Unterschiedliche Timing-Mechanismen erzeugen diskrete und kontinuierliche Bewegungen

Die Differenzierung von diskreten und kontinuierlichen Bewegungen ist eine der Säulen der Klassifikation des motorischen Verhaltens. Diskrete Bewegungen haben einen definierten Anfang und ein definiertes Ende, wohingegen kontinuierliche Bewegungen keine solchen unterscheidbaren Endpunkte aufweisen. Im vergangenen Jahrzehnt gab es eine intensive Debatte darüber, ob diese Klassifikation unterschiedliche Kontrollprozesse impliziert. Diese Debatte basierte bis heute auf empirischen Grundlagen. Hier stellen wir eine eindeutige, nicht-empirische Klassifikation vor, die auf Theoremen der dynamischen Systemtheorie basiert und diskrete von kontinuierlichen Bewegungen abgrenzt. Durch computergestützte Simulationen repräsentativer Modi jeder Klasse und eine topologische Analyse des Flusses im Zustandsraum zeigen wir, dass unterschiedliche Kontrollmechanismen diskreten und schnellen rhythmischen Bewegungen zugrunde liegen. Insbesondere weisen wir nach, dass diskrete Bewegungen einen Taktgeber (Timekeeper) erfordern, schnelle rhythmische Bewegungen hingegen nicht. Wir validieren unsere rechnerischen Ergebnisse experimentell anhand eines Verhaltensparadigmas, bei dem menschliche Teilnehmer Finger-Flexions- und Extensionsbewegungen in verschiedenen Bewegungstempi und unter unterschiedlichen Instruktionen durchführten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das menschliche motorische System unterschiedliche Timing-Kontrollmechanismen einsetzt (vermutlich über die differentielle Rekrutierung neuronaler Subsysteme), um variierende Verhaltensfunktionen wie Geschwindigkeitsbegrenzungen zu erfüllen.