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Autor:
Cong Khac, Dung 
Originaltitel:
Basic Timing Concepts for the Execution of Multiple Motor Tasks: 
Originaluntertitel:
Coordination of periodic tapping with discrete tasks 
Jahr:
2012 
Typ:
Dissertation 
Einrichtung:
Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik 
Betreuer:
Wolf, Werner, Prof. Dr.–Ing. 
Gutachter:
Wolf, Werner, Prof. Dr.–Ing.; Kargel, Christian, Prof. Dr. 
Format:
PDF 
Sprache:
Englisch 
Schlagworte:
Bewegungskoordination ; Multitasking ; Leistungstest 
Stichworte:
Multiple Motor Tasks 
DDC-Notation:
152.83 
Kurzfassung:
Making fast decision such as football scoring or musical rhythm modulation requires timing accuracy. Wing & Kristofferson (1973b) reported in the negative correlation between successive intertap intervals of repetitive discrete motor responses based on the assumed two independent processes (timekeeper and motor delay). Helmut & Ivry (1996) reported the better performance of the repetitive tapping task when individuals tapped with two hands in comparison to single-handed tapping. A pilot experiment replicated this topic but with repetitive mental task and different peripheral motor implementations. Numerous daily activities require timing and performing more than one task simultaneously. Multi-tasking necessitates motor coordination. A challenging behavioral requirement especially in multitasking is to maintain both spatial and temporal accuracy of all motor actions given in response to an emergency, where possible resource bottlenecks may become apparent. Laboratory investigations on this topic often use dual-task experiments, e.g. bimanual tapping (BM, i.e. hitting a key or a surface by a finger tip) with different instructions for the right and left hand, respectively. A conventional experimental setup for tapping data measurement consists only of the ground contact sensors like micro switches for the motor action observation; the evaluation of the discrete events provided by these switches is quite simple, but also the amount of obtained information is limited. A novel experimental design for tapping experiments with high-resolution recording of the complete time course of the continuous finger movements was approached and the required evaluation procedures for the biomechanical and EMG data is described. The latter are based on sophisticated maximum-likelihood-techniques, which again is an example of progress in research through advanced bio-signal processing. The finger tapping task as designed by Stevens (1886) was used. The experimental paradigm consists of synchronization and continuation phase. Tapping included normal tapping, contact-free tapping, and isometric tapping for both single-task (ST) and dual-task (DT) conditions. Furthermore voice tapping and mental tapping in combination with normal tapping in ST condition were approached. ST covers the control experiment as reference and experiments studying timing of periodic movement. Finger positions and ground contact forces was recorded. The DT was performed on different limbs. The coordination of periodic right hand tapping with single stimulus evoked discrete left hand taps was investigated to check for task interactions and a possible relationship between “phase resetting” (tapping literature, e.g. J. Yamanishi, Kawato, & Suzuki, 1979) and “phase entrainment” (tremor literature, e.g. R.J. Elble, Higgins, & Hughes 1994). In ST only the results of voice tapping consistently confirmed the proposed model of Wing & Kristofferson (1973). The correlation biased to zero or even positive in isometric tapping and sometime in contact-free and normal tapping. The bimanual advantage in repetitive tapping performance was observed in isometric and in combined mental-normal tapping whereas disadvantage was observed in normal tapping and sometimes in contact-free tapping. The results proved that the different motor implementations leading to different motor delay and different feedback in closed-loop control contributed differentially to the correlation function in successive intertap intervals. The integration of central commands already occurs at high level in brain in case of combined mental/normal tapping. Additional to correction process in timing based on feedback a second correction process based on asynchrony between both fingers exists and caused the absence of bimanual advantage sometime in contact-free tapping and more effective in normal tapping. \r\nFour different types of coordination schemes were observed in DT tapping behavior: Marginal Tapping Interaction (MTI), Periodic Tap Retardation (PTR), Periodic Tap Hastening (PTH) and Discrete Tap Entrainment (DTE); MTI and PTR correspond to the phase resetting effect as described earlier in tapping for the coordination of periodic tapping with single discrete taps. (DTE) reflected the impact of the periodic tapping on the discrete tap and PTH of the discrete tap on the periodic tapping both leading to a synchronized execution of the two concurrent tapping tasks are the observed novel aspects. All subjects showed a dominant tapping behavior but also other non-dominant forms of the four reported coordination schemes in some trials. Even MTI presents marginal interaction, continuous trajectory revealed hidden mutual interaction such as mutual modification of tap duration and slope duration, tap embedding, varied force or amplitude, tap delay and tap cancelling although rhythm is stable. The results reflect possible constraints of the sensorimotor system in handling two competing tasks. 
Übersetzte Kurzfassung:
Schnelle bzw. spontane Entscheidungen zu treffen wie der Torschuss im Fußball oder wie die plötzliche Rhythmusveränderung während einer musikalischen Ausführung erfordern eine hohe zeitliche Genauigkeit bei der Ausführung. Unter der Annahme von zwei unabhängigen Prozessen (Zeitgeber und motorische Verzögerung) berichteten Wing & Kristofferson (1973) eine negative Korrelation zwischen sukzessiven Intervallen bei repetitiven diskreten motorischen Aktionen, was die Interpretation einer permanenten Korrektur des zeitlichen Ablaufs zulässt. Helmut & Ivry (1996) berichteten weiterhin, dass eine zweihändige Ausführung im Tapping-Experiment mit einer geringeren Varianz der Folgeintervalle ausgeführt wird als eine als einhändige. Dieses Thema wurde in einem Pilotexperiment in dieser Arbeit wieder aufgegriffen, wobei ein sog. mentales Tapping und unterschiedliche Implementierungen der motorischen Aktion (z.B. Fuß) eingeschlossen wurden. Auch zahlreiche tägliche Aktivitäten erfordern Koordination des zeitlichen Ablaufs und die gleichzeitige Durchführung von mehr als einer Aufgabe, also das sog. Multitasking. Motorische Koordination ist offensichtlich notwendig für Multitasking. Eine spezielle Herausforderung beim Multitasking ist, die räumliche und zeitliche Genauigkeit der motorischen Bewegungskoordination im Falle einer Notfallsituation einzuhalten; dabei werden oft Engpässe bei der Verfügbarkeit notwendiger Ressourcen erkennbar. Viele Laboruntersuchungen verwenden „dual-task“ Experimente, z.B. bimanuelles Tapping (d.h. Aufschlagen eines Fingers auf eine Oberfläche oder einer Taste) mit unterschiedlichen Instruktionen für den linken und den rechten Finger. Der konventionelle experimentelle Aufbau für die Datenaufnahme von Fingertapping-Experimenten besteht nur aus einem digitalen Berührungssensor wie z.B. einem Mikroschalter, der die motorische Aktivität registriert. Die Evaluierung dieser vom Mikroschalter erzeugten diskreten Ereignisse ist einfach, aber die gewonnen Informationen sind beschränkt. In dieser Arbeit wird ein neues experimentelles Design mit hochauflösender Aufnahme der kontinuierlichen Fingerbewegung eingesetzt und die dafür benötigte Prozedur zur Evaluierung von biomechanischen Daten beschrieben. Diese Evaluierung basiert auf einer aufwendigen „Maximum-Likelihood“ Technik, und ist ein Beispiel für den Fortschritt in der Biosignalverarbeitung. Grundsätzlich wurde das experimentelle Design des Tappings von Stevens (1886) verwendet. Das experimentelle Paradigma besteht aus der Synchronisation- und der Fortführung-Phase. Die experimentellen Bedingungen beinhalten normales, kontaktfreies und isometrisches Fingertapping für „single-task“ (ST) und „dual-task“ (DT) Aufgaben. Außerdem wurden sie auf sprachliches und mentales Tapping in Kombination mit normalem Fingertapping für ST erweitert. ST deckt die Kontrollversuche als Referenzen für DT als auch unabhängige Experimente zur Untersuchung der Zeitsteuerung ab. DT wurde mit verschiedenen Extremitäten (Finger, Fuß) ausgeführt. Taskinteraktion und die Relation zwischen „Phase Resetting“ (Yamanishi, M. Kawato, & R. Suzuki, 1979) und „Phase Entrainment“ (tremor literature, e.g. R.J. Elble, C. Higgins & L. Hughes, 1994) wurden durch die Koordination zwischen dominanten Finger und nicht-dominanten Finger untersucht, wobei dem dominanten Finger das periodische Tapping und dem nicht-dominanten die diskrete durch Stimulus ausgelöste Tap-Bewegung zugewiesen sind. Bei den ST Experimenten bestätigten nur die Daten mit sprachlichem Tapping konsistent das Kristofferson & Wing Modell (1973b). Die Korrelationsfunktion der sukzessiven Intervalle hat sich zu Null oder sogar in den positiven Bereich bei den isometrischen und manchmal auch bei den kontaktfreien und normalen Konditionen geneigt. Der bekannte bimanuelle Vorteil beim repetitiven Fingertapping-Experiment wurde bei der isometrischen Bedingung und in der „normal-mental“ Kombination gefunden. 
Tag der mündlichen Prüfung:
20.08.2012 
Eingestellt am:
07.01.2013 
Ort:
Neubiberg 
Stadt (Autor):
Vietnam 
Vorname (Autor):
Dung 
Nachname (Autor):
Cong Khac