新生兒和嬰兒的詳細(xì)動(dòng)作捕捉與肌肉骨骼計(jì)算機(jī)模型相結(jié)合，使研究人員能夠分析肌肉之間的交流和全身的感覺(jué)。

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研究人員發(fā)現(xiàn)，肌肉相互作用的模式是基于嬰兒的隨機(jī)探索行為而發(fā)展的，這些行為后來(lái)使他們能夠在嬰兒時(shí)期進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)。更好地了解我們的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)如何發(fā)展可以幫助我們深入了解人類運(yùn)動(dòng)的起源和發(fā)育障礙的早期診斷。

如果你花時(shí)間和嬰兒在一起，你可能會(huì)注意到他們幾乎不會(huì)保持靜止。從出生開(kāi)始，甚至在子宮里，嬰兒就開(kāi)始踢腿、擺動(dòng)和移動(dòng)，似乎沒(méi)有瞄準(zhǔn)或外部刺激。

這些被稱為“自發(fā)運(yùn)動(dòng)”，研究人員認(rèn)為它們?cè)诟杏X(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展中起著重要作用，即我們控制肌肉、運(yùn)動(dòng)和協(xié)調(diào)的能力。

假設(shè)我們可以更好地理解這些看似隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以及它們?nèi)绾螀⑴c早期人類的發(fā)展。在這種情況下，我們也可能能夠識(shí)別某些發(fā)育障礙的早期指標(biāo)，例如腦癱。

目前，關(guān)于新生兒和嬰兒如何學(xué)習(xí)移動(dòng)身體的知識(shí)有限。

“以前對(duì)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)發(fā)展的研究集中在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，導(dǎo)致關(guān)節(jié)或身體部位運(yùn)動(dòng)的肌肉活動(dòng)，”信息科學(xué)與技術(shù)研究生院的項(xiàng)目助理教授Hoshinori Kanazawa說(shuō)。

“然而，我們的研究集中在全身的肌肉活動(dòng)和感覺(jué)輸入信號(hào)上。通過(guò)結(jié)合肌肉骨骼模型和神經(jīng)科學(xué)方法，我們發(fā)現(xiàn)似乎沒(méi)有明確任務(wù)或目的的自發(fā)運(yùn)動(dòng)有助于協(xié)調(diào)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)發(fā)展。

首先，該團(tuán)隊(duì)使用動(dòng)作捕捉技術(shù)記錄了12名健康新生兒(不到10天大)和10名幼兒(約3個(gè)月大)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。

接下來(lái)，他們借助他們創(chuàng)建的全身嬰兒規(guī)模的肌肉骨骼計(jì)算機(jī)模型估計(jì)了嬰兒的肌肉活動(dòng)和感覺(jué)輸入信號(hào)。最后，他們使用計(jì)算機(jī)算法來(lái)分析輸入信號(hào)與肌肉活動(dòng)之間相互作用的時(shí)空(空間和時(shí)間)特征。

“我們感到驚訝的是，在自發(fā)運(yùn)動(dòng)期間，嬰兒的運(yùn)動(dòng)”徘徊“，他們追求各種感覺(jué)運(yùn)動(dòng)相互作用。我們將這種現(xiàn)象命名為"感覺(jué)運(yùn)動(dòng)徘徊"，“金澤說(shuō)。

“人們普遍認(rèn)為，感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展通常取決于重復(fù)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)相互作用的發(fā)生，這意味著你做同樣的動(dòng)作越多，你就越有可能學(xué)習(xí)和記住它。然而，我們的研究結(jié)果表明，嬰兒根據(jù)探索行為或好奇心發(fā)展自己的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，因此他們不僅重復(fù)相同的動(dòng)作，而且重復(fù)各種動(dòng)作。此外，我們的研究結(jié)果提供了早期自發(fā)運(yùn)動(dòng)與神經(jīng)元活動(dòng)之間的概念聯(lián)系。

以前對(duì)人類和動(dòng)物的研究表明，運(yùn)動(dòng)行為(運(yùn)動(dòng))涉及一小部分原始的肌肉控制模式。這些模式通常出現(xiàn)在特定于任務(wù)或循環(huán)的運(yùn)動(dòng)中，例如步行或伸手。

這項(xiàng)最新研究的結(jié)果支持了這樣的理論，即新生兒和嬰兒可以通過(guò)自發(fā)的全身運(yùn)動(dòng)獲得感覺(jué)運(yùn)動(dòng)模塊，即同步的肌肉活動(dòng)和感覺(jué)輸入，而無(wú)需明確的目的或任務(wù)。

即使通過(guò)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)徘徊，嬰兒的協(xié)調(diào)全身運(yùn)動(dòng)和預(yù)期運(yùn)動(dòng)也有所增加。與新生兒組的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)相比，嬰兒組的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出更常見(jiàn)的模式和順序運(yùn)動(dòng)。

接下來(lái)，金澤想看看感覺(jué)運(yùn)動(dòng)徘徊如何影響后來(lái)的發(fā)展，比如走路和伸手，以及更復(fù)雜的行為和更高的認(rèn)知功能。

“我最初的背景是嬰兒康復(fù)。通過(guò)我的研究，我的大目標(biāo)是了解早期運(yùn)動(dòng)發(fā)育的潛在機(jī)制，并找到有助于促進(jìn)嬰兒發(fā)育的知識(shí)。

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