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Die Produktion von Polyrhythmen ist ein wichtiger experimenteller Zugang für die Untersuchung der menschlichen Motorik. Durch Variation des Tempos (externer Kontrollparameter) bei rhythmischen Bewegungsabläufen können qualitative Übergänge in der Koordinationsdynamik induziert werden. Diese Übergänge lassen sich mit der Methode der symbolischen Dynamik in experimentellen Zeitreihen nachweisen und sind ein wichtiger Hinweis darauf, dass die untersuchten Bewegungsabläufe nichtlinearen Kontrollprozessen unterliegen. Die theoretische Beschreibung bimanueller Rhythmusproduktion mit gekoppelten Differenzengleichungen führt auf ein Modell mit nichtlinearer Fehlerkontrolle. Es ist eine wichtige Eigenschaft der Kontrollprozesse, dass sie mit zeitverzögerter Rückkopplung arbeiten. Neben deterministischen Steuerungsmechanismen ist die Motorik des Menschen ausserdem von Fluktuationen auf zwei Ebenen gekennzeichnet, der kognitiven Kontrollebene und der Ebene der motorischen Systeme. Daher ist die Koordination von Bewegungen das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen nichtlinearen, zeitverzögerten Kontrollprozessen und stochastischen Fluktuationen.
We investigate the cognitive control in polyrhythmic hand movements as a model paradigm for bimanual coordination. Using a symbolic coding of the recorded time series, we demonstrate the existence of qualitative transitions induced by experimental manipulation of the tempo. A nonlinear model with delayed feedback control is proposed, which accounts for these dynamical transitions in terms of bifurcations resulting from variation of the external control parameter. Furthermore, it is shown that transitions can also be observed due to fluctuations in the timing control level. We conclude that the complexity of coordinated bimanual movements results from interactions between nonlinear control mechanisms with delayed feedback and stochastic timing components.
We investigate the cognitive control in polyrhythmic hand movements as a model paradigm for bimanual coordination. Using a symbolic coding of the recorded time series, we demonstrate the existence of qualitative transitions induced by experimental manipulation of the tempo. A nonlinear model with delayed feedback control is proposed, which accounts for these dynamical transitions in terms of bifurcations resulting from variation of the external control parameter. Furthermore, it is shown that transitions can also be observed due to fluctuations in the timing control level. We conclude that the complexity of coordinated bimanual movements results from interactions between nonlinear control mechanisms with delayed feedback and stochastic timing components.