《Scientific Reports》：The contributions of biological maturity and experience to fine motor development in adolescence
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本研究针对青春期精细运动发展中生物成熟与经验因素的作用不清问题，通过骨龄评估生物成熟度，并区分有无乐器训练经验的青少年群体，采用序列性和重复性手指敲击任务。结果揭示：无特定经验时，复杂序列任务表现主要受骨龄（生物成熟）驱动，而简单重复任务速度则与 chronological age（经验积累）更相关；存在乐器经验时，经验年限成为复杂任务表现的主要预测因子。这为理解青春期运动发展的不同神经基础（如髓鞘化与突触修剪）提供了行为证据，对教育及特殊群体干预有重要意义。
精细运动技能，例如灵活使用双手进行书写、演奏乐器或操作精密工具，是青少年学业成就、未来职业发展乃至日常生活的重要基础。尽管我们已知这些技能在整个青春期会持续发展，但其背后的推动力究竟是何因素，却一直是个复杂的谜题。是单纯随着年龄增长而自然积累的经验在起作用，还是与青春期身体内在的生物成熟过程密切相关？亦或是两者交织影响？以往的研究多依赖于 chronological age（ chronological age, CA）来刻画发展轨迹，但CA无法有效区分“时间流逝带来的经验”和“身体内在的成熟度”。更关键的是，青春期作为大脑结构和功能剧烈重塑的关键期，其生物成熟（通常与青春期启动相关）对神经环路，特别是运动相关皮层的塑造，可能独立于单纯的时间积累。然而，由于缺乏精确、客观的生物学成熟度评估方法（如常用的Tanner分期法存在主观性强、易受偏见影响等局限），使得厘清生物成熟（Biological maturation）与 chronological age（或广义经验）各自贡献的研究面临挑战。
为了解决这一难题，由Andrea Berencsi等人组成的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项研究，他们创新性地采用超声骨龄（Bone age, BA）作为评估青少年生物成熟度的客观指标，并巧妙地将“乐器训练”这一高度结构化的精细运动经验作为关键变量，旨在剥离生物成熟、 chronological age 和特定运动经验对青春期手部精细运动技能发展的独立影响。研究人员招募了225名11.1至16.5岁的青少年，通过超声测量其腕部骨骼的骨化程度来确定骨龄。同时，根据是否有超过一年的正规乐器训练经验，将参与者分为“有乐器经验组”和“无乐器经验组”。所有参与者均完成了两项经典的手指敲击任务（Finger tapping task, FT）：一是要求快速准确地按特定顺序（食指-中指-无名指-小指）触摸拇指的序列手指敲击任务（Sequential finger tapping），用以评估复杂顺序运动能力，其绩效以正确敲击次数/秒（Performance Rate, PR）衡量；二是要求尽可能快地进行食指-拇指对敲的重复性手指敲击任务（Index finger tapping），用以评估最大运动速度。研究者随后分别对两组参与者进行了统计分析，探究骨龄、 chronological age 以及乐器经验年限如何预测其双手在两项任务上的表现。
研究结果清晰地揭示了不同因素的主导作用取决于任务复杂性和个体经验背景。在没有乐器经验的青少年中，骨龄（BA） 是预测其双手在序列手指敲击任务（复杂运动）表现的最显著因素，其相对权重（Rescaled relative weight）在优势手和非优势手分别高达79.76%和73.29%。相反，对于重复性食指敲击任务（简单运动）， chronological age（CA） 则成为更重要的预测因子，其在优势手和非优势手的相对权重分别为62.45%和83.66%。这表明，在缺乏特定训练的情况下，复杂顺序运动的精进更依赖于个体的生物成熟状态，而简单重复运动的速度提升则与随年龄增长的自然经验积累关联更紧密。
然而，一旦引入乐器经验，情况发生了显著变化。在有乐器经验的青少年中，乐器经验年限一跃成为预测其双手序列手指敲击任务表现的最强因子（相对权重在优势手和非优势手分别为62.44%和79.69%），完全掩盖了骨龄和 chronological age 的影响。对于重复性食指敲击任务，乐器经验仅对非优势手表现有显著预测作用。这一结果强有力地证明，长期、结构化的乐器训练所能提供的优质精细运动经验，可以极大地塑造和优化与复杂顺序运动相关的神经环路，其效应甚至超越了生物成熟和自然年龄增长的影响。
为了开展此项研究，作者团队主要运用了几项关键技术方法。首先是利用超声骨龄仪无创、客观地评估参与者的生物成熟度（骨龄），此法优于传统Tanner分期。其次，通过问卷调查明确记录并分组（有/无经验）参与者的乐器训练年限，以此量化特定运动经验。再者，采用定制数据手套精确记录双手在执行序列性和重复性手指敲击任务时的运动序列、时序及准确性，并计算绩效指标（PR和敲击速度/秒）。统计上则运用了多元回归分析和相对权重分析（Relative weight analysis, RWA）来辨析高度相关的骨龄与 chronological age 对运动表现方差贡献的相对重要性，并分别针对有无乐器经验组进行分析。研究样本来源于匈牙利布达佩斯中高社会经济水平地区的学校招募的225名青少年。
研究结果详细分析如下：
无乐器经验组的精细运动表现决定因素
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序列手指敲击任务（复杂运动）：多元回归分析显示，无论是优势手还是非优势手，只有骨龄（BA）是序列手指敲击任务绩效率（PR）的显著预测因子。相对权重分析进一步确认，骨龄的贡献远大于 chronological age。这表明，在没有特定乐器训练的情况下，青少年执行复杂顺序运动的能力提升，主要得益于其生物成熟进程，这可能与青春期大脑皮层（如运动皮层）依赖于成熟度的突触修剪（Synaptic pruning）过程，从而优化网络效率有关。
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重复性食指敲击任务（简单运动）：对于此项任务， chronological age（CA）成为更重要的预测指标，尤其是在非优势手。这表明简单重复运动速度的提升，可能与随年龄增长而持续进行的白质发育（如 corticospinal tract（皮质脊髓束）的髓鞘化（Myelination）和轴突增粗）更为相关，这是一个相对更依赖于时间的过程。
有乐器经验组的精细运动表现决定因素
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序列手指敲击任务（复杂运动）：在此组中，乐器经验年限成为预测双手序列任务表现的唯一显著且贡献度最大的因子。骨龄和 chronological age 的影响变得不显著。这强烈提示，长期乐器训练所诱导的脑可塑性变化（例如运动皮层的功能重组、长程连接效率提升）能够主导复杂运动技能的发展，其效应足以覆盖生物成熟和自然经验积累的基础作用。
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重复性食指敲击任务（简单运动）：乐器经验仅对非优势手的重复敲击速度有显著预测作用，而对优势手无显著影响。这可能因为优势手的简单运动能力在日常活动中已得到较多锻炼，而非优势手则能从结构化训练中获得更明显的提升。
讨论与结论
本研究成功分离了生物成熟、 chronological age 和特定经验在青春期精细运动发展中的不同作用。研究发现，生物成熟（以骨龄为代表）是驱动复杂顺序运动技能发展的关键因素，尤其在缺乏高度结构化经验的情况下。研究者推测，这背后可能反映了青春期大脑皮层（特别是前额叶、顶叶等与运动规划和序列执行相关的区域）依赖于成熟度的突触修剪过程，该过程能提高神经网络效率。而简单重复运动速度则主要与 chronological age 相关，提示其神经基础更可能在于贯穿发育期的、相对缓慢的白质髓鞘化过程，这保证了神经信号传导速度的稳步提升。
最具启发性的发现在于，当存在高质量、高强度的特定运动经验（如乐器训练）时，经验积累的量变可以引发质变，成为复杂运动表现的主要决定力量。这表明青春期大脑具有显著的经验依赖性可塑性，长期训练能够深刻重塑运动神经网络，其效果甚至可以超越固有的生物成熟时间表。这种可塑性在双手上表现出相似的模式，说明其影响是双侧的、不依赖于利手性。
该研究的结论强调了在青少年技能培养中，既要认识到生物成熟规律的基础性，也要高度重视提供结构化训练机会的重要性。对于存在神经发育障碍（如发育性协调障碍、自闭症谱系障碍等）且常伴有精细运动困难和异常青春期成熟的群体，结合骨龄评估与行为、神经生理学测量（如弥散张量成像DTI、静息态功能磁共振成像rs-fMRI）的未来研究，将为了解其运动学习能力与青春期发展的关系开辟新途径。总之，这项工作深化了我们对青春期运动发展机制的理解，凸显了生物成熟与经验在塑造青少年大脑与行为中的动态交互作用。
