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數學不靈光,是腦回路上有差距?
2019-11-18 06:13:39 來源: 科技日報
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        人從認識數字到理解數字,直到數學思維的建立,從神經解剖學和神經生理學角度,我們大腦的神經網絡是如何構建和活動的,具體過程是怎樣的?科學家們至今還在研究中。

        “門前大橋下遊過一群鴨,快來快來數一數,二四六七八。”這首數字歌,伴隨著很多人的童年,2、3歲的小朋友就能唱得滾瓜亂熟。不過數字背的熟,就等于會數數嗎?格塞爾嬰幼兒發展量表是目前臨床醫生用來測量嬰幼兒發育水平的權威評估工具,在量表中,直到42月齡時,才首次出現和計數相關的評估項目,大多數發育正常的幼兒在此年齡階段會用手指著物體數到5。

        日前據美國《華盛頓郵報》網站報道,研究人員通過實驗發現,嬰兒在能夠大聲説出數字之前很久就能理解數字的某種重要性了,僅14個月大的幼兒即能認識到數數與數量有關,展示了嬰兒大腦是如何向著復雜抽象思維的能力發展。目前該研究還只是停留在行為學觀察層面,其結果還需要通過神經電生理學、功能影像學等方法,進行更深層面的驗證。

        人從認識數字到理解數字,把一個個抽象的數字符號和具體事物的數量聯係在一起,直到數學思維的建立,從神經解剖學和神經生理學角度,我們大腦的神經網絡是如何構建和活動的,具體過程是怎樣的?科學家們至今還在研究之中。

        1歲的孩子就能“識數”?

        在報道中,研究人員與嬰兒玩捉迷藏遊戲。他們給14月齡和18月齡的嬰兒看了4件玩具,然後把這些玩具藏在一個盒子裏。嬰兒看不到盒子的內部,但可以伸手把玩具拿出來。當把玩具放到玩具箱後,告訴嬰兒有4件玩具的時候,嬰兒們之後會拿更多的玩具;而用“這只”或取名代替數字的時候,嬰兒不會去拿多件玩具。這個結果讓研究人員們感到驚訝,因為早先的研究已經表明,盡管小孩時常能從1數到10,但他們要等到4歲左右才會真正明白這些數字意味著什麼。

        那麼嬰幼兒到底多大才能理解數字,並且真正的學會數數呢?

        “格塞爾嬰幼兒發展量表直到42月齡才首次對計數提出要求,之前的所謂‘數數’準確地説,應該是一種記憶和順序的背誦,就像背歌謠、背唐詩一樣,孩子可能並不理解‘數’到底是什麼。”天津市兒童醫院康復醫學科主任趙澎介紹説,隨著腦發育,孩子對于數字的理解能力將不斷提升,到4歲時,大多數孩子可以指著物體從1數到9。

        針對報道提及的研究,趙澎表示,除了一些神經發育較為成熟,或經過特殊教育訓練的嬰幼兒外,多數孩子在14個月月齡時還不能建立起真正的計數能力。這個研究的評估手段還僅限于行為學觀察,還未上升到腦科學層面的研究,缺乏功能影像學、神經電生理等進一步的研究證實。以嬰幼兒是否伸手去判斷其對計數的反應,這種評價方式是否科學,試驗中如何去除其他混雜因素的影響?由此即推論14個月大的孩子已經理解了數字的含義可能還為時尚早。

        大腦發育微觀變化與數字認知密切相關

        那嬰幼兒又是怎麼學會把背誦的數字和真正的數數聯係在一起的?“人對于數字理解能力的提升是一個循序漸進的過程,是多種能力的綜合體現,這包括智力水平、社交學習能力,以及注意力等等。”趙澎説,要具備這些能力,都離不開大腦神經係統發育的生理基礎,以及與之伴隨的相應腦功能的發育。兒童對于數字的認知與大腦發育的微觀變化密切相關,這些是兒童學會計數的生理基礎。

        大腦發育的生理基礎主要包括以下三方面內容。首先是神經突觸的修剪和精化。信息傳遞需要神經元之間的聯係,這種聯係就是依靠神經突觸完成的。在孩子出生的最初一兩年內,突觸的生長非常旺盛。隨著生長發育,最終功能性不明確的突觸被修剪下來,突觸精化後連接成了大腦高速公路網,各通路都與其功能一一對應,比如負責視覺、觸覺、運動功能等。其次是腦回路的分化。人在出生前,腦回路的分化就已經達到一定程度,出生後通過不斷發育,青春期前後基本類似于成年人。腦回路分化程度越高,其功能區的分化就越精細。第三是白質的髓鞘化。髓鞘就像包裹在電線外面那層絕緣層,人大腦的神經細胞相對處于液態環境,傳遞信息的神經纖維就像電線一樣,如果電線絕緣不好的話,就會“亂竄電”,信息傳遞就會有散失。早期嬰兒髓鞘中水的含量很高,而膽固醇、神經鞘磷脂的含量很低,這種情況下,嬰幼兒很難集中注意力,這種白質的髓鞘化需到5歲以後才能基本成熟。

        “隨著這些微觀的生理逐漸發育,大腦的功能也會逐漸強大。”趙澎解釋説,孩子是否能夠建立良好的學習理解能力,不僅取決于其智力發育水平是否正常,還需要具備正常的社交學習能力,以及是否存在注意力缺陷、衝動情緒等。這些功能對于兒童的學習進程缺一不可,都會不同程度地影響兒童對于計數的認知。比如大多數孤獨症譜係障礙、唐氏綜合徵兒童,都很難學會計數。

        目前已知計數功能主要和大腦頂葉有關,包括緣上回和角回。這個功能區主要與疼痛觸摸、溫度覺、壓力感覺有關,同時該區域與數學和邏輯有關。頂葉大小在一定程度上和一個人的數學能力成正比。頂葉後區體積越大,數學邏輯思維方面的能力越強。研究發現,如果頂葉後區受損,就會導致成年人喪失算數能力,而兒童這個區域發育不良或受損,就會發生對于數學的特發性學習障礙。

        “隨著腦發育的不斷成熟,孩子對于數字的理解能力也隨之增強,這種增強是一個由量變到質變的功能進步過程,到一定的年齡階段會出現飛躍。”趙澎介紹説,比如一些嬰幼兒三歲多的時候只會從1數到5,幾個月後突然能數到9。還有的家長發現,孩子到了5歲,突然就對數學開竅了,以前可能連最簡單的2+1都不理解的孩子,突然會計算了。這是因為大部分兒童到5歲左右時,腦發育已經相對成熟。孩子對于數字理解的飛躍是其腦發育進程的最終體現,是一個由量變到質變的功能進步過程。由此可見,在腦發育尚未成熟的早期階段,過早、過多地給予孩子數學教育不一定就會産生良好的效果。

        計數能力強弱到底和什麼有關

        “嬰幼兒學會計數是和大腦發育的進程密切相關的,現在已知角回和緣上回與計數能力相關,角回和緣上回越發達,分化越精細,功能就越好,其數學能力可能就越強。”趙澎説。

        在學習中,很多人可能會存在偏科的現象,即使這些人的腦功能沒有任何損傷和病變,但是和數學相關的學習有時會不靈光。對此趙澎表示,數學作為基礎學科,需要循序漸進的學習積累,有些人可能對數學沒有興趣或有畏難情緒,學習不足或逃避,或是有注意缺陷,多動行為,衝動情緒,缺乏責任感,長期缺乏專門的訓練,久而久之惡性循環,數學成績也就越來越差。

        研究表明,大腦左右半球分工不同。大腦右半球側重美術、音樂、文學等感性的思維,而左半球側重數字等邏輯的思維,一般人的大腦雙側半球發育並不均衡。但是這種發育的不均衡是如何形成的,目前研究尚未得出最終的結論。

        通過對愛因斯坦大腦進行研究發現,其大腦內的星型膠質細胞數量比一般人多,負責數學的大腦區域——頂葉也比一般人大20%左右,這些可能是愛因斯坦數學思考能力比一般人更強的原因。不過數學能力強,到底是大腦先天這部分功能就強大,還是後天經過訓練導致大腦部分區域分化強于一般人?大腦神經膠質細胞增多和數學能力有何關係,起什麼作用?對于這些問題,趙澎表示,對于腦科學的研究是沒有止境的,雖然大腦的功能分區早已確定,但關于角回和緣上回在數學學習中起的具體作用,數學學習相關的具體腦網絡進程是怎樣的,不同個體左右腦的差異是如何形成的,這些問題有待于科學家們進一步運用神經解剖、神經電生理、功能影像學等手段尋找答案。

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【糾錯】 責任編輯: 鐘艷平
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