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Auswirkungen visueller Umgebungsbedingungen auf motorisches Anpassungslernen. Forschungsdaten eines Experiments zur Sakkadenadaptation.

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Forschende

Name
Voges, Caroline
Helmchen, Christoph
Heide, Wolfgang
Sprenger, Andreas

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Informationen zum Datensatz

Titel Auswirkungen visueller Umgebungsbedingungen auf motorisches Anpassungslernen. Forschungsdaten eines Experiments zur Sakkadenadaptation.
Titel, englisch Effects of different visual environmental conditions on long term motor memory consolidation. Research data of an experiment following the saccadic adaptation paradigm.
Zitation Voges, C., Helmchen, C., Heide, W., & Sprenger, A. (2015). Auswirkungen visueller Umgebungsbedingungen auf motorisches Anpassungslernen. Forschungsdaten eines Experiments zur Sakkadenadaptation. (Version 1) [Files auf CD-ROM]. Trier: Psychologisches Datenarchiv PsychData des Leibniz-Zentrums für Psychologische Information und Dokumentation ZPID. https://doi.org/10.5160/psychdata.vsce10aus26
Verantwortlichkeit für die Datenerhebung Andreas Sprenger
Ende der Erhebung 2010
Veröffentlichung des Datensatzes 2015
Datensatz ID vsce10aus26
Studienbeschreibung Die Genauigkeit zielgerichteter motorischer Bewegungen kann durch physiologische Prozesse, wie z.B. Wachstum und Alter, aber auch durch krankhafte Veränderungen beeinträchtigt werden. Das menschliche ZNS ist in der Lage, diese Fehlfunktionen zu kompensieren, indem die Größe und Richtung der Bewegung angepasst wird. Diese Adaptationsvorgänge treffen auch für Augenbewegungen zu.
Das Phänomen der Adaptation kann auch experimentell am gesunden Menschen erzeugt werden, indem Blickziele während der Augenbewegung – damit nicht wahrnehmbar – versetzt werden (sog. Sakkaden-Adaptationsparadigma nach McLaughlin, 1967). Nach sehr kurzer Zeit passt das visuelle System die Amplitude des Blicksprungs (Sakkade) auf den versetzten Stimulus an. Zahlreiche Studien geben Hinweise darauf, dass die Adaptationsleistung (Gain) nach Beendigung eines Experiments nicht sofort wieder verschwindet, sondern zumindest teilweise gespeichert wird. Die visuellen Umgebungsbedingungen sowie die okulomotorische Aktivität nach dem Adaptationsexperiment scheinen dabei die Konsolidierung des Gelernten zu beeinflussen.
Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Untersuchung der Frage nachgegangen, inwiefern eine Sichtdeprivation verglichen mit einem natürlichen Seheindruck die Konsolidierung der Sakkadenadaptation beeinflusst. Die Probanden wurden hierzu entweder tagsüber mittels Ganzfeldstimulation als künstliche Form oder mittels Schlaf als natürliche Form der Sichtdeprivation von visuellen Reizen abgeschirmt. Im Experiment, das tagsüber stattfand, wurde nach einer Baseline in zwei Einheiten eine Sakkadenamplitude adaptiert mit einer Extinktionseinheit zwischen den Adaptationsblöcken. Dieselbe Versuchsanordnung ohne vorherige Baseline wurde nach zweistündiger Ganzfeldstimulation bzw. derselben Zeit normal sehend wiederholt. Nach vier Wochen wurden die Probanden in der jeweils anderen Kondition mit Adaptation in die jeweils andere Richtung getestet (cross-over-Design). Im Schlafexperiment schliefen die Probanden eine Nacht zwischen den Versuchsteilen bei ansonsten analoger Versuchsanordnung.
Die Ergebnisse zeigen eine kurzfristige bessere Reproduzierbarkeit der Adaptationsleistung nach normalem Sehen im Vergleich zu den Bedingungen mit Sichtdeprivation. Doch dieser Vorteil scheint nur von kurzer Dauer: Nach einem weiteren Extinktionsblock konnten die sichtdeprivierten Gruppen ihren Gain verbessern, während sich in der Sehend-Gruppe die Adaptation verschlechterte. Nach vier Wochen konnte noch eine teilweise Speicherung des adaptierten Gains bei den Probanden mit Sichtdeprivation nachgewiesen werden. Der weiterhin reduzierte Gain beschränkte sich jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht mehr nur auf die adaptierte Seite, sondern war auch auf der Gegenseite erkennbar.
Das Ergebnis einer langfristig verbesserten Speicherung von Sakkadenadaptation bei jedoch kurzzeitiger Störung des adaptierten Gains scheint zunächst paradox und wirft die Frage nach den genauen Mechanismen dieses Phänomens auf. Die Ergebnisse zeigen, dass der visuelle Referenzrahmen in der Zeit nach Adaptation eine wesentliche Rolle spielt. Während des normalen Sehens in einer natürlichen Umgebung ist die visuelle Referenz stabil und interferiert nicht mit der adaptationsinduzierten räumlichen Neukodierung reflexiver Sakkaden bei erneuter Adaptation. Im Schlaf oder bei Ganzfeldstimulation fehlt jedoch dieser visuelle Referenzrahmen, es muss also verstärkt auf Mechanismen der internen Rückkopplung zurückgegriffen werden. Diese könnten mit erneuter Adaptation nach Sichtdeprivation interferieren und somit die Verbesserung eines langfristigen Lerneffektes durch Ganzfeldstimulation oder Schlaf vorübergehend maskieren.
Studienbeschreibung, englisch Adaptation of saccade amplitude in response to intra-saccadic target displacement is a type of implicit motor learning which is required to compensate for physiological changes in saccade performance. Once established trials without intra-saccadic target displacement lead to de-adaptation or extinction, which has been attributed either to extra-retinal mechanisms of spatial constancy or to the influence of the stable visual surrounding. Therefore we investigated whether visual deprivation (“Ganzfeld”-stimulation or sleep) can partially maintain this motor learning compared to free viewing of the natural surroundings. Thirty-five healthy volunteers performed two adaptation blocks of 100 inward adaptation trials – interspersed by an extinction block – which were followed by a two hours break with or without visual deprivation (VD). Using additional adaptation and extinction blocks short- and long- (4 weeks) term memory of this implicit motor learning were tested. In the short term, motor memory tested immediately after free viewing was superior to adaptation performance after VD. In the long run, however, effects were opposite: motor memory and relearning of adaptation were superior in the VD conditions. This could imply independent mechanisms that underlie the short-term ability of retrieving learned saccadic gain and its long-term consolidation. We suggest that subjects mainly rely on visual cues (i.e. retinal error) in the free viewing condition which makes them prone to changes of the visual stimulus in the extinction block. This indicates the role of a stable visual array for resetting adapted saccade amplitudes. In contrast, visual deprivation (GS and sleep), might train subjects to rely on extra-retinal cues, e.g. efference copy or prediction to remap their internal representations of saccade targets, thus leading to better consolidation of saccadic adaptation.
Hypothesen Ziel dieser Studie war es, den Einfluss visueller Informationen auf die Konsolidierung adaptierter Sakkaden zu untersuchen. Es sollte gezeigt werden, ob (1) freies Sehen in einem natürlichen, räumlich stabilen Umfeld - d.h. einem konstanten egozentrischen visuellen Raum - das sakkadische System rekalibriert und (2) ob visuelle Deprivation oder Schlaf nach Adaptation ihre Konsolidierung fördern. Dazu wurden die Lernkurven der Sequenz Adaptation - Extinktion -Adaptation vor und nach verschiedenen visuellen Konditionen untersucht. Messgrößen für eine Speicherung wie eine Verbesserung der Re-Adaptation waren dabei von Interesse. Freies Sehen diente als Kontrollbedingung für zwei unterschiedliche Arten der Sichtdeprivation (Ganzfeldstimulation und Schlaf). Es wurden zusätzlich Langzeiteffekte nach 4 Wochen bestimmt.
Keyphrase influence of visual information on adaptation of saccade amplitude, visual deprivation (Ganzfeld-stimulation & sleep) vs free viewing, short & long term memory of implicit motor learning, 35 healthy adults aged 18-30, primary data
Förderung Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 654)
Güte Metrisches Datenniveau für EEG-Daten sowie für Augenbewegungen (Leigh & Zee, 2006)

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PSYNDEX Klassifikation & Schlagwörter

Klassifikation, deutsch Visuelle Wahrnehmung
Neuropsychologie und Neurologie
Klassifikation, englisch Visual Perception
Neuropsychology & Neurology
Schlagwörter, deutsch Augenbewegungen
Sensorische Adaptation
Sensumotorisches Lernen
Visuelle Stimulation
Sensorische Deprivation
Schlaf
Experimentelle Methode
Datenkollektion
Schlagwörter, englisch Eye Movements
Sensory Adaptation
Perceptual Motor Learning
Visual Stimulation
Sensory Deprivation
Sleep

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Beschreibung der Methode

Forschungsform Experiment
Klassifikation der Erhebung Experimentelles Design, Gemischtes Design, Laborexperiment
Erhebungsinstrument Die Probanden saßen in einem abgedunkelten Raum auf einem Stuhl in 1,4 m Entfernung zu einer Projektionsscheibe. Während der Messung wurde der Kopf durch eine Kinnstütze stabilisiert. Als Stimulus diente ein roter Laserpunkt mit einem Durchmesser von 0,1°, der von den Probanden mit den Augen verfolgt werden sollte. Die Augenbewegungen wurden via Videookulographie (Eyelink-II, SR Research Ltd., Mississauga, Ontario, Kanada) aufgezeichnet. Bei Versuchsdurchgängen mit Adaptation wurde der Beginn eines Blicksprungs online erkannt und das Blickziel entsprechend versetzt.
Datenerhebungsmethode Erhebung in Anwesenheit eines Versuchsleiters
- Einzelvorgabe
- computergestützt
- spezielle Apparaturen oder Messinstrumente, und zwar: Elektro-Enzephalographie (EEG), Elektro-Okulographie (EOG), Elektro-Myographie (EMG), Aufzeichnung von Augenbewegungen
Zeitdimension Mehrmalige Erhebung
Erhebungszeitraum Der Versuch mit zweistündiger Ganzfeld-Stimulation bzw. normalem Sehen fand zwischen 10 und 16 Uhr statt. Nach 4 Wochen wurden die Probanden in der jeweils anderen Bedingung getestet. Die Schlaf-Bedingung erfolgte nachts.
Besonderheiten Aufgrund technischer Probleme konnte im Experiment mit Sichtdeprivation durch Schlaf (N = 16) ein Proband nicht in die Wertung miteinbezogen werden, i.e. N = 15. Bei drei Probanden in der Sehend vs. Ganzfeldstimulation konnten die Daten ebenfalls nicht ausgewertet werden. Dadurch reduzierte sich die Anzahl der Probanden auf N = 20.
Population Gesunde Menschen im Alter von 18-30 Jahren
Untersuchungseinheit Individuen
Stichprobe Einfache Zufallsstichprobe
Probandenrekrutierung Aushang; Entlohnung von bis zu 120 Euro (je nach Zeitdauer)
Stichprobengröße Studie 1: 23 Individuen; Studie 2: 16 Individuen
Rücklauf/ Ausfall Studie 1: Ausschluss von 3 Personen; Studie 2: Ausschluss von 1 Person.
Geschlechtsverteilung Studie 1:
55 % weibliche Probanden (n=11)
45 % männliche Probanden (n=9)

Studie 2:
66,67 % weibliche Probanden (n=10)
33,33 % männliche Probanden (n=5)
Altersverteilung 18-30 Jahre
Sondergruppen keine
Land Deutschland
Region Schleswig-Holstein
Stadt Lübeck
Variablen Soziodemografische Daten; Motorische Anpassungsleistungswerte; Schlaf-Parameter

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Datenstatus

Datenstatus Vollständiger Datensatz
Ursprungsaufzeichnungen Signalaufzeichnung
Verarbeitung Direkt-Aufzeichnung in digitales Datenformat

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Beschreibung der bereitgestellten Daten

Beschreibung Forschungsdatensatz
Dateiname vsce10aus26_fd.txt
Inhalt 35 Probanden, 206 Variablen
Datenpunkte 35*206=7210 Datenpunkte
Variablen Experimental condition (3), subject number (1), age (1), gender (1), first direction of adaptation (1), direction of adaptation in the second session after 4 weeks (1), dominant eye of subject (1), FIRST RECORDING: median baseline/extinction/postextinction gain (3), saccadic gain derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of adaptation 1, resp. 2 to the adapted side (16), saccadic gain derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of post-adaptation 1, resp. 2 to the adapted side (16), percentual gain change derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of adaptation 1, resp. 2 to the adapted side and the mean baseline gain (16), percentual gain change derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of post-adaptation 1, resp. 2 to the adapted side and the mean baseline gain (16), amount of retention after the break/after sleep related to the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade after the break/after sleep derived from the exponential fit (8), mean peak velocity of the adapted side during extinction, post-extinction, adaption 1, resp.2, post-adaption 1, resp. 2, baseline (7), mean baseline gain to the previously adapted, resp. non-adapted side (2), SECOND RECORDING: mean baseline gain (1), mean baseline gain to the previously adapted, resp. non-adapted side (2), median extinction, post-extinction gain to the adapted side (2), saccadic gain derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of adaptation 1, resp. 2 to the adapted side (16), saccadic gain derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of post-adaptation 1, resp. 2 to the adapted side (16), mean gain during adaptation 1, resp. 2 to the non-adapted side (2), mean gain during post-adaptation 1, resp. 2 to the non-adapted side (2), mean peak velocity of the adapted side during adaptation, post-adaption 1, resp 2 (4), mean peak velocity of the non-adapted side during adaptation, post-adaption 1, resp 2 (4), percentual gain change derived from the mean gain to the adapted side during post-extinction, extinction and the mean baseline gain in the first recording (2), percentual gain change derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of adaptation 1, resp. 2 to the adapted side and the mean baseline gain (16), percentual gain change derived from the exponential fit at the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of post-adaptation 1, resp. 2 to the adapted side and the mean baseline gain (16), amount of retention after the break/after sleep related to the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade of post-adaptation 2 derived from the exponential fit (8), amount of retention after the break/after sleep related to the 1st,3rd,5th,10th,15th,20th,25th, end saccade after the break/after sleep derived from the exponential fit (8), SLEEP PARAMETERS: sleep latency (1), -duration (1), minutes awake in total (1), percent awake (1), minutes REM in total (1), percent REM (1), minutes sleep stage 1,2,3,4 in total (4), percent sleep stage 1,2,3,4 (4)
MD5 Hash 7285e4ba00a3c42e9c11963724abab84
  

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Beschreibung der sonstigen Materialien

Beschreibung Dateiname
Englisches Kodebuch zum Forschungsdatensatz vsce10aus26_fd.txt vsce10aus26_kb.txt

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Unmittelbar auf den Datensatz bezogene Veröffentlichungen

Unmittelbar auf den Datensatz bezogene Veröffentlichungen
Voges, C., Helmchen, C., Heide, W., & Sprenger, A. (2015). Ganzfeld stimulation or sleep enhance long term motor memory consolidation compared to normal viewing in saccadic adaptation paradigm. PLoS ONE, 10 (4), e0123831. doi:10.1371/journal.pone.0123831

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Eingesetzte Testverfahren

Eingesetzte Testverfahren
McLaughlin, S.C. (1967). Parametric adjustment in saccadic eye movements. Perception & Psychophysics, 2 (8), 359-362.

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Weiterführende Literatur

Weiterführende Literatur
Leigh, R. J., & Zee, D. S. (2006). The Neurology of Eye Movements. New York: Oxford University Press.
Pelisson, D., Alahyane, N., Panouilleres, M., & Tilikete, C. (2010). Sensorimotor adaptation of saccadic eye movements. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 34, 1103-1120.
Rechtschaffen, A., & Kales, A. (1968). A Manual of Standardized Terminology, Techniques and Scoring System for Sleep Stages of Human Subjects. Washington: Public Health Service, United States Government Printing Office.

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Fax: +49 (0)651 201-2071



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