數(shù)學不靈光,是腦回路上有差距?

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)

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