인지 행동 프로젝트: 신체 활동, 뇌 및 인지 (Cogni-Action)

연구(즉, 교차 무작위 시험)와 관련하여 어린이는 각 프로토콜 세션에 무작위로 배정되어 2주 간격으로 모든 세션에 참여합니다. 따라서 그들은 세 가지 프로토콜 중 하나를 수행하기 위해 우리 체육관을 도울 것이며 이후에 휴식 상태 상태와 두 가지 다른 인지 작업 중에 EEG 및 시선 추적 측정을 받을 실험실로 이동할 것입니다. 자세한 내용은 다음에서 찾을 수 있습니다. 다음 섹션.

프로젝트의 설계는 참가자가 서로 다른 날에 무작위 순서로 세 가지 다른 PA 교육 프로토콜을 수행하는 균형 잡힌 교차 시험으로 구성됩니다. 각 어린이는 각 프로토콜의 PA 효과를 완화하기 위한 목적으로 "워시 아웃" 기간을 보장하기 위해 2주마다 3번 저희 실험실을 방문할 것입니다. 참가자는 이전 학교 활동이나 일주기 리듬의 차이를 피하기 위해 같은 평일(예: 월요일)과 같은 낮에 세 가지 다른 세션을 돕습니다. 참가자는 이전에 사용된 것처럼 앉아서 TV에서 다큐멘터리를 보는 "정주 상태"(SC)와 "중등도 연속 훈련"(MICT), 즉 지속적인 야외 걷기로 구성된 두 가지 다른 PA 프로토콜을 겪게 됩니다. 파트너(체육교사)와의 서킷 트레이닝으로 구성된 "협동 고강도 인터벌 트레이닝"(C-HIIT). 이 세 가지 프로토콜은 일반적으로 학교에서 수행되는 활동 유형에 해당하는 것을 고려하여 선택되었습니다. 따라서 SC는 학업 수업(즉, 수학 또는 언어 수업); MICT는 PE 수업의 일반적인 활동을 나타냅니다. C-HIIT는 PE 수업에서 구현될 수 있는 운동 프로토콜로 가정되었기 때문에 선택되었습니다. 세 가지 프로토콜은 가능한 교란 요인으로 에너지 소비의 차이를 제거하기 위해 에너지 소비가 동일하도록 설계되었습니다. 에너지 소비 계산 프로토콜은 보충 자료에 자세히 설명되어 있습니다.

각 PA 프로토콜 후 참가자는 다음과 같이 EEG 및 안구 추적 측정을 받게 됩니다. 첫째, 휴식 상태의 자발적인 뇌 활동은 EEG만으로 3분 동안 평가되며, 이후 참가자가 EEG와 병행하여 안구 추적이 등록됩니다. 인지 작업(작업 기억 작업 및 읽기 작업)을 수행합니다. 측정은 각 조건 종료 후 20~25분 사이에 시작됩니다. 이런 식으로 우리는 다음 과목이 시작되기 전에 칠레 상황에서 학교 쉬는 시간을 모방할 것입니다. 모든 조치는 Pontificia Universidad Católica de Valparaíso의 문학 및 언어 과학 연구소에 속한 "Laboratorio Lenguaje & Cognición ELV"에서 수행됩니다. 평가자의 주관적인 영향을 피하기 위해 참가자가 실험실에 갈 때 평가자는 참가자가 수행한 PA 프로토콜에 따라 눈이 멀게 됩니다.

신경 전기 및 안구 추적기 측정 EEG 측정: 관심 있는 생물학적 프로세스 외부의 전기 장치의 노이즈를 최소화하는 24개의 활성 전극으로 구성된 EEG(Advanced Brain Monitoring, California, United States)용 B-Alert X24 장치가 사용됩니다. , 좋은 신호 품질을 보장합니다. 안구 운동 및 깜박임과 관련된 진정한 뇌파 활동과 전기 안과 활동을 더 잘 구별하기 위해 전기 안과 활동을 등록하는 데 두 개의 채널이 사용됩니다. 녹음은 초당 256개의 샘플링 속도로 이루어지며, 0.1~100Hz 사이의 대역 통과 필터와 50Hz의 노치 필터를 사용하여 실내 주변 교류 노이즈를 제거합니다. 이 장비는 무선이므로 참가자에게 더 편리하고 빠르게 장착할 수 있습니다. 이 연구에서 연구자들은 Fz, Cz, CPz, Pz, POz, Oz, O1 및 O2 채널에 초점을 맞출 것입니다.

눈 추적기: Tobii Pro TX300(Tobii, 스톡홀름, 스웨덴)은 적외선 스펙트럼 근처의 빛에 민감한 카메라를 통해 눈의 움직임을 직접 추적하는 데 사용됩니다. 이 장비는 읽기 과정에서 시각 운동 특성과 각 단어 주변을 둘러보는 궤적을 연구합니다. 또한 이러한 단어를 읽는 정확한 순간을 정의하는 역할을 하므로 뇌의 언어 처리를 반영하는 평균 신호(N400)를 계산하기 위해 EEG 기록을 동기화할 수 있습니다. 동일한 장치가 동공 크기(직경)의 원시 값을 기록하고 모든 데이터를 300Hz의 샘플링 속도로 저장합니다.

신경 전기 및 안구 추적기 측정 중 인지 작업 작업 기억 작업. N-back 작업은 뇌파 기록 시스템 및 안구 추적기와 동기화된 E-Prime 2.0 소프트웨어를 통해 실행되어 각 자극(표적 및 비표적)의 제시에 시간 고정된 신경전기 활동 및 동공 크기 직경을 측정합니다. . 이 프로토콜은 fMRI 평가 중에 0-백 및 2-백 조건에 대해 이전에 설명한 것과 매우 유사합니다. fMRI의 N-back 작업과 관련하여 현재 작업의 주요 차이점은 아이들이 대상 자극을 감지할 때 키보드에서 숫자 "1"을 누르거나 비표적 자극을 감지할 때 숫자 "2"를 눌러야 한다는 것입니다. 이러한 유형의 작업은 인지 처리와 관련된 EEG 전위를 생성하며, 약 300ms(P300)에 최고조에 달하는 긍정적인 편향을 특징으로 하며, 이는 모든 지각 양식에서 의식적인 주의가 필요한 다양한 유형의 작업에서 널리 연구되었습니다. 즉, 의식적으로 인식되는 사건과 관련된 잠재성으로, 자극된 지각 경로에 의존하는 것이 아니라 인지 자원을 재할당하고 끊임없이 변화하는 맥락에 따라 적절한 반응을 개발해야 할 필요성에 의존합니다. 작업 메모리에서 P300의 EEG 패턴을 분리하기 위해 조사자는 0백 작업의 결과인 2백 작업의 결과를 뺍니다. P300 이벤트 관련 잠재력은 특히 감지된 대상 자극의 시작에 시간 고정된 평균 EEG 신호에서 나타날 것으로 예상됩니다. MATLAB(Mathworks®)에서 실행되는 EEG 분석 도구 상자인 EEGLAB에 구현된 알고리즘을 사용하여 전자오컬로그래픽 신호와 같은 인공물을 데이터에서 뺍니다. 단일 시험의 수동 거부는 데이터의 아티팩트에 대한 육안 검사를 기반으로 고려됩니다.

독서 과제. 언어 처리는 짧은 단락이 정상적으로 읽히도록 제시되는 독해 과제로 평가됩니다. 안구 추적 기술은 EEG 기록과 동시에 안구 위치, 움직임 및 동공 직경을 기록하는 데 사용됩니다. 참가자는 약 60cm 떨어진 모니터 앞에 앉아 머리 움직임을 줄이고 아이 트래커 신호 정확도를 향상시키는 인체 공학적 스탠드 피스에 턱을 올려놓습니다. 읽기 작업은 최신 버전의 Tobii Pro Lab과 함께 제공됩니다. 시스템을 조정한 후 각 어린이는 읽기 시작하기 전에 주제에 대한 간략한 상황 설명을 받습니다. 나중에 다양한 수준의 복잡성을 가진 7개의 이해력 질문을 받게 될 것임을 알고 있습니다. 참가자는 세 가지 대안 중 정답을 표시해야 합니다. 3개의 문학적 텍스트가 무작위 방식으로 제시된다는 점에 유의해야 합니다(연습 조건당 1개). 이러한 텍스트는 동일한 난이도, 동일한 관심 영역 분포, 유사한 양의 단어를 가지며 사전에 전문가 패널에 의해 검증됩니다. 각 단어의 읽기는 400ms(N400)에 가까운 대기 시간으로 EEG 음전위를 생성할 것으로 예상됩니다. 이 전위의 진폭, 지형학적 분포 및 대기 시간은 일반적으로 언어 능력과 단어에서 의미를 구성하는 능력의 전기생리학적 신경지표입니다. 아이트래커는 읽는 동안 안구 궤적을 연구하고 단어를 읽는 순간을 설정하는 데 사용됩니다. EEG와 안구 추적을 동시에 등록하여 읽기와 관련된 눈 움직임을 기록하고 읽기 속도, 고정 기간, 고정 횟수 등의 측정값을 제공하고 단어를 읽는 동안 인지 부하와 관련된 눈 고정 관련 EEG 전위를 측정합니다. . 독자는 이 잠재력이 N400과 실험적으로 일치하므로 중첩된 다른 뇌 프로세스를 나타내거나 본질적으로 동일한 메커니즘을 반영할 수 있음을 주목해야 합니다.

교차 급성 균형 연구의 주요 결과 휴식 상태 자발적인 뇌 활동. 운동 프로토콜 후 인지 작업 전에 알파 파의 피크 주파수와 반응성을 측정하기 위해 어린이가 앉은 자세로 휴식을 취하는 동안 EEG로 자발적인 뇌 활동을 측정합니다. 3분 동안의 알파 피크 주파수(7~13Hz 사이)의 역학은 Hilbert 변환을 통해 계산됩니다. 그런 다음 알파 피크 주파수의 평균값과 추세가 계산됩니다. 알파 피크 빈도가 높을수록 일반적인 인지 능력과 처리 속도가 더 크다고 가정했습니다. 연구자들은 이 뇌파가 전통적으로 주의력 ​​및 의식적 인식에 대한 다양한 이론과 연관되어 있기 때문에 알파파에 초점을 맞춥니다. 알파파의 빈도는 인지 작업 세션 후에 증가하는 것으로 밝혀졌습니다. 또한, 인지 평가 이전의 알파 뇌파의 파워와 주파수는 성능과 상관 관계가 있습니다. PA가 인지 성능에 긍정적인 영향을 미치는 경우 PA의 단일 세션도 알파 피크 빈도를 증가시켜야 합니다. 사실 이것은 Gutmann 등에 의해 발견되었습니다. 두 번의 연속 연구에서. 그러나 PA로 인한 알파 피크 주파수 증가와 인지 성능 사이의 통계적 관계는 없습니다.

작업 메모리 성능: n-back 작업의 대상 및 비대상과 응답 대기 시간에 대해 적중, 누락, 누락 및 정확도가 계산됩니다.

독해: 텍스트를 읽은 후 다양한 수준의 이해력 복잡성을 가진 7개의 질문이 주어집니다. 모든 질문에 대해 정답으로 선택할 수 있는 네 가지 대안이 있습니다.

인지 부하: 조사관은 모두 인지 부하의 개념과 관련이 있기 때문에 이 범주에 대한 몇 가지 측정값을 그룹화합니다. 처음 두 개는 EEG에서, 나머지 두 개는 아이트래커에서 가져옵니다.

P300: n-back(표적 및 비표적)의 다양한 유형의 자극과 관련된 P300 이벤트 관련 전위는 피크의 진폭 및 대기 시간에 따라 정량화됩니다.

N400: 이 언어 관련 이벤트 관련 잠재성도 대기 시간 및 진폭에 따라 설명됩니다. 읽기 작업 중에 단어에 대한 시선 고정과 동기화되기 때문에 개념적으로 일종의 고정 관련 잠재력입니다.

빠른 동공 크기 변화: 동공은 인지 요구 사항에 반응하며 작업 기억 및 읽기를 포함한 다양한 작업 중에 인지 부하의 증가와 관련이 있습니다. 동공 직경의 고주파 변동량은 인지 부하에 따라 증가하는 새로운 인지 활동 지수에 의해 추정됩니다. 이 측정은 아이 트래커의 높은 샘플링 속도 덕분에 시간의 연속 변수로 나타낼 수 있습니다. 인지 활동 지수는 n-back 및 읽기 작업 중에 측정됩니다.

단어 고정 시간: 시각적 고정의 길이는 또한 뇌가 지각에 대한 인지적 해석을 정교화하는 데 할애하는 처리 시간과 관련이 있습니다. 읽기 작업에 대해 단어 주위 고정의 평균 및 표준 편차가 계산됩니다.