DOI: https://doi.org/10.1038/s44271-024-00082-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39242845
تاريخ النشر: 2024-04-15
المؤلف: Anke Van Roy وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجوانب المعرفية والتنموية لمهارات الرياضيات
نظرة عامة
تستكشف الدراسة المسار التطوري لتعلم تسلسل الحركة وتوحيد الذاكرة عبر مجموعات عمرية مختلفة، مع التركيز بشكل خاص على الأطفال (الأعمار من 7 إلى 12)، والمراهقين، والبالغين الشباب، والبالغين الأكبر سناً. بينما يشير المسار التقليدي المعكوس على شكل حرف U إلى الأداء الأمثل لدى البالغين الشباب، تشير النتائج إلى أن الأطفال، على الرغم من إظهارهم تعلمًا أقل تحديدًا للتسلسل في البداية، يظهرون مكاسب أداء كبيرة خلال الفترات غير المتصلة التي تبلغ 5 ساعات و24 ساعة بعد التعلم. وهذا يشير إلى أن الأطفال يمتلكون ميزة تطورية في معالجة تسلسلات الحركة أثناء الفترات غير المتصلة.
في الختام، تسلط الأبحاث الضوء على أنه على الرغم من أن ديناميات التعلم الأولية قابلة للمقارنة عبر المجموعات العمرية، إلا أن الأطفال يظهرون قدرات محسنة في توحيد ذاكرة الحركة. تظل الآليات العصبية الأساسية التي تساهم في هذه الميزة الطفولية غير مستكشفة، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من التحقيق لتوضيح هذه العمليات.
طرق البحث
استخدمت الأبحاث بروتوكولين تجريبيين للتحقيق في تأثير العمر على اكتساب تسلسل الحركة وتوحيد الذاكرة الحركية اللاحقة. تم تسجيل خطط جمع البيانات وتحليلها مسبقًا في مارس وأغسطس 2021، مع تحديد تحليلات استكشافية إضافية بوضوح. من الجدير بالذكر أنه تم جمع مجموعات البيانات الأولية قبل هذه التسجيلات لضمان دقة تسجيل ضغطات المفاتيح واكتمال البيانات. البيانات المعالجة والبيانات الخام متاحة للجمهور على Zenodo.
تم تجنيد المشاركين عبر البريد الإلكتروني وتزويدهم بتعليمات مفصلة من خلال رابط فيديو. تم إجراء التجارب عبر الإنترنت، مما يسمح للمشاركين باختيار أيام اختبارهم مع الالتزام بقيود جدولة محددة. تم التحقق من الامتثال لإرشادات ما قبل التجربة المتعلقة بالنوم واستهلاك الكحول من خلال استبيان. بالإضافة إلى ذلك، أبلغ المشاركون عن أنماط نومهم ومستويات اليقظة في بداية كل جلسة. في التجربة 2، تم تطبيق مهمة اليقظة النفسية (PVT) لقياس اليقظة بشكل موضوعي، مع تسجيل أوقات الاستجابة لتقييم الأداء. تضمنت هذه المهمة استجابة المشاركين للمثيرات البصرية، وتم استخدام نسخة مختصرة تتكون من 35 تجربة، مع استبعاد التجارب الخمس الأولى للتعرف.
النتائج
في التجربة 1، تم تحليل خصائص المشاركين، بما في ذلك جودة النوم واليقظة، مع تلخيص النتائج في الجدول 1. تم تفصيل التحليلات الإحصائية لهذه الخصائص في الملاحظة التكميلية 1 والجدول التكميلية 1. تم تقييم الأداء في مهمة زمن رد الفعل التسلسلي (SRTT)، مما كشف أن الدقة ظلت مستقرة طوال التدريب، مع عدم وجود تأثيرات رئيسية كبيرة للكتلة (F(7.011, 883.403) = 0.501، p = 0.835) أو مجموعة العمر (F(3, 126) = 0.322، p = 0.810). بالإضافة إلى ذلك، لم يكن هناك تفاعل كبير بين المجموعة والكتلة (F(21.033, 883.403) = 0.715، p = 0.821).
على النقيض من ذلك، أظهرت أوقات الاستجابة انخفاضًا كبيرًا عبر كتل الممارسة (F(7.900, 995.358) = 64.246، p < 0.001)، مما يشير إلى تحسين سرعة الأداء. كان هذا التحسن متسقًا عبر مجموعات العمر، كما يتضح من عدم وجود تأثيرات جماعية كبيرة (F(3, 126) = 1.578، p = 0.198) وتفاعلات المجموعة × الكتلة (F(23.699, 995.358) = 1.337، p = 0.130). خلال اختبار ما بعد التعلم، لم يتم ملاحظة تأثيرات كتلة كبيرة (F(2.102, 264.890) = 0.404، p = 0.678)، مما يشير إلى استقرار الأداء. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن جميع المجموعات اكتسبت تسلسل الحركة بفعالية، دون وجود دليل موثوق على اختلافات في تحسين الأداء بينها.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تجنيد متطوعين أصحاء تتراوح أعمارهم بين 7-35 و55-75 للتحقيق في الفروق العمرية في التعلم الحركي وتوحيد الذاكرة باستخدام منصة عبر الإنترنت. تم فحص المشاركين لتحديد أهليتهم، مع استبعاد بناءً على التاريخ الطبي، واستخدام الأدوية، وعدم انتظام النوم، والتدريب المكثف السابق في المهام الدقيقة. بدأ ما مجموعه 224 فردًا البروتوكول التجريبي، الذي تم تقسيمه إلى أربع مجموعات عمرية: الأطفال، المراهقين، البالغين الشباب، والبالغين الأكبر سناً. كانت أحجام العينة النهائية للتحليلات 130 للتجربة 1، التي تركزت على التعلم الأولي لتسلسل الحركة، و108 للتجربة 2، التي قيمت عمليات التوحيد الكبيرة غير المتصلة. استخدمت كلتا التجربتين مهمة زمن رد الفعل التسلسلي المعدلة (SRTT) لقياس سرعة الأداء ودقته.
أشارت النتائج إلى وجود فروق كبيرة مرتبطة بالعمر في التعلم المحدد للتسلسل، مع علاقة تربيعية ملحوظة حيث بلغ حجم التعلم ذروته حوالي 24 عامًا وانخفض بعد ذلك. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات الاستكشافية أن العمر كان متنبئًا كبيرًا بحجم التعلم، حيث أظهر مسارًا على شكل حرف U لدى البالغين الأكبر سناً. بينما أظهر التعلم الدقيق عبر الإنترنت بعض الاتجاهات، إلا أنه لم يسفر عن اختلافات كبيرة عبر مجموعات العمر. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على أهمية العمر في فهم ديناميات التعلم الحركي وتقترح أن كل من الطفولة والبلوغ المتقدم تقدم مسارات فريدة في التعلم وتوحيد الذاكرة.
القيود
تقدم الأبحاث عدة قيود يجب أخذها في الاعتبار عند تفسير النتائج. أولاً، تثير الطبيعة عبر الإنترنت للتجارب مخاوف بشأن عدم وجود مراقبة في الوقت الحقيقي، مما قد يؤثر على النتائج. ومع ذلك، أشارت الدراسات السابقة إلى أن النتائج عبر الإنترنت والشخصية تعطي نتائج قابلة للمقارنة، مما يشير إلى أن هذه القيود قد لا تؤثر بشكل كبير على صحة النتائج. من الجدير بالذكر أن الدراسة لم تستخدم منصات جمع البيانات الشائعة، التي غالبًا ما تتعرض للنقد بشأن موثوقية البيانات، بل قامت بتجنيد مجموعة متنوعة من المشاركين، مما يعزز قابلية تعميم النتائج.
ثانيًا، فيما يتعلق بالتجربة 2، قد يكون إدراج تشغيل زائف عشوائي في نهاية كل جلسة، على الرغم من كونه مفيدًا لتقييم خصوصية التسلسل، قد تدخل في معالجة الذاكرة الحركية التسلسلية الكبيرة غير المتصلة. بالإضافة إلى ذلك، يحد غياب تقييمات الوعي الصريح من القدرة على استخلاص استنتاجات بشأن الفروق المرتبطة بالعمر في التعرف والاسترجاع، مما قد يؤثر على نتائج التعلم والذاكرة. واجهت الدراسة أيضًا تحديات في تجنيد المشاركين الأصغر سنًا، حيث تم تحديد الحد الأدنى للعمر عند 7 سنوات، مما أدى إلى نقص في هذه المجموعة. يمكن أن تستفيد الأبحاث المستقبلية من تنفيذ تدابير مثل مراقبة مكالمات الفيديو لتسهيل المشاركة بين الأطفال الأصغر سنًا. أخيرًا، لم تأخذ التعريفات التشغيلية لمجموعات العمر في الاعتبار الحالة البلوغية، على الرغم من أن العدد المحدود من المشاركين الذين أبلغوا عن علامات البلوغ يشير إلى أن هذا العامل من غير المحتمل أن يغير النتائج بشكل كبير.
DOI: https://doi.org/10.1038/s44271-024-00082-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39242845
Publication Date: 2024-04-15
Author(s): Anke Van Roy et al.
Primary Topic: Cognitive and developmental aspects of mathematical skills
Overview
The study investigates the developmental trajectory of motor sequence learning and memory consolidation across different age groups, specifically focusing on children (ages 7-12), adolescents, young adults, and older adults. While the traditional inverted-U trajectory suggests optimal performance in young adults, the findings indicate that children, despite showing smaller sequence-specific learning initially, exhibit significant performance gains during offline periods of 5 hours and 24 hours post-learning. This suggests that children possess a developmental advantage in the offline processing of motor sequences.
In conclusion, the research highlights that although initial learning dynamics are comparable across age groups, children demonstrate enhanced motor memory consolidation capabilities. The underlying neural mechanisms contributing to this childhood advantage remain unexplored, indicating a need for further investigation to elucidate these processes.
Methods
The research employed two experimental protocols to investigate the influence of age on the acquisition of a movement sequence and the subsequent consolidation of motor memory. Data collection and analysis plans were pre-registered in March and August 2021, with additional exploratory analyses clearly identified. Notably, preliminary datasets were collected prior to these registrations to ensure the accuracy of keypress logging and data completeness. The processed and raw data are publicly accessible on Zenodo.
Participants were recruited via email and provided with detailed instructions through a video link. The experiments were conducted online, allowing participants to choose their testing days while adhering to specific scheduling constraints. Compliance with pre-experiment guidelines regarding sleep and alcohol consumption was verified through a questionnaire. Additionally, participants reported their sleep patterns and alertness levels at the start of each session. In Experiment 2, the Psychomotor Vigilance Task (PVT) was administered to objectively measure vigilance, with response times logged to assess performance. This task involved participants responding to visual stimuli, and a shortened version consisting of 35 trials was utilized, discarding the initial five trials for familiarization.
Results
In Experiment 1, participant characteristics, including sleep quality and vigilance, were analyzed, with results summarized in Table 1. Statistical analyses of these characteristics are detailed in Supplementary Note 1 and Supplementary Table 1. Performance on the Serial Reaction Time Task (SRTT) was assessed, revealing that accuracy remained stable throughout training, with no significant main effects of block (F(7.011, 883.403) = 0.501, p = 0.835) or age group (F(3, 126) = 0.322, p = 0.810). Additionally, there was no significant interaction between group and block (F(21.033, 883.403) = 0.715, p = 0.821).
In contrast, response times showed a significant decrease across practice blocks (F(7.900, 995.358) = 64.246, p < 0.001), indicating improved performance speed. This improvement was consistent across age groups, as evidenced by the absence of significant group effects (F(3, 126) = 1.578, p = 0.198) and group x block interactions (F(23.699, 995.358) = 1.337, p = 0.130). During the post-learning test, no significant block effects were observed (F(2.102, 264.890) = 0.404, p = 0.678), suggesting a performance plateau. Overall, the findings indicate that all groups effectively acquired the motor sequence, with no credible evidence of differences in performance improvements among them.
Discussion
In this study, healthy volunteers aged 7-35 and 55-75 were recruited to investigate age-related differences in motor learning and memory consolidation using a web-based platform. Participants were screened for eligibility, with exclusions based on medical history, medication use, sleep irregularities, and prior extensive training in dexterous tasks. A total of 224 individuals began the experimental protocol, which was divided into four age groups: children, adolescents, young adults, and older adults. The final sample sizes for the analyses were 130 for Experiment 1, focusing on initial motor sequence learning, and 108 for Experiment 2, which assessed macro-offline consolidation processes. Both experiments utilized an adapted Serial Reaction Time Task (SRTT) to measure performance speed and accuracy.
The findings indicated significant age-related differences in sequence-specific learning, with a notable quadratic relationship where learning magnitude peaked around 24 years and declined thereafter. Additionally, exploratory analyses revealed that age was a significant predictor of learning magnitude, exhibiting a U-shaped trajectory in older adults. While micro-online learning showed some trends, it did not yield significant differences across age groups. Overall, the study highlights the importance of age in understanding motor learning dynamics and suggests that both childhood and older adulthood present unique trajectories in learning and memory consolidation.
Limitations
The research presents several limitations that should be considered when interpreting the findings. Firstly, the online nature of the experiments raises concerns about the lack of real-time monitoring, which could potentially influence results. However, prior studies have indicated that online and in-person modalities yield comparable outcomes, suggesting that this limitation may not significantly affect the validity of the findings. Notably, the study did not utilize common crowdsourcing platforms, which are often criticized for data reliability, but instead recruited a diverse participant pool, enhancing the generalizability of the results.
Secondly, specific to Experiment 2, the inclusion of a pseudorandom run at the end of each session, while beneficial for assessing sequence specificity, may have interfered with the macro-offline processing of sequential motor memory. Additionally, the absence of explicit awareness assessments limits the ability to draw conclusions regarding age-related differences in recognition and recall, which could influence learning and memory outcomes. The study also faced challenges in recruiting younger participants, as the minimum age was set at 7 years, leading to an undersampling of this group. Future research could benefit from implementing measures such as videocall monitoring to facilitate participation among younger children. Lastly, the operational definition of age groups did not account for pubertal status, although the limited number of participants reporting signs of puberty suggests that this factor is unlikely to significantly alter the results.