自发的婴儿运动对于协调感觉运动系统的发展很重要

根据东京大学领导的一项新研究，自发的、随机的婴儿运动有助于他们的感觉运动系统的发育。新生儿和婴儿的详细动作捕捉与肌肉骨骼计算机模型相结合，使研究人员能够分析整个身体的肌肉和感觉之间的交流。

研究人员发现，肌肉相互作用的模式是根据婴儿的随机探索行为发展起来的，这些行为后来使他们能够像婴儿一样进行连续运动。更好地了解我们的感觉运动系统是如何发育的可以帮助我们深入了解人体运动的起源以及发育障碍的早期诊断。

从出生开始——甚至在子宫里——婴儿就开始踢腿、扭动和移动，似乎没有目标或外部刺激。这些被称为“自发运动”，研究人员认为它们在感觉运动系统的发展中发挥着重要作用，即控制肌肉、运动和协调的能力。如果研究人员能够更好地理解这些看似随机的运动以及它们如何参与早期人类发育，我们或许也能够确定某些发育障碍(例如脑瘫)的早期指标。

来自运动捕捉的数据与肌肉骨骼计算机模拟相结合，使团队能够了解沿着肌肉的信息流以及婴儿对其运动的感知。图片来源：2022 Kanazawa 等人。

目前，关于新生儿和婴儿如何学会移动的知识有限。信息科学与技术研究生院的项目助理教授 Hoshinori Kanazawa 说：“以前对感觉运动发育的研究主要集中在运动学特性，即引起关节或身体一部分运动的肌肉活动。”

“然而，我们的研究侧重于全身的肌肉活动和感觉输入信号。通过结合肌肉骨骼模型和神经科学方法，我们发现似乎没有明确任务或目的的自发运动有助于协调的感觉运动发育。”

首先，团队使用动作捕捉技术记录了 12 名健康新生儿(不到 10 天)和 10 名小婴儿(约三个月大)的关节动作。接下来，他们借助他们创建的全身、婴儿规模的肌肉骨骼计算机模型来估计婴儿的肌肉活动和感觉输入信号。最后，他们使用计算机算法来分析输入信号与肌肉活动之间相互作用的时空(空间和时间)特征。

“我们感到惊讶的是，在自发运动过程中，婴儿的运动‘徘徊’，他们追求各种感觉运动相互作用。我们将这种现象命名为‘感觉运动游荡’，”金泽说。“人们普遍认为，感觉运动系统的发育通常取决于重复的感觉运动相互作用的发生，这意味着你做同样的动作越多，你就越有可能学习和记住它。

“然而，我们的结果表明，婴儿会根据探索行为或好奇心发展自己的感觉运动系统，因此他们不仅仅是重复相同的动作，而是重复各种动作。除此之外，我们的研究结果提供了早期自发运动之间的概念联系和自发的神经元活动。”

该模拟基于成人模型和婴儿骨骼。图片来源：2022 Kanazawa 等人。

先前对人类和动物的研究表明，运动行为(运动)涉及一小组原始肌肉控制模式。这些模式通常可以在特定任务或周期性运动中看到，例如步行或伸手。这项最新研究的结果支持这样的理论，即新生儿和婴儿可以获得感觉运动模块，即同步的肌肉活动和感觉输入，通过自发的全身运动而无需明确的目的或任务。

即使通过感觉运动漫游，婴儿也表现出全身协调运动和预期运动的增加。与新生儿组的随机运动相比，婴儿组的运动表现出更多的共同模式和顺序运动。

接下来，Kanazawa 想研究感觉运动漫游如何影响后来的发展，例如行走和伸手，以及更复杂的行为和更高的认知功能。“我最初的背景是婴儿康复。我通过研究的主要目标是了解早期运动发育的潜在机制，并找到有助于促进婴儿发育的知识。”

这项工作发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。