Movement Intermittency in Social Coordination

La coordinazione dei movimenti negli esseri umani è stata ampiamente studiata a livello macroscopico, ad es. il ritmo dei movimenti, in particolare in compiti di coordinazione interpersonale e bimanuale. Tuttavia, esaminando la struttura fine del movimento, un'altra forma di ritmicità appare evidente a livello microscopico. Il movimento non è mai completamente fluido, ma è organizzato in unità più piccole note come sottomovimenti, che si manifestano come interruzioni di velocità ricorrenti su una scala temporale più veloce (2-3 Hz). Questi sottomovimenti possono riflettere aggiustamenti motori intermittenti basati sul feedback. Per comprendere meglio la relazione tra i sottomovimenti in contesti di coordinazione diversi, abbiamo caratterizzato i pattern di emissione temporale dei sottomovimenti in una serie di compiti di coordinazione motoria ritmica, chiedendo ai partecipanti di coordinare i loro indici in-fase o in anti-fase con se stessi o con un partner reale/virtuale. Nello Studio 1, abbiamo analizzato la relazione temporale tra i sottomovimenti emessi da entrambe le mani di un singolo partecipante durante un compito di coordinazione bimanuale. Abbiamo anche manipolato la disponibilità del feedback visivo per comprendere il suo impatto sull'emissione dei sottomovimenti, che si ritiene riflettano un meccanismo di correzione dei movimenti basato sulla visione. Nello Studio 2, abbiamo esplorato la dinamica dei sottomovimenti durante la coordinazione interpersonale, con l’obiettivo di indagare i loro pattern di emissione temporale in coppie di individui. Nello Studio 3, abbiamo combinato la coordinazione interpersonale e bimanuale in un unico compito, chiedendo ai partecipanti di coordinarsi reciprocamente utilizzando entrambe le mani. Nello Studio 4, abbiamo testato la validità dei nostri risultati sull'adattamento reciproco dei sottomovimenti durante la coordinazione interpersonale sostituendo uno dei membri della coppia con un partner virtuale non reattivo. Infine, nello Studio 5, considerata la facile trasferibilità del compito precedente in contesti clinici, abbiamo indagato il modello di emissione dei sottomovimenti in individui con malattia di Parkinson e disturbi cerebellari per identificare potenziali nuovi marker diagnostici e acquisire nuove informazioni sui substrati neurali alla base dell'intermittenza del movimento. Complessivamente, i nostri risultati suggeriscono che il meccanismo responsabile dell'organizzazione del movimento in sottomovimenti è almeno in parte condiviso tra differenti effettori, come le due mani, e potrebbe essere modulato dalla disponibilità e utilizzabilità del feedback visivo e propriocettivo. Inoltre, l'identificazione di diversi modelli temporali di emissione dei sottomovimenti ci porta a concludere che i meccanismi che controllano la produzione dei sottomovimenti sono altamente flessibili e adattabili in base al contesto coordinativo. Il controllo dei sottomovimenti può quindi fornire preziose informazioni sui meccanismi di controllo motorio di basso livello coinvolti nel raggiungimento della coordinazione motoria intra- e interpersonale. Infine, il controllo motorio a livello dei sottomovimenti potrebbe fungere da nuovo marker oggettivo delle capacità individuali e sociali di coordinazione motoria che potrebbero essere selettivamente compromesse in alcune condizioni neurologiche e psichiatriche.

Coordination of movements in humans has been extensively studied at a macroscopic level, such as the pacing of movements, particularly in tasks of interpersonal and bimanual coordination. However, by examining the fine structure of movement, another form of rhythmicity becomes apparent at a microscopic level. Movement is never completely smooth, but rather is organized into smaller units known as submovements, which appear as recurrent speed breaks occurring at faster timescales (2-3 Hz). These submovements may reflect intermittent feedback-based motor adjustments. To better understand the relationship between submovements in different coordination contexts, we characterized the timing of submovements emission in a series of rhythmic motor coordination task by asking participants to coordinate their index fingers either in-phase or anti-phase with themselves or with a real/virtual partner. In Study 1, we analysed the temporal relationship between submovements emitted by both hands of a single participant during a bimanual coordination task. We also manipulated the availability of visual feedback to understand its impact on the emission of submovements, which are believed to reflect a vision based movement correction mechanism. In Study 2, we explored the dynamics of submovements during interpersonal coordination, and thus with the goal of moving beyond their temporal emission in single individuals. In Study 3, we combined interpersonal and bimanual coordination into a single task by asking participants to coordinate with each other using both their hands. In Study 4, we tested the validity of our results on mutual adaptation of submovements during interpersonal coordination by replacing one member of the pair with an unresponsive virtual partner. Finally, in Study 5, building on the ease of transferability of the previous task to clinical settings, we investigated the pattern of submovements emission in individuals with Parkinson's disease and cerebellar disorders to identify potentially new diagnostic markers and gain novel insights into the neural substrates underlying movement intermittency. Overall, our results suggest that the mechanism responsible for the organization of movement into submovements is at least partly shared across different effectors, such as the two hands, and might be modulated by the availability and usability of visual and proprioceptive feedback. Moreover, the identification of different temporal patterns of submovements emission leads us to conclude that the mechanisms controlling submovements production are highly flexible and tunable depending on the coordinative context. Submovements control can thus provide valuable insights into the low-level motor control mechanisms involved in achieving intra- and interpersonal motor coordination. Finally, submovement-level control may serve as a novel objective marker of individual and social motor coordination capabilities that may be selectively impaired in some neurological and psychiatric conditions.