Timing of Motor Actions: An Experimental and Correlational Study

Abstract

This thesis investigated temporal control of motor actions in context of the postulated eventemergent framework for timing of discrete vs. continuous movements, respectively. In the experiment, 100 participants performed discrete and continuous movements with different effectors (dominant vs. non- dominant hand) in accordance with stimulus produced by metronomes presented through different modalities (auditory vs. visual) and at different intervals (500, 650, 800, 950 ms). The participants also completed a test battery consisting of fine motor and cognitive measurements. In four papers, five different hypotheses pertaining to the event-emergent distinction were examined. In papers I and II, hypothesized double dissociations between timing of discrete and continuous movements were found in how close and variable movements were conducted in accordance with the metronome, in variability of inter-response intervals, in short-scale serial dependence of synchronization error and Interresponse interval series, and in overall movement smoothness. The latter measure, operationalized with normalized jerk (the third derivate of position), was statistically related to timing variability only in continuous movement trials (paper II).

Analysis of correlation matrices from timing variability across all tasks indicated that single underlying statistical components, associated with the hypothetical event-based and emergent timing processes, could explain variance across tasks. Although individual differences in timing of discrete and continuous movements could be modelled as distinctive statistical components as hypothesized, they had dissimilar, and somewhat limited, capability to capture effector, rate and modality independent variance (paper III). Further analysis of individual differences in timing of discrete movements, considered to capture event-based timing, showed a significant association with cognitive measures of non-verbal ability and processing speed as hypothesized. The relative strength of the associations was moderate however, and no relationship was found to fine motor skills.

The overall pattern of results indicate that double dissociations in timing data (paper I, II) obtained from discrete or continuous movements and differential analysis (paper III, IV) support the postulated event-emergent distinction as a conceptual framework for understanding temporal control of motor actions. Further research is needed to establish the taxonomies of these distinct timing processes, and whether they constitute opposite ends on a continuum. Furthermore, the specific underlying neuropsychological processes need to be addressed.

I avhandlingen undersøkes temporal kontroll av bevegelser sett i lys av det teoretiske rammeverket event-emergent timing postulert for henholdsvis diskrete vs. kontinuerlige bevegelser. I eksperimentet utførte 100 deltagere diskrete eller kontinuerlige bevegelser med forskjellige effektorer (dominant eller ikke-dominant hånd) i forhold til auditive eller visuelle metronomer presentert med ulike tidsintervaller (500, 650, 800, 950 ms). Deltagerne utførte også et testbatteri med finmotoriske og kognitive oppgaver. Fem ulike hypoteser fra den postulerte distinksjonen mellom event-emergent timing ble undersøkt i fire artikler. I artikkel I og II ble hypotetiske doble dissosiasjoner mellom timing av diskrete eller kontinuerlige bevegelser funnet i forhold til hvor nærme og variable bevegelsene ble utført i forhold til metronomene, i variabilitet fra inter-respons intervaller, i kort-tids autokorrelasjoner av interrespons serier og synkroniserings serier, samt i bevegelsesflyt. Bevegelsesflyt, målt med normalisert jerk (tredje derivat av posisjon) var statistisk relatert til timing variabilitet kun i kontinuerlige bevegelser (artikkel III).

Analyser av korrelasjonsmatriser med timing variabilitet fra alle oppgaver indikerte at få underliggende statistiske komponenter, assosiert med de hypotetiske event eller emergent timing prosessene, forklarte varians på tvers av oppgaver. Selv om individuelle forskjeller i timing av diskrete eller kontinuerlige bevegelser kunne modelleres som distinkte statistiske komponenter (artikkel III), var det ulik og begrenset størrelse på den forklarte variansen på tvers av ulike kondisjoner (effektor, hastighet og modalitet). Videre analyser av individuelle forskjeller i timing av diskrete bevegelser, antatt å bestå av event-timing prosesser, indikerte signifikant korrelasjoner med prestasjon på kognitive tester av non-verbal evne og prosesseringshastighet (artikkel IV). Styrken på korrelasjonene var relativt moderat, og ingen sammenheng ble funnet mellom event-timing og finmotoriske ferdigheter.

Det gjennomgående mønsteret av resultater indikerer at doble dissosiasjoner i timing data (artikkel I og II) hentet fra diskrete eller kontinuerlige bevegelser og differensiellanalyser støtter den postulerte distinksjonen mellom event-emergent timing som ett konseptuelt rammeverk i forhold til temporal kontroll av bevegelser (artikkel III, IV). Videre studier bør etablere spesifikke taksonomier for forskjellige timing prosesser, hvorvidt de utgjør hver sin ende av ett bredt spekter av prosesser, samt utlede de underliggende nevropsykologiske prosessene knyttet til event og emergent timing.