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Sensory and motor components of highly skilled action sequences / Sensorische und motorische Anteil an der Gedächtnisrepräsentation hochgradig trainierter Handlungs-Sequenzen

A series of experiments was conducted in order to investigate motor contributions to learning highly skilled action sequences in contrast to sensory contributions. Experiments 1–4 made use of a bimanual-bisequential variant of the serial reaction time task: Presentation of imperative stimuli was arranged such that participants’ left-hand and right-hand responses followed different sequences independently of one another, thus establishing a compound sequence spanning both hands. At least partly independent learning of the two concurrently implemented hand-related sequences was demonstrated after extensive practice under condi-tions of both simultaneous (Experiments 1 & 2) and alternating (Experiments 3 & 4) stimulus presentation and responding. It persisted when there was only one imperative stimulus for presenting both hand-related sequences (Experiments 2–4) instead of two separate imperative stimuli (Experiments 1 & 2), one for each sequence, even when the hand-related sequences were correlated and massive integrated learning of the compound sequence occurred (Ex-periment 4). As for the nature of the independently acquired sequence representations, trans-ferable sequence knowledge was acquired only when there was a separate imperative stimulus for each sequence (Experiments 1 & 2) but not otherwise (Experiments 2–4). The most likely stimulus-based representations which allow for intermanual transfer can be regarded as sen-sory components of highly skilled action sequences, whereas motor components can be con-sidered as being reflected in effector-specific, non-transferable sequence knowledge. The same decomposition logic applies to transferable and non-transferable sequence knowledge observed under conditions of unimanual practice of a single sequence (Experiments 6 & 7). The advantage of practicing a key press sequence with fingers of one hand as opposed to practicing it with fingers of both hands (Experiment 5) also implicates a motor component as the two assignments were equivalent in all other respects. Moreover, Experiments 6 and 7 showed that hand-specific sequence knowledge can develop after relatively little practice (as little as approximately 120 sequence repetitions). Presumably, this occurs especially in tasks with particularly pronounced requirements for coarticulation between consecutive finger movements. In sum, the present series of experiments provides compelling evidence for an effector-specific component of sequence learning. Albeit relatively small in size, it emerged consistently under various conditions. By contributing to the refinement of sequential action execution it can play a role in attaining high levels of performance. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung effektor-spezifischer bzw. motorischer Anteile an der Gedächtnisrepräsentation hochgradig trainierter Handlungssequenzen in Abgrenzung zu effektor-unabhängigen Anteilen (insbesondere den auf der Abfolge von externen Reizen basierenden sensorischen Anteilen). In den Experimenten 1–4 wurde eine Variation der seriellen Wahlreaktionsaufgabe (serial reaction time [SRT] task) eingeführt, bei der gleichzeitig zwei hand-bezogene Sequenzen implementiert wurden, die zusammen eine beide Hände überspannende Verbundsequenz etablieren. Zumindest teilweise unabhängiges Lernen der hand-bezogenen Sequenzen zeigte sich nach ausgiebiger Übung sowohl bei gleichzeitiger (Experimente 1 & 2) als auch bei abwechselnder (Experimente 3 & 4) Reizdarbietung und Antwortausführung. Es trat nicht nur dann auf, wenn jede der beiden hand-bezogenen Sequenzen durch jeweils einen separaten imperative Reiz angezeigt wurde (Experimente 1 & 2), sondern auch dann, wenn lediglich ein imperativer Reiz vorhanden war, der beide hand-bezogenen Sequenzen anzeigte (Experimente 2–4), selbst dann, wenn die hand-bezogenen Sequenzen korreliert waren und beträchtliches integriertes Lernen der Verbundsequenz stattfand (Experiment 4). Obwohl eine geringe visuelle Separierbarkeit der beiden hand-bezogenen Sequenzen (nur ein imperative Stimulus statt zwei getrennter) das unabhängige Lernen nicht eliminierte, hatte sie einen Einfluss auf die Art der erworbenen Sequenzrepräsentationen: Intermanuell transferierbares Sequenzwissen wurde nur dann erworben, wenn ein getrennter imperativer Reiz für jede der beiden Sequenzen vorhanden war (Experimente 1 & 2), aber nicht sonst (Experimente 2–4). Die höchstwahrscheinlich reiz-basierten Repräsentationen, die intermanuellen Transfer ermöglichen, können als sensorischer Anteil hochgradig trainierter Handlungssequenzen betrachtet werden, wohingegen ein motorischer Anteil sich in nicht-transferierbarem Sequenzwissen widerspiegelt. Die gleiche Zerlegungslogik gilt für transferierbares und nicht-transferierbares Sequenzwissen beim unimanuellen Erwerb einer einzelnen Sequenz (Experimente 6 & 7). Ausgeprägteres Sequenzlernen bei Ausführen einer Sequenz mit den Finger einer Hand verglichen mit dem Ausführen der Sequenz mit Fingern beider Hände – während mit den jeweils übrigen Fingern in jeweils einem Durchgang zwischen zwei Sequenzdurchgängen auf einen Reiz aus einer Zufallsfolge reagiert wird (Experiment 5) – weist insofern ebenfalls auf einen motorischen Anteil am Sequenzlernen hin als die beiden Zuordnungen ansonsten äquivalent waren. Die Experimente 6 und 7 zeigten überdies, dass ein hand-spezifischer, nicht-transferierbarer Anteil am Sequenzlernen bereits nach relativ wenig Übung entstehen kann. Bedingung hierfür könnte sein, dass die Aufgabe ein besonders hohes Ausmaß an Koartikulation bei der Ausführung der aufeinanderfolgenden Fingerbewegungen erfordert. Die vorliegenden Experimente liefern übereinstimmende Belege für einen konsistenten – wenn auch relativ kleinen – effektor-spezifischen, motorischen Anteil am Sequenzwissen. In einem hierarchisch strukturierten System zur Bewegungssteuerung scheint Sequenzwissen also nicht nur auf höheren, abstrakten Ebenen repräsentiert zu sein, sondern auch auf niedrigeren, muskel-nahen Ebenen der Spezifikation und Koordination der einzelnen Bewegungen einer Aktions-Sequenz. Insofern als effektor-spezifisches Sequenzwissen sich auf die optimierte Koartikulation einzelner Bewegungen bezieht, kann es zur Erreichung eines hohen Leistungsniveaus bei der Ausführung sequenzieller Handlungen beitragen.

Identiferoai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:2016
Date January 2007
CreatorsBerner, Michael P.
Source SetsUniversity of Würzburg
LanguageEnglish
Detected LanguageGerman
Typedoctoralthesis, doc-type:doctoralThesis
Formatapplication/pdf
Rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess

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