珠心算訓(xùn)練兒童加法心算的ERP早成分研究

1、 可復(fù)制、編制，期待你的好評與關(guān)注! 珠心算訓(xùn)練兒童加法心算的ERP早成分研究(1濰坊醫(yī)學(xué)院，山東濰坊261042；2徐州師范大學(xué)語言研究所，江蘇徐州22l 116)心理發(fā)展與教育2008年第03期摘要：采用事件相關(guān)電位(ERP)的方法，對32名兒童進(jìn)行了雙位數(shù)加法心算實驗。探討了珠心算訓(xùn)練方式對兒童加法心算加工早期感知覺的影響。研究結(jié)果表明，與非珠心算訓(xùn)練兒童相比，在加法心算過程的早期階段，珠心算訓(xùn)練兒童枕部P1、額中央?yún)^(qū)的Nl波幅增大，而顳枕區(qū)N170以及額中央?yún)^(qū)P2波幅減小。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)珠心算訓(xùn)練對兒童心算過程的早期感知有顯著影響。關(guān)鍵詞：珠心算；ERP；早成分；感知覺1 引言珠算式心

2、算(mental abacus calculati伽)簡稱珠心算，是以珠算為基礎(chǔ)，依靠人的視覺、聽覺、觸覺等把抽象的數(shù)字變成直觀算盤珠映象，并在頭腦中形成以珠象運動進(jìn)行計算的一種計算技能，是珠算的高級形式。珠心算新手與能手的對比研究發(fā)現(xiàn)，珠心算能手可以瞬間把數(shù)字轉(zhuǎn)化為心理算盤，而新手只能通過言語解碼，前者是以平行加工為主，后者則以系列加工為主¨21。關(guān)于珠心算的功能磁共振成像研究也發(fā)現(xiàn)，在心算過程中，珠心算能手與非珠心算能手相比，所激活的腦區(qū)不同，并且相同腦區(qū)的激活程度也存在差異，珠心算能手更傾向于采用視覺空間策略來進(jìn)行運算【3。】。這種視覺空間策略可能體現(xiàn)了珠心算能手心算過程的平行

3、加工方式，珠心算能手在數(shù)字感知的同時就能瞬間把數(shù)字串轉(zhuǎn)換為心理算盤，通過對心理算盤的2 / 14“撥珠”得出結(jié)果。事件相關(guān)電位(ERP)的關(guān)于一般心算的研究表明，ERP的早成分(刺激呈現(xiàn)后的300毫秒內(nèi))反應(yīng)了刺激識別的加工過程70，要完成心算任務(wù)就必須正確的識別數(shù)字。珠心算能手所采用的心算策略可以有效的提高心算效率，那么這種心算策略的影響在心算初期的早期感知加工是否就已經(jīng)產(chǎn)生?為探討以上問題，本研究采用事件相關(guān)電位的研究方法，以雙位數(shù)加法心算為實驗材料，對珠心算訓(xùn)練兒童和非珠心算訓(xùn)練兒童在心算過程中的早期加工階段進(jìn)行了研究。2 實驗方法21被試從濰坊市北關(guān)街中心小學(xué)34年級學(xué)生中隨機(jī)抽取珠心

4、算訓(xùn)練兒童樣本和非珠心算訓(xùn)練兒童的樣本。經(jīng)初步問卷調(diào)查選取在年齡、家庭背景、教育背景及學(xué)習(xí)成績方面大體一致的兩組被試。其中珠心算訓(xùn)練兒童從一年級開始就接受珠心算訓(xùn)練，訓(xùn)練內(nèi)容包括加、減、乘、除心算，每周二、四、六利用課外時間訓(xùn)練2節(jié)課(80分鐘)，中間從未間斷，珠心算測試成績優(yōu)良。最后確定被試共32名(男女各半)，經(jīng)過珠心算的兒童和未經(jīng)過珠心算兒童各16名，年齡10ll歲，平均年齡105歲，皆首次參加ERP實驗，全部為右利手；視力或矯正視力均在1O以上。22實驗材料實驗材料由算式和答案兩部分組成，在1298之間選取隨機(jī)數(shù)字，組成120個由兩個加數(shù)形成的算式，其中相同的加數(shù)或個位相同的算式不用(

5、如26+26或26+36)，個位數(shù)相加和是10的算式也不采用(如24+36)。保證答案也是兩位數(shù)，其變化范圍在2598之間。算式為兩位數(shù)加法，結(jié)果也為兩位數(shù)。共120道題，其中答案與算式一致和不一致的題目各60道，呈現(xiàn)答案與實際正確答案不一致的情況有兩種：個位相差±2，十位相差±10。將120道題分為6小組，每組20道題，其中答案正確和錯誤的各一半，實驗時隨機(jī)呈現(xiàn)。23 實驗程序電極安裝完畢后，被試坐在靠背椅上，雙手拿反應(yīng)鍵盒，面對顯示器屏，視距為60cm。實驗開始時，要求被試注視屏中央注視點(白色十字)。實驗開始時，首先在屏幕中央出現(xiàn)簡短的實驗指導(dǎo)語，被試閱讀完畢后，按鍵

6、開始呈現(xiàn)刺激項目，先呈現(xiàn)算式，然后再呈現(xiàn)答案，要求被試在算式呈現(xiàn)的時候盡快的把結(jié)果心算出來，當(dāng)答案呈現(xiàn)的時候盡快判斷這個答案是否正確，若正確按反應(yīng)盒的1鍵，錯誤按4鍵。算式呈現(xiàn)時間為2000腳，算式與答案的刺激間隔(IsI)為500腳，答案呈現(xiàn)時間為800吣，反應(yīng)窗口(windows)為1500ms，答案與下個算式的間隔(IsI)為1700IIl8(如圖1)。預(yù)實驗結(jié)果表明，該實驗程序中所使用的時間間隔能保證被試的正確率在80以上。正式實驗前，每個被試都要做一個包含10道題目的練習(xí)，在確認(rèn)被試?yán)斫鈱嶒炓蠛箝_始正式實驗。每個被試都要完成6組實驗，組與組之間有短暫休息。組的呈現(xiàn)順序隨機(jī)排列。實驗

7、時正確按鍵與錯誤按鍵左右手交叉平衡。24 ERP記錄實驗儀器為NeuroSc鋤ERP工作站。參考電極置于左右乳突，前額發(fā)際下1厘米接地，同時記錄水平眼電和垂直眼電。濾波帶通為00540 Hz，采樣率為1000Hz導(dǎo)，頭皮電阻小于5千歐。EEG記錄部位為國際1020系統(tǒng)，用標(biāo)準(zhǔn)化32導(dǎo)電極帽記錄腦電25數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計對腦電記錄的疊加平均處理是脫機(jī)進(jìn)行的，分別將兩類被試反應(yīng)正確的加法算式所誘發(fā)的ERP進(jìn)行疊加。伴有眨眼、眼動、肌電等偽跡的數(shù)據(jù)均被排除。EEG的分析窗口為一100300 m，用一100，O作為基線進(jìn)行矯正。通過分類疊加，可得到兩類不同刺激誘發(fā)的ERP。根據(jù)本實驗?zāi)康暮徒Y(jié)果，選取顳枕區(qū)

8、(P7P8)，枕區(qū)(Ol，Oz，02)和額中央?yún)^(qū)(Fz，F(xiàn)cz，Cz)幾個電極點作為分析部位的代表點。在頭皮后部P100的分析時間窗口為50一150儺，N170的分析時間窗口為140一220腳，頭皮前部N1為75150 ms，P2為180。270腳，采用峰振幅和峰潛伏期的測量方法。對結(jié)果用30 Hz的低通零相位濾波。用SPss統(tǒng)計軟件對上述各段波幅、潛伏期分別進(jìn)行2×3因素的重復(fù)測驗方差分析，組間因素為被試類型(兩個水平：珠心算訓(xùn)練兒童和非珠心算訓(xùn)練兒童)、組內(nèi)因素為電極位置(三個水平對枕區(qū)P100，兩個水平對顳枕區(qū)N170，三個水平對額中央?yún)^(qū)Nl、P2)。用GreenhouGeis

9、ser法校正P值。3 實驗結(jié)果31行為數(shù)據(jù)結(jié)果珠心算訓(xùn)練兒童加法運算的正確率為：93；非珠心算訓(xùn)練兒童的正確率為：84。兩組兒童的正確率均高于隨機(jī)猜測水平。對兩組兒童的運算正確率進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果差異顯著，F(xiàn)(130)=2615，p<001，珠心算兒童的正確率顯著高于非珠心算兒童的正確率。反應(yīng)時差異顯著，(，=795，p<001，珠心算兒童的平均反應(yīng)時(肘=603髓，sD=335)小于非珠心算兒童的平均反應(yīng)時(肘=892腳，SD=975)。32波形的整體特征總體觀察，珠心算訓(xùn)練兒童與非珠心算訓(xùn)練兒童在加法心算條件下所誘發(fā)的ERPs曲線在基本特征上具有一致性。可以觀察到一般的視覺誘發(fā)

10、反應(yīng)，即以枕區(qū)(01，Oz和02)為主的P1(平均潛伏期為124瞄)(見圖2)、額中央?yún)^(qū)(Fz，F(xiàn)cz，Cz)的Nl(平均潛伏期為126瞄)、P2(平均潛伏期為203 m)(見圖3)，此外還有顳枕區(qū)(P7，P8)的N170(平均潛伏期為195咖)(見圖2)。從圖2中可以看出，珠心算兒童心算過程中誘發(fā)的枕區(qū)Pl波幅比非珠心算兒童的P1波幅更正，二者在顳枕區(qū)N170的波幅差異也是如此，珠心算兒童的N170波幅比非珠心算兒童的M70波幅更正。從圖3中也可以看出，兩類被試在額中央?yún)^(qū)的Nl波幅和P2波幅也存在差異，珠心算訓(xùn)練兒童的Nl、P2波幅比非珠心算訓(xùn)練兒童的Nl、P2波幅更負(fù)。33枕區(qū)Pl成分的分

11、析枕部P1波幅的被試類型主效應(yīng)顯著，)=643，p<O05(見圖2)，珠心算訓(xùn)練兒童的P1波幅(1467弘V)顯著大于非珠心算訓(xùn)練兒童的P1波幅(1023弘V)。對Pl的潛伏期進(jìn)行統(tǒng)計分析，各效應(yīng)均不顯著。34額中央?yún)^(qū)Nl成分的分析前部N1波幅的電極位置主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(：=372，p<005。被試類型主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(1=425，p<005(見圖3)，珠心算兒童的Nl波幅(579肛V)大于非珠心算兒童的Nl波幅(439iV)對前部Nl的潛伏期進(jìn)行統(tǒng)計分析，只有電極位置主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2=407，p<O05。35顳枕區(qū)N170成分后部N170波幅的電極位置主效應(yīng)顯著，)=1

12、026，p<00l，P7波幅(689弘V)小于P8的波幅(923弘V)。被試類型主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(。鯽)=683，p<O05(見圖2)，珠心算兒童的N170波幅(666弘V)小于非珠心算兒童的N170的波幅(947弘V)。N170的各潛伏期主效應(yīng)均不顯著。36額中央?yún)^(qū)P2成分前部P2波幅的電極位置主效應(yīng)顯著，(：=778，p<O0l。被試類型主效應(yīng)顯著，(。=557，p<O05(見圖3)，珠心算兒童的P2的波幅(494扯V)小于非珠心算兒童的P2的波幅(679弘V)。前部P2潛伏期各主效應(yīng)均不顯著。4討論本研究以雙位數(shù)加法運算為實驗材料，發(fā)現(xiàn)珠心算訓(xùn)練兒童和非珠心算訓(xùn)練兒

13、童在進(jìn)行心算過程中對算式感知的ERP早期成分存在顯著差異。ERP早期成分反映刺激辨別的心理加工引，因此，本實驗表明，珠心算訓(xùn)練對兒童的心算認(rèn)知加工的早期階段，即感知覺階段有顯著影響，主要體現(xiàn)在枕葉、顳枕區(qū)和額中央?yún)^(qū)。孫積寧等人關(guān)于珠心算功能磁共振成像的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過珠心算訓(xùn)練的兒童在執(zhí)行心算任務(wù)時主要激活枕葉和頂葉b o，Tanaka等的研究結(jié)果亦發(fā)現(xiàn)，在處理數(shù)字時，珠算能手的視覺一空間工作記憶相關(guān)腦皮層區(qū)(包括雙側(cè)額上回和頂上小葉)激活更明顯伸1。與本研究結(jié)果相符，經(jīng)過珠心算訓(xùn)練的兒童枕部的P1波幅以及額中央?yún)^(qū)的Nl波幅都大于未經(jīng)過珠心算訓(xùn)練兒童的波幅。以往研究發(fā)現(xiàn)，枕葉視皮層不僅與真實的視

14、覺有關(guān)，而且在視覺想象實驗中也會被激活舊m1，枕部的P1和額中央?yún)^(qū)的Nl與注意呈正相關(guān)¨112 o，其中Nl反映了注意焦點內(nèi)的識別過程，這似乎預(yù)示，珠心算訓(xùn)練兒童在心算的早期感知就能引起高度注意，并且很可能自動對數(shù)字進(jìn)行想象加工。本研究還發(fā)現(xiàn)，在兩側(cè)顳葉由刺激所引發(fā)的N170成分在珠心算訓(xùn)練兒童和非珠心算訓(xùn)練兒童之間也存在顯著差異。N170經(jīng)常被看作是面孔識別的特異性成分¨31引，但也有研究指出N170還反應(yīng)了物體辨別和分類的視覺加工階段¨5161。在心算過程的早期感知階段，非珠心算兒童N170的波幅要比珠心算兒童N170的波幅大，這表明珠心算訓(xùn)練兒童在辨別刺激的

15、時候所消耗的腦資源要比非珠心算訓(xùn)練兒童的少。這可能是因為珠心算訓(xùn)練兒童在更早的時候(100鵬左右)就已經(jīng)動用了足夠的資源來進(jìn)行感知，因此在這個加工時段所需要的資源就相應(yīng)減少。CLchen等人的研究發(fā)現(xiàn)，心算過程中珠心算能手在雙側(cè)顳葉的激活比非珠心算能手的激活程度要高舊1，與我們的研究結(jié)果不符。這可能是因為研究手段不同而造成的差異，功能磁共振成像在時間定位方面并不具備優(yōu)勢。在心算的早期感知階段，顳葉可能只負(fù)責(zé)物體的辨別和分類，而到具體運算階段(包括提取所有中間結(jié)果和最后結(jié)果)，顳葉作為采用視覺空間策略的重要腦區(qū)才發(fā)揮重要作用。還有研究表明，P2不僅反映了感知覺的視覺編碼階段¨引，而且與數(shù)字認(rèn)知加工的早期激活有關(guān)1引。在實驗中，珠心算訓(xùn)練兒童P2的波幅顯著小于非珠心算訓(xùn)練兒童的P2波幅。這說明珠心算訓(xùn)練兒童對數(shù)字的認(rèn)知加工較容易被激活。有些研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過學(xué)習(xí)和訓(xùn)練之后，由于作業(yè)的自動化程度提高，負(fù)責(zé)該功能的某個腦區(qū)的激活程度比學(xué)習(xí)前減弱n9馴。由于珠心算的訓(xùn)練方式(在頭腦中將數(shù)字轉(zhuǎn)換為圖象珠子)與數(shù)字加工密切相關(guān)，因此長期訓(xùn)練可能會降低兒童對數(shù)字的早期激活閾限，提高其對數(shù)字認(rèn)知加工的自動化程度。_珠心算的功能磁共振成像研究的結(jié)果表明，珠心算能手更傾向于采用視覺空間策略來進(jìn)行運算b。1，結(jié)合本實驗結(jié)果，視覺空間心算策略的影響在心算加工