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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.47.2023.tde-13032024-094106
Document
Author
Full name
Patricia Silva de Camargo
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Helene, André Frazão (President)
Costa, Marcelo Fernandes da
Passos, Paulo Roberto Cabral
Vargas, Claudia Domingues
Xavier, Gilberto Fernando
Title in Portuguese
Caracterizando a dinâmica de treino por simulação mental: aspectos teóricos, comportamentais e eletrofisiológicos
Keywords in Portuguese
Aprendizagem implícita
ERPs
Estrutura probabilística
P300
Simulação mental
Treino imaginativo
Abstract in Portuguese
O aprendizado de sequências em uma tarefa sensório-motora pode ser previsto pela estrutura de encadeamento de eventos unitários, descritos através de uma abordagem baseada na introdução de processos estocásticos conduzidos por modelos de árvores de contexto. Isso se torna possível dada a relação entre sequências de estímulos e processos estocásticos associados com o seu processamento, a ação motora decorrente deste e as consequências sensoriais desta ação, o que permite, inclusive a reconstrução das árvores a partir da análise da atividade cortical ou do desempenho motor observado. Uma abordagem avaliativa que pode auxiliar no aperfeiçoamento de habilidades motoras, em consequência da geração de aspectos visuais e cinestésicos do movimento sem a ação per se desta é o treino imaginativo por meio de uma prática imaginativa ou simulação mental, que prescinde da integridade de aferências e eferências para ser executado e que pode manter, ao menos centralmente, atividade compatível com aquela esperada para condições reais de execução motora. O objetivo do estudo é avaliar o impacto do treinamento por meio de simulação mental para a aquisição de sequências motoras definidas por uma árvore de contexto, do impacto neural mensurável associado ao desempenho imaginativo e de sua possível aplicação terapêutica na clínica. Foram coletados os dados iniciais referentes à observação do impacto da estrutura probabilística definida por uma árvore de contexto no desempenho dos voluntários em condições imaginativas. Participaram desse primeiro estudo 20 voluntários saudáveis, que foram distribuídos em grupo de execução motora (n=10) e grupo de simulação mental (n=10). Foram submetidos às avaliações: Inventário de Dominância Lateral de Edimburgo e Questionário de Imagética Motora Cinestésica e Visual. O experimento consistiu em uma apresentação de 750 estímulos auditivos seguindo uma estrutura de eventos sequenciais baseada em uma árvore de contexto. Foi pedido para o voluntário realizar uma tarefa de toque de dedos ao ouvir um número (1, 2 ou 3), em que o grupo de execução motora deveria realizar a ação e o de simulação mental apenas imaginar a realização da ação. Para a análise dos tempos de reação foi aplicada uma Análise de Variâncias (ANOVA) univariada GLM adequada para uma distribuição de Poisson, seguida de um teste post-hoc de Tukey para comparações múltiplas. Os resultados demonstraram uma compatibilidade significativa da estrutura probabilística na condição de simulação mental quando comparada à execução real da ação, em que o efeito de aprendizagem da sequência probabilística foi mais compatível com a estrutura definida pela árvore de contexto. Para o segundo estudo, a mesma tarefa de tempo de reação serial com a utilização de EEG foi realizada em um total de 18 indivíduos saudáveis divididos em grupo de execução motora (n=9) e simulação mental (n=9). Para a análise dos potenciais evocados foi realizado um teste t pareado, seguido de permutação (p<0,05) e FDR (False Discovery Rate) para comparações múltiplas. Foi encontrada a presença dos potenciais P200 e P300 nos canais F3, Fz e FC2 para as comparações das probabilidades de ocorrência dos estímulos nos grupos de execução motora e simulação mental demonstrando uma possível compatibilidade com a árvore de contexto utilizada para ambos os grupos.
Title in English
Characterizing the dynamics of training by mental simulation: theoretical, behavioral, and electrophysiological aspects
Keywords in English
ERPs
Imagery
Imagery training
Implicit learning
Mental simulation
P300
Probabilistic structure
Abstract in English
The learning of sequences in a sensory-motor task can be predicted by the chaining structure of unitary events, described through an approach based on the introduction of stochastic processes driven by context tree model. This becomes possible given the relation between sequences of stimuli and stochastic processes associated with their processing, the motor action resulting from this, and the sensory consequences of this action, which allows the reconstruction of the tree from the analysis of cortical activity or the observed motor performance. An evaluative approach that can help to improve motor skills, as a result of the generation of visual and kinesthetic aspects of the movement without the action per se, is the imagery training through a mental practice or mental simulation, which dispenses with the integrity of afferences and efferences to be executed and that can maintain, at least centrally, compatible activity with that expected for the real conditions of motor execution. The aim of the study is to evaluate the impact of mental simulation for the acquisition of motor sequences defined by a context tree, the measurable neural impact associated with imaginative performance, and its possible therapeutic application in the clinic area. Initial data referring to the observation of the impact of the probabilistic structure defined by a context tree on the performance of volunteers under imaginative conditions were collected. Twenty healthy volunteers participated in this first study, who were divided into a motor execution group (n=10) and a mental simulation group (n=10). The following assessments were performed: Edinburgh Handedness Inventory and Kinesthetic and Visual Motor Imagery Questionnaire - Brazilian version. The experiment consisted of a presentation of 750 auditory stimuli following a sequential event structure based on a context tree. The volunteer was asked to perform a finger tapping task when hearing a number (1, 2 or 3), in which the motor execution group should perform the action and the mental simulation group just imagine the action. For the analysis of reaction times, a GLM univariate Analysis of Variance (ANOVA) suitable for a Poisson distribution was applied, followed by a post-hoc Tukey test for multiple comparisons. The results demonstrated a significant compatibility of the probabilistic structure in the mental simulation condition when compared to the real execution of the action, in which the learning effect of the probabilistic sequence was more compatible with the structure defined in the context tree. For the second study, the same serial reaction time task using EEG was performed on a total of 18 healthy individuals divided into motor execution (n=9) and mental simulation (n=9) groups. For the analysis of evoked potentials, a paired t test was performed, followed by permutation (p<0.05) and FDR (False Discovery Rate) for multiple comparisons. The presence of P200 and P300 potentials in the F3, Fz, and FC2 channels was found for comparisons of the probabilities of stimuli occurrence in the motor execution and mental simulation groups, demonstrating a possible compatibility with the context tree used for both groups.
 
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Publishing Date
2024-03-13
 
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