Neuropsychologiczne metody badania uczenia proceduralnego

Neuropsychologiczne metody badania uczenia proceduralnego

Uczenie proceduralne jest procesem nabywania nowych umiejętności i sposobów wykonywania zadań. Ściśle związane jest z pojęciem pamięci proceduralnej - a więc pamięci, która w odróżnieniu od pamięci epizodycznej („co”), odpowiada za zasoby wiedzy mówiącej o tym „jak” należy wykonywać określone czynności. Zakłada się, że ten typ uczenia zawiera zarówno świadome, jak i nieświadome komponenty (Seidler i Ashe, 2008, za: Chrobak, Tereszko, Jeziorko, Siwek, Dudek, 2014), jednak testy diagnostyczne zwykle obejmują swoim zasięgiem badanie elementów nieświadomych. W swojej pracy Chrobak i in. (2014) wyróżniają cztery podstawowe rodzaje umiejętności nabywanych podczas omawianego typu uczenia się: poznawcze, percepcyjne, motoryczne i percepcyjno-motoryczne. Testy neuropsychologiczne i neuropsychiatryczne, dzięki narzucaniu zadań odwołujących się w swoim wykonaniu do konkretnych umiejętności, pozwalają wnioskować o tym, na jakim poziomie funkcjonuje u badanego pamięć proceduralna i proces jej nabywania. Pozwalają jednocześnie na ocenę dysfunkcji określonych struktur mózgu, które odpowiedzialne są za badane zdolności. Do oceny pamięci proceduralnej oraz związanego z jej nabywaniem procesu uczenia się, używa się obecnie przede wszystkim trzech najpopularniejszych testów: zadania rysowania w lustrze (mirror-tracing task), testu prowadzenia wirnika (pursuit rotor task – PRT) oraz zadania z pomiarem seryjnego czasu reakcji (serial reaction time task – SRTT). Pozwalają one na diagnozę głównie uczenia motorycznego oraz percepcyjno-motorycznego, jako składowych uczenia proceduralnego.
 

Zadanie rysowania w lustrze

Zadaniem badanego jest odtworzenie kształtu 6-ramiennej gwiazdy, której odbicie obserwuje w lustrze (bezpośrednia obserwacja rysunku jest niemożliwa, ponieważ jest on zasłonięty). Osoba badana ma więc za zadanie bezbłędnie odtworzyć kształt, a ocenia się zarówno liczbę popełnionych błędów, czas „poza ścieżką” (kiedy badany rysuje gwiazdę poza prawidłowym torem) oraz całościowy czas wykonania zadania. Badanie pozwala na dokonywanie przesiewowej diagnozy w kierunku dysfunkcji obszarów odpowiadających za zdolności motoryczne oraz koordynację wzrokowo-ruchową (Chrobak i in., 2014). Wiadomo jednak, że istnieją czynniki mogące wpływać na zaburzenie wyników badania – ustalono, że osoby leworęczne z reguły popełniają więcej błędów, natomiast osoby oburęczne radzą sobie z zadaniem zdecydowanie najlepiej (Bhushan i in., 2000, za: Chrobak i in., 2014). Pewne ograniczenie stanowi też fakt bardzo rozbieżnych wyników dotyczących poziomu wykonania testu w zależności od płci oraz brak aktualnych danych normalizacyjnych. Niemniej jednak test dobrze sprawdza się w badaniach przesiewowych, a praktyka kliniczna pokazuje, że jest czuły na wykrywanie dysfunkcji specyficznych obszarów mózgu. Niższe wyniki uzyskują pacjenci z atrofią móżdżku i pnia mózgu (Sanes i in., 1990, za: Chrobak i in., 2014). Gabrieli i in. (1993) ustalili, że pacjenci z uszkodzeniami płata skroniowego i hipokampa nie przejawiają deficytów w poziomie wykonania tego zadania, co ostatecznie potwierdza, że istnieją odrębne systemy dla procesu uczenia się motorycznego, niezwiązane z pamięcią epizodyczną, za którą odpowiada hipokamp. Świadczy to też o wysokiej wrażliwości testu. Zadanie rysowania w lustrze pozwala przede wszystkim na badanie uszkodzeń móżdżku i pnia mózgu. Oczywiście należy mieć na uwadze, że niższy poziom wykonania może być związany z uszkodzeniami drogi wzrokowej, a nie wyżej wymienionych obszarów.
 

Test prowadzenia wirnika

W pierwotnej wersji zadanie polegało na utrzymywaniu wskaźnika tak, by stale dotykał poruszającej się, metalowej płytki. Wymagało to zastosowania specjalnego mechanicznego urządzenia. Oceniano zatem czas, w którym wskaźnik stykał się z celem (Ammons, 1955, za: Chrobak i in., 2014). Obecnie możliwe jest przeprowadzanie testu w formie cyfrowej – na monitorze komputera znajduje się okrąg i poruszający się po nim cel, a zadaniem badanego jest wodzenie kursorem (lub rysikiem) za celem. To na pozór tylko proste zadanie umożliwia przede wszystkim badanie koordynacji wzrokowo-ruchowej oraz całego procesu proceduralnego uczenia się (Chrobak i in., 2014). Wskaźnikiem postępu w procesie uczenia, jest czas, w którym wskaźnik styka się z celem. Poziom trudności zadania można dowolnie modyfikować, dodając chociażby dystraktory lub zwiększając tempo. Za pomocą testu bada się ponadto zaburzenia ruchowe – Piper (2011) twierdzi, że dzięki określeniu średniej odległości kursora od celu można wyciągać wnioski na temat bardzo drobnych zaburzeń ruchowych na poziomie subklinicznym. Badania za pomocą PET wykazały, że wykonywanie zadania angażuje przede wszystkim lewą korę motoryczną, móżdżek, dodatkowe pole ruchowe, a wśród ośrodków podkorowych przede wszystkim tylną część lewej skorupy i środek lewej istoty czarnej (Chrobak i in., 2014). Co ciekawe, badanie regionalnego mózgowego przepływu krwi pozwoliło na stwierdzenie, że wraz ze wzrostem poziomu wykonania, wzrasta też przepływ krwi w obszarach kory przedruchowej, przedczołowej i zakrętu obręczy, kosztem przepływu w obszarach wzrokowych i skroniowych (Grafton i in., 1994, za: Chrobak i in., 2014). Jest to obrazowy przykład tego, w jaki sposób mózg „tworzy” wewnętrzne modele wykonywanych zadań i automatyzuje je. Cavaco i in. (2011) donoszą także o spadku poziomu wykonania u osób z uszkodzonym prążkowiem w przebiegu choroby Huntingtona. Niedawno zbadano także, że lepsze wykonanie testu ma miejsce u osób z bardziej rozbudowaną siecią połączeń między pierwszorzędową korą ruchową a korą ciemieniową (Wu i in., 2014, za: Chrobak i in., 2014). Badanie testem prowadzenia wirnika pozwala zatem na określenie stanu bardzo specyficznych struktur i sieci mózgowych.
 

Zadanie z pomiarem seryjnego czasu reakcji

Test ma na celu pomiar czasu reakcji i jest zadaniem komputerowym. Badany ma za zadanie przycisnąć na klawiaturze przycisk, który odpowiada eksponowanemu na ekranie bodźcowi (różnią się one w zależności od wersji testu). Bodźce prezentowane są w określonej kolejności kilka razy, ponadto na początku i końcu zadania są także przedstawiane losowo. Dzięki temu, że badany nie wie o tym, że sekwencja bodźców się powtarza, test umożliwia badanie nieświadomego uczenia się – naturalne jest bowiem, że powtarzalność sekwencji wiąże się ze stopniowym skracaniem się czasu reakcji. Warto jednak zauważyć, że krótszy czas reakcji wynikać też może z faktu, że osoba badana uczy się obsługi interfejsu i wykonywania prawidłowej reakcji ruchowej, co nie wiąże się z procesem uczenia proceduralnego. Zastosowanie ekspozycji losowej pozwala z kolei na wnioskowanie o umiejętności wykonywania zadania (trening wzrokowo-ruchowy), nie mówi natomiast nic o poziomie utajonego uczenia się sekwencji. Dzięki zabiegowi dodania ekspozycji losowych możliwa jest kontrola obu wskaźników (Chrobak i in., 2014). W środowisku badaczy i klinicystów pojawiają się spory dotyczące tego, na ile rzeczywiście test bada uczenie się nieświadome. Wiąże się to z coraz częstszym odrzucaniem paradygmatu o dwubiegunowym charakterze świadomości. Uważa się, że nie istnieje tylko świadomość i nieświadomość, jako dwa inne jakościowo i przeciwstawne wobec siebie stany. Świadomość stanowi raczej pewne spektrum i kontinuum – ciężko więc określić, w jakim dokładnie stanie świadomości osoba badana znajduje się w momencie wykonywania zadania. Niemniej jednak test ma znaczące zastosowanie kliniczne, pozwala bowiem na formułowanie hipotez o dysfunkcjach wybranych obszarów mózgu. Znacząco niższe wyniki w tym zadaniu uzyskują osoby z uszkodzeniami móżdżku. Co ważne, w przebiegu wykonywania testu szczególną rolę odgrywa prawa półkula móżdżku i jest to fakt niezwiązany z lateralizacją (Seidler, Ashe, 2008, za: Chrobak i in., 2014). Badacze Penhune i Doyon (2005) sugerują, że specyfika roli móżdżku polega w tym przypadku na optymalizacji ruchu i generowaniu odpowiedzi, nie zaś na nauce sekwencji. Prowadzi to nas do wniosku, że za różne fazy uczenia się proceduralnego odpowiadają różne ośrodki mózgu – warto mieć ten fakt na uwadze podczas badań diagnostycznych. Innymi strukturami, których dysfunkcje uniemożliwiają poprawne wykonanie zadania są miedzy innymi: pierwszorzędowa kora ruchowa, zakręt obręczy, obszary kory ciemieniowej, potylicznej oraz jądra podstawy (Seidler i inn., 2005; Willingham, 1999, za: Chrobak i in., 2014).

Opisane testy są bardzo użyteczne w praktyce klinicznej. Stanowią wzorcowy przykład testów neuropsychologicznych. Są czułe - pozwalają na badanie konkretnych elementów i etapów procesu uczenia proceduralnego oraz na stawianie hipotez o dysfunkcjach bardzo specyficznych struktur mózgu. Mogą mieć zatem udział w diagnostyce różnicowej. W tym kontekście szczególnie ważna wydaje się dbałość o ich normalizację oraz rozpowszechnianie.
 

Literatura:

  1. Ammons RB. (1955). Rotary pursuit apparatus. I. Survey of variables. Psychol Bull; 52: 69-76.
  2. Bhushan B., Dwivedi CB., Mishra R., Mandal, MK. (2000). Performance on a mirror drawing task by non-right handers. J Gen Psychol; 127: 271-278.
  3. Cavaco, S., Anderson, SW., Correia, M. (2011). Task-specific contribution of the human striatum to perceptual-motor skill learning. J Clin Exp Neuropsychol; 33:51-62.
  4. Gabrieli JD., Corkin S., Mickel SF., Growdon JH. (1993). Intact acquisition and long-term retention of mirror-tracing skill in Alzheimer’s disease and in global amnesia. Behavioral Neuroscience; 107: 899-910.
  5. Grafton, ST., Woods, RP., Tyszka, M. (1994). Functional imaging of procedural motor learning: relating cerebal blood flow with individual subject performance. Hum Brain Mapp; 1: 221-234.
  6. Penhue, VB., Doyon(, J. (2005). Cerebellum and M1 interaction during early learning of timed motor sequences. Neuroimage; 26: 801-812.
  7. Piper, BJ. (2011). Age, hendedness and sex contribute to fine motro behavior in children. J Neuroscience Methods; 195: 88-91.
  8. Sanes JN., Dimitrov B., Hallett M. (1990). Motor learning in patients with cerebellar dysfunction. Brain; 113: 103-120.
  9. Seidler, RD., Purushotham, A., Kim, SG. (2005). Neural correlates of encoding and expression in implicit sequence learning. Exp Brain Res; 165: 114-124.
  10. Seidler RD., Ashe J. (2008). Procedural learning: cerebellum models, W: Encyklopedia of Neuroscience. Squire L. (red.).
  11. Willingham, DB. (1999). The neural basis of motor- skill learning. Conscious modes of motor control and motor skill; 8:178-182.
  12. Wu, J., Srinivasan, R., Kaur, A., Cramer SC. (2014). Resting-state cortical connectivity predicts motor skill acquisition. Neuroimage; 91: 84-90.

 

Monika Pudło Uwaga to tak istotny proces poznawczy, że - podobnie jak świadomość - łatwiejsze może być zdefiniowanie jej prze... czytaj więcej
Zwolenników pozytywnego wpływu gier wideo na mózg jest tylu, ilu regularnie grających i zafascynowanych graniem. Oczywiście z... czytaj więcej
W naszym społeczeństwie niewiele mówi się o Zespole Kruchości - schorzeniu, które dotyka osoby w wieku geriatrycznym. Zazwycz... czytaj więcej
Czy moc generowana przez elektrownie jądrowe w USA jest przyczyną utonięć w basenie, a rosnąca liczna prawników w Portoryko -... czytaj więcej