腦神經(jīng)科學(xué)視野下的人類動作發(fā)展學(xué)研究趨勢

褚付成 李繼輝* 張海霞

(1.山東華宇工學(xué)院基礎(chǔ)教學(xué)部 山東德州 253034;2.沈陽體育學(xué)院研究生院 遼寧沈陽 110102)

腦神經(jīng)科學(xué)是研究人和動物神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)，是探索腦的科學(xué)，作為生命科學(xué)的一個分支，該學(xué)科已成為此領(lǐng)域內(nèi)最重要和最為活躍的學(xué)科之一［1］。大腦是思想和行為的源發(fā)地，更是人類個各項(xiàng)發(fā)展的基礎(chǔ)［2］。人類個體的發(fā)展主要涉及身體、動作、情感和認(rèn)知4 個方面，其中動作是人適應(yīng)環(huán)境的重要途徑，也是一生中最早的發(fā)展之一，被認(rèn)為是個體發(fā)展的重要任務(wù)［3］。然而，動作不是孤立發(fā)展的，研究顯示個體幼年的動作發(fā)展水平對認(rèn)知表現(xiàn)［4，5］、社交能力［6］、身體活動參與度［7，8］、學(xué)業(yè)水平［9］以及自信心［10］都有正向促進(jìn)的作用。雖然我國近年來在人類動作發(fā)展的描述研究與預(yù)測研究上卓有成效，但隨著研究的深入，復(fù)雜問題的突顯，研究難度的增加。動作發(fā)展領(lǐng)域的研究亟待從一個新的視角進(jìn)一步推進(jìn)。基于此，該文梳理了2000—2020年國內(nèi)外有關(guān)動作發(fā)展和腦神經(jīng)科學(xué)研究文獻(xiàn)和書籍，探尋動作發(fā)展研究的新視角，為我國學(xué)者進(jìn)一步研究人類動作發(fā)展提供視角參考。

1 動作發(fā)展研究的新困境

關(guān)于人類動作發(fā)展的研究早在1787年德國學(xué)者蒂德曼（Tiedemann）撰寫的《嬰兒行為日記》中就有記載。隨著研究的不斷深入和理論體系的不斷豐富人類動作發(fā)展已發(fā)展成一門研究人類一生中動作行為的變化、構(gòu)成這些變化的過程以及影響因素的科學(xué)［3］。人類動作發(fā)展的研究成果對個體發(fā)展具有許多積極影響，促進(jìn)其他各項(xiàng)協(xié)調(diào)發(fā)展，為生長發(fā)育中的不正常情況提供科學(xué)的動作診斷標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)人們合理鍛煉等。但是，隨著人類動作發(fā)展深入研究和快速發(fā)展，出現(xiàn)以下困境。

1.1 研究范式對研究思路的束縛

科學(xué)的最終目標(biāo)是理解世界，科學(xué)意義上的理解包括4個遞進(jìn)的特殊目的：描述、預(yù)測、解釋和控制［11］。我國動作發(fā)展領(lǐng)域的研究雖然經(jīng)過了理論解釋、理論本土化、理論創(chuàng)新發(fā)展、理論與實(shí)踐結(jié)合、實(shí)踐探索等階段。但從諸多文獻(xiàn)的研究類型上看，當(dāng)前的兒童動作發(fā)展研究類型分為3種：基于動作發(fā)展的規(guī)律與身體各種能力的關(guān)系研究［12-15］、對兒童動作發(fā)展進(jìn)行一般性描述［16-18］和動作發(fā)展文獻(xiàn)綜述類研究［19-22］。祝大鵬梳理了國內(nèi)外44篇文獻(xiàn)，對兒童動作發(fā)展的理論方法、測評與發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述性研究，得出國內(nèi)關(guān)于兒童動作發(fā)展的研究范式主要包括兩種：一種是對國內(nèi)3～10歲兒童的動作發(fā)展進(jìn)行一般性描述；另一種是對國內(nèi)外兒童動作發(fā)展水平或國內(nèi)不同地區(qū)兒童的動作發(fā)展水平的比較研究［21］。焦喜便通過對中外體育學(xué)動作發(fā)展動態(tài)進(jìn)行可視化研究也得出了相似的結(jié)論，定量研究方法較少；研究內(nèi)容涉及的主題較少［23］。對兒童動作發(fā)展一般性描述或動作發(fā)展對兒童全面發(fā)展的意義等描述、預(yù)測的研究較多。對國外測評工具的信效度驗(yàn)證，TGMD-2主要內(nèi)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，關(guān)于動作發(fā)展與身體能力的研究，包括幼兒靜態(tài)平衡能力特征及粗大動作發(fā)展水平［27］，移動性動作發(fā)展與感知身體能力的相關(guān)性［28］，兒童感知運(yùn)動能力與基本動作技能的相關(guān)性研究［29］等。以上研究結(jié)果反映出我國動作發(fā)展領(lǐng)域的研究仍停留在對兒童動作描述及預(yù)測的相關(guān)性研究階段。我國在動作發(fā)展領(lǐng)域初期范式的確定有利于基礎(chǔ)研究的展開，但已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)下認(rèn)識的需要，該領(lǐng)域的研究迫切需要多學(xué)科交叉融合來解決新的復(fù)雜問題。

1.2 動作發(fā)展與腦神經(jīng)科學(xué)交叉研究未得到充分重視

動作發(fā)展作為人類運(yùn)動學(xué)系（Kinesiology）下動作行為（motor behavior）的一個分支學(xué)科進(jìn)行研究，研究的對象主要是人們一生中所體驗(yàn)到的動作行為的變化［3］。人類動作的研究大致可以分為以下5個時期：前導(dǎo)時期（1787—1928）、成熟論時期（1928—1946）、描述時期、過程導(dǎo)向時期（1946—1970）以及2000 年至今即動作神經(jīng)科學(xué)時期（Development Motor Neuroscience Period）［30］。最近20年伴隨著科技的進(jìn)步，腦神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究在先進(jìn)技術(shù)的輔助下有了長足的發(fā)展，檢測活體腦結(jié)構(gòu)形態(tài)新技術(shù)——正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)（Positron Emission Computed Tomography，PET）和功能核磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，F(xiàn)MRI）［12］基于腦中血流量變化的檢測原理被應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究中，為神經(jīng)學(xué)家提供了不同尋常的機(jī)會來觀察活體思考中的腦。未來在人類動作發(fā)展領(lǐng)域借助計算神經(jīng)科學(xué)家的概念和方法，人們可以采用工程學(xué)和神經(jīng)解剖原理為動作建模［3］。通過對CNKI 學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫檢索，我國近年來未發(fā)現(xiàn)有關(guān)于動作發(fā)展與腦神經(jīng)科學(xué)的交叉研究，腦科學(xué)與體育的研究主要集中在運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的腦機(jī)制研究，以及運(yùn)動與腦的可塑性關(guān)系的研究，而且類似運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能影響的實(shí)證性研究文獻(xiàn)較少［31］，腦的可塑性研究相對較多，周期較長從2006 年至2020 年都在進(jìn)行研究［32，36］。由上可知，雖然早在2008 年國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為人類動作發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入動作神經(jīng)科學(xué)研究時期，但動作發(fā)展與腦神經(jīng)科學(xué)的理論與實(shí)證并未實(shí)現(xiàn)融合，交叉研究未得到充分重視。

2 動作發(fā)展研究的新方向：動作發(fā)展+神經(jīng)科學(xué)

2.1 動作神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的研究進(jìn)展

“神經(jīng)科學(xué)”一詞的提出并不久遠(yuǎn)，美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會直到1970年才成立，國內(nèi)研究認(rèn)為大腦是一個復(fù)雜動態(tài)的系統(tǒng)，在學(xué)習(xí)、訓(xùn)練以及經(jīng)驗(yàn)等因素的影響下大腦的結(jié)構(gòu)和功能會出現(xiàn)改變和重組［37］；并認(rèn)為這些變化包括腦重的變化、皮層厚度的變化、不同腦區(qū)溝回面積的改變等，以及結(jié)構(gòu)上的樹突長度的增加、樹突棘密度的改變、神經(jīng)元數(shù)量的改變及大腦皮層新陳代謝的變化等［38］。

腦神經(jīng)科學(xué)研究論文總量迅速增長，查閱CNKI數(shù)據(jù)庫，以“腦的可塑性”為主題搜索時間為1985—2020年，共檢索到418 篇研究文獻(xiàn)，如表1 所示。從1985—1995年10間文獻(xiàn)發(fā)表量為6篇；從1995—2005年10年間所發(fā)文獻(xiàn)量為92篇，從2005—2020年15年間文獻(xiàn)發(fā)表量為320篇。表明近些年我國對腦科學(xué)的研究有較高的重視程度，隨著腦科學(xué)研究的深入和文獻(xiàn)量的增長，神經(jīng)科學(xué)的知識和研究成果增加，可以采用腦神經(jīng)學(xué)理論解釋動作發(fā)展規(guī)律，將會使動作發(fā)展的研究更加深入和更具實(shí)證性。

圖1 總庫1985—2020年腦的可塑性發(fā)文量統(tǒng)計圖

表1 我國1985—2020年腦的可塑性論文初步統(tǒng)計

2.5 動作發(fā)展與腦神經(jīng)科學(xué)交叉研究

隨著神經(jīng)科學(xué)的快速發(fā)展、“神經(jīng)科學(xué)+”時代的到來［39］，神經(jīng)科學(xué)與人類動作發(fā)展交叉融合成為新的趨勢，成為解決動作發(fā)展研究困境的新方向。個體早期動作發(fā)展描述、預(yù)測研究與腦神經(jīng)科學(xué)的理論研究是解決動作發(fā)展的外在和內(nèi)在的兩大助力。腦神經(jīng)科學(xué)的理論研究為動作發(fā)展現(xiàn)象描述提供了理論解釋，動作發(fā)展現(xiàn)象的描述為腦神經(jīng)科學(xué)理論提供了驗(yàn)證途徑。

腦成像技術(shù)和計算機(jī)科學(xué)的革命性進(jìn)步逐步實(shí)現(xiàn)了對腦結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元活動的觀察與監(jiān)測。最具代表性的新技術(shù)包括功能核磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，F(xiàn)MRI）、彌散張量成像（Dif-fusion tensor Imaging，DTI）。FMRI 是基于檢測細(xì)胞消耗的能量與血流變化進(jìn)測量腦部活動；DTI能夠揭示腦不同區(qū)域之間的連接，掃描和診斷深層的腦結(jié)構(gòu)變化。利用這些新技術(shù)能夠監(jiān)測個體在一次運(yùn)動中運(yùn)動技能的表現(xiàn)與腦血流量變化的關(guān)系，還能追蹤觀察動作發(fā)展對腦結(jié)構(gòu)以及不同腦區(qū)之間的連接效度的影響，為教育決策提供依據(jù)?；谝陨犀F(xiàn)代技術(shù)的支撐，國外學(xué)者進(jìn)行了諸多關(guān)于腦結(jié)構(gòu)和功能與運(yùn)動技能的相關(guān)研究，其中最具代表性的是著名運(yùn)動控制與技能學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究人員劉展［40］通過對國外小腦的前沿研究的梳理認(rèn)為：小腦在認(rèn)知、抽象思維、計劃、情感、記憶和語言等方面有較大的貢獻(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)理論認(rèn)為的只能控制和調(diào)節(jié)身體運(yùn)動的舊觀點(diǎn)，并從神經(jīng)科學(xué)視角下闡述了大腦、小腦和運(yùn)動之間的相互促進(jìn)發(fā)展的規(guī)律。國內(nèi)學(xué)者陳愛國等在腦與運(yùn)動研究比較有代表性，并已發(fā)表了多篇高質(zhì)量的相關(guān)論文，認(rèn)為體育運(yùn)動可以通過系統(tǒng)水平、細(xì)胞水平、分子水平等多維途徑影響腦的可塑性，進(jìn)而對兒童的認(rèn)知功能也產(chǎn)生相應(yīng)積極改變［41］。體育運(yùn)動不僅能夠改善兒童的認(rèn)知功能，另有新的研究顯示體育鍛煉顯著改善了青少年學(xué)生的認(rèn)知能力，并進(jìn)一步提升了青少年學(xué)生的學(xué)科成績［42］。有研究認(rèn)為：影響腦可塑性的因素包括早期經(jīng)驗(yàn)與環(huán)境、腦損傷和性別；早期經(jīng)驗(yàn)與環(huán)境不僅會對腦結(jié)構(gòu)、機(jī)能發(fā)展產(chǎn)生影響，而且豐富的環(huán)境刺激還能對腦損傷后的恢復(fù)產(chǎn)生積極影響［41］。腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)［12］：個體發(fā)育早期是運(yùn)動神經(jīng)元與肌纖維建立聯(lián)系的敏感期，但是受學(xué)習(xí)、訓(xùn)練以及經(jīng)驗(yàn)等因素的影響。經(jīng)驗(yàn)本身也存在區(qū)別，利于大腦潛能開發(fā)的適宜環(huán)境，其對大腦的影響有時是積極的，反之則是消極的［43］。因此，選擇科學(xué)性干預(yù)計劃的是能否促進(jìn)兒童正向發(fā)展的前提，而干預(yù)計劃的科學(xué)性則需要深入地對動作發(fā)展理論和腦神經(jīng)科學(xué)理論進(jìn)行研究，只有融合這兩個領(lǐng)域前沿理論，并在其指導(dǎo)下才能充分發(fā)揮出運(yùn)動干預(yù)的效能，服務(wù)于我國基層的體育教育，切實(shí)可行地促進(jìn)我國兒童身體、動作、情感和認(rèn)知發(fā)展。

由此可以看出，在現(xiàn)代科技的推動下，人類動作發(fā)展的研究需要借助科技之力突破當(dāng)前研究的困境，在“神經(jīng)科學(xué)+”時代背景下，交叉融合多學(xué)科知識。

3 結(jié)語

兒童是國家的未來和民族的希望，兒童的健康狀況始終是世界各個國家關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，人類動作發(fā)展的研究也主要集中在兒童階段，然而人類個體一生中動作都在不斷發(fā)展中，隨著動作發(fā)展研究的深入，研究的范圍也會逐漸覆蓋個體整個人生的各個階段。無論是研究兒童動作發(fā)展規(guī)律，還是人生各個階段的動作發(fā)展規(guī)律，都離不開腦神經(jīng)科學(xué)知識進(jìn)行本質(zhì)分析。該文通過梳理國內(nèi)外神經(jīng)科學(xué)知識與人類動作發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)：腦神經(jīng)科學(xué)與人類動作發(fā)展交叉研究對動作發(fā)展規(guī)律的揭示具有實(shí)質(zhì)性的意義；未來我國人類動作發(fā)展研究理論應(yīng)更多地融合入神經(jīng)科學(xué)的知識，增加干預(yù)實(shí)驗(yàn)研究將研究結(jié)果服務(wù)切實(shí)可行的一線教育。

近年來，腦神經(jīng)科學(xué)研究論文總量增長迅速，但神經(jīng)科學(xué)的知識在人類動作發(fā)展研究領(lǐng)域尚未得到應(yīng)用；國內(nèi)關(guān)于動作發(fā)展研究仍處在描述和預(yù)測階段，神經(jīng)科學(xué)與人類動作發(fā)展交叉融合成為新的趨勢，成為解決動作發(fā)展研究困境的新方向。