Syftet med den aktuella studien var att undersöka och jämföra de temporala egenskaperna hos okulära funktioner (sackader och fixeringar) under snabb automatiserad namngivning och textläsning i ett hälsosamt utbildat urval av unga och äldre vuxna, och att undersöka om sådana funktioner bidrar till tröskeltider för visuokognitiva uppgifter som varierar i komplexitet. Den aktuella studien syftade också till att undersöka den förutsägbara validiteten för IT- och CD-uppgifterna för snabb automatiserad namngivning och textläsning. Nyckelfyndet var att kognitiv hastighet på de visuokognitiva uppgifterna var långsammare för äldre vuxna, och att sackadvaraktigheter under RAN-förhållandena var längre för äldre vuxna, även om åldersgruppseffekterna på de visuokognitiva uppgifterna minskade när sackadens varaktighet var kontrollerades. Specifikt, efter att ha kontrollerat effekterna av sackadens varaktighet, var skillnader i åldersgrupper i prestanda på CD-uppgiften med fyra objekt inte längre närvarande, även om åldersgruppsskillnader på IT-uppgiften för enda stimulans förblev betydande. Dessutom visade äldre vuxna en långsammare namngivningshastighet för objektens tillstånd för RAN men inte för de mer automatiska siffrorna eller bokstäverna, vilket delvis stödde hypoteser om att äldre vuxna skulle namnge mindre stimuli under RAN-uppgifterna. Återigen stöder hypoteser, äldre vuxna visade jämförbar läshastighet med yngre vuxna under textpassagen. Demonstrationen av endast tre signifikanta förhållanden mellan visuokognitiva mått (IT och CD), RAN och läsuppgifter, liksom okulära mått, stödde inte helt hypotesen att IT- och CD-prestanda signifikant skulle korrelera med snabbare RAN / läsning och bättre integrerade ögonrörelser. På liknande sätt visade resultaten från regressionsanalysen endast signifikant förutsägbar validitet för IT- och CD-måtten för prestanda vid läsuppgiften, och ger också endast delvis stöd för hypotesen att IT och CD signifikant skulle förutsäga prestanda vid namn- och läsuppgifterna. I själva verket representerar IT och CD etablerade mått på visuell bearbetningshastighet och visuell kortvarig minneskapacitet och har ansetts prediktorer för andra mer komplexa kognitiva uppgifter10,54. Trots detta har dessa uppgifter inte ofta beaktats när det gäller kravet på uppmärksamhetsförskjutning och förhållandet till aspekter av ögonrörelser.
Tröskelns exponeringstid på Inspection Time (IT) och Change Detection (CD) uppgifter hos unga och äldre vuxna
I linje med hypoteser utförde äldre vuxna betydligt långsammare, dvs. krävde längre exponeringstid för att detektera en välkänd visuell stimulans och för att identifiera förändring mellan två visuella matriser som indikeras av prestationstider på IT respektive CD. Dessa resultat överensstämmer med tidigare forskningsrapporter om minskningar av visuokognitiv bearbetningshastighet vid hälsosamt åldrande12,23,59,60,61,62. Resultaten från den aktuella studien är också i linje med teorier om åldrande som postulerar att sensorisk nedgång har ett indirekt inflytande på kognitiv prestanda, dvs den sensoriska deprivationshypotesen, den vanliga orsaken och hypotesen om informationsnedbrytning5,27,28,29, och med teorier om kognitiv bromsning med åldern, dvs Processing Speed Theory12. Med tanke på åldern hos vår äldre befolkning kan det till exempel vara fallet att brist på optimerad sensorisk inmatning under en längre tid (dvs. på grund av naturliga nedgångar i syn och audition) har resulterat i långsammare prekortikal bearbetning23 och potentiellt associerad neural atrofi5,27,28. Dessa faktorer kan i sin tur hindra kognitiv prestationshastighet, vilket framgår av den aktuella studien. Denna förklaring överensstämmer med den grundläggande förutsättningen för den sensoriska deprivationshypotesen29.
Som förväntat, när sackadens varaktighet redovisades före bedömningen av åldersgruppsskillnader, fanns det inte längre någon signifikant skillnad i kognitiv bearbetningshastighet mellan yngre och äldre vuxna mätt med den visuokognitiva CD-uppgiften. Detta beror sannolikt på ökad sackadevarighet hos den äldre gruppen som påverkar effektiv uppmärksam bearbetning av de fyra stimuli, samt tid att bädda in matrisen i korttidsminnet, vilket resulterar i en ökad tröskelvarighet som krävs för att detektera förändring mellan de två visuella matriserna. Visst är snabba ögonrörelser och effektiv skanning av de alfabetiska stimuli i de två grupperna av CD-uppgiften nödvändiga för korrekt prestanda på denna uppgift. Å andra sidan, även när sackadens varaktighet var kovarierad, förblev åldersgruppsskillnader på IT-uppgiften, där minimala sackadiska ögonrörelser eller inbäddning i korttidsminnet krävs för att identifiera ett enda stationärt objekt.Denna upptäckt var i linje med vår hypotes och överensstämmer också med dem som hittades av Brown et al. 23 som testade både flimmerfusionströsklar och latens hos de två retinalvägarna med mfVEPS och visade att de M-genererade maximala latensökningarna är större än associerad P förändringar hos friska äldre vuxna. Dessa resultat lägger också till en ny dimension i inflytelserika teorier om kognitiv åldrande som vanligtvis föreslår en generaliserad saktning och hämning i kognitiv bearbetning, dvs Salthouse12, Hasher och Zacks46, utan att ta hänsyn till visuell bearbetning och ögonmotorisk funktion.
Oculomotoriska funktioner hos unga och äldre vuxna
Antalet visuella fixeringar för objekten, alfanumeriska och textpassage skiljer sig inte signifikant mellan åldersgrupper, men det fanns en trend för äldre vuxna att göra fler fixeringar än yngre vuxna över alla uppgifter. Dessutom var fixeringsvaraktigheten signifikant längre hos yngre vuxna jämfört med äldre vuxna för objekten och de alfanumeriska förhållandena i RAN men inte för textpassagen, vilket kan tyda på att yngre vuxna krävde längre varaktighet för att koda och komma åt namnet på enstaka diskreta stimuli under dessa förhållanden. Alternativt kan detta leda till en effektivare okulomotorisk strategi som används av yngre vuxna, genom att fixera en längre tid på målstimulerna samtidigt som det inhiberar distraktorer (dvs. de omgivande objekten43), vilket möjliggör en mer exakt kodning av målstimulerna. Trots vissa bevis för detta förslag rapporterar många forskningsrader att längre fixeringar är förknippade med mindre effektiv bearbetning hos barn61,62 och äldre vuxna43,45, dvs. längre fixeringstider är förknippade med långsammare läshastigheter63. Denna upptäckt var i strid med våra hypoteser, med tanke på att vi tidigare har visat att en grupp friska yngre vuxna krävde kortare presentationstid (dvs 49 ms jämfört med 136 ms för äldre vuxna) för att identifiera en välbekant enda stationär visuell stimulans19, även om ögon- spårning var inte tillgänglig eller användes i vår tidigare studie. De aktuella resultaten motsäger också tidigare forskning som har tolkat längre fixeringar för att reflektera av individen som kräver mer tid för att skaffa visuell och ortografisk information från stimuli som förberedelse för rätt svar64,65. Det är dock viktigt att notera att de äldre vuxna i den aktuella studien visade längre tröskeleksponeringstider för att slutföra IT- och CD-uppgifterna, samtidigt som man visade jämförbar prestanda med de yngre vuxna på läsnings- och alfanumeriska förhållanden i RAN. Med tanke på detta är det osannolikt att de längre fixeringslängderna som visas av de yngre vuxna speglar ineffektiv visuell kodning / kräver längre för att bädda in stimuli i minnet som tidigare föreslagits64. I själva verket, som antyds tidigare, kan det vara så att en annan kognitiv strategi användes av de yngre individerna under namngivningsuppgifterna, vilket inte påverkade deras beteendeprestanda66 (dvs namngivnings- och läsresultat var jämförbara för båda grupperna). Den exakta kognitiva strategin som används av de två grupperna förblir emellertid ett diskussionsämne.
Sackadens varaktighet för äldre vuxna var signifikant längre i objektet och bokstäverna i RAN jämfört med yngre vuxna. Även om åldersgruppsskillnader i sackadvaraktighet under RAN-siffrorna inte nådde statistisk signifikans, visade äldre vuxna fortfarande en längre sackadevarighet jämfört med yngre vuxna. Dessa resultat är i linje med tidigare forskning67 och förmodligen associerade med långsammare motoriska rörelser även vid hälsosamt åldrande13. Denna upptäckt överensstämde med våra förutsägelser och tidigare litteratur23,68 som indikerar åldersrelaterad sårbarhet associerad med neurala kontrollmekanismer för riktning och amplitud av saccadiska ögonrörelser, som delvis styrs av basala ganglier 68, motorneuronerna i de okulomotoriska kärnorna69, och parietal cortex. Sådana regioner är kritiska i gränssnittet mellan uppmärksamhet och motorisk planering, inklusive sackadiska ögonrörelser70. Återigen kan en alternativ förklaring till de olika tidsmässiga banorna för de åldersrelaterade blickmönstren för att underlätta liknande namngivningspoäng i de alfanumeriska förhållandena i RAN, relateras till den tid som behövs för att bädda in visuella stimuli i minnet och kan också peka på olika kognitiva strategier som används av de två åldersgrupperna, men vilken specifik strategi är oklar.
Prestanda för snabb automatisk namngivning (RAN) för unga och äldre vuxna
Vår förutsägelse att äldre vuxna skulle namnge mindre stimuli på de vanliga föremålen och de alfanumeriska förhållandena för RAN stöddes delvis, med äldre vuxna som namngav signifikant färre stimuli under tillståndet RAN Objekt jämfört med yngre vuxna.Intressant är dock att under bokstäverna och siffrorna betecknade äldre vuxna i genomsnitt mer alfanumeriska stimuli jämfört med yngre vuxna, även om dessa skillnader inte nådde statistisk signifikans. Med hänvisning till äldre vuxna som utför långsammare på RAN-objekten kräver detta tillstånd av uppgiften större uppmärksamhet åt enskilda objekt som antagligen är mer variabla och mindre bekanta / förutsägbara trots att namnen har praktiserats före experimentet. Dessutom kan det vara så att namngivning av objektstimulerna var mindre automatiskt än snabbt namngivning av siffror och bokstäver som inte har några alternativa namn12,71,72,73. Därför kräver namngivning av alfanumeriska symboler sannolikt mindre ihållande uppmärksamhet, mindre neurala resurser och mindre kognitiv bearbetningstid för att framgångsrikt verbalisera den nominerade stimulansen15. Som jämförelse kräver namngivning av objekt ofta mer medveten ansträngning, särskilt om äldre vuxna var tvungna att hämma ett namn som de företrädesvis skulle använda för ett visst objekt i stället för experimentets föreskrivna namn. Hämningen av ett automatiskt svar kan ha försämrat den totala uppgiftsprestandan, vilket förklaras av hypotesen för hämmande underskott46. Dessa resultat överensstämmer också med förslag från Madden15 som föreslog att äldre vuxna utför lika snabbt och så exakt på visuella sökuppgifter som kräver bearbetning uppifrån och ner (dvs. de alfanumeriska förhållandena i RAN), men utför långsammare uppgifter som kräver hämning av distraktioner, dvs potentiellt fallet i objektförhållandet.
Det bör också noteras att skillnader i namnhastighet mellan yngre och äldre vuxna kan bero på könsskillnader inom de två åldersgrupperna. Mer specifikt representerade kvinnor cirka 87% av de yngre vuxna och 63% av de äldre vuxna och därmed kan överrepresentationen av kvinnor i den yngre gruppen ha bidragit till snabbare namngivningshastighet i tillståndet RAN Objects. I en recension som undersökte könsskillnader i bearbetningshastighet74 rapporterades det faktiskt att kvinnor uppvisar en snabbare bearbetningshastighet för uppgifter som inbegriper siffror, alfabet och snabb namngivning, medan män vanligtvis är snabbare med fingertrycksreaktionstest74.
Korrelationer mellan visuell bearbetningshastighet, namngivningshastighet och okulomotorisk prestanda hos unga och äldre vuxna
Korrelationsanalyser visade inga signifikanta samband mellan IT- och CD-prestanda och okulomotoriska åtgärder under RAN eller läsuppgifter för yngre vuxna . För de äldre vuxna visade resultaten emellertid en signifikant negativ korrelation mellan IT-poängen och genomsnittlig sackadvaraktighet under tillståndet RAN-objekt, vilket indikerar att där kortare tröskelvärde för exponering krävs för att korrekt identifiera en visuell stimulans, var det signifikant associerat med längre sackad varaktigheter. Denna upptäckt stred mot vår ursprungliga förutsägelse att snabbare IT-tröskelprestanda skulle korrelera med kortare sackadvaraktigheter (dvs. snabbare sackad) och kan verkligen vara en av de åldersrelaterade strategier som välutbildade åldersläsare har antagit. Faktum är att Miyata et al.75 har visat att snabbare läsning är förknippad med större horisontella sackadiska rörelser, såväl som kortare fixeringstider när de mäts medan japanska deltagare läser romaner på sitt eget språk. Miyata et al.75 föreslog emellertid att större avvikelser i ’sackadstorlekar’ kan bero på användningen av oregelbundna eller ostadiga ögonrörelsestrategier, vilket kan gälla för de äldre vuxna i den aktuella studien vid verbalisering av mindre kända objektnamn. Det kan också vara så att det fanns en avvägning mellan snabbare visuell bearbetning och sackadvaraktigheter för äldre vuxna medan de utför RAN Objects-uppgiften på grund av potentiell degeneration i neurala strukturer associerade med visuomotorisk bearbetning40,41,42,43,68.
Även om korrelationsanalyser i den aktuella studien också avslöjade en signifikant positiv korrelation mellan IT-tröskelns exponeringsvaraktighet och RAN-siffror för äldre vuxna stödde detta inte helt vår hypotes och betonade det faktum att antalet objekt som namnges på 60 sekunder kanske inte helt återspeglar effektiv visuell bearbetning ensam. Snarare är det viktigt att notera att RAN-uppgifterna kräver snabb skanning av en visuell scen, flera okulära processer som boende och fokus, kodning och inbäddning av stimuli i minnet, tillgång till ordförråd och orofaciala motoriska rörelser för att namnge stimuli . Resultaten från den aktuella studien visade också en signifikant positiv korrelation mellan CD-poäng och textpassage för äldre vuxna, vilket indikerar att kortare tröskelvärde för exponering för att korrekt identifiera förändring mellan två visuella matriser var associerad med mindre tid som krävs för att läsa varje ord i texten -textavsnitt.Denna upptäckt stödde hypotesen att snabbare visuokognitiv hastighet skulle korrelera med effektivare ögonrörelser, vilket visades under textpassagen för äldre vuxna. Denna upptäckt är i linje med tidigare arbete som rapporterar att läsning i stor utsträckning är beroende av snabb visuell bearbetning, visuell uppmärksamhet och kontinuerlig hämning av distraktorer, förutom kontinuerlig tillgång till lexikal lagring, integration av sublexisk, ortografisk, fonologisk och lexikosemantisk information och arbetsminne76,77. Även om detta vanligtvis är fallet för både unga och äldre vuxna, visades inga signifikanta korrelationer mellan de visuokognitiva uppgifterna (IT och CD) och okulomotoriska variabler under läsuppgiften för det yngre urvalet.
Bristen av eventuella ytterligare signifikanta korrelationer mellan IT-, CD- och oculomotoriska åtgärder i den yngre gruppen i den aktuella studien liknar resultaten som rapporterats av Garaas och Pomplun78, som också använde ett enda objekt Inspection Time-aktivitet tillsammans med oculomotoriska åtgärder (fixeringsvaraktighet och sackad latens) i ett urval av unga till medelålders vuxna. Det bör noteras att vår uppgift endast syftade till att mäta minimitröskeln som krävs för visuell identifiering av ett enda centralt placerat objekt och därmed krävde minimala ögonrörelser. Detta kan förklara varför endast ett fåtal signifikanta samband visades mellan IT-uppgiften och ögonmotoriska åtgärder. Dessutom kan det också vara anmärkningsvärt att den genomsnittliga IT-tröskelvaraktigheten som visas i den aktuella studien för både yngre och äldre vuxna var långt under typiska sackad-latenser, rapporterade vara ~ 200 ms i laboratorieinställningar79,80. Sammantaget betonar dessa resultat att enkelheten i de mer grundläggande visuella IT- och CD-uppgifterna med deras minimala krav på ögonrörelser eller verbala motoriska reaktioner sannolikt inte är tillförlitligt relaterade till de mer holistiska kognitiva uppgiftskraven från RAN och textläsning. Faktum är att RAN- och textläsningsuppgifterna medför krav på objektidentifiering, tillgång till lexikon, snabb verbalisering av orden eller objekten, samt organiserad sekventiell ögonrörelse associerad med uppmärksamhetsförskjutningar.
Visuell bearbetning snabb förutsäga snabb namngivning och läsning
I den aktuella studien visade regressionsanalyser viss prediktiv validitet av IT- och CD-mått för att förutsäga läsresultat men inte för att förutsäga RAN-prestanda. Mer specifikt, i förhållande till textpassageuppgiften, förutspådde modellen som inkluderade ålder, IT och CD-poäng signifikant 14,90% av variansen i textpassagepoäng. Denna upptäckt var i linje med våra förutsägelser och tidigare forskning som diskuterats tidigare, och rapporterade att läsning är starkt beroende av snabb bearbetning av visuell information och andra komplexa kognitiva processer som visuell uppmärksamhet, kontinuerlig hämning av distraktorer och arbetsminne76,77. Detta resultat stöder också våra resultat från korrelationsanalysen som visar en signifikant koppling mellan CD-poäng och textpassage-poäng för äldre vuxna. I den här modellen förutspådde inte ålder signifikant poäng på textpassagen och förklarade bara 0,1% av variansen, vilket är i linje med jämförbara poäng för textpassage mellan åldersgrupper. För RAN-objekten var ålder den främsta bidragsgivaren till poäng (9,10%), där IT och CD bara bidrog med ytterligare 0,04%. Modellen som inkluderade IT- och CD-poäng medan man redogjorde för effekten av ålder förutspådde inte signifikant några andra RAN-poäng, och detta var ett oväntat resultat som motsatte hypoteser.
Utforskning av måttens faktorabilitet
Faktoranalysen möjliggjorde undersökning av faktorabiliteten hos variablerna i den aktuella studien. Resultaten avslöjade en tvåkomponentlösning som stod för totalt 34,33% av variansen. Den första komponenten omfattade övervägande mått på sackadens varaktighet och namngivningspoäng på RAN- och passageuppgifterna och bidrog till 21,41% av variansen. Tillsammans stöder variablerna i denna komponent teoretiska förklaringar om att snabb namngivning samtidigt är beroende av snabba sackadiska ögonrörelser och samordnad vokalisering av serien vanliga objekt eller alfanumeriska symboler. Dessutom verkar variablerna i den första komponenten i faktoranalysen representera motorkomponenten för visuell bearbetning (dvs sackader och orofaciala rörelser som krävs för verbalisering av namn). I en studie utförd av Gordon och Hoedemaker81 använde författarna faktiskt inspelningar av unga vuxna deltagares vokaliseringar och ögonrörelser under RAN-uppgifter för att undersöka hur samordningen av visuella och vokala processer påverkar RAN-prestanda. Författarna rapporterade att bra prestanda på RAN kräver snabba ögonrörelser och långsammare artikulation som samordnas i tid så att ögonen ligger tillräckligt före rösten och förbereder sig för de kommande RAN-stimuli81.
Den andra komponenten som huvudsakligen inkluderade variabler associerade med fixeringar (dvs. fixeringsantal och varaktighet) samt IT och CD, återspeglar också teoretisk förståelse av okulomotoriska parametrar i visuell perception, vilket indikerar att visuella fixeringar och varaktighet återspeglar den tid som krävs för att skaffa nödvändig visuell information82. På samma sätt mätte IT- och CD-uppgifterna tröskeltiden som krävs för korrekt identifiering av en visuell stimulans och beslut om förändring / ingen förändring mellan två snabbt presenterade visuella matriser. Som nämnts tidigare mätte IT- och CD-uppgifterna i den aktuella studien minsta tröskelvaraktighet för ett enda centralt placerat objekt och ändrade detektering mellan två centralt placerade visuella matriser, med båda uppgifterna som kräver minimala ögonrörelser. Således är det troligt att artiklarna som innefattar komponent två i faktoranalysen reflekterar mer komplexa kognitiva processer inklusive perceptuell hastighet och den tid som krävs för att koda en visuell stimulans och bädda in i minnet64,65,83.
Begränsningar
De liknande utbildade individerna i vårt urval är både en styrka och svaghet i denna studie Liknande befolkningsutbildning och nuvarande intressen för lärande möjliggjorde en robust jämförelse mellan grupper, men begränsar generaliserbarheten av studieresultaten till en mer allmän , mindre utbildad befolkning i båda åldersgrupperna. Vår studie är också begränsad när det gäller bedömningar av hälsotillstånd, genom att vi använde självrapportering snarare än neuropsykologiska bedömningar av påverkan eller potentiellt mild kognitiv svikt (MCI) 84 i någon av grupperna. Således är det oklart om åldersrelaterade skillnader i tillståndet för RAN-objekt kan bero på faktorer som MCI i den äldre gruppen84. De jämförbara poängen mellan åldersgrupper på de alfanumeriska RAN-testerna och textläsning argumenterar dock mot MCI. Våra ojämna urvalsstorlekar mellan åldersgrupper och relativt litet urval av äldre deltagare kan också ha minskat effekten av vissa genomförda statistiska analyser, särskilt de som kräver en stor urvalsstorlek (dvs. faktoranalyser). Mot bakgrund av detta kommer framtida studier och analyser sannolikt att dra nytta av användningen av ett större urval av yngre och äldre deltagare med olika utbildningsbakgrund när man undersöker liknande forskningsfrågor. Även om könsskillnader i kognitiv förmåga inte var ett fokus för denna studie, kan framtida forskning också dra nytta av att ha en jämn spridning av kön inom varje åldersgrupp för att undersöka om kön kan bidra till skillnader i kognitiv och okulomotorisk förmåga.
Slutsatser & framtida riktningar
Vår studie är bland de första att bedöma och jämföra robusta kognitiva mått på perceptuell hastighet, samt rumsliga och temporala aspekter av blickmönster under RAN-uppgifter och textläsning i friska utbildade prover av yngre och äldre vuxna. Våra resultat visar att okulomotoriska funktioner blir långsammare med åldern och föreslår användning av olika strategier som ytterligare kan bidra till en långsammare kognitiv bearbetning av komplexa visuokognitiva uppgifter som ses över hela livslängden. Intressant nog var att tröskelns exponeringstid som behövdes för att upptäcka förändring inte var signifikant annorlunda mellan yngre och äldre grupper efter kovariation av sackadetider. Såvitt vi vet har denna studie varit den första som undersökte den förutsägbara validiteten för IT och CD för prestanda vid namn- och läsuppgifter.
Vår kvantifiering av de tidsmässiga aspekterna av blickmönster under prestanda på visuella uppgifter belyser perspektiv på den tid det tar att aktivera och avaktivera sackader, vilket visar att äldre vuxna har längre sackadvaraktigheter, även om detta inte alltid betecknar långsammare beteendeprestanda. Således kan vi dra slutsatsen att de två åldersgrupperna kan använda lite olika tidsstrategier för att uppnå liknande prestanda på uppgifter som att namnge alfanumeriska stimuli och läsning. Huruvida åldersgruppsskillnaderna återspeglar unika skillnader för att aktivera uppmärksamhet och initiera sackader, motorns hastighet för sackad eller kognitiva aspekter av uppgifterna, eller om skillnaderna återspeglar alla tre komponenterna återstår att avgöra. Det kan vara av intresse för framtida forskning om snabb automatiserad namngivning och okulär prestanda hos liknande utbildade yngre och äldre vuxna att använda ett verbalt intelligensmått såsom National Adult Reading Test (NART) 85 för att klargöra om båda grupperna visar jämförbara prestationer.
Sammantaget utökar våra resultat förståelsen för okulär funktion med åldern och visar att ögonrörelser är ett icke-invasivt och innovativt mått på kognitiv funktion som bör fortsätta att användas i forskning om kognitiv åldrande och potentiellt som klinisk mått på kognitiv bearbetning.Framtida forskning bör syfta till att undersöka om okulomotorisk funktion under visuella uppgifter är förutsägbar för kognitiv prestanda på andra robusta mått på kognitiv hastighet med olika uppgiftskrav, eftersom litteratur inom detta område är relativt sällsynt.