Introduction

Przez ostatnie cztery dekady jeden z nas (GFM) badał czynniki wpływające na rozwój preferencji użycia rąk u niemowląt jako sposób na zrozumienie, w jaki niemowlęce doświadczenia sensomotoryczne przyczyniają się do rozwoju różnic półkulowych w przetwarzaniu języka (por. Michel, 1988, 1991). Teoretyczne podstawy tej pracy wywodzą się częściowo z teorii Piageta (1952) i Brunera (1973), którzy zaproponowali, by doświadczenia sensomotoryczne niemowląt stanowiły podstawę formowania się symboli, umiejętności językowych, tworzenia pojęć i rozumowania. Również psychobiologiczne dowody rozwojowe dotyczące tego, jak funkcjonowanie układu nerwowego może być kształtowane przez wczesne doświadczenia, zostały wykorzystane do poparcia tezy, że preferencje rąk u niemowląt mogą kształtować funkcjonalną lateralizację półkul mózgowych (Michel, 1998, 2002). Ponieważ większość badań neuropsychologicznych była i jest prowadzona w ramach założenia, że półkulowa specjalizacja funkcji wynika z kontrolowanych przez geny różnic w strukturalnej organizacji obu półkul, preferencje dotyczące rąk i związane z nimi funkcje poznawcze są często uważane za pochodne specjalizacji półkulowej, a nie za czynniki przyczyniające się do niej. Jednak w ostatniej dekadzie niektóre formy teorii ucieleśnienia (np. Barsalou, 2008; Casasanto, 2009) ponownie otworzyły teoretyczne rozważania na temat tego, że doświadczenia sensomotoryczne mogą przyczyniać się do funkcjonalnej organizacji mózgu.

Niektóre formy teorii ucieleśnienia (np. Barsalou, 2008; Casasanto, 2009, 2011) proponują, że rozwój symbolicznej wiedzy poznawczej i społecznej zależy od sensomotorycznego zaangażowania jednostki w towarzystwo społeczne i obiekty fizyczne w okresie niemowlęcym. Wokalizacje niemowlęcia, mimika twarzy i postawy ciała (jako działania sensomotoryczne) wywołują działania towarzyszy społecznych, którzy dostarczają rozwijającemu się niemowlęciu informacji o zasadach zaangażowania społeczno-relacyjnego. Jest to podobne do tego, jak manipulacja przedmiotami ujawnia właściwości przedmiotów, ich relacje i zasady łączenia. To, w jaki sposób niemowlęta angażują się w te aspekty swojego środowiska, kształtuje funkcjonowanie i strukturę ich mózgu (Boulenger i in., 2009), co z kolei wpływa na ich rozwój poznawczy i społeczny. Jeśli więc istnieją różnice grupowe w takich wzorcach zaangażowania, to powinny istnieć różnice grupowe w zdolnościach poznawczych i społecznych. Jednym ze sposobów sprawdzenia, czy takie zaangażowanie w przedmioty kształtuje rozwój poznawczy, byłoby porównanie rozwoju poznawczego grup osób, które w okresie niemowlęcym w różny sposób angażują się w świat.

Proponujemy, że rozwój preferencji ręki u niemowląt tworzy grupy niemowląt, które w różny sposób angażują się w świat i dlatego powinny one rozwijać różnice w funkcjonowaniu poznawczym. Teza ta jest zgodna z hipotezą specyficzności ciała Casasanto (2011) oraz z tezą tego numeru specjalnego Frontiers (Wkład doświadczenia sensomotorycznego w rozwój poznawczy). Dokonujemy krótkiego przeglądu niektórych z naszych badań, które pokazują, że spójne preferencje rąk u niemowląt przewidują postępy w rozwoju języka, używania narzędzi i umiejętności konstruowania przedmiotów. Proponujemy, by te postępy nie tylko przyczyniały się do indywidualnego rozwoju języka, tworzenia pojęć i rozumowania, ale także do indywidualnej funkcjonalnej organizacji mózgu.

Zjawisko preferencji ręki

Hand preferences in adults are related to differences in hemispheric specialization for language skills (e.g., Corballis, 2009; Häberling i in., 2015), różnicami w przetwarzaniu słów między półkulami (np. Willems i in., 2010) oraz niezwykle szerokim zakresem różnic w wydajności w zadaniach dotyczących funkcjonowania poznawczego, społecznego i emocjonalnego (Annett, 2002). Co więcej, najwyraźniej atypowy rozwój preferencji ręki wydaje się być związany z niemal każdym problemem zdrowia psychicznego i medycznego (np. Michel i in., 2013b, s. 207-208). W związku z tym, niektórzy badacze twierdzą, że badanie zdolności poznawczych i społecznych różnych grup preferencji ręki jest idealnym testem do oceny teorii ucieleśnienia (np. Casasanto, 2009). Preferencja ręki reprezentuje różne wzorce specjalizacji półkulowej, a taka specjalizacja może być istotna dla manifestacji specyficznych aspektów funkcjonowania poznawczego, społecznego i emocjonalnego. Dlatego rozwój preferencji ręki powinien odnosić się do typowego i nietypowego rozwoju wielu funkcji psychologicznych.

Jednakże, zanim zrozumiemy, w jaki sposób preferencje ręki mogą przyczynić się do zmienności ucieleśnionych doświadczeń poznawczych, musimy najpierw zrozumieć, jak rozwijają się preferencje ręki. Preferencje dotyczące rąk są produktem wielopłaszczyznowych procesów rozwojowych, które rozpoczynają się przed urodzeniem i rozwijają się we wczesnym niemowlęctwie (Michel i in., 2013b). Stwierdziliśmy, że preferencje dotyczące rąk rozwijają się w sposób kaskadowy, z preferencjami dla wcześniej rozwijających się umiejętności manualnych (np. sięganie, chwytanie/nabywanie), które łączą się z preferencjami dla później rozwijających się umiejętności (np. manipulacja jedno- i dwumanualna, konstruowanie artefaktów i używanie narzędzi). Zaobserwowaliśmy, że preferencja ręki do nabywania przedmiotów zaczyna się przejawiać przed 6 miesiącem życia, staje się widoczna w okresie 6-12 miesięcy, a następnie maleje (Michel, 2002; Ferre i in., 2010; Michel i in., 2014). Ponadto, mimo że umiejętności manipulacji jednoręcznej rozwijają się do 7-8 miesiąca życia, dopiero w 10-11 miesiącu życia niemowlęta wykazują preferencję ręki do manipulacji jednoręcznej, a preferencja ta pokrywa się z preferencją nabywania (Campbell i in., 2015a). Do 13-14 miesiąca życia następuje znaczący wzrost preferencji ręki do manipulacji dwumanualnych zróżnicowanych pod względem roli (RDBM, Babik i Michel, 2016). Preferencja ręki dla RDBM wydaje się stabilizować do 18 miesiąca życia (Nelson i in., 2013), przy czym 80% maluchów utrzymuje tę samą preferencję do 24 miesiąca życia. Stała preferencja ręki do RDBM prawdopodobnie wpływa na rozwój preferencji ręki do używania narzędzi, ponieważ RDBM jest wzorcem manipulacji obiektem charakterystycznym dla większości czynności związanych z konstruowaniem i używaniem narzędzi w ciągu całego życia (Vauclair, 1984). Chociaż preferencja prawej ręki dominuje we wszystkich umiejętnościach manualnych niemowląt, preferencje rąk wydają się być rozmieszczone w sposób ciągły u niemowląt (podobnie jak preferencje rąk u dorosłych, Annett, 2002).

Aczkolwiek około 12% niemowląt ma stałą preferencję lewej ręki (Michel i in., 2014), preferencja lewej ręki nie wydaje się być tak solidna jak preferencja prawej. Po części może to być konsekwencją wpływu matki na rozwój preferencji ręki u niemowląt (Harkins i Michel, 1988; Michel, 1992, 1998; Mundale, 1992, niepublikowane). Praworęczne matki nieumyślnie angażują użycie prawej ręki dziecka podczas zabawy przedmiotami (Michel, 1998). W przeciwieństwie do tego, chociaż leworęczne matki częściej używają lewej ręki podczas zabawy z niemowlętami, to różnica w użyciu ręki jest niewielka w porównaniu z przeważającym użyciem prawej ręki przez matki praworęczne. Tak więc niemowlęta praworęcznych matek o preferencji lewej ręki (większość niemowląt preferujących lewą rękę) są prawdopodobnie zachęcane (przez działania matki podczas społecznie interaktywnej zabawy przedmiotami) do używania prawej ręki znacznie bardziej niż niemowlęta leworęcznych matek o preferencji prawej ręki (mniejszość niemowląt preferujących prawą rękę) są zachęcane do używania lewej ręki. Rzeczywiście, niemowlęta początkowo przejawiające preferencję lewej ręki w nabywaniu przedmiotów, które miały matki preferujące prawą rękę, znacznie zmniejszyły swoją preferencję lewej ręki do 11 miesiąca; podczas gdy niemowlęta początkowo przejawiające preferencję prawej ręki, które miały matki preferujące prawą rękę, wzmocniły swoją preferencję prawej ręki do 11 miesiąca (Michel, 1992).

Assessing Hand Preference Development Using a Trajectory Based Analysis

Ekspresja preferencji ręki u niemowląt odzwierciedla konsekwencje niedojrzałego, ale szybko rozwijającego się układu nerwowego, a ekspresja może się różnić w zależności od takich czynników jak rytm okołodobowy, pobudzenie sytuacyjne oraz rozwój innych zdolności neuromotorycznych, takich jak kontrola posturalna i lokomocja (Corbetta i Thelen, 2002; Babik i in., 2014). Co więcej, identyfikacja preferencji wydaje się być wrażliwa na różne procedury i warunki oceny (Campbell i in., 2015b). Dlatego też ocena preferencji ręki u niemowląt wymaga projektów podłużnych, wykorzystujących zadania, które są stosunkowo podobne, w zależności od wieku, pod względem wyzwania manualnego, jakie stanowią dla niemowlęcia. Umiejętności nabywania obiektów mogą być wykorzystane do oceny rozwoju preferencji dotyczących rąk w okresie od 6 do 14 miesiąca życia, ponieważ ta umiejętność manualna jest powszechna w repertuarze niemowlęcia, ale jest wystarczająco wymagająca, aby wywołać preferencje dotyczące rąk w tym okresie wiekowym. Co więcej, jest ona włączona do wszystkich innych umiejętności manualnych związanych z manipulowaniem przedmiotami (konstruowanie przedmiotów i używanie narzędzi). Preferencja ręki w sięganiu i kontakcie z obiektem przewiduje preferencję ręki w nabywaniu obiektów (Michel i Harkins, 1986), a preferencja ręki w nabywaniu obiektów przewiduje preferencję ręki w jednoosobowej manipulacji obiektami (Hinojosa i in., 2003; Campbell i in., 2015a) i RDBM (Nelson i in., 2013; Babik i Michel, 2016). Tak więc, wcześnie rozwijająca się preferencja ręki w nabywaniu obiektów jest kluczowa dla rozwoju preferencji ręki dla innych bardziej zaawansowanych umiejętności manualnych.

Postawiliśmy hipotezę, że powinny istnieć spójne trajektorie rozwojowe dla preferencji ręki w nabywaniu obiektów, pomimo pewnych różnic w wieku oceny. Dziewięć comiesięcznych ocen w okresie 6-14 miesięcy pozwoliło na wiarygodną identyfikację czterech utajonych grup zgodnie z ich wzorcem trajektorii rozwojowych przy użyciu grupowego modelowania trajektorii (GBTM, Nagin, 2005; Michel et al., 2013a). Stwierdziliśmy, że 32% z 380 niemowląt miało stałe preferencje prawej ręki od 6 do 14 miesiąca życia, 12% miało stałe preferencje lewej strony, a 26% miało trajektorię rozwoju zmierzającą w kierunku późniejszego rozwoju preferencji prawej strony. Pozostałe 30% niemowląt miało spójną trajektorię używania rąk, która nie wykazywała różnic w używaniu rąk w różnych grupach wiekowych. Hierarchiczne modelowanie liniowe (HLM, Raudenbush i in., 2004) potwierdziło, że niemowlęta przypisane do tych czterech klas latentnych wykazywały znacząco różne trajektorie w rozwoju preferencji ręki. Niemowlęta z preferencją prawej ręki ustaliły tę preferencję do 6 miesiąca życia i utrzymywały ją przez następne 9 miesięcy (z lekkim spadkiem używania prawej ręki w 13 i 14 miesiącu życia). Niemowlęta z preferencją lewej ręki nie ustaliły tej preferencji przed 8 miesiącem życia, ale utrzymują ją w późniejszym okresie. Niemowlęta z tendencją do preferencji prawej ręki zaczynają w wieku 6 miesięcy bez preferencji, ale mają ustaloną preferencję prawej ręki do 14 miesiąca. Te niemowlęta bez preferencji prawej ręki utrzymują ją przez cały okres 6-14 miesięcy. Tak więc, na początku drugiego roku życia, preferencje rąk wykazują wspólny charakter preferencji prawej dla większości i lewej dla około 12% niemowląt i około 30% z niejasnymi preferencjami. Oczywiście, liczba zidentyfikowanych grup jest mniej ważna niż świadomość, że tylko poprzez zbieranie takich danych podłużnych można zidentyfikować spójność pomiędzy okresami oceny. To właśnie te spójne preferencje odzwierciedlają działanie mechanizmów neuronalnych, które powinny przyczynić się do rozwoju innych mechanizmów związanych z funkcjonowaniem poznawczym.

Hand Preference and Language

Rozwój umiejętności manualnych dynamicznie zmienia sposób, w jaki niemowlęta doświadczają swojego świata, a różne zmiany w umiejętnościach motorycznych zostały powiązane ze zmianami w zdolnościach językowych (np., Iverson, 2010). Tutaj podkreślamy nasze badania podłużne, które wykorzystały podejście oparte na trajektorii w celu scharakteryzowania preferencji ręki i zajmujemy się tym, jak trajektorie preferencji ręki mogą być różnie związane z nabywaniem języka.

Nelson i wsp. (2014) postawili hipotezę, że spójna preferencja ręki u niemowląt była markerem zaawansowanych umiejętności manipulacji obiektami, podczas gdy niespójna preferencja byłaby wskaźnikiem niższego poziomu umiejętności i być może innego wzorca specjalizacji półkulowej. Nelson i wsp. (2014) opisali trajektorie w czasie i kierunku preferencji ręki wśród dzieci ocenianych co miesiąc jako niemowlęta (6-14 miesięcy), a następnie jako maluchy (18-24 miesiące): dzieci z konsekwentną preferencją prawej ręki jako niemowlęta, które pozostały praworęczne jako maluchy, oraz dzieci bez konsekwentnej preferencji ręki jako niemowlęta, które stały się prawo- lub leworęczne jako maluchy. Stałość i niespójność preferencji ręki w okresie od niemowlęctwa do dzieciństwa wyjaśnia 25% wariancji zdolności językowych w wieku 2 lat. Ponadto, konsekwentna preferencja prawej ręki od niemowlęctwa była związana z zaawansowanymi umiejętnościami językowymi. Gonzalez et al. (2015) rozszerzyli tę pracę, aby uwzględnić wyniki językowe w wieku 3 lat w tej samej próbie i odkryli, że dzieci z konsekwentną trajektorią preferencji ręki jako maluchy miały wyższe wyniki w zakresie języka ekspresyjnego. Tak więc, wczesne, spójne preferencje rąk mogą ułatwić rozwój języka (Nelson i in., 2014; Gonzalez i in., 2015). Chociaż potrzeba jeszcze więcej prac, Michel i wsp. (2013a) wykorzystali teorię schematów Arbiba (Arbib, 2006) do nakreślenia niektórych mechanizmów, dzięki którym doświadczenie sensomotoryczne związane z preferencją ręki może przyczynić się do neuronalnej kontroli ekspresyjnych umiejętności językowych.

Hand Preference and the Manual Control of Objects

Rozsądnie jest założyć, że niemowlęta z preferencją ręki do angażowania się w przedmioty rozwiną większą sprawność manualną i biegłość w posługiwaniu się preferowaną ręką i że preferencja ta wpłynie na rozwój ich manualnej kontroli nad przedmiotami. Konstruowanie obiektów wymaga ręcznego łączenia wielu obiektów w jedną, jednoczącą strukturę, taką jak układanie klocków w wieżę lub składanie puzzli (Marcinowski, 2015). Konstruowanie obiektów zostało ostatnio powiązane z różnymi umiejętnościami poznawczymi w późniejszym wieku, w tym zdolnościami matematycznymi (Wolfgang i in., 2003; Nath i Szucs, 2014), językowymi (Marcinowski i Campbell, 2015) i umiejętnościami wizualno-przestrzennymi (Caldera i in., 1999; Levine i in., 2011; Verdine i in., 2014).

Marcinowski (2015) stwierdził, że niemowlęta ze stałą preferencją ręki rozwijają układanie w stos szybciej w okresie 10-14 miesięcy niż niemowlęta bez preferencji ręki. Niemowlęta konsekwentnie preferujące lewą i prawą rękę przejawiały większą umiejętność układania w stosy w wieku 14 miesięcy niż niemowlęta bez konsekwentnej preferencji ręki. Co więcej, niemowlęta z tendencją do preferowania prawej ręki nie różniły się w rozwoju umiejętności układania w stos od niemowląt bez tej preferencji. Ponieważ grupa z preferencją prawej strony nie wykazywała preferencji ręki w okresie 6-9 miesięcy, zanim zaczęto oceniać układanie przedmiotów w stosy, prawdopodobnie nie rozwinęły one biegłości manualnej potrzebnej do układania przedmiotów w stosy (Chen i in., 2010). Tak więc spójność preferencji ręki zmienia związek między preferencją ręki a umiejętnością poznawczą konstruowania obiektów.

Również Kotwica i in. (2008) donoszą, że niemowlęta ze spójnymi preferencjami ręki w czterech okresach oceny (w wieku 7, 9, 11 i 13 miesięcy) są bardziej skuteczne w umiejętności zarządzania obiektami, jaką jest przechowywanie obiektów, niż niemowlęta bez spójnych preferencji w tym okresie. Kiedy niemowlęta otrzymują wiele zabawek (jedną na raz), muszą rozwinąć umiejętność manipulowania i zarządzania tymi przedmiotami tak, aby były one dostępne dla przyszłych interakcji. Niemowlęta ze stałą preferencją rąk wykazywały większe umiejętności w zakresie przechowywania obiektów, takie jak umieszczanie obiektów w miejscach dostępnych dla ręki oraz przenoszenie międzymanualne, niż niemowlęta bez preferencji rąk (Kotwica i in., 2008). Poprzez bardziej efektywne przechowywanie obiektów, niemowlęta z preferencją ręki mogą badać właściwości obiektów, rozumieć relacje między obiektami i „planować” działania bardziej efektywnie niż niemowlęta bez preferencji (por. Bruner, 1973). Rzeczywiście, Bruner (1973) uważał, że umiejętności przechowywania obiektów są ważne dla rozwoju reprezentacji symbolicznej (a więc rozwoju języka), ponieważ nieużywany, ale przechowywany obiekt musi być mentalnie reprezentowany przez niemowlę, aby później go odzyskać.

Używanie narzędzi jest kolejną ważną umiejętnością poznawczą, która często obejmuje naśladowanie złożonych działań, planowanie, podejmowanie decyzji oraz zdolność do uwzględniania przestrzennych i czasowych cech obiektów, ich właściwości i sytuacji. Wielu twierdzi, że używanie narzędzi wymaga zaawansowanego myślenia symbolicznego i reprezentacyjnej analizy środka-końca (Bates i in., 1980), zaawansowanego rozumienia przyczynowego (Carpenter i in., 1998; Buttelmann i in., 2008) oraz osiągnięcia rozumowania przestrzennego, które pozwala na koordynację wielu ruchomych ram odniesienia (Lockman, 2000). Fraz i wsp. (2014) badali rozwój umiejętności posługiwania się narzędziami longitudinalnie od 10 do 14 miesiąca życia u 60 niemowląt z preferencją prawej, lewej lub bez preferencji ręki do nabywania przedmiotów. Stwierdzili, że niemowlęta ze stałą preferencją prawej lub lewej ręki przewyższały te bez preferencji ręki w liczbie pomyślnie zakończonych czynności związanych z używaniem narzędzi w wieku 10, 11 i 12 miesięcy. Jednak po 12 miesiącach różnice między grupami preferencji ręki przestały być istotne statystycznie. Fraz i wsp. (2014) doszli do wniosku, że wczesny rozwój spójnych preferencji w zakresie posługiwania się ręką przy nabywaniu przedmiotów ułatwia pojawienie się umiejętności poznawczej posługiwania się narzędziami. Pokazaliśmy zatem, jak podłużne oceny spójności preferencji rąk odnoszą się do rozwoju manipulacji przedmiotami, które są uważane za przyczyniające się do rozwoju symbolicznych zdolności poznawczych.

Wniosek

Wykazaliśmy, że wcześnie ustalone preferencje rąk (ujawnione przez ich spójność w ocenach podłużnych) w zakresie nabywania obiektów i manipulacji przedmiotami istotnie przewidują zaawansowanie rozwojowe tak ważnych elementów rozwoju poznawczego, jak język ekspresyjny, konstruowanie obiektów, umiejętności zarządzania obiektami i używanie narzędzi. Dlatego ważne jest, by przy badaniu wzorców funkcjonowania neurobehawioralnego i rozwoju poznawczego brać pod uwagę podłużną spójność preferencji ręki u niemowląt. Nasze wyniki są zgodne z przewidywaniami hipotezy specyficzności ciała Casasanto (2009, 2011). Posiadanie bardziej wyćwiczonej, preferowanej ręki może pomóc niemowlętom w rozwijaniu ich sprawności manualnej, a tym samym w zrozumieniu właściwości obiektów. Takie rozumienie, z kolei, może przyczynić się do rozwoju innych zdolności poznawczych, które ujawniają się w konstruowaniu obiektów, używaniu narzędzi i rozwoju języka. Pozostaje do wykazania, jak te różnice w rozwoju preferencji ręki wpłynęły na funkcjonalną organizację mózgu niemowlęcia.

Wkład Autorów

JC, EM, EN, IB i GM stworzyli koncepcję i napisali pracę.

Finansowanie

Przygotowanie tego manuskryptu było wspierane przez NSF grant DLS0716045 przyznany GM i NIH T32HD007376 stypendium przyznane JC i EN.

Oświadczenie o konflikcie interesów

Autorzy oświadczają, że badania zostały przeprowadzone przy braku jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych powiązań, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

.