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研究人员为探究儿童运动控制能力发展节点，开展手腕追踪任务研究，发现 10 - 12 岁儿童位置控制似成人，但速度控制仍待完善。
儿童运动控制能力研究：探索成长背后的奥秘
你是否曾好奇，小朋友们是如何从跌跌撞撞地学走路，到能灵活地奔跑、玩耍？他们的运动控制能力在成长过程中经历了怎样的变化？在生命科学和健康医学领域，儿童运动控制能力的发展一直是备受关注的话题。
以往的研究虽已证实儿童的控制能力会随着年龄增长而逐渐发展，但仍存在诸多未解之谜。比如，孩子们的运动控制能力究竟何时开始发展，又何时趋于成熟？目前的研究仅给出了模糊线索，推测 10 岁可能是控制策略转变的关键点，这远远无法满足我们对儿童运动发展机制的深入了解。为了填补这些知识空白，进一步揭示儿童运动控制能力发展的奥秘，来自韩国 Handong Global University 和日本 Komatsu University 的研究人员开展了一项意义重大的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
此次研究中，研究人员采用了手腕追踪任务（wrist tracking task）这一实验方法。实验招募了不同年龄段的参与者，分为三个年龄组：16 名年龄在 8.00 ± 0.82 岁的年幼儿童（Group 1），13 名年龄在 11.62 ± 0.65 岁的年长儿童（Group 2），以及 10 名年龄在 23.50 ± 2.88 岁的成年人（Group 3）。由于实验涉及手腕旋转运动，为确保运动任务的一致性，研究仅招募了右利手的受试者。在实验前，研究人员使用 G*Power 计算了样本量，以保证实验结果的可靠性。并且，该研究通过了 Handong Global University 伦理委员会的批准（2022 - HGUA020），所有受试者在实验前都充分了解了研究内容，并签署了书面知情同意书。
实验装置方面，受试者坐在距离电脑显示器约 60 厘米的椅子上，右手握住一个两自由度的操作杆，前臂舒适地支撑在扶手上，这样他们可以自由旋转手腕。操作杆以 1kHz 的采样率收集手腕屈伸和尺桡偏斜角度，当前手腕位置会以直径 1.0 厘米的红色实心圆（示踪器，tracer）实时显示在显示器上，旋转运动与平面运动的转换比例为 14.5 度对应 8.4 厘米。
在手腕追踪任务中，一个直径 1 厘米的黑色空心圆（目标，target）会出现在半径为 8.4 厘米的可见圆形轨道右端。实验开始时，受试者需将示踪器定位在静止的目标上。5 秒后，目标以 0.1Hz 的恒定速度（切线速度为 5.278cm/s）沿轨道逆时针旋转 40 秒，受试者要通过主动旋转手腕，尽可能使示踪器的位置和速度与目标匹配。该任务分为训练（TR）部分和测试（TE）部分，训练部分的前半段目标可见，受试者可直接观察目标运动并执行反馈控制；测试部分的轨道第二、四象限目标可见，而第一、三象限目标不可见，受试者需要预测目标的状态变量以继续追踪任务。每个受试者在正式实验前都进行了至少 3 次练习试验以适应实验，然后完成 3 次主要试验。
在数据处理阶段，研究人员首先使用截止频率为 6Hz 的三阶低通巴特沃斯滤波器对采集到的原始 x 和 Y 数据进行处理，去除测量噪声。之后，将笛卡尔坐标系中的滤波数据转换到极坐标系，计算角位移 θ 和角速度 ω，并通过公式Δθ[deg]=abs(θtracer(t)?θtarget(t))和Δω[deg/s]=abs(ωtracer(t)?ωtarget(t))分别得到目标与示踪器之间的绝对角位置差Δθ和绝对角速度差Δω ，这两个参数用于评估追踪任务中的位置和速度控制精度。在训练部分，2 - 20s 的区间被定义为可见（VIS）阶段，用于分析目标可见时的稳定反馈响应；在测试部分，目标不可见的第一、三象限被定义为不可见（INVIS）阶段，用于分析目标不可见时的预测响应。整个数据处理过程借助 MATLAB 完成，而对Δθ和Δω的统计分析则使用 IBM SPSS Statistics 进行，采用 Kruskal - Wallis、Dunn - Bonferroni 和 Wilcoxon 符号秩检验来探究年龄组之间以及两个阶段之间的统计差异。由于部分数据不服从正态分布，研究人员选择进行非参数检验，以保证统计结果的稳健性，并使用 G*Power 估计效应大小和统计功效。
研究结果令人眼前一亮。从典型运动特征来看，在笛卡尔坐标系中，成年人和年长儿童的运动轨迹更平滑，而年幼儿童的轨迹则明显更颠簸。在位置控制方面，无论是在目标可见还是不可见的情况下，成年人的位置控制表现最佳，其次是年长儿童和年幼儿童。具体数据显示，在 VIS 阶段，Group 1 的平均Δθ为 6.17 ± 1.51°，Group 2 为 4.06 ± 0.71°，Group 3 为 2.76 ± 0.51°；在 INVIS 阶段，Group 1 的平均Δθ为 10.30 ± 2.78°，Group 2 为 6.72 ± 2.65°，Group 3 为 4.77 ± 1.23°。统计检验表明，Group 1 的Δθ显著大于 Group 2 和 Group 3，而 Group 2 和 Group 3 之间的Δθ差异不显著，这意味着位置反馈控制能力和位置预测控制能力均随年龄增长而提高，并且在 10 - 12 岁的年长儿童中几乎达到成人水平。在速度控制方面，无论是 VIS 阶段还是 INVIS 阶段，成年人的速度控制都优于年长儿童和年幼儿童。VIS 阶段，Group 1 的平均Δω为 20.46 ± 2.88°/s，Group 2 为 19.82 ± 4.50°/s，Group 3 为 12.85 ± 2.03°/s；INVIS 阶段，Group 1 的平均Δω为 18.91 ± 3.34°/s，Group 2 为 17.44 ± 3.53°/s，Group 3 为 11.77 ± 1.08°/s。统计结果显示，Group 3 的Δω显著小于 Group 1 和 Group 2，而 Group 1 和 Group 2 之间的Δω差异不显著，这表明速度反馈控制能力和速度预测控制能力虽随年龄增长，但在 10 - 12 岁的年长儿童中尚未达到成人水平。不过，值得注意的是，年长儿童和成年人在 INVIS 阶段的Δω均显著小于 VIS 阶段，这意味着他们能够在目标不可见时凭借记忆再现目标速度，而年幼儿童在两个阶段都难以匹配示踪器和目标的速度，说明速度控制能力在 10 - 12 岁开始发展，但与成人相比仍不成熟。
综合研究结果和讨论部分，此次研究意义非凡。研究人员通过精心设计的手腕追踪任务，清晰地揭示了儿童运动控制能力的发展规律。10 - 12 岁的儿童在位置控制方面已接近成人水平，但速度控制能力仍有待进一步发展。这一发现表明，儿童在这一阶段反馈技能基本成熟，而前馈技能（feedforward skills）才刚刚开始发展。该研究不仅为我们深入了解儿童运动控制能力的发展提供了关键线索，也为后续相关研究指明了方向。例如，未来研究可以基于此次研究成果，探索如何更好地促进儿童运动技能的发展，以及如何为运动发育迟缓的儿童提供更有针对性的干预措施。不过，研究也存在一定的局限性，如未收集受试者的智商、协调运动技能等信息，且研究结果仅基于手腕追踪任务，未来需要通过其他运动任务和更广泛的年龄范围进行验证。但这并不影响此次研究的重要价值，它为我们打开了一扇通往儿童运动控制能力发展世界的新窗口，激励着科研人员在这一领域不断探索前行。
