Spontaneous coordination dynamic of handwriting
Dynamique de coordination spontanée de l'écriture
Résumé
Handwriting is considered as a sequence of cyclic movement and results from the coordination of two orthogonal coupled oscillators. We bear on the assumption that handwriting results from the dynamics of non-linear coupled oscillators. Our main concern was to draw dynamical phenomena that govern the formation of graphic patterns, their co-articulation as well as their destabilization under diverse constraints. In this way, three experiments had been conduced. In order to identify the underlying dynamics, right-handers produced 26 shapes corresponding to fixed values of relative phase and amplitude between the two orthogonal oscillators. Results revealed that among all shapes, only a few were spontaneously stable for each task (0°, 45°/53°, 135°/127° and 180°), which corresponded to ellipses and strokes in various orientations. Those preferred coordination patterns were characterized by attraction of nearby shapes, and by a higher accuracy and stability: hallmark of attractors. Moreover, there was a differential degree of stability among the preferred patterns. Based on this differential stability, the second experiment confirmed that under a high movement velocity or with the non dominant hand, the least stable pattern degraded steeper whereas the most stable preferred patterns kept a highly accurate and stable performance. Finally, our last experiment confirmed that the rules of transition between those preferred patterns come from their properties of stability: the time to switch from a most stable pattern to a least stable pattern took more time than on the other way. Alike all periodic motion, graphic skills exhibit preferred coordination patterns, nonlinear transition and predictable deterioration which corroborate the existence of dynamics underlying handwriting. This underlying dynamics comes from the dynamics of non linear coupled oscillator and might be described by the dynamic of a few variable(s). Our results open a new window to understand the production of handwriting and get robust predictions about its acquisition and degradation that had never explained by the traditional models of handwriting.
L'écriture est un acte de coordination motrice entre les mouvements rythmiques des doigts et du poignet qui sont assimilables à des oscillateurs approximativement orthogonaux. L'hypothèse défendue dans cette thèse est que l'écriture, comme l'ensemble de la motricité rythmique, peut être étudiée comme un processus auto-organisé et qu'elle répond aux modèles d'oscillateurs couplés non linéaires. Cette approche dynamique de l'écriture a pour objectif d'identifier la dynamique de coordination spontanée de l'écriture sur laquelle repose la production de formes graphiques plus ou moins précises et stables ainsi que leur dégradation et leur changement en fonction des conditions dans lesquelles un individu écrit. Trois expériences ont été conduites afin de répondre à cet objectif. Afin d'identifier la dynamique spontanée, les participants ont produit 26 formes graphiques apparaissant sur une tablette digitale, qui correspondaient à des valeurs fixes de phase relative et d'amplitude relative entre les deux oscillateurs orthogonaux. Les résultats ont révélé que les participants adoptaient spontanément quatre patrons de coordination stables pour chaque tâche (i.e., 0°, 45°, 135°, 180°) correspondant à des traits et des ellipses dans différentes orientations. Ces patrons étaient caractérisés par de plus grande précision et stabilité temporelle ainsi que par une attraction des patrons adjacents : tous sont les signes identificateurs d'attracteurs. En se basant sur la stabilité différentielle de ces attracteurs, notre 2ième expérience a confirmé que sous une vitesse de mouvement élevée ou avec la main non dominante, les patrons les moins stables se déstabilisaient substantiellement, alors que les patrons les plus stables maintenaient un haut niveau de stabilité et de précision. Enfin, la 3ième étude a montré que les règles de passage entre les patrons stables étaient également sous l'égide de la dynamique de coordination spontanée. Comme tous les mouvements périodiques, la formation de patrons graphiques stables, leur co-articulation, ainsi que leur dégradation sont tributaires d'une dynamique de coordination sous jacente. Cette dynamique est celle d'oscillateurs couplés non linéaires, si bien que l'écriture pourrait être décrite par un nombre limité de variable(s) collective(s), en particulier la phase relative. Ces résultats ouvrent une porte pour comprendre la production d'écriture et faire des prédictions robustes concernant son acquisition et sa dégradation, un projet difficilement envisageable dans des modèles traditionnels de l'écriture.
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