一項由帝國理工學院與聖露西亞基金會以及羅馬的卡西利諾醫院合作進行的研究，藉助可穿戴手環設備，為監測嬰兒的運動提供了一種新方法；也對嬰兒反射（比如踢腿）活動如何發展等問題，提供了新的認識。此外，這些觀點與手環設備也可用於發現運動障礙的早期跡象，比如腦癱。研究結果發表在《Science Advances》期刊上。
當嬰兒還只是子宮內胎兒時，就開始出現踢腿活動，而直到4個月大時，嬰兒才會本能地踢腿。踢腿就像在成人身上所發現的保護性反射一樣，比如使手迅速遠離熱源。但是，神經元層面的動作是如何產生的，人們對此了解甚少，這是因為以前不做手術就無法對單個神經細胞進行詳細分析。
現在，帝國理工學院和聖露西亞基金會的研究人員已經研發出一種非侵入性手環設備，使其可以佩戴在自由踢動的嬰兒腿上，從而在無需手術的情況下，監測神經元活動。該系統可以對體表的電場電位進行解碼，並以數學方式逆轉其產生過程，從而識別脊髓的神經活動。
研究人員通過這種可穿戴手環設備發現，與成人的快速腿部運動不同，脊髓中的神經元在完全相同的時間內集中活動，從而產生了嬰兒的踢腿動作。研究人員說，這種「完全一致的同步」增加了附著在神經上的肌肉所產生的力量，這也解釋了為什麼嬰兒踢腿相對有力且快速，即使他們的肌肉還很弱小和緩慢。
該研究的第一作者是帝國理工學院生物工程系的達裡奧·法琳娜（Dario Farina）教授，他說道：「這是關於胎兒和嬰兒如何發育的一個基礎性發現。這一發現以及幫助我們得到這一發現的新技術，可以幫助人們監測嬰兒的發育情況，並在早期發現腦癱等運動障礙的跡象。」
羅馬大學託爾·維加塔（Tor Vergata）教授以及聖露西亞基金會的弗朗西斯科·拉奎尼蒂（Francesco Lacquaniti）教授為該研究的共同作者，他們補充說道：「這款新的監測手環設備是一項令人激動的技術成果，它可以幫助我們監測嬰兒是否存在運動障礙的跡象，以便我們能夠儘早進行診斷和治療。」
基礎性發現
可穿戴手環設備能夠佩戴在小腿上，該設備包含一個神經肌肉接口，可記錄皮膚上的電信號。然後，它對這些信號及其時間進行解碼，從而計算出哪些脊髓神經元在集中活動，以及其集中活動的速度如何。
他們以4名2-14天大的自由踢腿的健康嬰兒，以及12名做各種動作的成年男子為研究對象，對這一可穿戴手環設備進行了測試。他們發現，在嬰兒身上，所有神經元都會聚集在一起，進行集中活動，從而產生踢腿的動作，但成年個體的同步性明顯降低。
法琳娜教授說道：「對人類的生存和健康來說，產生快速運動至關重要。嬰兒在出生後幾天就已經可以踢得非常快，現在我們知道，他們是利用所有的脊柱神經同時進行這一項踢腿活動。」
進化優勢？
人們認為嬰兒踢腿可以加強腿部肌肉，並為嬰兒翻身並最終學會走路做準備。但是，研究人員表示，這些發現可能暗示了另一種生存優勢。
該研究的第一作者德爾維奇奧博士（來自法琳娜教授研究小組）說道：「踢腿的力量和速度，以及神經活動的同步性，可能表明踢腿對嬰兒有更直接的保護優勢。也許嬰兒通過進化發展出如此強烈的踢腿，是為了避免潛在的危險，比如捕食者。」
研究人員現在正在研究監測患有腦癱等運動障礙的嬰兒的脊髓神經元。他們希望他們的研究能夠幫助開發新的臨床標識物，可用於這些類型疾病的早期診斷。
文章信息：
A. Del Vecchio el al., "Spinal motoneurons of the human newborn are highly synchronized during leg movements," Science Advances (2020). advances.sciencemag.org/lookup … .1126/sciadv.abc3916
編譯作者：裡爾（brainnews創作團隊）
校審：Simon（brainnews編輯部）