Rotace perspektivního pohledu ve směru hodinových ručiček zlepšuje prostorové rozpoznávání složitých prostředí při stárnutí

Dešifrování lidského prostorového kognitivního systému zahrnuje vývoj jednoduchých úkolů k posouzení toho, jak náš mozek pracuje s tvary a tvary. Předchozí studie v oblasti mentální rotace odhalily zkreslení rotace ve směru hodinových ručiček na to, jak jsou vnímány a zpracovávány základní podněty. Chybí však dostatečné vědecké zázemí pro komplexní podněty a pro to, jak by je mohly ovlivnit faktory jako sex nebo stárnutí. Pokud jde o posledně uvedený bod, je dobře známo, že naše prostorové dovednosti mají tendenci s přibývajícím věkem klesat. Hipokampální systém je tedy zvláště citlivý na stárnutí. Tyto nervové změny jsou základem obtíží starších osob s orientací na orientační bod nebo mentální rotací. Naše studie si tedy kladla za cíl ověřit, zda by účinek rotace ve směru a proti směru hodinových ručiček v prostorovém rozpoznávání komplexních prostředí mohl být modulován stárnutím. Za tímto účelem provedlo 40 mladých dospělých a 40 starých dospělých ASMRT, test rozpoznávání virtuální prostorové paměti. Výsledky ukázaly, že mladí dospělí překonali staré dospělé ve všech obtížných podmínkách (tj. kódování jedné nebo tří pozic v krabici). Kromě toho byli staří dospělí více ovlivněni směrem otáčení než mladí dospělí, přičemž vykazovali lepší výkon při otáčení ve směru hodinových ručiček. Závěrem lze říci, že naše studie poskytuje důkazy, že stárnutí je zvláště ovlivněno směrem otáčení. Navrhujeme, že zkreslení ve směru hodinových ručiček by mohlo souviset s kognitivním poklesem spojeným se stárnutím. Budoucí studie by to mohly řešit pomocí zobrazovacích opatření mozku.

Oblast psychologické rotace je nově vznikající terapií, které je věnována stále větší pozornost. Kombinuje techniky, jako je autosugesce, neurolingvistika a kognitivně behaviorální terapie, aby pomohla lidem odstranit negativní emoce, změnit omezující přesvědčení a sublimovat pozitivní postoje. S pamětí přitom úzce souvisí i pole mentální rotace.

Paměť je nedílnou součástí lidské inteligence a hraje nepostradatelnou roli při dosahování úspěšného života, udržování vzestupného pokroku, zlepšování sebekultivace a obohacování vnitřního smyslu. Jednou ze stěžejních technologií v oblasti psychologické rotace je autosugesce. Tím, že si člověk dává dobré návrhy a vedení, může si postupně vytvořit pozitivní návyky myšlení a chování v každodenním životě a práci, čímž se zlepší paměť a stane se sebevědomějším, nezávislým a nezávislým. Zdokonalování.

Kromě toho mohou inovativní koncepty a praktické technologie v oblasti mentální rotace také pomoci lidem lépe regulovat jejich emoční stavy a vyhnout se negativním emocím ovlivňujícím paměť. Protože existuje úzký vztah mezi emocemi a pamětí, když jsme v depresi, nervozitě, úzkosti, strachu a jiné negativní emoce pokrývají naše tělo, naše paměť bude značně ovlivněna a pole psychologické rotace nám pomůže eliminovat negativní emoce a změnit naše mysli. Nejlepší způsob, jak být pozitivnější.

Nakonec je důležité zdůraznit, že pole mentální rotace není kouzelný trik, ani rychlé řešení, které může poskytnout okamžité výsledky. Vyžaduje to náš čas, energii a trpělivost. Ale dokud vydržíme v učení, procvičování a shrnutí praktických technik v oblasti mentální rotace, věřím, že brzy budeme mít lepší paměť, pozitivnější přístup k životu a zdravější, vyrovnanější a lepší život. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť. Cistanche deserticola může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola je tradiční čínský léčivý materiál s mnoha unikátními účinky, z nichž jedním je zlepšení paměti. Účinnost mletého masa vychází z různých účinných látek, které obsahuje, včetně kyselin, polysacharidů, flavonoidů atd. Tyto složky mohou různými způsoby podporovat zdraví mozku.

Jak funguje mentální rotace?
Při zpracování prostorových vztahů nestačí jediný úhel pohledu na scénu. Znalost toho, jak prostředí vypadá z různých míst, je zásadní pro správnou interpretaci externích vstupů scény. V tomto ohledu je požadována transformace mentální rotace vycházející z původní scény, které lze dosáhnout použitím dvou různých strategií. První z nich je objektový, kde se podněty točí kolem prostředí. Druhou strategií je perspektivní transformace, kdy se provádějí mentální rotace jednotlivého pohledu. Tyto strategie jsou také popsány jako objektově-mentální rotace a subjekt-mentální rotace. Znalost mentální rotace pozitivně souvisí s učením tras4,5 a alocentrickým zpracováním map6 a je to důležitá dovednost pro vytváření prostorového vztahu mezi orientačními body a vytváření kognitivní mapy7. Současné důkazy uvádějí, že mentální rotace je komplexní schopnost závislá na integritě úzce synchronizovaných mozkových sítí, včetně inferiorních temporálních, ventrálních, dorzálních, prefrontálních oblastí8 a intraparietálních oblastí9,10.

Bez ohledu na strategii zahrnuje mentální rotace tři odlišné fáze, které jsou buď považovány za sekvenční11 nebo se mírně překrývají12. Prvním je kódování podnětů, druhým správný mechanismus rotace a konečně rozhodovací proces závislý na metodice úkolu. Druhá složka se obvykle posuzuje podle rozpoznávacího paradigmatu, kde účastníci potřebují identifikovat, zda je otočený obrázek ekvivalentní či nikoli původnímu.

Vliv úhlové disparity a směru na rotační výkon.

Od zahájení studií v této oblasti různé důkazy naznačují lineární vztah mezi úhlovou rotací, dobou odezvy a chybami14,15. Možné vysvětlení tohoto procesu popisuje „hypotéza zarovnání pohledu“16. Podle této hypotézy by při procesu přeskupování při porovnávání dvou perspektiv mohlo dojít k efektu nesouososti. To znamená, že hledisko, které si agenti fyzicky zachovávají, je mentálně přeorientováno do souladu s hlediskem, který má být přijat. V důsledku toho některé studie odrážejí, že lineárně rostoucí úhlové rozdíly mezi původní perspektivou a perspektivou, která má být přijata, se promítají do více chyb5,17. Rovněž jsou hlášeny lepší časy odezvy a přesnost, když jsou nové pohledy na prostředí prezentovány v souladu s dříve zakódovanými pohledy18. Tyto efekty jsou přítomny, když jsou dostupné jednoduché a složité podněty15 a efekt nesouososti by mohl být zmírněn, pokud jsou nabízeny podněty16.

Je zajímavé, že směr rotace by mohl modulovat efekt nesouososti, protože některé studie zjistily, že chyby rozpoznání a/nebo doba odezvy se prodloužily, když perspektivní rotace následovala směr proti směru hodinových ručiček17,19. Účinek také koreluje s elektroencefalografickými daty pomocí potenciálů souvisejících s událostmi20. Navíc, jak ukazuje funkční magnetická rezonance21, výhoda ve směru hodinových ručiček se zdá být spojena s hemisférickou lateralizací, přičemž pravá hemisféra je lepší s rotací ve směru hodinových ručiček a levá hemisféra s posuny proti směru hodinových ručiček.

Za tento jev by mohla být zodpovědná také znalost rotace ve směru hodinových ručiček v našem každodenním životě (tj. hodiny), která upřednostňuje existenci zaujatosti proti posunu proti směru hodinových ručiček22. Tato zaujatost je popsána jako hypotéza „vnímání – akční lateralita“, která se skládá ze tří kroků: vnímání prostředí ve směru hodinových ručiček, vytváření mentální mapy ve směru hodinových ručiček a poté otáčení stejným směrem23. Tyto sekvenční kroky by se daly vysvětlit jako interakce dříve popsaných neurogenetických a kulturních faktorů, což vedlo k tomu, že většina lidí představuje zkreslení ve směru hodinových ručiček. Efekt byl prokázán u úkolů využívajících jednoduché izolované podněty, jako jsou písmena nebo 2D čáry.

Navíc úhlová disparita mezi zapamatovanými stimuly a cíli vyžaduje v některých studiích různé strategie rotace24–26. Konkrétně tyto práce popisují, že rotace mentálního objektu se provádí v nižších úhlových disparitách, zatímco mentální rotace subjektu se provádí ve vyšších úhlových disparitách. Oba jsou také považovány za disociovatelné, i když vysoce korelované procesy, a mohly by znamenat různé typy chyb v úsudku. Mentální rotace subjektu založená na egocentrických transformacích by tedy zahrnovala hlavně chyby laterality (tj. zaměňování vlevo a vpravo) a mentální rotace objektu by zahrnovala chyby související s úhlovými disparitami. Přesnost se zvyšuje v přítomnosti významných environmentálních orientačních bodů nebo vnějších vizuálních podnětů.27,28. Spoléhání se na tyto vnější podněty je kritické pro strategii alocentrické orientace, kde jsou podněty zakódovány o prostředí a ne z pohledu pozorovatele29. Studie zobrazování mozku uvádějí, že pravý mediální temporální lalok podporuje tento proces. Hipokampální zapojení do rotačních procesů bylo také popsáno v určitých studiích, kde pacienti se zhoršením této struktury vykazovali potíže s pamětí umístění objektu, když byly zorné body otočeny 32. Navíc se zvýšil počet umístění objektů, které si v této situaci zapamatujete — tedy vyšší zatížení paměti – může dále ovlivnit výkon.

Sex a stárnutí jako vlivné faktory pro schopnosti mentální rotace.

Kognitivní schopnosti ve zdravém stárnutí klesají, včetně prostorové paměti34 a schopností mentální rotace35,36. Některé studie uvádějí, že starší dospělí jsou pomalejší a méně přesní než mladí dospělí v prostorových úkolech37, potenciálně kvůli redukci objemu v hipokampálním systému38. Hipokampus se podílí na budování přesných alocentrických prostorových reprezentací, které souvisí s rotačními dovednostmi6. Při realizaci optimálních řešení takových úkolů se starší lidé spíše spoléhají na egocentrické strategie, které jsou v této věkové skupině – 42 let lépe zachovány.

Dalším faktorem modulujícím mentální rotaci je pohlaví43–46 Studie uvádějí, že rozdíly mezi pohlavími v mentální rotaci43,44. Některé studie odrážely různé vzorce neurální aktivace a rotační strategie u mužů a žen45, zatímco jiné ukázaly, že muži jakéhokoli věku obecně překonali ženy v měření perspektivy46. Kromě toho je rotace ve směru hodinových ručiček častější u žen a mohla by souviset s hormonálními hladinami.

Rotační zkreslení u jednoduchých vs. komplexních podnětů: Existují rozdíly?

Při posuzování směru otáčení (ve směru hodinových ručiček vs. proti směru hodinových ručiček) mnoho studií použilo izolované položky, jako jsou písmena 20, 49, 50, postavy Navon, neznámé znaky nebo 2D čáry. Pouze několik studií použilo komplexní podněty a podmínky ekvivalentní skutečnému světu pro efekt úhlové disparity nebo zkreslení rotace54, ale je zapotřebí více výzkumu, aby se potvrdilo, zda se jedná o tendenci. Proto existuje nekonzistence v nálezech mezi jednoduchými a komplexními podněty, což lze vysvětlit ve světle disociace mezi vzdáleným a dosahujícím prostorem. Protože oba zahrnují různé strategie56 a nervové aktivace57, mohly by existovat určité rozdíly v rotačním výkonu při zpracování jednoduchých podnětů vs. komplexních prostředí. Vzhledem k těmto důkazům je potřeba navrhnout úkol schopný úspěšně měřit rotační schopnosti ve vzdáleném prostoru – zahrnující složitější a bohatší prostředí.

Výzkum prostorové paměti výrazně pokročil díky technologickému pokroku. Nové počítačové úlohy ukázaly vysokou citlivost při hledání prostorových vad tam, kde tradiční úkoly selhaly. Používají také ekologičtější metody a prostředí. V tomto ohledu mohou být úlohy prostorového rozpoznávání při hledání rozdílů v prostorové orientaci srovnatelné s aktivní nebo pasivní navigací. Jsou také méně technicky náročné a metodicky srovnatelné s tradičními opatřeními mentální rotace. Na základě tohoto zdůvodnění byl naší výzkumnou skupinou vyvinut Test rozpoznávání prostorové paměti Almeria (ASMRT) a aplikován na různé vzorky62,63. Účastníci jsou povinni identifikovat, zda jeden nebo více boxů změnilo svou pozici ve virtuální místnosti. Existují dva způsoby prezentace: prezentovány v podobném úhlu pohledu jako původní obrázek nebo s proměnlivými stupni posunu pohledu, přesně měřícími úhly a směr otáčení. Přítomnost orientačních bodů v místnosti a měnící se perspektivy také upřednostňují alocentrickou strategii před egocentrickými řešeními. ASMRT prokázal svou citlivost při identifikaci rozdílů v důsledku pohlaví nebo stárnutí.

Cíle a hypotézy studie.

Hlavním cílem této studie je řešit, jak by mohl být směr rotace (ve směru hodinových ručiček vs. proti směru hodinových ručiček) mezi zapamatovanou scénou a následným rozpoznávacím obrázkem ovlivněn stárnutím a sexem v komplexním prostředí. Na základě předchozích studií20, „hypotézy zarovnání pohledu“16 a hypotézy „vnímání-akce-lateralita“23 jsme předpověděli, že výkon bude lepší při rotaci ve směru hodinových ručiček ve srovnání se studiemi proti směru hodinových ručiček. Rotace proti směru hodinových ručiček mezi zakódovanými a rozpoznávacími podněty by měla být spojena s pomalejší dobou odezvy nebo nižší přesností19,20, zejména u starších osob, kvůli jejich sníženým prostorovým dovednostem64. Také po zjevném vyšším vychýlení ve směru hodinových ručiček u žen47 bychom mohli očekávat lepší výkon u mužů než u žen v podmínkách proti směru hodinových ručiček.

Metoda

Účastníci

Studie se zúčastnilo 80 účastníků (n=80). Čtyřicet účastníků (n=40) byli studenti psychologie z University of Almeria (20 mužů; věkové rozmezí 18–30 let; M=20; SD=2.8) a dalších čtyřicet účastníků bylo rekrutováni ze tříd Elders ze stejné instituce (20 mužů; věkové rozmezí 60–79; M=69; SD=5.3). Všichni účastníci měli v okamžiku hodnocení normální zrak korigovaný na normální (tj. používali brýle nebo kontaktní čočky) a jejich genderová identita odpovídala jejich sexuální biologii. Kritéria vyloučení byla definována jako méně než 26 bodů v Mini-Mental State Examination, formální diagnóze psychologických nebo psychiatrických poruch, konzumace škodlivých látek, jako jsou drogy a alkohol, poranění hlavy nebo jakýkoli jiný stav, který by mohl ovlivnit výsledky. Účastníkům byly poskytnuty informace o postupu a obecném cíli studie a mohli kdykoli studii ukončit. Studie byla schválena Etickou komisí University of Almeria (UALBIO2019/022) a byla navržena v souladu s požadavky směrnice Rady Evropských společenství 2001/20/EC a Helsinské deklarace pro biomedicínský výzkum na lidech.

Post-hoc analýza síly se softwarem G*Power v3.1.9.265 byla provedena za účelem stanovení statistické síly jak hlavních, tak interakčních účinků (v rámci faktorů subjektu) v naší studii. S hodnotou alfa rovnou 05, střední velikostí účinku (d=0,35) a celkovou velikostí vzorku analýza odhalila statistickou sílu větší než 0,99. Statistická síla výsledků korelace byla větší než 0,94.

Materiály

Výkon rozpoznávání prostorové paměti byl hodnocen pomocí Almeria Spatial Memory Recognition Test (ASMRT)62. Prezentace experimentálního prostředí probíhala ve virtuálním prostředí, simulujícím muzejní místnost se čtyřmi stěnami (se sérií prostorových prvků, na kterých je zobrazena, tj. portréty) a devíti hnědými krabicemi zarovnanými symetricky do pole 3×3. Některé z těchto polí byly zbarveny zeleně a představovaly cílové podněty pro práci ve všech fázích úkolu. ASMRT se skládal ze dvou úrovní obtížnosti definovaných počtem políček k zapamatování (jedna krabice vs. tři krabice), každá se čtyřmi zkouškami. Celý test se skládal z 8 paměťových obrázků. Proto bylo 80 rozpoznávacích obrázků, polovina pro každou úroveň obtížnosti.

Sekvence stimulů každého pokusu se skládala ze dvou odlišných fází následovně (viz obr. 1):

(a) Ve „Fázi zapamatování“ byl účastníkům ukázán obrázek (paměťový obrázek) virtuální místnosti, kde bylo umístěno celkem devět krabic (v uspořádání 3×3). Obrazy paměti byly zobrazeny po dobu pěti sekund. Všechny vzpomínkové obrázky byly pořízeny z pohledu první osoby. V závislosti na úrovni obtížnosti byla jedna nebo tři políčka vybarvena zeleně. Účastníci byli požádáni, aby si zapamatovali polohu těchto zelených polí. Strom ze čtyř stěn místnosti obsahoval několik podnětů (včetně dveří, okna nebo obrázků), které mohly pomoci rozjasnit prostorová umístění. Každý vzpomínkový snímek byl pořízen z jiného úhlu pohledu než ten druhý.

(b) Ve „fázi rozpoznávání“ bylo účastníkům postupně představeno celkem 10 obrázků stejné místnosti. V této fázi se manipulovalo se směrem otáčení. Rozpoznávací obrazy byly tedy pořízeny z různých úhlů pohledu na původní obraz. V této fázi bylo zobrazeno pouze jedno zelené pole pro všechny úrovně obtížnosti. Účastníci museli odpovědět (ano/ne), pokud bylo zelené pole ve stejné pozici jako jedno z polí na zapamatovaném obrázku. Museli se tedy rozhodnout o každém obrázku na základě mentální reprezentace, kterou si vytvořili během fáze paměti, z jiného úhlu pohledu.

Úloha byla spravována bez imerzivním způsobem pomocí přenosného počítače s operačním systémem Windows 10. Počítač byl vybaven procesorem Intel Core i5, 4 GB RAM a 15,{5}}palcovým LCD displejem s rozlišením 1920×1200. Prostřednictvím hodnocení byl připojen ke zdroji energie ve zdi, aby nedošlo k vybití baterie. Navíc, protože během postupu a/nebo sběru dat nebylo vyžadováno připojení k internetu, bylo toto vyhodnocení deaktivováno.

Postup.

Všichni účastníci byli individuálně testováni v instituci University of Almeria a podstoupili krátký pohovor k ověření kritérií vyloučení. Před zahájením hodnocení také podepsali informovaný souhlas. Poté jim byly na obrazovce předloženy pokyny ASMRT, po nichž následoval zkušební příklad. Poté experimentátor zadal dvě úrovně obtížnosti (zapamatovat si polohu jednoho nebo tří políček) postupně ve stejném pořadí pro všechny účastníky (jeden paměťový obrázek – deset rozpoznávacích obrázků, čtyřikrát na úroveň obtížnosti, s různými podněty v každém pokusu) . Účastníci odpověděli, když byl každý rozpoznávací obrázek prezentován na obrazovce, a experimentátor ručně zaregistroval jejich odpověď pro každý pokus, aby se vyhnul tlaku kvůli časovému limitu odezvy, který by mohl změnit výkon. Správné odpovědi a chyby byly shromážděny a ošetřeny pro každého účastníka a experimentální podmínky v následné analýze dat. Účastníci podstoupili celý experimentální postup – s výjimkou úvodního rozhovoru – v tichém a izolovaném prostředí, aby se vyhnuli jakémukoli vnějšímu hluku nebo nepředvídatelným zásahům, které by mohly změnit výkon.

Výpočet a rozdělení úhlu v oktantech. Euklidovy postuláty byly použity k výpočtu úhlového rozdílu mezi pohledem paměťových obrázků a odpovídajícím pohledem rozpoznávacích obrázků a směrem jejich rotace (ve směru nebo proti směru hodinových ručiček). Tento proces posuzoval, zda jsou úhly homogenně rozděleny podle směru otáčení v každé podmínce (viz obr. 2). K tomuto postupu byl použit open-source program GeoGebra Geometry, který vyvinula Florida Atlantic University. Snímky ASMRT byly předloženy pro výpočty v kónické, dvourozměrné perspektivě z pohledu první osoby. V této perspektivě, která je stejná jako u účastníků, jsou čáry navzájem šikmé, ve srovnání s perspektivou zenitu, kde by byly rovnoběžné. Šikmé čáry jdoucí stejným směrem se také sbíhají ve společném úběžníku. Úhel rotace je vypočítán v kuželové perspektivě pro každý snímek a následně je provedeno porovnání úhlu mezi paměťovými a rozpoznávacími snímky v zenitové perspektivě, aby byla zajištěna maximální konzistence.

Nejprve byly pomocí obrázků v kuželové perspektivě vysledovány segmenty založené na liniích podlahy. Tato metoda načrtla dvě sady čar: šikmé čáry, které by byly rovnoběžné a horizontální v zenitové perspektivě, a šikmé čáry, které by byly paralelní a svislé ve stejné zenitové perspektivě. To bylo provedeno pro výpočet dvou nezávislých úběžníků, na které se odkazuje, kde se každá sada čar sbíhala a byly použity v následujících výpočtech. Dalším krokem byla identifikace mediálního bodu šířky obrazu, kde je ve středu základny obrazu nakreslena kolmá čára, čímž se získá polohový vektor. Tam dva segmenty pocházely z dříve vypočítaných úběžníků a byly připojeny k polohovému vektoru. Spojovací bod byl kalibrován pod úhlem 90°, který se rovná úhlu, který tvoří čtyři čáry v zenitové rovině.

Když se poziční vektor zkříží s úhlem 90 stupňů, můžeme určit srovnávací úhel mezi paměťovými a rozpoznávacími obrazy. Může to být úhel, který tvoří segment libovolného úběžníku, přičemž jako vodítko se používají podlahové čáry. Pro zachování konzistence měření byly pro všechny snímky použity vertikální segmenty podlahy. Úhel použitý pro srovnání je úhel vytvořený mezi polohovým vektorem a výše zmíněným segmentem. V závislosti na perspektivě přijaté odpovídajícím obrazem paměti a pro zachování konzistence uvedené výše se úhel, který se má použít, liší, protože GeoGebra Geometry ve výchozím nastavení představuje tupý úhel. Tento postup byl zpočátku proveden pro paměťový obraz a následně pro jeho odpovídajících deset rozpoznávacích obrazů. Obrázek 2 představuje konečný výsledek tohoto procesu.

Jakmile byly získány úhly a směr otáčení každého úhlu pohledu rozpoznávacího obrazu, bylo vyhodnoceno rozložení úhlů, přičemž bylo pozorováno, že většina z nich byla homogenně rozdělena mezi první a osmý oktant ve směru hodinových ručiček (první oktant: jeden rámeček, 16 obrázky: stupeň M=34; stupeň SD=15; tři rámečky, 16 obrázků: stupeň M=29; stupeň SD=12) a proti směru hodinových ručiček (osmý oktant: jeden rámeček, 16 obrázků: stupeň M=32; SD=14; tři pole, 16 obrázků: stupeň M=28; stupeň SD=11) (viz obr. 3). Pouze dva rozpoznávací obrazy v každém stavu (obtížnost směru) byly umístěny nerovnoměrně mimo tyto oktanty, takže byly z analýzy vyloučeny. Celkový počet analyzovaných pokusů byl tedy 62 (32 pokusů po směru hodinových ručiček a 32 pokusů proti směru hodinových ručiček). To umožnilo kontrolu vlivu úhlové disparity na výkon.

Navíc v polovině ze 16 rozpoznávacích obrázků pro každý směr (ve směru a proti směru hodinových ručiček) a pro každou úroveň obtížnosti (jedno políčko a tři políčka) se pozice polí shodovala s obrázkem paměti (správná odpověď, ano) a v druhá polovina ne (správná odpověď, ne). Byla registrována správná přijetí a správná zamítnutí.

Statistická analýza.

Procento správných akceptací (Hits), procento nesprávných akceptací (100%-%správných odmítnutí, falešné poplachy, FA) a skóre diskriminace (d'=Z zásahů – Z míra falešných poplachů)66,67 získané pro všechny účastníky a experimentální podmínky. Tey byl analyzován ve smíšené ANOVA 2×2×2×2 s věkem (starý a mladý) a pohlavím (žena a muž) jako faktory mezi subjekty a obtížnost (jeden rámeček a tři rámečky) a směr (ve směru hodinových ručiček a proti směru hodinových ručiček) jako faktory uvnitř subjektu. Pro kontrolu normality dat byly provedeny Kolmogorov-Smirnovovy testy a pro ověření homogenity rozptylu byly použity Leveneovy testy. Bonferroniho korekce byla použita ke korekci akumulace chyb typu I v mnohanásobných srovnáních. Byly provedeny T-testové analýzy, aby se vyhodnotilo, zda se průměry mezi jednotlivými podmínkami v případě potřeby lišily. Doplňkové analýzy T-testu ukázaly, že úhlový faktor (distribuce oktantů) nedosáhl významnosti, protože všechny byly ve stejné úhlové oblasti (oktantu), takže byl pro ANOVA vyloučen. Analýzy byly provedeny pomocí IBM SPSS Statistics v.25 s hladinou významnosti p<0.050.

Výsledek

Hity. Te ANOVA (Pohlaví × Věk × Obtížnost × Směr) ukázala hlavní účinek věku (F(1, 76)=51.4; p<0.001; ηp 2=0.41), Difculty (F(1,76)=49.8; p<0.001; ηp 2=0.40), and Direction (F(1,76)=9.3; p=0.003; ηp 2=0.11]). Young adults were more accurate in their responses than old adults, as can be seen in Table 1. Regarding difficulty, participants also performed worse when they had to memorize three boxes than one box, and when the stimuli were presented in an anticlockwise direction than when presented clockwise. No other effects were found (p>0.05).

Obtížnost × interakce s věkem dosáhla významnosti (F(1, 76)=33.4; p<0.001; ηp 2=0.31). Further analyses of the interaction revealed significant differences due to difficulty only for old adults (F(1, 38)=46.8; p<0.001; ηp 2 = 0.55). In this group, the Hits percentage was higher in the one-box trials (M = 78%, SD = 2) than in the three-box trials (M = 61%; SD = 2). By contrast, the difficulty level did not affect performance in young adults (p > 0.05), as it was similar between the one-box trials (M=90%, SD=2) and the three-box trials (M=92%; SD=2).

Te Direction x Age interaction was also statistically signifcant (F(1, 76)=13.9; p=0.005; ηp 2=0.35). Further analyses of the interaction showed significant differences only in the old adults group (F(1, 41)=8.8; p=0.005; ηp 2=0.19). For these participants, the percentage of Hits was higher in clockwise trials (M =73%, SD=3) than in anticlockwise trials (M=66%; SD=3). However, the performance of young adults was unaffected by the direction of rotation (p>0.05; ve směru hodinových ručiček: M=92%, SD=1; proti směru hodinových ručiček: M=90%; SD=2).

No other interactions reached significance (p>0.05).

Falešné poplachy.

Te ANOVA ukázala hlavní účinek věku (F(1, 76)=114.8; p<0.001; ηp 2=0.60), Sex (F(1,76)=4.4; p=0.039; ηp 2=0.06) and Difculty (F(1, 76)=90.1; p<0.001; ηp 2=0.54). As can be seen in Fig. 4, the percentage of false alarms was higher in the old adults' group (M=28%; SD=2) than in the young adults' group (M=5%; SD=2).

Regarding the difficulty level, the percentage of false alarms was lower in one-box trials (M=8%; SD=1) than in 3 box trials (M=25%; SD=3). Overall, the percentage of false alarms was lower in males (M=14%; SD=1) than in females (M=19%; SD=2). No other main effects were found (p>0.05).

Byly to významné interakce Obtížnost x Věk (F(1, 76)=80; p<0.001; ηp 2=0.57), and Difculty × Direction (F(1, 76)=11.4; p=0.001; ηp 2=0.14).

Analýzy interakce Obtížnost x Věk odhalily významný účinek Obtížnosti pouze u starých dospělých (F(1, 42)=96,4; p < 0,001; ηp 2=0,70 ). Procento falešných poplachů bylo vyšší ve třech boxových pokusech (M=44%; SD=1) než v jednom boxovém pokusu M=12%, SD=2) v tomto skupina.

Finally, the Difficulty × Direction interaction showed significant differences due to Direction in the higher difficulty level (three boxes: F(1, 76) = 8.5; p = 0.005; ηp 2= 0.11). The percentage of false alarms was higher in anticlockwise trials (M=27%; SD=1) than in clockwise trials (M=22%; SD=2) (see Fig. 5). By contrast, in one box trials, there was no difference in the percentage of false alarms between both directions (p>0.05).

Complementary t-test analyses (see Table 2) revealed that sex modulated the percentage of false alarms in three boxes-anticlockwise trials, only for the young adults' group (t (38)=2.2, p=0.038). Differences in the percentage of false alarms due to sex for old adults were absent (p>0.05).

Index diskriminace.

Analýzy T-testu potvrdily, že výkonnost v obou věkových skupinách byla za všech podmínek nad úrovní šance (viz tabulka 3).

Te ANOVA ukázala hlavní účinek věku (F(1, 76)=109.6; p<0.001; ηp 2=0.59), the discriminability index was higher in young adults (M = 0.86; SD = 0.01) than in old adults (M = 0.42: SD = 0.03); Sex (F(1,76) = 3.8;p = 0.049; ηp 2 = 0.10), where, overall, males showed higher discriminability index (M = 0.68; SD = 0.02) than females (M= 0.60; SD = 0.01); Difculty (F (1,76) = 14.6; p < 0.001; ηp 2= 0.16), the discriminability was worse in three boxes trials (M=0.61: SD=0.01) than in one box (M=0.68; SD=0.02); and Direction (F(1, 76)=7.9; p=0.006; ηp 2=0.11), clockwise trials showed higher discriminability index (X=0.67: SD=0.01) than anticlockwise trials (M=0.61; SD=0.02). No other main effects were found (p>0.05).

Te Obtížnost x Věk interakce dosáhla významnosti (F(1, 76)=19.7; p<0.001; ηp 2=0.19). No other interaction effects were found (p>0.05). Významné rozdíly v diskriminaci kvůli obtížnosti byly pouze u starých dospělých (F(1, 39)=21; p<0.001; ηp 2=0.32). The discriminability index was higher in the lower difficulty level (one box: M=0.49; SD=0.02) than in the higher difficulty condition (three boxes: M=0.33; SD=0.03) for old adults. On the other hand, there were no differences in discriminability in young adults (p>0.05) s podobným skóre na nižší úrovni obtížnosti (jedno pole: M=0.88, SD=0.02) ve srovnání s vyšší úrovní obtížnosti (tři pole: M{ {6}}.86; SD=0.02).

Te Direction x Difculty interaction was also statistically signifcant (F(1, 76)=6.8; p=0.016; ηp 2=0.10). Analyses of the interaction showed that Direction affected performance only in the higher difficulty level (three boxes: F(1, 76)=26; p < 0.001; ηp 2=0.21). The discriminability index was higher in clockwise trials (M =0.68; SD=0.03) than in anticlockwise trials (M=0.54; SD=0.02). Otherwise, the discriminability index was similar in lower difficulty levels (one box: p>0.05; clockwise: M=0.69, SD=0.01; anticlockwise: M=0.68; SD=0.01). No other interaction effects were found (p>0.05).

Diskuse

Naše studie ukázala, že prostorové rozpoznávání bylo určeno věkem a pohlavím účastníků a také obtížností úkolu. Směr rotace mezi paměťovými a rozpoznávacími podněty navíc moduloval interakci mezi věkem, pohlavím a obtížností úkolu. Mladí dospělí si tedy vedli lépe než staří dospělí a rozdíly byly maximalizovány v rotaci proti směru hodinových ručiček mezi paměťovými a rozpoznávacími obrazy. Velikosti efektů pro relevantní interakce byly obecně ve středním rozsahu výkonu.

K provedení studie jsme použili ASMRT, úkol prostorového rozpoznávání. Tento úkol vyžaduje zapamatovat si polohu určitého počtu podnětů (jedno nebo tři zelené rámečky) umístěných ve virtuální místnosti. Poté je deset rozpoznávacích obrázků prezentováno s jediným zeleným rámečkem a účastníci jsou povinni odpovědět, pokud poloha zeleného rámečku odpovídá poloze rámečku prezentovaného během zapamatovaného obrázku. Vzhledem k tomu, že hledisko bylo upraveno ve fázi rozpoznávání, pokud jde o původní obraz uložený do paměti, správná rozhodnutí závisí na přesné reprezentaci vlastností místnosti a pochopení flexibilního vztahu mezi dostupnými stimuly. Navíc rotace úhlů pohledu vyžadovala manipulaci se scénou v paměti, aby se nová perspektiva srovnala s předchozí16, což je funkce závislá na hipokampu, jak navrhují jiné studie. Všimněte si, že požadavky na úkoly v ASMRT jsou částečně podobné těm, které se vyskytují v testech prostorové perspektivy, připisovaných stejnému rozpoznávacímu paradigmatu široce používanému v oblasti mentální rotace69. Ve fázi rozpoznávání ASMRT tak účastníci musí porovnat obraz na obrazovce s zapamatovaným obrazem pořízeným z jiného úhlu pohledu a nejpřesnější řešení vyžaduje zapamatování a porovnání vybraných pozic obou obrazů.

Jak naznačují naše výsledky a v souladu s předchozími studiemi53,54, stárnutí ovlivňuje výkon v tomto úkolu. Mladí dospělí měli vyšší procento zásahů ve srovnání se starými dospělými. Navíc tato druhá skupina také prezentovala více falešných poplachů než mladí dospělí bez ohledu na stav (jedna nebo tři políčka k zapamatování). Čím více chyb udělali staří dospělí, když se zvýšil počet krabic, které je třeba si zapamatovat, odráželo, jak zapamatování dalších podnětů ovlivňuje výkon. Kromě toho směr rotace mezi paměťovými a rozpoznávacími obrazy určoval výkon, zejména u starých dospělých. U této skupiny byly obrázky proti směru hodinových ručiček spojeny s menším počtem zásahů než obrázky ve směru hodinových ručiček. V případě mladých dospělých však nebyli tímto efektem ovlivněni. Tendence byla odlišná u skóre falešných poplachů nebo diskriminace, kde byla zjištěna převaha ve směru hodinových ručiček bez ohledu na věkovou skupinu v úrovních obtížnosti tří polí.

Existence rozdílného vzorce mezi mladými a starými dospělými není nová, protože je dobře známo, že prostorová orientace je ovlivněna normálním stárnutím. Pomocí úlohy ASMRT byl popsán pokles výkonu u starých dospělých. Konkrétně 70–79-letí účastníci měli vyšší chyby ve srovnání s jinými skupinami dospělých ve věku 50–59 a 60{6}}let, když si pamatovali a rozpoznávali pozice z různých úhlů pohledu. Je třeba zdůraznit, že prostorové rozpoznávání nevyžaduje navigaci prostředím jako v jiných úlohách s prostorovou pamětí58, ale vyžaduje řízení alocentrického referenčního rámce pro řešení úlohy. Účastníci musí porozumět flexibilnímu vztahu mezi vodítky dostupnými ve virtuálním prostředí, aby mohli určit pozice. Jiné studie porovnávaly schopnosti vnímat prostorovou perspektivu u mladých a starých dospělých a prokázaly, že věk souvisí s úpadkem těchto dovedností17,72. Při testování rozpoznávání pozic bylo prokázáno, že mladí dospělí také překonali staré dospělé ve věku 73–75 let. Naše současná studie je tedy v souladu s těmito zjištěními.

Stejně jako u jiných perspektivních úloh19,21 určuje výkon směr rotace. V naší studii však byla skóre Hit významně modulována směrem rotace pouze u starých dospělých, což je nové zjištění. Také směr otáčení modulovaný falešný poplach boduje v nejtěžších podmínkách (tři políčka), opět pouze u starých dospělých. Výkon se tedy více změnil, když byl rozpoznávací obraz otočen proti směru hodinových ručiček. Jak bylo navrženo v úlohách mentální rotace, existuje důležitá lineární korelace mezi orientací obou obrázků a časem a počtem chyb13. Prostorové rozpoznávání je také ovlivněno perspektivním otočením s výhodou otáčení ve směru hodinových ručiček20. Naše zjištění naznačují, že převaha ve směru hodinových ručiček zjištěná u jednodušších podnětů platí také pro komplexní prostředí. Prostorové rozpoznávání je také modulováno perspektivním otáčením s výhodou otáčení ve směru hodinových ručiček20. Toto zkreslení rotace ve směru hodinových ručiček bylo identifikováno předchozími studiemi23,76,77, ale pokud je nám známo, je to poprvé, kdy se ukázal odlišný vzorec podle věkové skupiny.

Tento diferenciální vzorec lze vysvětlit na neurální úrovni. Hipokampus a další oblasti související s prostorovými dovednostmi představují u zdravých starých dospělých snížený objem. Hipokampální okruh se zdá být nezbytný pro získání úsudku nezávislého na úhlu pohledu, který je nezbytný pro budování alocentrických reprezentací kontextu33. Tyto alocentrické prostorové reprezentace jsou vyžadovány pro přesné rozpoznání míst z různých úhlů pohledu, jak to požaduje ASMRT. Jak bylo demonstrováno dříve79, pacienti s Alzheimerovou chorobou a mírným kognitivním poškozením – kde je pravděpodobně ohrožena funkce mediálního temporálního laloku – vykazovali změněné perspektivní schopnosti. Kromě toho by u starých dospělých byla méně přesná nejen reprezentace kontextu, ale také jejich rotační schopnosti. Pravá hemisféra by byla zvláště zapojena do rotačních procesů. Některé studie naznačují, že úbytek mozku související se stárnutím by byl častější v pravé hemisféře v kombinaci s méně lateralizovaným kognitivním výkonem 80. To by mělo za následek nižší rotační výkon, jak ukázaly předchozí studie. Je pozoruhodné zmínit, že staří dospělí mají sníženou schopnost rychle přizpůsobit své chování měnícím se podmínkám82, což ztěžuje překonání již existujících kognitivních předsudků. Vzhledem k tomu, že se směr rotace rozpoznávacích obrazů v naší úloze měnil náhodně od pokusu k pokusu, zdá se, že značné potíže při pokusech proti směru hodinových ručiček, které projevovali starší dospělí, podporují teorii zkreslení ve směru hodinových ručiček. Jak však bylo popsáno dříve, jiné studie se spoléhaly na jednodušší podněty, takže je zapotřebí více výzkumu se složitým prostředím.

Na druhou stranu byly rozdíly mezi pohlavími hlášeny u různých úloh s prostorovou pamětí, při navigaci v reálném84,85 a virtuálním prostředí35,62,65,86, ale také u úloh vyžadujících jiné prostorové dovednosti, jako je mentální rotace44,87 nebo zaujímání perspektivy. schopnosti45,82,88. Naše studie tento trend částečně znovu potvrdila. Rozdíly mezi pohlavími se objevily v procentu falešných poplachů, konkrétně v nejobtížnějších podmínkách, pokusech se třemi krabicemi proti směru hodinových ručiček, u mladých dospělých, což prokázalo, že muži a ženy se lišili ve svých schopnostech prostorového rozpoznávání, přičemž muži převyšovali ženy s vyššími nároky na obtížnost. To je v souladu s předchozími zjištěními s ASMRT62.

Vzhledem k těmto výsledkům se zdá, že k odhalení meziskupinových rozdílů, včetně pohlavně dimorfního výkonu v některých úlohách prostorové orientace, je nezbytná určitá úroveň obtížnosti62,68. Nízké obtížnosti úkolů vedou ke vzniku stropních efektů, zatímco vysoké nároky na úkoly jsou spojeny s účinky na skóre. Jak bylo uvedeno v jiných úkolech, výběr přiměřené úrovně obtížnosti pomáhá odhalit rozdíly v úkolech prostorové orientace založené na pohlaví. V úloze ASMRT tedy muži překonali ženy, pokud si museli zapamatovat tři prostorové polohy, ale ne tehdy, když si museli zapamatovat pouze jednu polohu63, což je v souladu s našimi výsledky, kde ženy měly vyšší procento falešných poplachů než muži.

Všimněte si, že rozpoznávání míst – jako v případě úlohy ASMRT – je upřednostňováno použitím alocentrických strategií, zahrnujících znalosti o vztazích mezi různými podněty dostupnými v kontextu. Předchozí práce uváděly rozdíly mezi pohlavími v typu strategií používaných muži a ženami v úkolech prostorové orientace. Muži preferují objektově založenou strategii (alocentrickou), zatímco ženy spíše používají strategii založenou na egocentrismu. Tyto pohlavně dimorfní preference zahrnovaly nábor různých oblastí mozku, lišících se pohlavím45,89.

A konečně, účinek úhlové rotace16, který se obvykle nachází v poli mentální rotace s jednoduššími podněty, nemohl být zohledněn v analýze kvůli návrhu ASMRT, protože úhlové rozdíly mezi paměťovými a rozpoznávacími obrazy byly distribuovány hlavně v prvním a osmém oktantu. Ačkoli nám to umožnilo řídit šikmý dopad na výkon pomocí výše popsaného vyváženého rozložení, je zapotřebí jiný soubor podnětů, abychom dále odhalili, jak tato proměnná ovlivňuje výkon ve složitých prostředích a jak interaguje se směrem otáčení nebo jak může modifikovat zvolená strategie v závislosti na stupních rotace24–26. Jak uvedly předchozí studie, v měření potenciálů souvisejících s událostmi (ERP) by mohla být přítomna převaha ve směru hodinových ručiček a relevantní by mohla být také hemisférická lateralizace, což má za následek rozdílné aktivace v závislosti na typu rotace21. Nedávná studie také nastiňuje rozdílné aktivace podle pohlaví v prostorovém rozpoznávání komplexních podnětů90. Abychom správně odhalili, zda je převaha ve směru hodinových ručiček konzistentní pro komplexní podněty a jak interaguje s pohlavím a věkem, je třeba provést následné studie integrující měření elektroencefalografie (EEG), aby se naše zjištění rozšířila dále. Kromě toho by budoucí studie měly také zvážit, jak tyto proměnné ovlivňují dobu odezvy, což nebylo možné v naší studii registrovat kvůli metodice ASMRT, která registrovala odpovědi ručně a nemohla měřit přesné doby odezvy62.

Jako potenciální omezení bychom měli uvést, že i když byly velikosti vzorků vysoké pro faktory pohlaví a věku odděleně (n=40 každý), byly menší, když byly zvažovány oba faktory společně, takže tato interakce není významná je třeba vykládat opatrně. Naše studie je zcela novým úsilím o posouzení účinku směru rotace pro komplexní prostředí a podněty, signalizuje potenciální převahu zkreslení ve směru hodinových ručiček a dokazuje, jak je tento účinek zvláště spojen s poklesem stárnutí.

Dostupnost dat

Soubory dat vytvořené během a/nebo analyzované během aktuální studie jsou k dispozici a lze je na přiměřenou žádost obdržet od odpovídajícího autora.

Reference

1. Zacks, JM, Mires, J., Tversky, B. & Hazeltine, E. Mentální prostorová transformace objektů a perspektivy. Plivla. Cogn. Počítat. 2, 315-332 (2002).

2. Jola, C. & Mast, FW Rotace mentálních objektů a egocentrická rotace těla: Dva disociovatelné procesy?. Plivla. Cogn. Počítat. 5, 217-237 (2005).

3. Inagaki, H. a kol. Nesoulad mezi mentální rotací a perspektivními schopnostmi při normálním stárnutí byl hodnocen Piagetovým trojhorním úkolem. J. Clin. Exp. Neuropsychol. 24, 18-25 (2002).

4. Galea, LAM & Kimura, D. Pohlavní rozdíly v učení trasy. os. Indiv. Dif. 14, 53-65 (1993).

5. Lokka, IE & Çöltekin, A. Přepínání perspektivy a získávání prostorových znalostí: Vliv věku, schopnosti mentální rotace a kapacity vizuoprostorové paměti na učení trasy ve virtuálních prostředích s různou úrovní realismu. Cartogr. Geografické heslo Prag ; Inf. Sci. 47(1), 14–27 (2020).

6. Crundall, D., Crandall, E., Burnett, G., Shalloe, S. & Sharples, S. Vliv orientace mapy a zobecnění na rozhodování o kongescích: Srovnání schematicko-egocentrických a topograficko-alocentrických map. Ergonomie 54(8), 700–715. https://doi.org/ 10.1080/00140139.2011.592608 (2011).

7. Palermo, L., Iaria, G. & Guariglia, C. Mentální obrazové dovednosti a topografická orientace u lidí: korelační studie. Chovej se. Brain Res. 192, 248–253 (2008).

8. Koshino, H., Carpenter, PA, Keller, TA & Just, MA Interakce mezi dorzálními a ventrálními cestami v mentální rotaci: Studie fMRI. Cogn. Afect. Chovej se. Neurosci. 5(5), 54–66 (2005).

9. Hawes, Z., Sokolowski, HM, Ononye, ​​CB & Ansari, D. Nervové základy numerické a prostorové kognice: FMRI metaanalýza oblastí mozku spojených se symbolickým číslem, aritmetikou a mentální rotací. Neurosci. Biobehav. Rev. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2019.05.007 (2019).

10. Podzebenko, K., Egan, GF & Watson, JDG Rozšířená aktivace dorzálního proudu během úlohy parametrické mentální rotace, odhalená pomocí funkčního zobrazování magnetickou rezonancí. Neuroimage 15, 547-558 (2002).

11. Stofels, EJ Inhibice souběžných procesů v rozlišování písmen a orientace. Acta Psychol. 91, 153-173 (1996).

12. Heil, M. Funkční význam ERP efektů při mentální rotaci. Psychophysiology 39, 535–545 (2002).

13. Shepard, RN & Metzler, J. Mentální rotace trojrozměrných objektů. Science 171(3972), 701–703. https://doi.org/10.1126/ science.171.3972.701 (1971).

14. Jeannerod, M. & Decety, J. Mentální motorické snímky: Okno do reprezentativních fází akce. Curr. Opin. Neurobiol. 5, 727-732 (1995).

15. Dalecki, M., Hofmann, U. & Bock, O. Mentální rotace písmen, částí těla a složitých scén: Oddělené nebo společné mechanismy? Hučení. Po. Sci. 31(5), 1151–1160 (2012).

For more information:1950477648nn@gmail.com