A multimodal approach to interpersonal gait synchronization

Tese de doutoramento em Psicologia (Especialidade Psicologia Básica)
When people walk side-by-side, they often synchronize their movements. First, we investigated
in three experiments whether audiovisual signals from the walking partner
are integrated according to a mechanism operating as a Maximum Likelihood Estimator
(MLE). Sensory cues from a walking partner were virtually simulated. In Experiment
1, seven participants synchronized with human-sized Point Light Walkers and/or footstep
sounds. Results revealed highest performance when auditory cues were presented,
regardless of the visual ones. This auditory dominance effect might have been due to
artifacts of the setup. Therefore, in Experiment 2, human-sized virtual mannequins
were implemented and the audiovisual stimuli were rendered in real-time in order to
guarantee cross-modal congruence, co-localization, and synchrony. All four participants
synchronized best with audiovisual cues and for three participants the results are consistent
with the MLE model. Finally, Experiment 3 yielded performance decrements
for three participants when the cues were temporally incongruent. These findings suggest
that the integration of congruent audiovisual cues increase the intentional step
synchronization of side-by-side walkers. In a fourth experiment, we tested whether synchronization
is achieved by matching global body motion rather than single segments
like the feet. Eight pairs of participants walked side-by-side in a large field. Results
revealed that asynchronies between signals obtained from the principal components of
co-variation of several body segments vary less than the asynchronies computed from
individual body segments suggesting a synchronization of the global body motions of
the walkers. The overall findings are partially consistent with the information processing
approach and the dynamical system approach. The work’s output also highlights
that it requires a very high spatiotemporal alignment of the stimuli when using such
virtual environment techniques in contexts like rehabilitation or sports.
Quando as pessoas caminham lado a lado, muitas vezes sincronizam os seus movimentos.
Realizamos três estudos de forma a saber se os sinais audiovisuais oriundos do parceiro
são integrados de acordo com um mecanismo que opera como um estimador de Máxima
Verossimilhança (MLE). A informação sensorial de um parceiro foi simulada virtualmente.
Na Experiência 1, sete participantes sincronizaram a sua passada com um Point
Light Walker e/ou com sons de passos. Os resultados revelaram um melhor desempenho
durante a presença de sinais auditivos. O efeito de dominância auditiva pode ter sido
devido a artefactos da experiência. Portanto, na Experiência 2 foram implementados
humanoides virtuais e os estímulos foram renderizados em tempo real para garantir a
congruência entre modalidades. Os quatro participantes sincronizaram melhor com informação
audiovisual e dos quatro, três são consistentes com o MLE. Posteriormente,
na Experiência 3 o desempenho de três participantes diminuiu quando as pistas estavam
temporalmente incongruentes. Isto mostra que a integração dos sinais audiovisuais congruentes
aumenta a sincronização intencional da marcha. Desta forma, numa quarta
experiência, testamos se esta sincronização é conseguida através dos movimentos globais
do corpo de ambos os intervenientes. Oito pares de participantes caminharam lado ao
lado. Os resultados revelaram que quando a medida de sincronia combina os sinais obtidos
através da componente de covariação de vários segmentos do corpo, esta medida é
mais precisa do que se for realizada a partir de um qualquer segmento, sugerindo que
os humanos se sincronizam com os movimentos globais. Os resultados são consistentes
com uma abordagem que assume um controlo intencional de nível cortical superior, bem
como com a abordagem de sistemas dinâmicos. O trabalho tem implicações para o uso
de ambientes virtuais em contextos como a reabilitação ou o desporto e salienta que os
estímulos requerem um alinhamento espaço-temporal muito elevado.
This thesis was funded with a doctoral scholarship (bolso de doutoramento:
SFRH/BD/88396/2012) by the Fundação para Ciência e Tecnologia