L’observation d’un modèle pratiquant une habileté motrice promeut l’apprentissage de l’habileté en question. Toutefois, peu de chercheurs se sont attardés à étudier les caractéristiques d’un bon modèle et à mettre en évidence les conditions d’observation pouvant optimiser l’apprentissage. Dans les trois études composant cette thèse, nous avons examiné les effets du niveau d’habileté du modèle, de la latéralité du modèle, du point de vue auquel l’observateur est placé, et du mode de présentation de l’information sur l’apprentissage d’une tâche de timing séquentielle composée de quatre segments. Dans la première expérience de la première étude, les participants observaient soit un novice, soit un expert, soit un novice et un expert. Les résultats des tests de rétention et de transfert ont révélé que l’observation d’un novice était moins bénéfique pour l’apprentissage que le fait d’observer un expert ou une combinaison des deux (condition mixte). Par ailleurs, il semblerait que l’observation combinée de modèles novice et expert induise un mouvement plus stable et une meilleure généralisation du timing relatif imposé comparativement aux deux autres conditions. Dans la seconde expérience, nous voulions déterminer si un certain type de performance chez un novice (très variable, avec ou sans amélioration de la performance) dans l’observation d’une condition mixte amenait un meilleur apprentissage de la tâche. Aucune différence significative n’a été observée entre les différents types de modèle novices employés dans l’observation de la condition mixte. Ces résultats suggèrent qu’une observation mixte fournit une représentation précise de ce qu’il faut faire (modèle expert) et que l’apprentissage est d’autant plus amélioré lorsque l’apprenant peut contraster cela avec la performance de modèles ayant moins de succès. Dans notre seconde étude, des participants droitiers devaient observer un modèle à la première ou à la troisième personne. L’observation d’un modèle utilisant la même main préférentielle que soi induit un meilleur apprentissage de la tâche que l’observation d’un modèle dont la dominance latérale est opposée à la sienne, et ce, quel que soit l’angle d’observation. Ce résultat suggère que le réseau d’observation de l’action (AON) est plus sensible à la latéralité du modèle qu’à l’angle de vue de l’observateur. Ainsi, le réseau d’observation de l’action semble lié à des régions sensorimotrices du cerveau qui simulent la programmation motrice comme si le mouvement observé était réalisé par sa propre main dominante. Pour finir, dans la troisième étude, nous nous sommes intéressés à déterminer si le mode de présentation (en direct ou en vidéo) influait sur l’apprentissage par observation et si cet effet est modulé par le point de vue de l’observateur (première ou troisième personne). Pour cela, les participants observaient soit un modèle en direct soit une présentation vidéo du modèle et ceci avec une vue soit à la première soit à la troisième personne. Nos résultats ont révélé que l’observation ne diffère pas significativement selon le type de présentation utilisée ou le point de vue auquel l’observateur est placé. Ces résultats sont contraires aux prédictions découlant des études d’imagerie cérébrale ayant montré une activation plus importante du cortex sensorimoteur lors d’une observation en direct comparée à une observation vidéo et de la première personne comparée à la troisième personne. Dans l’ensemble, nos résultats indiquent que le niveau d’habileté du modèle et sa latéralité sont des déterminants importants de l’apprentissage par observation alors que le point de vue de l’observateur et le moyen de présentation n’ont pas d’effets significatifs sur l’apprentissage d’une tâche motrice. De plus, nos résultats suggèrent que la plus grande activation du réseau d’observation de l’action révélée par les études en imagerie mentale durant l’observation d’une action n’induit pas nécessairement un meilleur apprentissage de la tâche. / Observation of a model practicing a motor skill has been shown to promote the learning of that skill. However, relatively little is known regarding the attributes of a good model and the conditions of observation that can optimize learning. In the three studies reported in this thesis, we investigated the effects of the model’s skill level, the model’s handedness, the observation perspective, and the medium of presentation on the learning of a sequential, four-segmented timing task. In the first experiment of the first study, we had participants observe a novice, an expert, or a combination of both novice and expert models (i.e., mixed model). The results of the retention/transfer tests revealed that observation of the novice model was not as effective for the learning of the task as observation of the expert and mixed models. Importantly, a mixed schedule of novice and expert observation resulted in more stable movement time and better generalization of the imposed relative timing pattern than observation of either a novice or an expert model. In the second experiment, we wanted to determine whether a certain type of novice performance (highly variable, with or without performance improvement) in a mixed observation schedule results in better learning of the task. No significant differences were revealed with respect to the type of novice model used in a mixed schedule of observation. These results suggest that mixed observation provides an accurate template of what to do (expert observation), which is enhanced when it can be contrasted with the performance of less successful models. In our second study, right-handed participants were asked to observe, from a first-person or a third-person perspective, a right-handed (i.e., same-handed) or left-handed (i.e., opposite-handed) model performing the experimental task. Observation of the same-handed model resulted in better learning of the task than did observation of the opposite-handed model, regardless of the observation perspective. This suggests that the action observation network (AON) is more sensitive to the model’s handedness than to the observer’s viewpoint. Thus, the AON seems to be linked to sensorimotor regions of the brain that simulate motor programming as though the observed movement was performed with one’s own dominant hand. Finally, in the third study, we were interested to determine whether the medium of presentation (live vs. video) affects observational learning and whether this effect would be mediated by the observer’s viewpoint (1st vs. 3rd person). In that regard, participants observed a live model or a video presentation of the model from a first- or third-person perspective. Our results revealed that observation did not differ significantly as a function of the media or the perspective of observation. These results are inconsistent with the predictions of brain imaging studies that show a larger activation of the sensorimotor cortex during live observation compared with video observation and from a first-person compared with the third-person perspective. Taken together, our results indicate that the model’s skill level and handedness are important determinants of observational learning, whereas the observer’s viewpoint and the medium of observation had no significant impact on motor task learning. In addition, our results suggest that the larger activation of AON revealed in brain imaging studies during action observation does not necessarily result in or indicate better learning of the task.

L'obiettivo principale del lavoro è stato di valutare il ruolo della neurostimolazione e della multimodalità (intesa come la presentazione visiva di un modello che esegue un movimento assieme a una musica sincrona) nell’apprendimento motorio, indagando sia gli effetti sugli adulti sani sia su pazienti affetti da Morbo di Parkinson (MP). Per raggiungere tale obiettivo, sono state condotte tre ricerche sperimentali e longitudinali, utilizzando diversi strumenti, come tDCS, biofeedback e KinectTM. Partendo da una sistematica revisione della letteratura nel campo della riabilitazione neuromotoria, sono state identificate tre forme di trattamento che sembrano efficaci contro i sintomi motori del MP. Tuttavia, pur riconoscendo la loro efficacia, non sono mai stati combinati nella pratica riabilitativa: l’Action Observation Learning (basato sulla teoria del sistema dei neuroni specchio), la neurostimolazione anodica non-invasiva sulla zona motoria primaria e l'uso della musica. I risultati dimostrano un chiaro sostegno della multimodalità e della neuro stimolazione nella fase di encoding e un loro supporto nel migliorare le funzioni motorie, anche a distanza di un mese. Questo lavoro offre nuove indicazioni per lo sviluppo di approcci innovativi ed efficaci nel campo dell’apprendimento motorio. / The main objective was to assess the role of neurostimulation and multimodality (namely the presentation of a visual model together with a synchronized musical track) in motor learning, by considering both healthy adults and Parkinsonian patients (PD). In order to achieve this goal, three experimental and longitudinal studies were carried out, using different tools such as tDCS, biofeedback and KinectTM. Starting with a systematic review, three innovative approaches which seem to be effective in treating the motor symptoms of PD, were identified. However, while recognizing the effectiveness of these three promising approaches, they have never been combined: Action Observation Learning (based on the theory of mirror neuron system), the non-invasive anodal neurostimulation on the primary motor area and the use of music. The results showed a clear support of multimodality and neurostimulation during the encoding phase and in improving motor functions, even after one month. This work provides new suggestions for innovative and effective treatments in motor learning field.

Diese Dissertation untersucht motorische und kognitive Leistungen in der Kindheit am Beispiel des Erlernens einer sportlichen Fertigkeit. Dafür wurde eine Methode zur Messung mentaler Vorstellungen von Bewegungen bei Vorschulkindern entwickelt. Diese basiert auf dem Prinzip räumlicher Verdeckung. Es wurden damit sowohl verschiedene kognitive Leistungen wie die Wahrnehmung und Vorstellung von Bewegungen miteinander verglichen als auch in Beziehung zum Bewegungslernen gesetzt. Außerdem wurde in einer quasi-experimentellen Studie u.a. der Einfluss von Erfahrung, Geschlecht und Versuchsbedingung auf Wahrnehmungs- und Vorstellungsleistungen per Experten-Novizen-Paradigma untersucht. Es wurde geschlussfolgert, dass die Methode hinsichtlich des Geschlechts auch in jungen Jahren differenziert. Das bedeutet, dass Mädchen und Jungen im Vorschulalter möglicherweise unterschiedlich bei der Lösung der Aufgaben vorgehen. Damit kann die Methode - im Gegensatz zur Methode der Mentalen Rotation - auch für die Diagnostik von Vorstellungen von Bewegungen ab einem Alter von 4 Jahren eingesetzt werden.

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Das Gedächtnis speichert nicht nur Informationen, sondern mitunter auch die Umstände, in denen diese Informationen erworben wurden, sogenannte Kontextinformationen. Die vorliegende Arbeit hat daher zum Ziel, anhand von Laboraufgaben und anhand einer komplexen sporttechnischen Fertigkeit den Einblick in die Wirkweise von Kontextinformationen im motorischen Bereich zu vertiefen und theoretische Modelle zu prüfen. In zwei Experimenten wurde zunächst der Frage nachgegangen, ob in-zidentelle Kontextinformation eine diskriminative Funktion einnehmen und den Abruf zweier ähnlicher Sequenzen erleichtern kann. Es wurde ein Ausbleiben der Interferenz-Effekte aufgrund der inzidentellen Kontextinformationen vermutet. Beide Experimente erfolgten im Labor im Design des Interferenzparadigmas. In Laborexperiment 1 (N = 30) lernten die Probanden der Experimentalgruppen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen je eine dynamische Bewegungssequenz. Die Probanden der Kontrollgruppen lernten entweder nur die erste Sequenz (KG1) oder nur die zweite (KG2). Für alle Probanden waren die Sequenzen jeweils mit einer Kontextinformation verknüpft. An Tag 3 wurden Retentions- und Transfertests durchgeführt. Durch inzidentelle Kontextinformation alleine konnte keine Kontextabhängigkeit erzielt und retroaktive Interferenzeffekte nicht verhindert werden. In Laborexperiment II (N = 20) stellte sich für die zweite Bewegungssequenz durch zusätzlich erzeugte Intention eine höhere Wiedererkennungsleistung sowie Kontextabhängigkeit ein, dennoch wiesen die Probanden retroaktive Interferenzeffekte auf. Zusätzlich trat proaktive Interferenz auf (Experiment II). Zum anderen ermöglichte es eine umfangreiche Regeländerung im Basketball, eine mögliche Kontextabhängigkeit in einer komplexen sporttech-nischen Fertigkeit zu untersuchen. Im daraus entwickelten Feldexperiment mit N = 20 Basketballern mit hoher Expertise zum 3-Punkte-Wurf konnte gezeigt werden, dass Bodenmarkierungen als inzidentelle Kontextinformationen zu begreifen sind und Einfluss auf die Leistung haben. Die Ergebnisse der Arbeit werden in Beziehung zu aktuellen Ergebnissen der Literatur sowie in Bezug auf das perception-control-Modell von Glover (2004) und dem MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato (1998) diskutiert. Praktische Ableitungen werden dargestellt.:Bibliographische Beschreibung und Referat Danksagung 1 KENNZEICHNUNG DES PROBLEMFELDES 1.1 Einleitung 2 KONTEXTABHÄNGIGKEIT VON LERNINHALTEN 2.1 Definition von Kontext 2.1.1 Unterschiede zum Paradigma des Contextual Interference 2.2 Kontextabhängigkeit im verbalen Lernen 2.3 Kontextabhängigkeit im motorischen Lernen 2.4 Modelle zu Wirkmechanismen des Kontextes 2.4.1 Das MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato 2.4.2 Das Planing-Control-Modell von Glover 2.4.3 Vergleich beider Modelle und Ableitung für die Untersuchungen 2.5 Forschungsfragen 3 LABOREXPERIMENT I 3.1 Hypothesen Laborexperiment I 3.2 Methode 3.2.1 Apparatur 3.2.2 Prozedur / Ablauf 3.2.3 Teilnehmer 3.3 Ergebnisse Laborexperiment I 3.3.1 Aneignung 3.3.2 Ergebnisse hinsichtlich der Retentions- und Transfertests 3.3.2.1 Kontexteffekte 3.3.2.2 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 3.3.2.3 Post-experimentelles Interview 3.4 Diskussion Laborexperiment I 3.5 Folgerungen aus Laborexperiment I 4 LABOREXPERIMENT II 4.1 Stärkung der Assoziation zwischen inzidentellem Kontextreiz und Bewegungsaufgabe 4.2 Reproduktion versus Wiedererkennen 4.3 Hypothesen Laborexperiment II 4.4 Methode 4.4.1 Apparatur 4.4.2 Prozedur / Ablauf 4.4.3 Teilnehmer 4.5 Ergebnisse Laborexperiment II 4.5.1 Aneignung 4.5.2 Ergebnisse hinsichtlich Retentions- und Transfertests 4.5.2.1 Kontext-/ Intentionseffekte 4.5.3 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 4.5.4 Einfluss auf Wiedererkennungsleistung 4.6 Diskussion Laborexperiment II 4.7 Übergreifende Diskussion der Laborexperimente 4.8 Diskussion der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.1 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.2 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.9 Zusammenfassung der Laborexperimente und Ausblick 5 FELDEXPERIMENT 5.1 Ausgangs-Situation 5.1.1 3-Punkte-Wurf sowie Einflussfaktoren der Leistung 5.2 Hypothese 5.3 Methodik 5.4 Teilnehmer 5.4.1 Experimenteller Aufbau und Design 5.4.2 Ablauf 5.4.3 Datenerfassung und statistische Analysen 5.5 Ergebnisse Feldexperiment 5.5.1 Trefferquote 5.5.2 Wurftendenz 5.5.3 Wurftendenz im Verlauf 5.6 Diskussion Feldexperiment 5.7 Diskussion der Ergebnisse des Feldexperiments im Hinblick auf die Modelle PCM und MOSAIC 5.7.1 Einschätzung des PCM aufgrund des Feldexperiments 5.7.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells aufgrund des Feldexperiments 6 ÜBERGREIFENDE DISKUSSION DER EIGENEN UNTERSUCHUNGEN 6.1 Generelle Diskussion der Ergebnisse der Arbeit und Ausblick 6.2 Einschätzung der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse der eigenen Arbeit 6.2.1 Einschätzung des PCM auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.3 Fazit bezüglich beider Modelle 7 ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ABILDUNGSVERZEICHNIS ANHANGSVERZEICHNIS ANHANG A ANHANG B ANHANG C ANHANG D / Our memory not only stores information that seem important to us but also circumstances, surroundings where information are gathered – so called contextual information. The present work therefore aims to sharpen the understanding of the mechanisms underpinning this phenomenon in the field of motor learning and to investigate different theoretical models by two experiments with sequence learning tasks and additionally by a complex sports skill. Two experiments were conducted to investigate any discriminative character of incidental context information which would facilitate the recall of two similar movement sequences. An absence of interference-effects was hypothesized. Both experiments took place in accordance with a pro-/retroactive interference design. In experiment 1 (N = 30) subjects of the experimental group (EG) learned two dynamic sequences (S1 and S2) on two successive days while members of the control groups only learned either S1 or S2. Incidental Context information was provided by different background colors. On day 3 retention and transfertests were conducted for all groups. Results showed that incidental Context information alone could not avoid retroactive interference effect (Experiment 1). Directing participants’ attention towards the incidental contexts (Experiment 2) resulted in higher recognition performance and context dependency. Nevertheless, retroactive interference effects were found. Surprisingly, participants of the EG additionally showed proactive interference effects. A substantial change in Basketball rules provided the chance to systematically study the influence of visual context information on complex motor skill. In the first step of this experiment twenty Basketball players took 3-point-shots from the old distance. In a second step these experts took 3-points shots from the new, greater distance with either the old floor-markings or the new floor-markings. Results of this experiment show that floor markings do serve as incidental context information and do influence athlete’s performance. The Results of the present work are discussed in reference to other studies and two models, namely Glover’s perception-control-model (2004) and the MOSAIC-modell from Wolpert and Kawato (1998).:Bibliographische Beschreibung und Referat Danksagung 1 KENNZEICHNUNG DES PROBLEMFELDES 1.1 Einleitung 2 KONTEXTABHÄNGIGKEIT VON LERNINHALTEN 2.1 Definition von Kontext 2.1.1 Unterschiede zum Paradigma des Contextual Interference 2.2 Kontextabhängigkeit im verbalen Lernen 2.3 Kontextabhängigkeit im motorischen Lernen 2.4 Modelle zu Wirkmechanismen des Kontextes 2.4.1 Das MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato 2.4.2 Das Planing-Control-Modell von Glover 2.4.3 Vergleich beider Modelle und Ableitung für die Untersuchungen 2.5 Forschungsfragen 3 LABOREXPERIMENT I 3.1 Hypothesen Laborexperiment I 3.2 Methode 3.2.1 Apparatur 3.2.2 Prozedur / Ablauf 3.2.3 Teilnehmer 3.3 Ergebnisse Laborexperiment I 3.3.1 Aneignung 3.3.2 Ergebnisse hinsichtlich der Retentions- und Transfertests 3.3.2.1 Kontexteffekte 3.3.2.2 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 3.3.2.3 Post-experimentelles Interview 3.4 Diskussion Laborexperiment I 3.5 Folgerungen aus Laborexperiment I 4 LABOREXPERIMENT II 4.1 Stärkung der Assoziation zwischen inzidentellem Kontextreiz und Bewegungsaufgabe 4.2 Reproduktion versus Wiedererkennen 4.3 Hypothesen Laborexperiment II 4.4 Methode 4.4.1 Apparatur 4.4.2 Prozedur / Ablauf 4.4.3 Teilnehmer 4.5 Ergebnisse Laborexperiment II 4.5.1 Aneignung 4.5.2 Ergebnisse hinsichtlich Retentions- und Transfertests 4.5.2.1 Kontext-/ Intentionseffekte 4.5.3 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 4.5.4 Einfluss auf Wiedererkennungsleistung 4.6 Diskussion Laborexperiment II 4.7 Übergreifende Diskussion der Laborexperimente 4.8 Diskussion der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.1 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.2 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.9 Zusammenfassung der Laborexperimente und Ausblick 5 FELDEXPERIMENT 5.1 Ausgangs-Situation 5.1.1 3-Punkte-Wurf sowie Einflussfaktoren der Leistung 5.2 Hypothese 5.3 Methodik 5.4 Teilnehmer 5.4.1 Experimenteller Aufbau und Design 5.4.2 Ablauf 5.4.3 Datenerfassung und statistische Analysen 5.5 Ergebnisse Feldexperiment 5.5.1 Trefferquote 5.5.2 Wurftendenz 5.5.3 Wurftendenz im Verlauf 5.6 Diskussion Feldexperiment 5.7 Diskussion der Ergebnisse des Feldexperiments im Hinblick auf die Modelle PCM und MOSAIC 5.7.1 Einschätzung des PCM aufgrund des Feldexperiments 5.7.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells aufgrund des Feldexperiments 6 ÜBERGREIFENDE DISKUSSION DER EIGENEN UNTERSUCHUNGEN 6.1 Generelle Diskussion der Ergebnisse der Arbeit und Ausblick 6.2 Einschätzung der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse der eigenen Arbeit 6.2.1 Einschätzung des PCM auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.3 Fazit bezüglich beider Modelle 7 ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ABILDUNGSVERZEICHNIS ANHANGSVERZEICHNIS ANHANG A ANHANG B ANHANG C ANHANG D