珠心算練習(xí)對兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響

珠心算練習(xí)對兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對兒童認(rèn)知能力的影響

(本實驗室工作）珠心算練習(xí)對兒童腦結(jié)構(gòu)的影響

（本實驗室工作）第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對兒童腦結(jié)構(gòu)的影響第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日一、珠算、心算和珠心算1.1籌算算籌/telecenter/CnHisScience/suanchou.htm十進(jìn)制│─│─

（1111）祖沖之（公元429～500年），借助算籌作為計算工具，成功地將圓周率π值計算到小數(shù)點后的第7位，即在3.1415926至3.1415927之間，成為當(dāng)時世界上最精確的π值，比西方國家數(shù)學(xué)家的相同成就要早1100多年。第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.2珠算算盤/telecenter/CnHisScience/suanchou.htm第五頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.3普通心算和珠心算普通心算主要基于語言策略

數(shù)字使用語言表征珠心算視覺、空間策略

數(shù)字使用珠像表征385三百八十五385第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對兒童腦結(jié)構(gòu)的影響第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、珠心算相關(guān)研究行為表現(xiàn)數(shù)字記憶加工方式訓(xùn)練效應(yīng)第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.1珠心算者在計算任務(wù)的行為表現(xiàn)哈塔諾等人(Hatanoetal.,1977,Cognition,)考察了珠算專家的計算技能10個珠算專家，完成3-5個十位數(shù)字相加結(jié)果：珠算專家可以不借助實際的算盤完成這項任務(wù)；珠算技能中等的人在完成任務(wù)的過程中手指要運動，好像在操作一個實際的算盤一樣；在完成任務(wù)的同時能夠回答數(shù)學(xué)無關(guān)的問題，但是很難回答數(shù)學(xué)相關(guān)的問題他們的實驗表明：珠算專家頭腦中有一個虛擬算盤；他們對想象的算盤進(jìn)行操作；珠心算技能與數(shù)學(xué)認(rèn)知系統(tǒng)相關(guān)第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.2a數(shù)字工作記憶的行為學(xué)研究哈塔諾和奧薩瓦（Hatano&Osawa,1983,Cognition）在1983年對珠算專家的數(shù)字記憶廣度進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)珠算專家在數(shù)字記憶廣度方面顯著優(yōu)于普通人，但是在其他方面和普通人一樣。而且珠算專家在完成數(shù)字記憶任務(wù)時容易受到視空間任務(wù)的干擾，而語言任務(wù)對他們影響比較小。珠算專家的數(shù)字記憶廣度依賴于珠像表征，具有特異性。語言任務(wù)的影響視空間任務(wù)的影響珠算等級:1)新手2)中等偏下3)中等4)中等偏上5)專家頭腦中用來做計算的算盤轉(zhuǎn)化成數(shù)字記憶的工具第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日塔納卡（Tanakaetal.,2002,NeuroReport）用事件相關(guān)的功能磁共振成像實驗對珠算專家的工作記憶進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：普通人

依賴語言工作記憶

神經(jīng)結(jié)構(gòu)為布洛卡區(qū)珠算專家

依賴視空間工作記憶神經(jīng)結(jié)構(gòu)涉及雙側(cè)額上回

和頂上小葉.2.2b數(shù)字工作記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.3珠心算加工的神經(jīng)機(jī)制哈塔和艾克達(dá)（HattaandIkeda，1988，Neuropsychologia）1973年用行為學(xué)實驗的方式發(fā)現(xiàn)：珠心算專家主要使用右腦進(jìn)行計算普通人主要使用左腦進(jìn)行計算哈納卡瓦（Hanakawaetal.,2003，Neuroimage）2003年利用功能核磁共振成像實驗發(fā)現(xiàn)：珠心算主要依賴二維視空間信息處理相關(guān)的神經(jīng)資源，如前運動區(qū)和頂葉后部第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日臺灣學(xué)者陳等2006年用功能核磁共振實驗得到了與哈納卡瓦類似的結(jié)果Chenetal.,2006,NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearch.fMRIstudy臺灣學(xué)者吳等2009年用正電子發(fā)射斷層掃描也得到了和上述兩個實驗相吻合的結(jié)果Wuetal.,2009EurJNuclMedMolImaging,PETstudy第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.4珠心算的訓(xùn)練效應(yīng)提高計算能力--更快、更準(zhǔn)、操作位數(shù)更多[斯蒂格勒(Stigler)1984，哈塔諾(Hatano),1977]提高數(shù)字工作記憶容量[哈塔諾和奧薩瓦(Hatano&Osawa)1983,哈塔諾等(Hatanoetal.)1987,塔納卡等(Tanakaetal.)2002]提高兒童的推理能力[艾爾文等(Irwingetal.)2008]第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日艾爾文等人2008年所做的工作研究了珠心算訓(xùn)練對兒童推理能力的影響[Irwingetal.(2008)PersonalityandIndividualDifferences]蘇丹被試量很大：3185，年齡在7到11歲，訓(xùn)練34周，每周訓(xùn)練2小時完成時間得分第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日對珠心算研究的一些結(jié)論珠心算練習(xí)者的算術(shù)計算能力比一般人強(qiáng)珠心算練習(xí)者的數(shù)字記憶廣度比普通人高珠心算使用視空間策略和相應(yīng)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)來完成心算任務(wù)珠心算練習(xí)可能會影響到兒童的智力發(fā)展第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日局限和存在的問題被試大多都是成人都是視覺刺激珠心算者采用視空間策略幾乎不關(guān)注珠心算對練習(xí)者的數(shù)字認(rèn)知是否產(chǎn)生影響較少關(guān)注珠心算技能是否發(fā)生了遷移沒有關(guān)注珠心算練習(xí)對腦可塑性的影響珠心算兒童是否有類似成人的心算網(wǎng)絡(luò)？聽覺和視覺刺激模式下的心算網(wǎng)絡(luò)是否有差異？珠心算練習(xí)是否對數(shù)字的自動化加工產(chǎn)生影響？是否對練習(xí)者的數(shù)量表征產(chǎn)生影響？珠心算練習(xí)是否對兒童的工作記憶產(chǎn)生影響？是否對兒童的心理表象操作產(chǎn)生影響？珠心算練習(xí)是否影響到腦的結(jié)構(gòu)？第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對兒童腦結(jié)構(gòu)的影響第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.珠心算兒童是否有類似成人的心算網(wǎng)絡(luò)？8個珠心算兒童(女生4個,年齡11.75±1.39歲)8個對照兒童(女生4個,年齡12.29±0.38歲)珠心算組被試的練習(xí)時間為4–6年(平均年齡5.5年)，每天練習(xí)0.5–1h被試第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日加法任務(wù)下fMRI的激活模式在復(fù)雜心算時珠心算專家組和對照組參與的腦區(qū)，專家組頂上小葉后部與視覺空間表征相關(guān)的區(qū)域有顯著激活，而語言區(qū)域則沒有參與，對照組則相反。珠心算組被試在簡單任務(wù)中的腦激活珠心算被試在復(fù)雜任務(wù)中的腦激活對照組被試在簡單任務(wù)中的腦激活對照組被試在復(fù)雜任務(wù)中的腦激活第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日兒童也有類似成人的珠心算網(wǎng)絡(luò)從兒童在簡單和復(fù)雜兩種任務(wù)下的腦激活模式來看，雙側(cè)顳葉后部可能和靜態(tài)珠像的識別更相關(guān)；而雙側(cè)頂葉后部和前運動區(qū)可能和珠像更新操作更相關(guān)第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.聽覺和視覺刺激模式下的心算網(wǎng)絡(luò)是否有差異？聽覺視覺第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.珠心算練習(xí)是否對數(shù)字的自動化加工產(chǎn)生影響？數(shù)字自動化加工被試：本研究包括30名年齡在9-11歲珠心算兒童（男17人，女13人，平均年齡=10.20±0.535歲）和30名同樣年齡段的普通兒童(15男，15女，平均年齡

=10.08±0.543歲)研究范式：數(shù)字沖突實驗（stroop）中性條件順應(yīng)條件沖突條件數(shù)字任務(wù)形狀任務(wù)產(chǎn)生效應(yīng)易化干擾第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日在形狀比較時，珠心算組的干擾效應(yīng)要顯著大于對照組（反應(yīng)時：t(54)=-2.578,p=.013,準(zhǔn)確率：t(54)=-2.841,p=.007）。反應(yīng)時：準(zhǔn)確率：干擾率=（沖突-中性）/中性；易化率=（中性-順應(yīng)）/中性數(shù)字比較反應(yīng)時形狀比較反應(yīng)時數(shù)字比較正確率形狀比較正確率易化干擾易化干擾易化干擾易化干擾易化\干擾率易化\干擾率易化\干擾率易化\干擾率對照組珠心算組第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日4.珠心算練習(xí)者是否對練習(xí)者的數(shù)量表征產(chǎn)生影響？兩組都顯著p<0.025，組間差異不顯著對照組：

t(26)=-1.121,p>.10珠心算組：t(28)=-3.550,p<.005斯納克（SNARC）效應(yīng)：數(shù)字圓點珠算組對照組（右手反應(yīng)時-左手反應(yīng)時）=常數(shù)項

+K*(數(shù)量大小)數(shù)字大小與5比較圓點多少與5比較數(shù)字?jǐn)?shù)字第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日距離效應(yīng)距離效應(yīng)有組間差異t(54)=3.462,p=.001反應(yīng)時=常數(shù)項+K*log(距離)數(shù)字圓點距離效應(yīng)沒有顯著組間差異珠算組珠算組對照組對照組距離距離第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日結(jié)論：珠心算練習(xí)對練習(xí)者的符號數(shù)量表征影響大，而對非符號的數(shù)量表征影響較小。第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日5.珠心算練習(xí)是否對兒童的工作記憶產(chǎn)生影響？數(shù)字（t=5.43,P=

0.00）字母(t=4.65,P=0.00)數(shù)字記憶廣度與字母記憶廣度是顯著相關(guān)的(r=0.53,P=0.00)Huetal.,2010HBM,accepted兒童的珠心算訓(xùn)練也許會將對數(shù)字的記憶特長遷移到其它對象，比如字母。1.短時記憶廣度：字母廣度數(shù)字?jǐn)?shù)字和字母記憶廣度珠心算組對照組數(shù)字與字母記憶廣度的關(guān)系數(shù)字字母數(shù)字廣度記憶廣度數(shù)字廣度第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日Nback實驗方式數(shù)字的0-back2-back空間位置的0-back2-back發(fā)現(xiàn)珠心算兒童和普通兒童在數(shù)字和空間位置的0-back、2-back任務(wù)中的準(zhǔn)確率和反應(yīng)時均無顯著差異。2.工作記憶第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日

6.珠心算練習(xí)是否對兒童的心理表象操作產(chǎn)生影響？第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日心理旋轉(zhuǎn)fMRI結(jié)果第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對兒童腦結(jié)構(gòu)的影響第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日訓(xùn)練與腦的可塑性已有大量研究表明特殊技能的訓(xùn)練能夠改變腦的物質(zhì)結(jié)構(gòu)比如音樂訓(xùn)練[Bengtsson,etal.2005;GaserandSchlaug2003;Imfeld,etal.2009;SchmithorstandWilke2002],高爾夫運動[Jancke,etal.2009]等等。第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日問題珠心算訓(xùn)練是否會影響到腦結(jié)構(gòu)呢？如果是，那么這種訓(xùn)練引起的腦結(jié)構(gòu)變化發(fā)生在呢些地方？第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日珠心算練習(xí)對兒童腦結(jié)構(gòu)的影響假設(shè)：珠心算訓(xùn)練會對運動及視空間信息加工相關(guān)的神經(jīng)通路（fibertracts）產(chǎn)生影響第三十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日被試組別性別年齡男女范圍均值標(biāo)準(zhǔn)差珠心算組15109.61-11.5810.480.58對照組13128.89-11.5110.230.52珠心算組持續(xù)練習(xí)時間超過3年，期間每周練習(xí)3-4小時第三十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日腦的物質(zhì)結(jié)構(gòu)第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日腦的解剖名稱第四十頁，共四十八頁，2022年，8月28日第四十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日第四十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日彌散擴(kuò)散張量成像（DTI），直接測量的是水分子在腦組織中的擴(kuò)散系數(shù)，能間接反映腦組織的結(jié)構(gòu)形狀各向異性分?jǐn)?shù)(FA,0~1),綜合反映腦組織中神經(jīng)纖維的密度、排列的整齊度、神經(jīng)元的直徑和白質(zhì)中突觸髓鞘化的情況。[巴瑟爾(BasserP.J.1996)]徑向擴(kuò)散系數(shù):Axialdiffusivity(D//orAD)

橫向擴(kuò)散系數(shù):R