認知行動プロジェクト: 身体活動、脳、認知 (Cogni-Action)

研究 (すなわち、クロス オーバー無作為化試験) に関しては、子供は各プロトコル セッションに無作為に割り付けられ、2 週間間隔ですべてのセッションに参加します。 したがって、彼らは私たちのジムで 3 つのプロトコルのいずれかを実行するのを支援し、その後、安静状態の状態と 2 つの異なる認知タスク中に EEG とアイトラッキングの測定を受ける実験室に移動します。以下のセクション。

プロジェクトの設計は、参加者が異なる日にランダムな順序で 3 つの異なる PA トレーニング プロトコルを実行するカウンターバランス クロス オーバー トライアルで構成されます。 各子は、各プロトコルからの PA 効果を軽減する目的で「ウォッシュ アウト」期間を確保するために、2 週間ごとに 3 回私たちの研究室を訪問します。 参加者は、前の学校の活動や概日リズムの違いを避けるために、同じ平日 (月曜日など) の同じ日中に 3 つの異なるセッションを支援します。 参加者は、以前に使用されていたようにテレビで座ってドキュメンタリーを見たり、「座りっぱなしの状態」(SC) を経験したり、「適度な強度の継続的なトレーニング」(MICT) で構成される 2 つの異なる PA プロトコル、つまり連続的な屋外ウォーキング、およびパートナー（体育教師）とのサーキットトレーニングで構成された「協調的高強度インターバルトレーニング」（C-HIIT）。 これらの 3 つのプロトコルは、学校で通常行われる活動の種類に対応するものを考慮して選択されています。 したがって、SC は、アカデミック レッスン中に費やされた時間を模倣します (つまり、 数学または言語のレッスン); MICT は、PE クラスの典型的なアクティビティを表します。 C-HIIT は、PE クラスで実装できる可能性のある運動プロトコルとして想定されているため、選択されています。 3 つのプロトコルは、考えられる交絡因子としてのエネルギー消費の違いを排除するために、エネルギー消費がそれらの間で同等になるように設計されています。 エネルギー消費計算プロトコルは、補足資料に詳述されています。

各 PA プロトコルの後、参加者は次のように EEG とアイトラッキング測定を受けます: 1 つ目は、安静状態の自発的な脳活動が EEG のみで 3 分間評価され、その後、参加者が EEG と並行してアイトラッキングが登録されます。認知課題 (作業記憶課題と読書課題) を実行します。 測定は、各条件の終了後 20 ～ 25 分の間に開始されます。 このようにして、次の科目が始まる前に、チリの文脈で学校の休み時間をエミュレートします。 すべての措置は、教皇庁カトリック大学バルパライソ校の文学および言語科学研究所に属する「Laboratorio Lenguaje & Cognición ELV」で実施されます。 評価者の主観的な影響を避けるために、参加者が実験室に行くとき、評価者はどの PA プロトコル参加者が実行したかに従って盲検化されます。

神経電気およびアイトラッカー測定 EEG 測定: EEG 用の B-Alert X24 デバイス (Advanced Brain Monitoring、カリフォルニア州、米国) が使用されます。このデバイスは、対象の生物学的プロセス以外の電気デバイスのノイズを最小限に抑える 24 個のアクティブ電極で構成されています。 、良好な信号品質を保証します。 眼球運動とまばたきに関連する真の脳波活動と眼電活動をより適切に区別するために、2 つのチャネルを使用して眼電活動を記録します。 録音は、1 秒あたり 256 値のサンプリング レートで行われ、0.1 ～ 100 Hz のバンドパス フィルターと、室内の周囲の交流電流のノイズを除去する 50 Hz のノッチ フィルターが使用されます。 この機器はワイヤレスであるため、参加者への取り付けがより便利で高速になることに注意してください。 この調査では、研究者はチャンネル Fz、Cz、CPz、Pz、POz、Oz、O1、O2 に注目します。

アイトラッカー: Tobii Pro TX300 (Tobii、ストックホルム、スウェーデン) を使用して、赤外線スペクトルに近い光感知カメラを通して目の動きを直接追跡します。 この装置は、読む過程での視覚運動の特性と、各単語の周りの視線の軌跡を研究します。 さらに、これらの単語が読み取られる正確な瞬間を定義するのに役立ち、脳の言語処理を反映する平均信号 (N400) を計算するために EEG 記録を同期させることができます。 同じデバイスが瞳孔サイズ (直径) の生の値を記録し、すべてのデータを 300 Hz のサンプリング レートで保存します。

神経電気およびアイトラッカー測定中の認知タスク 作業記憶タスク。 Nバックタスクは、脳波記録システムおよびアイトラッカーと同期したE-Prime 2.0ソフトウェアを介して実行され、各刺激（ターゲットおよび非ターゲット）の提示にタイムロックされた神経電気活動と瞳孔サイズの直径を測定します. プロトコルは、fMRI 評価中の 0 バックおよび 2 バック条件について以前に説明したものと非常によく似ています。 fMRI の N-back タスクに対する現在のタスクの主な違いは、子供がターゲット刺激を検出したときにキーボードの数字「1」または非ターゲットの数字「2」を押さなければならないことです。 このタイプのタスクは、認知処理に関連する EEG ポテンシャルを生成します。これは、約 300 ミリ秒 (P300) でピークに達する正の偏向を特徴とし、あらゆる知覚モダリティで、意識的な注意を必要とするさまざまなタイプのタスクで広く研究されています。 言い換えれば、それは意識的に知覚される出来事に関連する可能性であり、刺激された知覚経路に依存するのではなく、認知資源を再配分し、刻々と変化する状況に応じて適切な反応を開発する必要性に依存します. 作業記憶の P300 の EEG パターンを分離するために、調査員は 2 バック タスクの結果、0 バックの 1 つを差し引きます。 P300 イベント関連の可能性は、特に検出されたターゲット刺激の開始に時間ロックされた平均 EEG 信号で現れると予想されます。 MATLAB (Mathworks®) で実行される EEG 分析ツールボックスである EEGLAB に実装されたアルゴリズムを使用して、眼電図信号などのアーティファクトがデータから差し引かれます。 単一試験の手動拒否は、データ内のアーティファクトの目視検査に基づいて考慮されます。

読み取りタスク。 言語処理は、短い段落が普通に読めるように提示される読解課題によって評価されます。 アイトラッキング技術は、EEG記録と同時に目の位置、動き、瞳孔径を記録するために採用されます。 参加者は、約 60 cm のモニターの前に座り、あごを人間工学に基づいたスタンド ピースに置きます。これにより、頭の動きが減り、アイトラッカー信号の精度が向上します。 リーディング タスクは、Tobii Pro Lab の最新バージョンで提示されます。 システムを調整した後、各子供は読み始める前にトピックの簡単な文脈化を与えられ、後で複雑さの程度が異なる7つの理解に関する質問が出されることを知っています. 参加者は、3 つの選択肢の中から正しい答えを示す必要があります。 3 つの文学テキストが使用され、ランダムな方法で提示されることに注意してください (運動条件ごとに 1 つ)。 これらのテキストは、同じ難易度、同じ関心領域の分布、ほぼ同じ量の単語を持ち、専門家のパネルによって事前に検証されます。 各単語の読み取りは、400 ミリ秒 (N400) に近い遅延で EEG 負電位を生成すると予想されます。 この電位の振幅、地形分布、および潜時は、一般的な言語能力、および言葉から意味を構築する能力の電気生理学的ニューロマーカーです。 アイトラッカーは、読書中の眼の軌跡を研究し、言葉が読まれる瞬間を確立するために使用されます。 脳波と視線追跡は同時に登録され、読書に関連する眼球運動を記録し、読書速度、凝視時間、凝視回数などの測定値を提供し、単語を読んでいる間の認知負荷に関連する眼球凝視関連の脳波電位を測定します。 . 読者は、この可能性が実験的に N400 と一致することに注意する必要があります。そのため、それらは重ね合わされた異なる脳プロセスを表しているか、本質的に同じメカニズムの反映である可能性があります。

クロスオーバー急性カウンターバランス研究の主要な結果 安静状態の自発的な脳活動。 運動プロトコルの後、認知課題の前に、アルファ波のピーク周波数と反応性を測定するために、子どもたちが座った姿勢で休んでいる間に、自発的な脳活動が脳波で測定されます。 3 分間のアルファ ピーク周波数 (7 ～ 13 Hz) のダイナミクスは、ヒルベルト変換によって計算されます。 次に、アルファピーク周波数の平均値とトレンドを計算します。 アルファピーク周波数が高いほど、一般的な認知能力と処理速度が高くなると仮定されています。 この脳波は伝統的に注意と意識的知覚のさまざまな理論に関連付けられているため、研究者はアルファ波に焦点を当てています。 アルファ波の周波数は、認知課題のセッション後に増加することが発見されています。 さらに、認知評価前のアルファ脳波のパワーと周波数は、パフォーマンスと相関しています。 PA が認知能力にプラスの効果を及ぼす場合、PA の 1 回のセッションでもアルファ ピーク周波数が増加するはずです。 実際、これは Gutmann らによって発見されました。 2つの連続した研究で。 ただし、PA によるアルファ ピーク周波数の増分と認知能力との統計的関係は不明です。

ワーキングメモリの性能：n-backタスクのターゲットと非ターゲット、および応答遅延について、ヒット、ミス、省略、および精度が計算されます。

読解力: テキストを読んだ後、理解度の異なる 7 つの問題が出題されます。 すべての質問に対して、正解として選択する 4 つの選択肢があります。

認知負荷: 調査員は、このカテゴリのいくつかの測定値をグループ化します。それらのすべてが認知負荷の概念に関連しているためです。 最初の 2 つは EEG から取得され、残りの 2 つはアイトラッカーから取得されます。

P300: n バック (ターゲットと非ターゲット) の異なる種類の刺激に関連付けられている P300 イベント関連電位は、ピークの振幅と潜時に従って定量化されます。

N400: この言語学関連のイベント関連の可能性も、潜時と振幅に従って説明されます。 読解作業中の単語への注視と同期するため、概念的には注視関連電位の一種です。

急速な瞳孔サイズの変化: 瞳孔は認知要件に反応し、作業記憶や読書などのさまざまな作業中の認知負荷の増加と関連しています。 瞳孔径の高周波変動の量は、認知負荷とともに増加する新しい認知活動指数によって推定されます。 アイトラッカーの高いサンプリング レートのおかげで、この測定値は時間の連続変数として表すことができます。 認知活動指数は、n-back および読書タスク中に測定されます。

単語固定時間: 視覚固定の長さは、脳が知覚の認知的解釈を精緻化するために費やす処理時間にも関連付けられています。 単語の周りの凝視の平均および標準偏差は、読み取りタスクに対して計算されます。