人從認識數(shù)字到理解數(shù)字，直到數(shù)學思維的建立，從神經(jīng)解剖學和神經(jīng)生理學角度，我們大腦的神經(jīng)網(wǎng)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。
“門前大橋下游過一群鴨，快來快來數(shù)一數(shù)，二四六七八。”這首數(shù)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(shù)字背的熟，就等于會數(shù)數(shù)嗎？格塞爾嬰幼兒發(fā)展量表是目前臨床醫(yī)生用來測量嬰幼兒發(fā)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(xiàn)和計數(shù)相關的評估項目，大多數(shù)發(fā)育正常的幼兒在此年齡階段會用手指著物體數(shù)到5。
日前據(jù)美國《華盛頓郵報》網(wǎng)站報道，研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)，嬰兒在能夠大聲說出數(shù)字之前很久就能理解數(shù)字的某種重要性了，僅14個月大的幼兒即能認識到數(shù)數(shù)與數(shù)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(fā)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(jīng)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(shù)字到理解數(shù)字，把一個個抽象的數(shù)字符號和具體事物的數(shù)量聯(lián)系在一起，直到數(shù)學思維的建立，從神經(jīng)解剖學和神經(jīng)生理學角度，我們大腦的神經(jīng)網(wǎng)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(shù)”？
在報道中，研究人員與嬰兒玩捉迷藏游戲。他們給14月齡和18月齡的嬰兒看了4件玩具，然后把這些玩具藏在一個盒子里。嬰兒看不到盒子的內(nèi)部，但可以伸手把玩具拿出來。當把玩具放到玩具箱后，告訴嬰兒有4件玩具的時候，嬰兒們之后會拿更多的玩具；而用“這只”或取名代替數(shù)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(jīng)表明，盡管小孩時常能從1數(shù)到10，但他們要等到4歲左右才會真正明白這些數(shù)字意味著什么。
那么嬰幼兒到底多大才能理解數(shù)字，并且真正的學會數(shù)數(shù)呢？
“格塞爾嬰幼兒發(fā)展量表直到42月齡才首次對計數(shù)提出要求，之前的所謂‘數(shù)數(shù)’準確地說，應該是一種記憶和順序的背誦，就像背歌謠、背唐詩一樣，孩子可能并不理解‘數(shù)’到底是什么。”天津市兒童醫(yī)院康復醫(yī)學科主任趙澎介紹說，隨著腦發(fā)育，孩子對于數(shù)字的理解能力將不斷提升，到4歲時，大多數(shù)孩子可以指著物體從1數(shù)到9。
針對報道提及的研究，趙澎表示，除了一些神經(jīng)發(fā)育較為成熟，或經(jīng)過特殊教育訓練的嬰幼兒外，多數(shù)孩子在14個月月齡時還不能建立起真正的計數(shù)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(jīng)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(shù)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(jīng)理解了數(shù)字的含義可能還為時尚早。
大腦發(fā)育微觀變化與數(shù)字認知密切相關
那嬰幼兒又是怎么學會把背誦的數(shù)字和真正的數(shù)數(shù)聯(lián)系在一起的？“人對于數(shù)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(xiàn)，這包括智力水平、社交學習能力，以及注意力等等。”趙澎說，要具備這些能力，都離不開大腦神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的生理基礎，以及與之伴隨的相應腦功能的發(fā)育。兒童對于數(shù)字的認知與大腦發(fā)育的微觀變化密切相關，這些是兒童學會計數(shù)的生理基礎。
大腦發(fā)育的生理基礎主要包括以下三方面內(nèi)容。首先是神經(jīng)突觸的修剪和精化。信息傳遞需要神經(jīng)元之間的聯(lián)系，這種聯(lián)系就是依靠神經(jīng)突觸完成的。在孩子出生的最初一兩年內(nèi)，突觸的生長非常旺盛。隨著生長發(fā)育，最終功能性不明確的突觸被修剪下來，突觸精化后連接成了大腦高速公路網(wǎng)，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(jīng)達到一定程度，出生后通過不斷發(fā)育，青春期前后基本類似于成年人。腦回路分化程度越高，其功能區(qū)的分化就越精細。第三是白質(zhì)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(jīng)細胞相對處于液態(tài)環(huán)境，傳遞信息的神經(jīng)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(jīng)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(zhì)的髓鞘化需到5歲以后才能基本成熟。
“隨著這些微觀的生理逐漸發(fā)育，大腦的功能也會逐漸強大。”趙澎解釋說，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(fā)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、沖動情緒等。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(shù)的認知。比如大多數(shù)孤獨癥譜系障礙、唐氏綜合征兒童，都很難學會計數(shù)。
目前已知計數(shù)功能主要和大腦頂葉有關，包括緣上回和角回。這個功能區(qū)主要與疼痛觸摸、溫度覺、壓力感覺有關，同時該區(qū)域與數(shù)學和邏輯有關。頂葉大小在一定程度上和一個人的數(shù)學能力成正比。頂葉后區(qū)體積越大，數(shù)學邏輯思維方面的能力越強。研究發(fā)現(xiàn)，如果頂葉后區(qū)受損，就會導致成年人喪失算數(shù)能力，而兒童這個區(qū)域發(fā)育不良或受損，就會發(fā)生對于數(shù)學的特發(fā)性學習障礙。
“隨著腦發(fā)育的不斷成熟，孩子對于數(shù)字的理解能力也隨之增強，這種增強是一個由量變到質(zhì)變的功能進步過程，到一定的年齡階段會出現(xiàn)飛躍。”趙澎介紹說，比如一些嬰幼兒三歲多的時候只會從1數(shù)到5，幾個月后突然能數(shù)到9。還有的家長發(fā)現(xiàn)，孩子到了5歲，突然就對數(shù)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(fā)育已經(jīng)相對成熟。孩子對于數(shù)字理解的飛躍是其腦發(fā)育進程的最終體現(xiàn)，是一個由量變到質(zhì)變的功能進步過程。由此可見，在腦發(fā)育尚未成熟的早期階段，過早、過多地給予孩子數(shù)學教育不一定就會產(chǎn)生良好的效果。
計數(shù)能力強弱到底和什么有關
“嬰幼兒學會計數(shù)是和大腦發(fā)育的進程密切相關的，現(xiàn)在已知角回和緣上回與計數(shù)能力相關，角回和緣上回越發(fā)達，分化越精細，功能就越好，其數(shù)學能力可能就越強。”趙澎說。
在學習中，很多人可能會存在偏科的現(xiàn)象，即使這些人的腦功能沒有任何損傷和病變，但是和數(shù)學相關的學習有時會不靈光。對此趙澎表示，數(shù)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(shù)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，沖動情緒，缺乏責任感，長期缺乏專門的訓練，久而久之惡性循環(huán)，數(shù)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(cè)重美術、音樂、文學等感性的思維，而左半球側(cè)重數(shù)字等邏輯的思維，一般人的大腦雙側(cè)半球發(fā)育并不均衡。但是這種發(fā)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(fā)現(xiàn)，其大腦內(nèi)的星型膠質(zhì)細胞數(shù)量比一般人多，負責數(shù)學的大腦區(qū)域——頂葉也比一般人大20%左右，這些可能是愛因斯坦數(shù)學思考能力比一般人更強的原因。不過數(shù)學能力強，到底是大腦先天這部分功能就強大，還是后天經(jīng)過訓練導致大腦部分區(qū)域分化強于一般人？大腦神經(jīng)膠質(zhì)細胞增多和數(shù)學能力有何關系，起什么作用？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(qū)早已確定，但關于角回和緣上回在數(shù)學學習中起的具體作用，數(shù)學學習相關的具體腦網(wǎng)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(jīng)解剖、神經(jīng)電生理、功能影像學等手段尋找答案。（陳 曦）
