The unique biomechanical and functional constraints on human speech make it a promising area for research investigating modular control of movement. The present paper illustrates how a modular control approach to speech can provide insights relevant to both motor control and linguistic typology. We specifically explore the robust typological finding that languages produce different degrees of labial constriction using distinct muscle groupings and concomitantly distinct lip postures. Research has suggested that these lip postures exploit biomechanical regions of non-linearity between neural activation and movement, also known as quantal regions, to allow movement goals to be realized despite variable activation signals. We present two sets of computer simulations showing that these labial postures can be generated under the assumption of modular control, and that the corresponding modules are biomechanically robust: first to variation in the activation levels of participating muscles, and second to interference from surrounding muscles. These results provide support for the hypothesis that biomechanical robustness is an important factor in selecting the muscle groupings used for speech movements, and provide insight into the neurological control of speech movements and how biomechanical and functional constraints govern the emergence of speech motor modules. We anticipate that future experimental work guided by biomechanical simulation results will provide new insights into the neural organization of speech movements.

中文翻译：

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嘴唇说话姿势的量子生物力学效应。

人类语音独特的生物力学和功能限制使其成为研究运动模块化控制的一个有前途的领域。本文说明了语音的模块化控制方法如何提供与运动控制和语言类型学相关的见解。我们专门探索了强大的类型学发现，即语言使用不同的肌肉群和伴随的不同唇部姿势产生不同程度的唇部收缩。研究表明，这些唇部姿势利用神经激活和运动之间的非线性生物力学区域，也称为量子区域，尽管激活信号可变，但仍可以实现运动目标。我们提出了两组计算机模拟，表明这些唇部姿势可以在模块化控制的假设下生成，并且相应的模块在生物力学上是稳健的：首先是参与肌肉激活水平的变化，其次是来自周围肌肉的干扰。这些结果支持了生物力学鲁棒性是选择用于语音运动的肌肉群的一个重要因素的假设，并提供了对语音运动的神经控制以及生物力学和功能约束如何控制语音运动模块出现的见解。我们预计未来以生物力学模拟结果为指导的实验工作将为语音运动的神经组织提供新的见解。并且相应的模块在生物力学上是稳健的：首先是参与肌肉的激活水平的变化，其次是来自周围肌肉的干扰。这些结果为生物力学鲁棒性是选择用于语音运动的肌肉群的一个重要因素的假设提供了支持，并提供了对语音运动的神经控制以及生物力学和功能约束如何控制语音运动模块出现的见解。我们预计未来以生物力学模拟结果为指导的实验工作将为语音运动的神经组织提供新的见解。并且相应的模块在生物力学上是稳健的：首先是参与肌肉的激活水平的变化，其次是来自周围肌肉的干扰。这些结果支持了生物力学鲁棒性是选择用于语音运动的肌肉群的一个重要因素的假设，并提供了对语音运动的神经控制以及生物力学和功能约束如何控制语音运动模块出现的见解。我们预计未来以生物力学模拟结果为指导的实验工作将为语音运动的神经组织提供新的见解。这些结果支持了生物力学鲁棒性是选择用于语音运动的肌肉群的一个重要因素的假设，并提供了对语音运动的神经控制以及生物力学和功能约束如何控制语音运动模块出现的见解。我们预计未来以生物力学模拟结果为指导的实验工作将为语音运动的神经组织提供新的见解。这些结果支持了生物力学鲁棒性是选择用于语音运动的肌肉群的一个重要因素的假设，并提供了对语音运动的神经控制以及生物力学和功能约束如何控制语音运动模块出现的见解。我们预计未来以生物力学模拟结果为指导的实验工作将为语音运动的神经组织提供新的见解。