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数学不灵光,是脑回路上有差距?

来源:科技日报2019-11-14 13:09

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  “门前大桥下游过一群鸭,快来快来数一数,二四六七八。”这首数字歌,伴随着很多人的童年,2、3岁的小朋友就能唱得滚瓜乱熟。不过数字背的熟,就等于会数数吗?格塞尔婴幼儿发展量表是目前临床医生用来测量婴幼儿发育水平的权威评估工具,在量表中,直到42月龄时,才首次出现和计数相关的评估项目,大多数发育正常的幼儿在此年龄阶段会用手指着物体数到5。

  日前据美国《华盛顿邮报》网站报道,研究人员通过实验发现,婴儿在能够大声说出数字之前很久就能理解数字的某种重要性了,仅14个月大的幼儿即能认识到数数与数量有关,展示了婴儿大脑是如何向着复杂抽象思维的能力发展。目前该研究还只是停留在行为学观察层面,其结果还需要通过神经电生理学、功能影像学等方法,进行更深层面的验证。

  人从认识数字到理解数字,把一个个抽象的数字符号和具体事物的数量联系在一起,直到数学思维的建立,从神经解剖学和神经生理学角度,我们大脑的神经网络是如何构建和活动的,具体过程是怎样的?科学家们至今还在研究之中。

  1岁的孩子就能“识数”?

  在报道中,研究人员与婴儿玩捉迷藏游戏。他们给14月龄和18月龄的婴儿看了4件玩具,然后把这些玩具藏在一个盒子里。婴儿看不到盒子的内部,但可以伸手把玩具拿出来。当把玩具放到玩具箱后,告诉婴儿有4件玩具的时候,婴儿们之后会拿更多的玩具;而用“这只”或取名代替数字的时候,婴儿不会去拿多件玩具。这个结果让研究人员们感到惊讶,因为早先的研究已经表明,尽管小孩时常能从1数到10,但他们要等到4岁左右才会真正明白这些数字意味着什么。

  那么婴幼儿到底多大才能理解数字,并且真正的学会数数呢?

  “格塞尔婴幼儿发展量表直到42月龄才首次对计数提出要求,之前的所谓‘数数’准确地说,应该是一种记忆和顺序的背诵,就像背歌谣、背唐诗一样,孩子可能并不理解‘数’到底是什么。”天津市儿童医院康复医学科主任赵澎介绍说,随着脑发育,孩子对于数字的理解能力将不断提升,到4岁时,大多数孩子可以指着物体从1数到9。

  针对报道提及的研究,赵澎表示,除了一些神经发育较为成熟,或经过特殊教育训练的婴幼儿外,多数孩子在14个月月龄时还不能建立起真正的计数能力。这个研究的评估手段还仅限于行为学观察,还未上升到脑科学层面的研究,缺乏功能影像学、神经电生理等进一步的研究证实。以婴幼儿是否伸手去判断其对计数的反应,这种评价方式是否科学,试验中如何去除其他混杂因素的影响?由此即推论14个月大的孩子已经理解了数字的含义可能还为时尚早。

  大脑发育微观变化与数字认知密切相关

  那婴幼儿又是怎么学会把背诵的数字和真正的数数联系在一起的?“人对于数字理解能力的提升是一个循序渐进的过程,是多种能力的综合体现,这包括智力水平、社交学习能力,以及注意力等等。”赵澎说,要具备这些能力,都离不开大脑神经系统发育的生理基础,以及与之伴随的相应脑功能的发育。儿童对于数字的认知与大脑发育的微观变化密切相关,这些是儿童学会计数的生理基础。

  大脑发育的生理基础主要包括以下三方面内容。首先是神经突触的修剪和精化。信息传递需要神经元之间的联系,这种联系就是依靠神经突触完成的。在孩子出生的最初一两年内,突触的生长非常旺盛。随着生长发育,最终功能性不明确的突触被修剪下来,突触精化后连接成了大脑高速公路网,各通路都与其功能一一对应,比如负责视觉、触觉、运动功能等。其次是脑回路的分化。人在出生前,脑回路的分化就已经达到一定程度,出生后通过不断发育,青春期前后基本类似于成年人。脑回路分化程度越高,其功能区的分化就越精细。第三是白质的髓鞘化。髓鞘就像包裹在电线外面那层绝缘层,人大脑的神经细胞相对处于液态环境,传递信息的神经纤维就像电线一样,如果电线绝缘不好的话,就会“乱窜电”,信息传递就会有散失。早期婴儿髓鞘中水的含量很高,而胆固醇、神经鞘磷脂的含量很低,这种情况下,婴幼儿很难集中注意力,这种白质的髓鞘化需到5岁以后才能基本成熟。

  “随着这些微观的生理逐渐发育,大脑的功能也会逐渐强大。”赵澎解释说,孩子是否能够建立良好的学习理解能力,不仅取决于其智力发育水平是否正常,还需要具备正常的社交学习能力,以及是否存在注意力缺陷、冲动情绪等。这些功能对于儿童的学习进程缺一不可,都会不同程度地影响儿童对于计数的认知。比如大多数孤独症谱系障碍、唐氏综合征儿童,都很难学会计数。

  目前已知计数功能主要和大脑顶叶有关,包括缘上回和角回。这个功能区主要与疼痛触摸、温度觉、压力感觉有关,同时该区域与数学和逻辑有关。顶叶大小在一定程度上和一个人的数学能力成正比。顶叶后区体积越大,数学逻辑思维方面的能力越强。研究发现,如果顶叶后区受损,就会导致成年人丧失算数能力,而儿童这个区域发育不良或受损,就会发生对于数学的特发性学习障碍。

  “随着脑发育的不断成熟,孩子对于数字的理解能力也随之增强,这种增强是一个由量变到质变的功能进步过程,到一定的年龄阶段会出现飞跃。”赵澎介绍说,比如一些婴幼儿三岁多的时候只会从1数到5,几个月后突然能数到9。还有的家长发现,孩子到了5岁,突然就对数学开窍了,以前可能连最简单的2+1都不理解的孩子,突然会计算了。这是因为大部分儿童到5岁左右时,脑发育已经相对成熟。孩子对于数字理解的飞跃是其脑发育进程的最终体现,是一个由量变到质变的功能进步过程。由此可见,在脑发育尚未成熟的早期阶段,过早、过多地给予孩子数学教育不一定就会产生良好的效果。

  计数能力强弱到底和什么有关

  “婴幼儿学会计数是和大脑发育的进程密切相关的,现在已知角回和缘上回与计数能力相关,角回和缘上回越发达,分化越精细,功能就越好,其数学能力可能就越强。”赵澎说。

  在学习中,很多人可能会存在偏科的现象,即使这些人的脑功能没有任何损伤和病变,但是和数学相关的学习有时会不灵光。对此赵澎表示,数学作为基础学科,需要循序渐进的学习积累,有些人可能对数学没有兴趣或有畏难情绪,学习不足或逃避,或是有注意缺陷,多动行为,冲动情绪,缺乏责任感,长期缺乏专门的训练,久而久之恶性循环,数学成绩也就越来越差。

  研究表明,大脑左右半球分工不同。大脑右半球侧重美术、音乐、文学等感性的思维,而左半球侧重数字等逻辑的思维,一般人的大脑双侧半球发育并不均衡。但是这种发育的不均衡是如何形成的,目前研究尚未得出最终的结论。

  通过对爱因斯坦大脑进行研究发现,其大脑内的星型胶质细胞数量比一般人多,负责数学的大脑区域——顶叶也比一般人大20%左右,这些可能是爱因斯坦数学思考能力比一般人更强的原因。不过数学能力强,到底是大脑先天这部分功能就强大,还是后天经过训练导致大脑部分区域分化强于一般人?大脑神经胶质细胞增多和数学能力有何关系,起什么作用?对于这些问题,赵澎表示,对于脑科学的研究是没有止境的,虽然大脑的功能分区早已确定,但关于角回和缘上回在数学学习中起的具体作用,数学学习相关的具体脑网络进程是怎样的,不同个体左右脑的差异是如何形成的,这些问题有待于科学家们进一步运用神经解剖、神经电生理、功能影像学等手段寻找答案。(陈 曦)

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