania złożonymi informacjami przestrzennymi, gdy do pomyślnego wykonania zadania przestrzennego konieczne jest wykonanie kilku kroków (Linn i Petersen, 1985; Voyer i in., 1995). Przykładem zadania, które może obejmować zdolności wizualizacji przestrzennej, może być układanie przedmiotów tak, aby zmieściły się do walizki. Percepcja przestrzenna to zdolność do dokładnego ustalania relacji przestrzennych w odniesieniu do własnej orientacji pomimo obecności rozpraszających informacji (Linn i Petersen, 1985; Voyer i in., 1995). Zdolności percepcji przestrzennej są wykorzystywane podczas włączania się do ruchu na ruchliwej autostradzie. Kierowca musi określić, czy samochód zmieści się w luce w ruchu drogowym, ignorując jednocześnie nieistotne otaczające go pojazdy na autostradzie. Trzecia kategoria zdolności przestrzennych, rotacja umysłowa, to zdolność do przekształcania orientacji umysłowej reprezentacji obiektu w przestrzeni dwu- lub trójwymiarowej (Linn i Petersen, 1985; Voyer i in., 1995). Zdolności rotacji umysłowej są często wykorzystywane w ciągu dnia, na przykład podczas czesania włosów lub nakładania makijażu w lustrze. Istnieje wiele standaryzowanych zestawów testów przestrzennych, które zostały opracowane w celu pomiaru sposobu, w jaki uczestnicy rozwiązują zadania przestrzenne. Przykładami powszechnie stosowanych zadań służących do pomiaru zdolności wizualizacji przestrzennej są: Test Formy Papierowej (Likert i Quasha, 1941), który wymaga od uczestników określenia, jak będzie wyglądał rozłożony kształt po złożeniu, oraz Test Identycznych Bloków (Stafford, 1961), w którym uczestnicy identyfikują bloki z tablicy, które pasują do bloku odniesienia, biorąc pod uwagę szereg wskazówek na powierzchniach bloków. Dwa standaryzowane testy używane do oceny percepcji przestrzennej to Test Rózgi i Ramy (Witkin i Asch, 1948), który wymaga od uczestników zidentyfikowania poziomych lub pionowych linii przedstawionych w obróconej kwadratowej ramie oraz Test Poziomu Wody (Piaget i Inhelder, 1956), w którym uczestnicy wskazują orientację linii wody na obrazie przechylonego pojemnika. Wreszcie, opracowano liczne testy przestrzenne do badania rotacji umysłowej. Najczęściej stosowanym testem jest Test Rotacji Umysłowej (Vandenburg i Kuse, 1978), będący odmianą oryginalnego testu opracowanego przez Sheparda i Metzlera (1971). Test ten wymaga od uczestników określenia, czy pary obiektów, które zostały obrócone względem siebie w głąb, są identyczne czy są lustrzanymi odbiciami. Pomimo zgrupowania testów przestrzennych w trzech ogólnych kategoriach wizualizacji przestrzennej, percepcji przestrzennej i rotacji umysłowej, rozwiązywanie zadań w pojedynczym teście wymaga jednak zazwyczaj wykorzystania wielu procesów przestrzennych. Na przykład, testy przypisane do kategorii wizualizacji przestrzennej (tj. zadanie Paper Form Board, Identical Block Test) prawdopodobnie zawierają elementy rotacji umysłowej i percepcji przestrzennej.

Nasza wiedza o tym, jak ludzie wchodzą w interakcje ze swoim środowiskiem przestrzennym, opiera się w dużej mierze na badaniach, w których stosowano standardowe testy psychometryczne typu papier-ołówek, komputerowe testy chronometryczne (Linn i Petersen, 1985; Voyer i in…, 1995), a ostatnio także testy w immersyjnych środowiskach 3D (Parsons i in., 2004; Tsirlin i in., 2009). Chociaż badania te mają kluczowe znaczenie dla naszego zrozumienia poznania przestrzennego, niskie wymagania wizualno-ruchowe zastosowanych zadań 2D często nie są reprezentatywne dla fizycznych interakcji, jakie mamy z obiektami w naszym codziennym otoczeniu. Ponadto, biorąc pod uwagę ich złożoność, wiele z tych standardowych testów nie nadaje się do stosowania u małych dzieci, osób starszych i pacjentów.

Opracowaliśmy nowatorskie zadanie visuomotoryczne z wariantami, które są odpowiednie dla zakresu zdolności przestrzennych od dzieci w wieku zaledwie 3 lat (Sacrey i in., 2012) do osób starszych (Gonzalez i in., 2014), jak również dla populacji pacjentów (niepublikowane). Zadanie wymaga od uczestników zlokalizowania, sięgnięcia do, uchwycenia i manipulowania odpowiednimi klockami z tablicy klocków w celu odtworzenia modelu 3D. Zadanie to łączy trzy główne kategorie zdolności przestrzennych: rotację umysłową, wizualizację przestrzenną i percepcję przestrzenną. Umiejętności rotacji umysłowej są sprawdzane poprzez określenie, czy klocki 3D w przestrzeni roboczej mogą być obrócone tak, aby odpowiadały orientacji klocków w przykładowym modelu, niezależnie od ich orientacji. Ponadto, zdolności wizualizacji przestrzennej są wykorzystywane do zidentyfikowania konkretnego bloku, który pasuje do bloku w przykładowym modelu z szeregu alternatyw (które mogą różnić się kolorem, kształtem i/lub rozmiarem; zwane tutaj wyszukiwaniem wizualno-przestrzennym). Zdolności percepcji przestrzennej są również niezbędne w większej części zadania, kiedy uczestnik identyfikuje właściwy klocek spośród tablicy dystraktorów. Zadanie to, podobnie jak standaryzowane testy papier-ołówek i testy komputerowe, pozwala na manipulowanie poziomem złożoności wizualno-przestrzennej przy zachowaniu stałych wymagań wizualno-ruchowych zadania. W przeciwieństwie jednak do tych standaryzowanych testów, wymagania visuomotoryczne naszego zadania są szerokie, odpowiadające wymaganiom codziennych zadań. Opracowane zadanie pozwoli na badanie poznania przestrzennego w domenie wizualno-ruchowej, wnosząc cenną wiedzę do naszego obecnego rozumienia interakcji przestrzennych w rzeczywistych scenariuszach.

Bieżące badanie określiło wykonalność zastosowania zadania typu „sięgnij i chwyć” do oceny funkcji wizualno-przestrzennych i wizualno-ruchowych u mężczyzn i kobiet w młodszym (18-25 lat) i starszym (60-82 lata) wieku. Według naszej wiedzy, jest to pierwsze badanie, w którym zastosowano zadanie wizualizacyjno-ruchowe łączące aspekty wizualizacji przestrzennej (wyszukiwanie wizualno-przestrzenne) i rotacji umysłowej. W tym eksperymencie wymagania dotyczące poszukiwań wizualno-przestrzennych były spójne, ale złożoność przestrzenna modeli, które miały być replikowane, była modulowana w dwóch warunkach. W warunku niskiej złożoności przestrzennej pozycja, właściwości (tj. kolor i rozmiar) oraz orientacja każdego bloku konstrukcyjnego w modelu do replikacji były widoczne z jednej płaszczyzny widzenia, a modele miały „płaską” konfigurację. W warunkach wysokiej złożoności przestrzennej model miał konfigurację trójwymiarową i musiał być obracany, aby zapewnić dokładny wybór i umieszczenie każdego klocka w modelu. Wymagania motoryczne zadania (np. sięganie do klocków i chwytanie ich) były takie same w obu warunkach.

Zarejestrowano całkowity czas potrzebny do powielenia każdego modelu oraz preferencje ręki dla każdego chwytu. Biorąc pod uwagę zgłaszany spadek wielu miar funkcjonowania poznawczego wraz z wiekiem (Blanchard-Fields i Hess, 1996; Gabrowski i Mason, 2014), jak również związane z wiekiem pogorszenie obserwowane w wizualizacji przestrzennej (Hertzog, 1989; Salthouse, 1990; Borella i in., 2014) i rotacji umysłowej (Willis i Schaie, 1989; Jansen i Heil, 2010; Borella i in., 2014) zdolności przewidywaliśmy związany z wiekiem spadek wydajności zadania. Ponadto, zgodnie z literaturą donoszącą o lepszych wynikach mężczyzn w porównaniu z kobietami w testach rotacji umysłowej (McGlone i Davidson, 1973; Linn i Petersen, 1985; Voyer i in…, 1995; Sherwin, 2003), przewidywaliśmy, że pojawią się różnice płci, z mężczyznami konsekwentnie wykazującymi przewagę w wynikach.

Materiały i metody

Uczestnicy

Dwadzieścia cztery praworęczne młode osoby dorosłe (YA; 12 mężczyzn; 18-25 lat) i 20 praworęcznych starszych osób dorosłych (OA; 10 mężczyzn; 60-81 lat) zostało zrekrutowanych ze społeczności uniwersyteckiej do udziału w tym badaniu. Badanie zostało przeprowadzone za zgodą Komitetu Badań nad Podmiotami Ludzkimi Uniwersytetu w Lethbridge. Wszyscy uczestnicy byli naiwni w stosunku do celu badania i dostarczyli pisemną świadomą zgodę przed rozpoczęciem badania.

Procedury

Uczestnicy byli wygodnie usadzeni centralnie przed stołem o wysokości 0,74 m i przestrzeni roboczej 0,70 m na 1,22 m. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby powtórzyć dwie serie po cztery modele. Następnie uczestnicy odpowiadali na zmodyfikowaną wersję kwestionariusza ręki z Edynburga (Oldfield, 1971) i Waterloo (Brown i in., 2006) (pełny opis zmodyfikowanego kwestionariusza znajduje się w Stone i in., 2013). Kobiecych starszych dorosłych uczestników zapytano, czy stosują hormonalną terapię zastępczą, aby ustalić, czy krążące poziomy hormonów płciowych mogły się znacząco różnić w obrębie grupy.

Czterdzieści osiem unikalnych klocków konstrukcyjnych (LEGO®) zostało pseudolosowo rozmieszczonych na blacie stołu, podczas gdy uczestnicy byli odwróceni od stołu. Pasek przezroczystej taśmy został użyty do podzielenia przestrzeni roboczej na pół, a 24 klocki zostały rozmieszczone po lewej i prawej stronie (Rysunek 1A). Każda próba rozpoczynała się od obejrzenia przez uczestników 12-elementowego modelu, który mieli odtworzyć. Po dokonaniu oględzin, eksperymentator umieszczał model w prawym lub lewym rogu stołu (równoważnie między próbami). Wykazano, że pozycja modelu na stole nie ma wpływu na użycie rąk (Stone i in., 2013). Dla każdej próby uczestnicy otrzymywali instrukcje, aby „jak najszybciej i jak najdokładniej zreplikować model, używając elementów dostarczonych na stole.” Żadne dalsze instrukcje nie zostały przekazane uczestnikom. Uczestnicy mogli swobodnie manipulować i obracać replikowanym modelem podczas budowy. Po odtworzeniu modelu, oba modele były usuwane i podawany był inny model do odtworzenia. Klocki nie były wymieniane między próbami. Do każdego zestawu czterech 12-elementowych modeli w tym eksperymencie wykorzystano ten sam zestaw 48 unikalnych klocków (rysunek 1A). Dwie serie modeli LEGO® różniły się pod względem złożoności przestrzennej. W warunkach niskiego zapotrzebowania na przestrzeń (2D), klocki w modelu do replikacji były w „płaskiej” konfiguracji (Rysunek 1B). Pozwoliło to uczestnikom na oglądanie właściwości i orientacji wszystkich 12 bloków z jednej płaszczyzny widzenia, co wyeliminowało potrzebę fizycznego obracania modelu (choć uczestnicy zachowali swobodę podnoszenia i manipulowania modelem do replikacji). W warunkach wysokiego zapotrzebowania przestrzennego (3D), bloki konstrukcyjne (te same, które zostały użyte w modelach 2D) w modelu do replikacji nie były widoczne w tej samej płaszczyźnie (Rysunek 1C). Wymagało to obracania modelu, aby umożliwić dokładną replikację. Uczestnicy budowali cztery kolejne modele w warunku 2D, używając wszystkich 48 bloków. Następnie uczestnicy budowali kolejno cztery modele w warunku 3D, ponownie wykorzystując wszystkie 48 bloków. Warunek startowy (2D, 3D) był równoważony, a kolejność prezentacji modeli była losowana pomiędzy uczestnikami. U wszystkich uczestników użyto tych samych ośmiu modeli.

Przetwarzanie i analiza danych

Całkowita ilość czasu (tj, latency, s) od momentu, gdy uczestnicy podnieśli rękę ze stołu, aby rozpocząć sięganie w kierunku klocków, do czasu, gdy replika modelu została umieszczona na stole (włącznie z sięganiem, chwytaniem, manipulowaniem modelem i budowaniem modelu) został zarejestrowany za pomocą zegarka Tough Timer® (Sportline Inc.). Zadanie było nagrywane za pomocą cyfrowej kamery wideo (JV HD Everio®) umieszczonej bezpośrednio przed uczestnikami z wyraźnym widokiem na przestrzeń roboczą, klocki i ręce uczestników. Każdy chwyt był oceniany jako chwyt lewostronny lub prawostronny, a użycie prawej ręki było określane jako procent całkowitej liczby chwytów do budowy modelu (liczba chwytów prawą ręką/całkowita liczba chwytów × 100).

Wpływ złożoności modelu i progresji zadania na opóźnienie i użycie ręki porównano między płcią i grupą za pomocą mieszanej analizy wariancji (RM ANOVA) z kompleksowością (2D, 3D) i modelem (1-4) jako czynnikami wewnątrzprzedmiotowymi oraz płcią (mężczyzna, kobieta) i grupą (YA, OA) jako czynnikami międzyprzedmiotowymi. Następnie, aby umożliwić porównanie zmian opóźnienia spowodowanych wymaganiami rotacji umysłowej, a nie prędkością motoryczną, pomiędzy młodszymi i starszymi dorosłymi, dane dotyczące opóźnienia 3D zostały znormalizowane do danych 2D (*100) i wprowadzone do trójstronnej RM ANOVA. Numer modelu (1-4) był czynnikiem wewnątrzprzedmiotowym, a płeć (mężczyzna, kobieta) i grupa (YA, OA) były czynnikami międzyprzedmiotowymi. Gdy określano istotność statystyczną, wykonywano odpowiednie RM ANOVA lub sparowane testy t z korektą bonferroniego dla wielokrotnych porównań stosowaną w sparowanych testach t.

Dane analizowano przy użyciu SPSS Statistics 18.0 for Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Istotność statystyczną ustalono na poziomie 0,05. Wielkość efektu (ES) podawano jako wartości η2.

Wyniki

Wszystkie dane miały rozkład normalny i nie naruszały założeń jednorodności wariancji. Dlatego do analizy danych behawioralnych zastosowano statystykę parametryczną. Dane przedstawiono jako średnie i odchylenia standardowe.

Wszyscy uczestnicy podawali się za osoby praworęczne; informacja ta została potwierdzona w kwestionariuszu ręczności. Wyniki w zakresie praworęczności różniły się pomiędzy grupami (F(1,40) = 6,94, p = 0,012, ES = 0,148), przy czym uczestnicy OA zgłaszali wyższe wyniki w zakresie praworęczności niż uczestnicy YA (YA = 30,5 ± 6,9; OA = 35,4 ± 4,7). Wynik ten jest zgodny z wcześniejszymi doniesieniami (Gonzalez i in., 2014), że starsi uczestnicy mają tendencję do postrzegania siebie jako bardziej praworęcznych. Wyniki w zakresie ręczności nie były różnicowane przez Płeć (p > 0,05). Wiek nie różnił się między płciami (p > 0,05). Wszystkie kobiety uczestniczące w OA samozgłosiły, że nie stosują hormonalnej terapii zastępczej.

Latencja

Młodzi i starsi dorośli

Analiza ujawniła istotny efekt główny Złożoności (F(1,40) = 112, p < 0.001, ES = 0,737; Rysunek 2A), sugerując, że uczestnicy konstruowali modele 2D znacząco szybciej niż modele 3D (2D = 62,4 ± 33,4 s, 3D = 101,5 ± 52,5 s). Na opóźnienie wpłynęła również kolejność prezentacji modelu (F(3,120) = 19,0, p < 0,001, ES = 0,322), przy czym wcześniejsze próby były wykonywane wolniej niż późniejsze (Model 1 = 97,8 ± 54,5 s, Model 4 = 69,7 ± 35,4 s), co sugeruje, że nieodłączne poszukiwanie wzrokowo-przestrzenne związane z zadaniem naturalnie zmniejsza się wraz z postępem zadania, ponieważ mniej bloków pozostaje w miejscu pracy, a zatem mniej bloków „rozpraszających” jest obecnych, co pozwala uczestnikom łatwiej zidentyfikować odpowiedni blok. Interakcja Modelu i Grupy również osiągnęła istotność (F(3,120) = 6,90, p < 0,001, ES = 0,147). Porównania post hoc wskazały, że nastąpił znaczący spadek latencji dla konstrukcji modelu od Modelu 1 do Modelu 3 dla obu grup, z YA (t(23) = 4,77, p < 0,001) i OA (t(19) = 4,74, p < 0,001) wykazując odpowiednio 8,8 s i 40,3 s spadek latencji. Podobnie, latencja była znacząco zmniejszona od konstrukcji Modelu 1 do Modelu 4 dla obu grup, z YA (t(23) = 4,23, p < 0,001) wykazując spadek o 12,0 s i OA (t(19) = 4,39, p < 0,001) wykazując spadek o 47,4 s. Interakcje Complexity by Model i Complexity by Model by Group nie były istotne (p > 0,05). Istotny efekt główny Grupy (F(1,40) = 46,7, p < 0,001, ES = 0,539; Rysunek 2A) wykazał, że YA kończył próby istotnie szybciej niż OA (YA = 54,5 ± 10,4 s, OA = 114,8 ± 41,5 s). Interakcja między złożonością a grupą była również istotna (F(1,40) = 11,2, p = 0,002, ES = 0,220; Rysunek 2A). Porównania post hoc parami sugerowały, że nastąpił wzrost latencji od budowy modelu 2D do 3D dla obu grup, przy czym YA (t(23) = 15,4, p < 0,001) i OA (t(19) = 6,704, p < 0,001) wykazały wzrost latencji odpowiednio o 27,5 i 52,9 s. Płeć nie wpływała różnicująco na średnią latencję (p > 0,05).

Subsequently, to more closely examine the effect of model Complexity and task progression on latency separate three-way RM ANOVA were run for each group (YA, OA) in which Complexity (2D, 3D) and Model (1-4) were treated as within-subject factors and Sex (male, female) was a between-subject factor.

Young Adults

Analiza potwierdziła, że YA ukończyli modele 2D szybciej niż modele 3D (F(1,22) = 274, p < 0,001, ES = 0,926; 2D = 40,8 ± 7,4 s, 3D = 68,3 ± 14,2 s; Rysunek 2B). Na latencję miała również wpływ kolejność prezentacji modelu (F(3,66) = 6,97, p < 0,001, ES = 0,241), przy czym wcześniejsze próby były wykonywane wolniej niż późniejsze (Model 1 = 60,6 ± 14,2 s, Model 4 = 48,6 ± 13,3 s). Istotny efekt główny płci (F(1,22) = 4,38, p = 0,048, ES = 0,166; Rysunek 2B) ujawnił, że mężczyźni ukończyli zadanie szybciej niż kobiety (mężczyźni = 50,4 ± 10,5 s, kobiety = 58,7 ± 9,0 s). Wreszcie, znacząca interakcja między złożonością a płcią (F(1,22) = 4,75, p = 0,040, ES = 0,177; Rysunek 2B) sugeruje, że opóźnienie różniło się między uczestnikami płci męskiej i żeńskiej w zależności od tego, czy replikowali modele 2D czy 3D. Porównania post hoc parami nie osiągnęły jednak istotności (p > 0,05), przy czym mężczyźni konstruowali modele znacząco szybciej niż kobiety w obu warunkach złożoności. Co ciekawe, gdy uczestnicy YA zostali poproszeni o wypełnienie kwestionariusza dotyczącego ich poziomu wygody w manipulowaniu klockami LEGO®, okazało się, że mężczyźni i kobiety zaczęli bawić się (p > 0,05; mężczyźni = 4,2 roku, kobiety = 4,1 roku) i ostatnio używali (p > 0,05; mężczyźni = 13,4 roku, kobiety = 12,7 roku) klocków LEGO® w podobnym wieku. Ponadto, gdy poproszono ich o wskazanie poziomu komfortu budowania z klocków LEGO® (w skali jeden-dziesięć, gdzie dziesięć oznacza „bardzo komfortowo”), nie było znaczącej różnicy między mężczyznami i kobietami (p > 0,05; mężczyzna = 8,9, kobieta = 8.2), co sugeruje, że przewaga wyników mężczyzn nie wynikała po prostu z tego, że mężczyźni mieli większe doświadczenie w budowaniu modeli LEGO®.

Older Adults

Podobnie jak uczestnicy YA, OA ukończyli modele 2D szybciej niż modele 3D (F(1,18) = 42,6, p < 0,001, ES = 0,703; 2D = 88,4 ± 33,9 s, 3D = 141,3 ± 54,0 s; Rysunek 2C). Dodatkowo, na czas ukończenia pracy wpływ miała kolejność prezentacji modelu (F(3,54) = 11,6, p < 0,001, ES = 0,392), przy czym wczesne modele były konstruowane wolniej niż późniejsze (Model 1 = 142,4 ± 51,4 s, Model 4 = 95,0 ± 37,2 s). W przeciwieństwie do YA, jednak, latencja była zgodna między płciami dla OA (p > 0,05). Ponadto, płeć nie wpłynęła na latencję w zależności od modelu lub złożoności (p > 0,05).

Zmiana procentowa

Gdy dane zostały znormalizowane w celu dalszego zbadania wpływu wymagań rotacji umysłowej zadania, analiza nie ujawniła żadnych znaczących efektów głównych lub interakcji między czynnikami (p > 0,05). Innymi słowy, uczestnicy YA i OA wykazali porównywalny wzrost latencji wraz ze wzrostem złożoności modelu (YA = 167,4 ± 18,8%; OA = 163,9 ± 43,0%; Ryc. 3). To odkrycie sugeruje, że zdolności przestrzenne wymagane do wykonania tego nowego zadania wizualno-ruchowego były podobnie kwestionowane u uczestników płci męskiej i żeńskiej, a ponadto te zdolności przestrzenne wydawały się być zachowane z wiekiem.

Użycie rąk

Młodzi i starsi dorośli

Analiza ujawniła istotny efekt główny Złożoności (F(1,40) = 5,12, p = 0,029, ES = 0,113) wskazujący, że uczestnicy używali prawej ręki bardziej podczas konstruowania modeli 2D w porównaniu do modeli 3D (2D = 75,5 ± 15,5%, 3D = 72,0 ± 15,1%). Na użycie ręki miała również wpływ kolejność prezentacji modelu (F(3,120) = 12,4, p < 0,001, ES = 0,236), przy czym użycie prawej ręki przez uczestników wahało się pomiędzy 80 a 68% pomiędzy budową modelu 1 i modelu 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%). Interakcja Model by Group była również istotna (F(3,120) = 38,0, p < 0,001, ES = 0,386). Porównania post hoc parami nie osiągnęły istotności dla grupy YA. Grupa OA, jednakże, używała prawej ręki znacząco bardziej podczas konstruowania Modelu 1 w porównaniu do: Modelu 2 (t(20) = 5,02, p < 0,001; Model 1 = 88,2 ± 12,8%, Model 2 = 66,0 ± 21,3%) oraz Modelu 4 (t(20) = 4,18, p = 0,001; Model 4 = 71,0 ± 20,6%). Również istotnie częściej używali prawej ręki podczas konstruowania Modelu 3 w porównaniu do: Modelu 2 (t(20) = 5,00, p < 0,001; Model 3 = 86,9 ± 15,1%) i Modelu 4 (t(20) = 4,179, p = 0,001). Grupa i płeć nie wpływały różnicująco na średnie użycie prawej ręki (p > 0,05).

Dyskusja

W badaniu tym opracowano nowatorskie narzędzie oceny zdolności wizualno-przestrzennych w domenie visuomotorycznej. Według naszej wiedzy, jest to pierwsze badanie opisujące i oceniające interaktywne zadanie wizualno-ruchowe, które stanowi wyzwanie zarówno dla wizualizacji przestrzennej, jak i umiejętności rotacji umysłowej. Zadanie wymagało od uczestników odtworzenia złożonych modeli poprzez lokalizowanie i wybieranie z tablicy klocków różniących się takimi cechami, jak kształt, kolor i rozmiar. Badanie wykazało, że czas ukończenia każdego modelu zmniejszał się w obu warunkach złożoności przestrzennej wraz z budowaniem kolejnych modeli przez obie grupy uczestników. Ten spadek czasu sugeruje, że wymagania wizualno-przestrzenne zadania naturalnie zmniejszają się w miarę jak bloki (a więc „rozpraszacze”) są usuwane z przestrzeni roboczej i włączane do modeli. Potwierdzając, że złożoność przestrzenna modeli była różna w różnych warunkach, obie grupy uczestników potrzebowały więcej czasu na ukończenie modeli w warunkach bardziej złożonych przestrzennie (3D). Ponieważ modele 2D i 3D składały się z tej samej liczby identycznych bloków, różnica w czasie prawdopodobnie odzwierciedla większą złożoność przestrzenną modeli 3D. Ponadto, ponieważ manipulacja dotyczyła składu wymiarowego modeli, różnica w czasie między warunkami utrzymywała się przez wszystkie cztery modele.

Ważnym odkryciem obecnego badania było to, że zdolności przestrzenne są zachowane u uczestników OA. W porównaniu do YA, uczestnicy OA wykazywali wolniejsze czasy prób w różnych warunkach eksperymentalnych. Jest to prawdopodobnie spowodowane różnicami w znajomości zadania (można argumentować, że młodzi dorośli mają więcej doświadczenia w „zabawie” z LEGO niż starsi) oraz związanym z wiekiem spadkiem szybkości percepcyjnej i motorycznej (np. Goggin i Meeuwsen, 1992; Chaput i Proteau, 1996). Jednakże, gdy dane zostały znormalizowane i wyrażone jako procent mniej wymagającego zadania wizualno-przestrzennego (modele 2D), uczestnicy YA i OA zachowywali się podobnie. Innymi słowy, proporcjonalny wzrost czasu wykonania zadania z warunków niskiej do wysokiej złożoności wizualno-przestrzennej nie różnił się pomiędzy YA i OA, co sugeruje, że specyficzne zdolności wizualno-przestrzenne, które stanowiły wyzwanie dla rozwiniętego zadania, są w rzeczywistości zachowane w starszym wieku. Jest to ważne odkrycie, ponieważ pozostaje niejasne, które procesy wizualno-przestrzenne ulegają wpływowi wieku, a które są oszczędzane (przegląd: Iachini i in., 2009; Klencklen i in., 2012). Na przykład, niektóre badania wykazały związany z wiekiem spadek zdolności do mentalnego obracania obrazów wizualnych, zdolności do odtwarzania sekwencji przestrzenno-czasowych oraz wyobraźni wizualno-przestrzennej (Berg i in., 1982; Craik i Dirkx, 1992; Iachini i in., 2005; Ruggiero i in., 2008). Inne badania wykazały zachowane zdolności przestrzenne u osób starszych (Cherry i Park, 1993; Parkin i in., 1995; Yamamoto i Degirolamo, 2012). Na przykład, Yamamoto i Degirolamo (2012) poprosili młodych i starszych uczestników o nauczenie się lokalizacji punktów orientacyjnych w wirtualnych środowiskach poprzez poruszanie się w nich w perspektywie pierwszoosobowej lub poprzez oglądanie widoków lotniczych środowisk. Wyniki uczenia się przestrzennego były mniej dokładne dla seniorów, gdy nawigowali w pierwszej osobie, ale równie dokładne dla młodych dorosłych, gdy nawigowali przy użyciu widoku z powietrza. Te badania oraz wyniki obecnego badania silnie sugerują, że konsekwencje starzenia się dla poznania przestrzennego są różne w zależności od rodzaju procesu przestrzennego, który jest kwestionowany. Ponieważ zadanie użyte w obecnym badaniu przypomina codzienne czynności (tj. sięganie i chwytanie przedmiotów), obecne badanie przyczynia się również do dowodów wskazujących na mniej gwałtowny spadek (lub jego brak) zdolności przestrzennych w znanych, ekologicznie istotnych zadaniach przestrzennych w porównaniu z abstrakcyjnymi testami laboratoryjnymi (De Beni i in., 2006; Iachini et al., 2009).

Wiele badań wykazało, że mężczyźni osiągają lepsze wyniki w zadaniach obejmujących rotację umysłową, figury 3D i percepcję przestrzenną (McGlone i Davidson, 1973; Linn i Petersen, 1985; Voyer et al., 1995; Sherwin, 2003). Różne poziomy złożoności wizualno-przestrzennej zastosowane w obecnych zadaniach były wystarczające do wytworzenia różnic płciowych, które wcześniej oceniano za pomocą testów papier-ołówek i komputerowych testów chromosomowych (np. Linn i Petersen, 1985; Voyer i in., 1995; Sherwin, 2003). W omawianym eksperymencie młodzi mężczyźni wykonywali zadania istotnie szybciej niż młode kobiety. Co zastanawiające, różnica płci występująca u uczestników YA nie została zaobserwowana u OA. Było to nieoczekiwane, ponieważ niektóre badania donoszą, że różnice w wydajności zadań wzrokowo-przestrzennych związane z płcią występują u osób starszych (Berg i in., 1982; Willis i Schaie, 1989; Jansen i Heil, 2010). W badaniach, w których wykazano występowanie różnic w wydajności zadań związanych z płcią u starszych dorosłych, wykorzystywano jednak standardowe testy z ołówkiem i papierem. W przeciwieństwie do nich, opracowane zadanie wymagało od uczestników interakcji z bodźcami, mentalnego obracania klocków przed ich uchwyceniem oraz odpowiedniego ukierunkowania klocka w celu dodania go do składanego modelu 3D. Jest prawdopodobne, że nowa interaktywna natura naszego zadania jest odpowiedzialna za niespójność pomiędzy naszym badaniem a poprzednimi badaniami, które oceniały zdolności przestrzenne w OA. Chociaż jest również możliwe, że zauważone różnice płci wynikają z tego, że młodzi mężczyźni mają więcej doświadczenia w „zabawie” klockami niż młode kobiety, a różnica ta prawdopodobnie zniknie wraz z wiekiem, wydaje się to mało prawdopodobne, aby był to główny czynnik sprawczy. Kiedy YA otrzymali kwestionariusz dotyczący ich wygody w manipulowaniu klockami LEGO®, nie odnotowano różnic między odpowiedziami młodych mężczyzn i kobiet. Można również spekulować, że poziom estrogenów płciowych, który według teorii może przyczyniać się do różnic płciowych w zdolnościach przestrzennych (przegląd: Hampson, 1995; Martin i in., 2007), odegrał rolę w zaobserwowanych przez nas wynikach. Zwiększony poziom estrogenu był związany z obniżeniem zdolności wizualno-przestrzennych (Gordon i in., 1986). Z kolei obniżony poziom hormonów gonadotropinowych, odpowiedzialnych za produkcję estrogenów, wiąże się z lepszymi zdolnościami wizualno-przestrzennymi (Gordon i in., 1986). Ponieważ starsze kobiety w naszym badaniu były w okresie pomenopauzalnym i nie otrzymywały estrogenowej substytucji hormonalnej, możliwe jest, że obniżony poziom estrogenu u tych kobiet przyczynił się do braku różnic płciowych.

W bieżącym badaniu uczestnicy wykazywali silną preferencję prawej ręki, gdy mieli możliwość użycia obu rąk do chwytania. Odkrycie to jest zgodne z wcześniejszymi badaniami z naszego laboratorium (Gonzalez i in., 2007; Stone i in., 2013) oraz propozycją specjalizacji lewej półkuli dla działań kierowanych wzrokiem (Goodale, 1988; Gonzalez i in., 2006, 2007; Serrien i in., 2006). Co ciekawe, użycie prawej ręki było zróżnicowane w zależności od złożoności przestrzennej zadania, przy czym użycie prawej ręki malało wraz ze wzrostem wymagań dotyczących rotacji umysłowej. Wynik ten jest zgodny z powszechnie panującym poglądem (Corballis i Sergent, 1989; Ditunno i Mann, 1990), że rotacja umysłowa jest przede wszystkim specjalizacją prawej półkuli. Chociaż wynik ten został zaobserwowany w ogólnej ANOVA (YA i OA), wydaje się, że jest on bardziej specyficzny dla OA. Być może używanie rąk u starszych dorosłych jest bardziej plastyczne w odpowiedzi na wymagania zadania, w szczególności wymagania przestrzenne. Konieczne są dalsze badania w celu ustalenia, czy rotacja umysłowa i/lub zdolności wizualizacji przestrzennej wpływają na używanie rąk zarówno u młodych, jak i starszych dorosłych.

Na koniec warto wspomnieć, że choć zadanie opracowane w tym badaniu ma wiele cech wspólnych ze standaryzowanymi testami przestrzennymi, w unikalny sposób charakteryzuje się interakcją ze światem rzeczywistym polegającą na sięganiu, chwytaniu i składaniu obiektów znajdujących się w środowisku. Każdego dnia jesteśmy zmuszeni angażować się w dotykanie i chwytanie przedmiotów znajdujących się wokół nas. Musimy polegać na tych zdolnościach wizualno-przestrzennych, aby móc aktywnie wpływać na nasze otoczenie. Ponieważ opracowane zadanie może być modyfikowane poprzez manipulację rozmiarem bloku i konfiguracją modelu, nadaje się ono do oceny zdolności wizualno-przestrzennych u dzieci (Sacrey i in., 2012), młodych i starszych dorosłych (Gonzalez i in., 2014) oraz prawdopodobnie w populacjach patologicznych (np. osoby z chorobą Parkinsona lub osoby z zaniedbaniami wizualno-przestrzennymi, badania w toku). Co ciekawe, badania coraz częściej sugerują, że zdolności przestrzenne są plastyczne i mogą być trenowane. Ta elastyczność stwarza możliwość zaprojektowania strategii treningowych lub rehabilitacyjnych, które mogłyby zostać wdrożone w celu zminimalizowania zidentyfikowanych różnic lub upośledzenia zdolności przestrzennych, niezależnie od tego, czy różnice te są konsekwencją płci, czy też innych zidentyfikowanych wpływów na poznanie przestrzenne, takich jak status społeczno-ekonomiczny (Levine i in., 2005; Hackman i Farah, 2009), starzenie się (Klencklen i in., 2012) lub zaburzenia neurologiczne (Vallar, 2007; Possin, 2010).

Podsumowując, w niniejszym badaniu opracowano nowe narzędzie do oceny zdolności wizualno-przestrzennych. Starsi dorośli konsekwentnie wykonywali zadanie wzrokowo-przestrzenne wolniej niż młodsi uczestnicy, jednak ich wyniki były porównywalne, gdy wyrażano je jako funkcję procentowej zmiany wymagań zadania. Co ważne, ponieważ wymagania wizualno-ruchowe zadania były spójne pomiędzy warunkami, różnica w czasie wykonania zadań wynikała z manipulacji złożonością wizualno-przestrzenną. Przedstawione zadanie dobrze nadawałoby się do badań nad funkcjami wizualno-przestrzennymi w domenie visuomotorycznej, szczególnie w odniesieniu do płci i/lub rozwoju i patologii.

Oświadczenie o konflikcie interesów

Autorzy deklarują, że badania były prowadzone przy braku jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych relacji, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (numer grantu: 40314). Fundatorzy nie mieli wpływu na projekt badania, zbieranie i analizę danych, decyzję o publikacji lub przygotowanie manuskryptu.

.