On the achievement of accuracy in limb movement and speech production

Movements are inherently variable. This property of behaviour is so glaring it can be proved with little more than a piece of paper and a pen. Attempting to repeatedly sign one's name in the same spot quickly yields a blob of ink instead of a legible, ever darkening signature. Even so, we rarely stumble over our words or mistakenly step off of cliffs. The nervous system has strategies for controlling unpredictable disturbances and countering predictable ones so that behavioural goals are, more or less, achieved. What causes movement variability in the first place and how does the nervous system achieve movement accuracy when confronted with it? This doctoral thesis presents a series of studies that examine the problem of making accurate limb and speech movements when faced with unpredictable and predictable disturbances of movement. Through a literature review, Chapter 1 explains where movement variability comes from by looking at the neural mechanisms that drive movement and the environmental perturbations that can disrupt it. Strategies for dealing with these unpredictable and predictable perturbations are then reviewed. These strategies are explored directly in later chapters using two model systems. In Chapter 2, it is hypothesized that patterns of reaching variability at the end of movements are closely related to patterns of limb "stiffness"—or a limb's resistance to displacement. Stiffness is easily manipulated in the arm by changing posture; this makes reaching an ideal system to manipulate stiffness and test this hypothesis. Over two experiments, patterns of limb stiffness are observed to predict patterns of movement variability at the end of reaching movements into circular targets. This relationship does not depend on the direction of movement, and is maintained across different postures and patterns of limb stiffness. In Chapter 4, it is hypothesized that individuals show differences in how they use sensory information to counter predictable environment perturbations of movement. The sensory systems that maintain accurate speech—auditory feedback from the sound of the voice and somatosensory feedback from the movement of the articulators—can be simultaneously and independently altered. This makes the speech production system ideal for testing this hypothesis. Over three experiments, the sound of the voice and the movements of speech are manipulated; individual differences are observed in response to these auditory and somatosensory perturbations. The more individuals counter one type of perturbation the less they counter the other.In light of these findings, Chapters 3 and 5 discuss the similarities and differences in the control of movement variability between the limb motor control and speech motor control systems. There are large individual differences in response to predictable perturbations of speech that are not observed in similar perturbations of limb movement. It is hypothesized that these speech-related individual differences are caused by differences in linguistic experience.Les mouvements sont fondamentalement variables. Cette propriété de comportement est si flagrante elle pourrait être prouvée avec peu plus d'un morceau de papier et un style. Une de signer à plusieurs reprises son tentative descend pas des falaises nerveux a des stratégies ceux nom dans le même endroit produit rapidement une goutte d'encre au lieu d'une signature qui devient plus foncé et lisible. Cependant, on ne bute que rarement sur ses mots et on ne par mégarde non plus. Le système à contrôler des désordres imprévisibles et à s'opposer à qui sont prévisibles pour que les objectifs comportementaux soient plus ou moins achevés. Tout d'abord, qu'est-ce que la cause de la variabilité du mouvement et comment est-ce que le système nerveux achève l'exactitude quand il est confronté avec lui? Cette thèse de doctorat présent une série des étudies qui examinent le problème de faire des mouvements précis des membres et d'expression orale quand on est affronté avec les désordres du mouvement imprévisibles et prévisibles. À travers une analyse de la littérature, le premier chapitre explique d'où vient la variabilité du mouvement en observant les mécanismes neuraux qui actionnent le mouvement et les perturbations environnementales qui pourraient l'interrompre. Les stratégies pour faire face à ces perturbations imprévisibles et prévisibles sont ensuite examinées. Ces stratégies sont explorées directement dans les chapitres suivants en utilisant deux systèmes modèles. Dans le deuxième chapitre, on fait l'hypothèse que des tendances de la variabilité d'atteindre à la fin des mouvements sont intimement liées aux tendances de l'impédance (rigidité) musculaire – ou la résistance d'un muscle au déplacement. L'impédance est facilement manipulée dans le bras en changeant de posture ; par conséquent l'acte d'atteindre est un système idéal à manipuler l'impédance musculaire et tester cette hypothèse. Au cours de deux expériences, les tendances de l'impédance de membre sont observées pour prédire les tendances de la variabilité du mouvement à la fin des mouvements d'atteindre dans les cibles circulaires.Dans le quatrième chapitre, on fait l'hypothèse que les individus montrent des différences dans la façon dont ils utilisent de l'information sensorielle pour contrer des perturbations prévisibles environnementales du mouvement. Les systèmes sensoriels qui soutiennent l'expression orale précis – la rétroaction auditive du son de la voix et la rétroaction somatosensoriel du mouvement des articulateurs – pourraient être modifiés simultanément et indépendamment. À la suite, le système de production de la parole est idéal pour tester cette hypothèse. Au cours de trois expériences, le son de la voix et les mouvements de l'expression orale sont manipulés ; des différences individuelles sont observées en réponse à ces perturbations auditives et somatosensorielles. Le plus que les individus contrent un type de perturbation, ils contrent l'autre type moins. À la lumière de ces découvertes, les chapitres trois et cinq discutent des similarités et des différences dans le contrôle de la variabilité du mouvement entre les systèmes du contrôle moteur des membres et du contrôle moteur de l'expression orale. Il y a de grandes différences individuelles en réponse à des perturbations de l'expression orale qui ne sont pas observés dans les perturbations similaires du mouvement des membres. On fait l'hypothèse que ces différences individuelles liées à la parole sont causées par les différences dans l'expérience linguistique