Tapping along bad metronomes: Correction and learning mechanisms of synchronisation with perturbed metronomes

Fuchs, Antje

Innerhalb der Psychomotorikforschung bilden Synchronisationsaufgaben das wichtigste experimentelle Paradigma zur Untersuchung der zeitlichen Steuerung. Die Synchronisation mit einem Metronom kann mithilfe eines linearen Fehlerkorrekturmechanismus sehr gut beschrieben werden. Dieser gleicht die entstandenen Synchronisationsfehler aus, indem er lediglich eine Phasenkorrektur des zugrundeliegenden Zeitgebers vornimmt, jedoch seine Periodendauer unberührt lässt (Vorberg & Wing, 1994). Zusätzliche Unterstützung erhält dieses Modell durch experimentelle Studien, welche die Synchronisation stören, indem ein einzelner Ton eines ansonsten isochronen Metronoms verschoben wird (Repp, 2000). Daraus ergibt sich die Frage, wie komplexere Metronomstörungen verarbeitet werden und ob sie nicht auch antizipiert werden können, wenn sie in regelmäßiger Art und Weise auftreten. In den hier vorliegenden vier Synchronisationsexperimenten wurden zwei Arten von Störungen untersucht. Diese waren stochastischer (Zufallsmuster) oder deterministischer (Sinuswelle) Natur. Die Höhe der Perturbation, und damit deren Wahrnehmbarkeit, wurde variiert. Zusätzlich wurde ein valider externer Hinweisreiz, der die exakte Höhe der Perturbation anzeigt, verwendet. Die Ergebnisse zeigen (i) große und stabile Effekte des Perturbationsmusters auf die Synchronisationsfehler und die Zwischenzeiten, wie sie das Fehlerkorrekturmodell vorhersagt; (ii) Antizipationseffekte fanden sich nur für Perturbationen oberhalb der Wahrnehmungsschwelle und (iii) diese Antizipationseffekte werden größer, wenn der externe Hinweisreiz verwendet wird. Zusammenfassend zeigen diese Befunde, dass kleine zeitliche Abweichungen zwischen der wahrgenommenen und der intendierten Leistung eine automatische Phasenkorrektur auslösen. Die Geschwindigkeit und Effizienz dieses Korrekturmechanismus eliminiert die Notwendigkeit der Antizipation von Störungen. Die Antizipation zeitlicher Strukturen ist demnach nur unter bewusster Kontrolle möglich.

Synchronisation studies are the most important experimental paradigm within the field of psychomotor research in order to investigate the human timing system. At steady state, tapping in synchrony with a metronome is described well as a linear error correction mechanism that compensates for asynchronies by locally adjusting the phase of the underlying timekeeper, but leaves its period intact (Vorberg & Wing, 1994). Further support for this type of model comes from experimental studies that perturb synchronisation by altering a single inter-onset interval or by shifting a single tone of an isochronous metronome (Repp, 2000). This raises the question of how more complex perturbations of the metronome period are accommodated and if they can be anticipated if they occur in a regular fashion as research on implicit learning suggests. In the following 4 synchronisation experiments, two kinds of perturbation pattern were studied: stochastic (recurrent random) and deterministic (sinusoidal) perturbation sequences. Size of perturbation and, therefore, the perception of the perturbation were altered as well as giving a valid external cue indicating the exact size of the perturbation, additionally. Results show (i) large and stable effects of the perturbation pattern on IRI’s and asynchronies in all experiments as the error correction model predicts, (ii) anticipation effects only for perturbation above the perceptual threshold and (iii) that this effect even rises if there is an external cue, additionally. These findings suggest that small temporal deviations of realized from intended performance trigger automatic phase adjustments. The fast and efficient action of this mechanism eliminates the necessity for anticipation for subliminal stimuli. Following definitions of implicit learning, anticipation effects can only be found for stimuli above the perceptual threshold in learning of timing structures.

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Fuchs, Antje: Tapping along bad metronomes: Correction and learning mechanisms of synchronisation with perturbed metronomes. 2006.

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