脑神经科学视野下的人类动作发展学研究趋势

褚付成 李继辉* 张海霞

(1.山东华宇工学院基础教学部 山东德州 253034;2.沈阳体育学院研究生院 辽宁沈阳 110102)

脑神经科学是研究人和动物神经系统结构和功能的科学，是探索脑的科学，作为生命科学的一个分支，该学科已成为此领域内最重要和最为活跃的学科之一［1］。大脑是思想和行为的源发地，更是人类个各项发展的基础［2］。人类个体的发展主要涉及身体、动作、情感和认知4 个方面，其中动作是人适应环境的重要途径，也是一生中最早的发展之一，被认为是个体发展的重要任务［3］。然而，动作不是孤立发展的，研究显示个体幼年的动作发展水平对认知表现［4，5］、社交能力［6］、身体活动参与度［7，8］、学业水平［9］以及自信心［10］都有正向促进的作用。虽然我国近年来在人类动作发展的描述研究与预测研究上卓有成效，但随着研究的深入，复杂问题的突显，研究难度的增加。动作发展领域的研究亟待从一个新的视角进一步推进。基于此，该文梳理了2000—2020年国内外有关动作发展和脑神经科学研究文献和书籍，探寻动作发展研究的新视角，为我国学者进一步研究人类动作发展提供视角参考。

1 动作发展研究的新困境

关于人类动作发展的研究早在1787年德国学者蒂德曼（Tiedemann）撰写的《婴儿行为日记》中就有记载。随着研究的不断深入和理论体系的不断丰富人类动作发展已发展成一门研究人类一生中动作行为的变化、构成这些变化的过程以及影响因素的科学［3］。人类动作发展的研究成果对个体发展具有许多积极影响，促进其他各项协调发展，为生长发育中的不正常情况提供科学的动作诊断标准，指导人们合理锻炼等。但是，随着人类动作发展深入研究和快速发展，出现以下困境。

1.1 研究范式对研究思路的束缚

科学的最终目标是理解世界，科学意义上的理解包括4个递进的特殊目的：描述、预测、解释和控制［11］。我国动作发展领域的研究虽然经过了理论解释、理论本土化、理论创新发展、理论与实践结合、实践探索等阶段。但从诸多文献的研究类型上看，当前的儿童动作发展研究类型分为3种：基于动作发展的规律与身体各种能力的关系研究［12-15］、对儿童动作发展进行一般性描述［16-18］和动作发展文献综述类研究［19-22］。祝大鹏梳理了国内外44篇文献，对儿童动作发展的理论方法、测评与发展趋势进行了综述性研究，得出国内关于儿童动作发展的研究范式主要包括两种：一种是对国内3～10岁儿童的动作发展进行一般性描述；另一种是对国内外儿童动作发展水平或国内不同地区儿童的动作发展水平的比较研究［21］。焦喜便通过对中外体育学动作发展动态进行可视化研究也得出了相似的结论，定量研究方法较少；研究内容涉及的主题较少［23］。对儿童动作发展一般性描述或动作发展对儿童全面发展的意义等描述、预测的研究较多。对国外测评工具的信效度验证，TGMD-2主要内容及其重要作用的研究［24］，TGMD-2信度和效度的研究［25］，以及TGMD-3 的信、效度的研究［26］。另外，关于动作发展与身体能力的研究，包括幼儿静态平衡能力特征及粗大动作发展水平［27］，移动性动作发展与感知身体能力的相关性［28］，儿童感知运动能力与基本动作技能的相关性研究［29］等。以上研究结果反映出我国动作发展领域的研究仍停留在对儿童动作描述及预测的相关性研究阶段。我国在动作发展领域初期范式的确定有利于基础研究的展开，但已经不能适应当下认识的需要，该领域的研究迫切需要多学科交叉融合来解决新的复杂问题。

1.2 动作发展与脑神经科学交叉研究未得到充分重视

动作发展作为人类运动学系（Kinesiology）下动作行为（motor behavior）的一个分支学科进行研究，研究的对象主要是人们一生中所体验到的动作行为的变化［3］。人类动作的研究大致可以分为以下5个时期：前导时期（1787—1928）、成熟论时期（1928—1946）、描述时期、过程导向时期（1946—1970）以及2000 年至今即动作神经科学时期（Development Motor Neuroscience Period）［30］。最近20年伴随着科技的进步，脑神经科学领域的研究在先进技术的辅助下有了长足的发展，检测活体脑结构形态新技术——正电子发射断层扫描术（Positron Emission Computed Tomography，PET）和功能核磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，FMRI）［12］基于脑中血流量变化的检测原理被应用在医学和科学研究中，为神经学家提供了不同寻常的机会来观察活体思考中的脑。未来在人类动作发展领域借助计算神经科学家的概念和方法，人们可以采用工程学和神经解剖原理为动作建模［3］。通过对CNKI 学术期刊数据库检索，我国近年来未发现有关于动作发展与脑神经科学的交叉研究，脑科学与体育的研究主要集中在运动对儿童执行功能的脑机制研究，以及运动与脑的可塑性关系的研究，而且类似运动对儿童执行功能影响的实证性研究文献较少［31］，脑的可塑性研究相对较多，周期较长从2006 年至2020 年都在进行研究［32，36］。由上可知，虽然早在2008 年国内外学者认为人类动作发展已经进入动作神经科学研究时期，但动作发展与脑神经科学的理论与实证并未实现融合，交叉研究未得到充分重视。

2 动作发展研究的新方向：动作发展+神经科学

2.1 动作神经科学相关的研究进展

“神经科学”一词的提出并不久远，美国神经科学学会直到1970年才成立，国内研究认为大脑是一个复杂动态的系统，在学习、训练以及经验等因素的影响下大脑的结构和功能会出现改变和重组［37］；并认为这些变化包括脑重的变化、皮层厚度的变化、不同脑区沟回面积的改变等，以及结构上的树突长度的增加、树突棘密度的改变、神经元数量的改变及大脑皮层新陈代谢的变化等［38］。

脑神经科学研究论文总量迅速增长，查阅CNKI数据库，以“脑的可塑性”为主题搜索时间为1985—2020年，共检索到418 篇研究文献，如表1 所示。从1985—1995年10间文献发表量为6篇；从1995—2005年10年间所发文献量为92篇，从2005—2020年15年间文献发表量为320篇。表明近些年我国对脑科学的研究有较高的重视程度，随着脑科学研究的深入和文献量的增长，神经科学的知识和研究成果增加，可以采用脑神经学理论解释动作发展规律，将会使动作发展的研究更加深入和更具实证性。

图1 总库1985—2020年脑的可塑性发文量统计图

表1 我国1985—2020年脑的可塑性论文初步统计

2.5 动作发展与脑神经科学交叉研究

随着神经科学的快速发展、“神经科学+”时代的到来［39］，神经科学与人类动作发展交叉融合成为新的趋势，成为解决动作发展研究困境的新方向。个体早期动作发展描述、预测研究与脑神经科学的理论研究是解决动作发展的外在和内在的两大助力。脑神经科学的理论研究为动作发展现象描述提供了理论解释，动作发展现象的描述为脑神经科学理论提供了验证途径。

脑成像技术和计算机科学的革命性进步逐步实现了对脑结构、神经元活动的观察与监测。最具代表性的新技术包括功能核磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，FMRI）、弥散张量成像（Dif-fusion tensor Imaging，DTI）。FMRI 是基于检测细胞消耗的能量与血流变化进测量脑部活动；DTI能够揭示脑不同区域之间的连接，扫描和诊断深层的脑结构变化。利用这些新技术能够监测个体在一次运动中运动技能的表现与脑血流量变化的关系，还能追踪观察动作发展对脑结构以及不同脑区之间的连接效度的影响，为教育决策提供依据。基于以上现代技术的支撑，国外学者进行了诸多关于脑结构和功能与运动技能的相关研究，其中最具代表性的是著名运动控制与技能学习领域的研究人员刘展［40］通过对国外小脑的前沿研究的梳理认为：小脑在认知、抽象思维、计划、情感、记忆和语言等方面有较大的贡献，颠覆了传统理论认为的只能控制和调节身体运动的旧观点，并从神经科学视角下阐述了大脑、小脑和运动之间的相互促进发展的规律。国内学者陈爱国等在脑与运动研究比较有代表性，并已发表了多篇高质量的相关论文，认为体育运动可以通过系统水平、细胞水平、分子水平等多维途径影响脑的可塑性，进而对儿童的认知功能也产生相应积极改变［41］。体育运动不仅能够改善儿童的认知功能，另有新的研究显示体育锻炼显著改善了青少年学生的认知能力，并进一步提升了青少年学生的学科成绩［42］。有研究认为：影响脑可塑性的因素包括早期经验与环境、脑损伤和性别；早期经验与环境不仅会对脑结构、机能发展产生影响，而且丰富的环境刺激还能对脑损伤后的恢复产生积极影响［41］。脑科学研究发现［12］：个体发育早期是运动神经元与肌纤维建立联系的敏感期，但是受学习、训练以及经验等因素的影响。经验本身也存在区别，利于大脑潜能开发的适宜环境，其对大脑的影响有时是积极的，反之则是消极的［43］。因此，选择科学性干预计划的是能否促进儿童正向发展的前提，而干预计划的科学性则需要深入地对动作发展理论和脑神经科学理论进行研究，只有融合这两个领域前沿理论，并在其指导下才能充分发挥出运动干预的效能，服务于我国基层的体育教育，切实可行地促进我国儿童身体、动作、情感和认知发展。

由此可以看出，在现代科技的推动下，人类动作发展的研究需要借助科技之力突破当前研究的困境，在“神经科学+”时代背景下，交叉融合多学科知识。

3 结语

儿童是国家的未来和民族的希望，儿童的健康状况始终是世界各个国家关注的焦点。近年来，人类动作发展的研究也主要集中在儿童阶段，然而人类个体一生中动作都在不断发展中，随着动作发展研究的深入，研究的范围也会逐渐覆盖个体整个人生的各个阶段。无论是研究儿童动作发展规律，还是人生各个阶段的动作发展规律，都离不开脑神经科学知识进行本质分析。该文通过梳理国内外神经科学知识与人类动作发展现状发现：脑神经科学与人类动作发展交叉研究对动作发展规律的揭示具有实质性的意义；未来我国人类动作发展研究理论应更多地融合入神经科学的知识，增加干预实验研究将研究结果服务切实可行的一线教育。

近年来，脑神经科学研究论文总量增长迅速，但神经科学的知识在人类动作发展研究领域尚未得到应用；国内关于动作发展研究仍处在描述和预测阶段，神经科学与人类动作发展交叉融合成为新的趋势，成为解决动作发展研究困境的新方向。