珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響課件

1、珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對(duì)兒童認(rèn)知能力的影響(本實(shí)驗(yàn)室工作）珠心算練習(xí)對(duì)兒童腦結(jié)構(gòu)的影響（本實(shí)驗(yàn)室工作）提綱珠算、心算和珠心算提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對(duì)兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對(duì)兒童腦結(jié)構(gòu)的影響提綱珠算、心算和珠心算一、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429500年），借助算籌作為計(jì)算工具，成功地將圓周率值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后的第7位，即在3.1415926至3.1415927

2、之間，成為當(dāng)時(shí)世界上最精確的值，比西方國(guó)家數(shù)學(xué)家的相同成就要早1100多年。一、珠算、心算和珠心算1.1籌算算籌http:/www.m1.2 珠算算盤/index/zhuanti/2005/02-shuxue/shudeshijie/manbushuxue/zhu1.htm/telecenter/CnHisScience/suanchou.htm1.2 珠算算盤/i1.3 普通心算和珠心算普通心算主要基于語(yǔ)言策略數(shù)字使用語(yǔ)言表征珠心算視覺(jué)、空間策略數(shù)字使用珠像表征3 8 5三百八十五3 8 51.3 普通心算和珠心算普通心算珠心算3 8 5三百八十五3提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算

3、練習(xí)對(duì)兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對(duì)兒童腦結(jié)構(gòu)的影響提綱珠算、心算和珠心算二、 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)二、 珠心算相關(guān)研究行為表現(xiàn)2.1珠心算者在計(jì)算任務(wù)的行為表現(xiàn)哈塔諾等人(Hatano et al., 1977, Cognition, )考察了珠算專家的計(jì)算技能10個(gè)珠算專家，完成3-5個(gè)十位數(shù)字相加結(jié)果： 珠算專家可以不借助實(shí)際的算盤完成這項(xiàng)任務(wù)； 珠算技能中等的人在完成任務(wù)的過(guò)程中手指要運(yùn)動(dòng)，好像在操作一個(gè)實(shí)際的算盤一樣；在完成任務(wù)的同時(shí)能夠回答數(shù)學(xué)無(wú)關(guān)的問(wèn)題，但是很難回答數(shù)學(xué)相關(guān)的問(wèn)題他們的實(shí)驗(yàn)表明：珠算專家頭腦中有一個(gè)虛擬算盤；他們對(duì)想象的算盤進(jìn)行操作；珠心

4、算技能與數(shù)學(xué)認(rèn)知系統(tǒng)相關(guān)2.1珠心算者在計(jì)算任務(wù)的行為表現(xiàn)哈塔諾等人(Hatano 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(duì)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(shí)容易受到視空間任務(wù)的干擾，而語(yǔ)言任務(wù)對(duì)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(yǔ)言任務(wù)的影響視空間任務(wù)的影響珠算等級(jí):1) 新手2)中等偏下3)中等4) 中等偏上5) 專家頭腦中用來(lái)做計(jì)算的算盤轉(zhuǎn)化成數(shù)字記憶的工具2.2a

5、 數(shù)字工作記憶的行為學(xué)研究哈塔諾和奧薩瓦（Hata塔納卡（Tanaka et al., 2002, NeuroReport）用事件相關(guān)的功能磁共振成像實(shí)驗(yàn)對(duì)珠算專家的工作記憶進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：普通人 依賴語(yǔ)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)塔納卡（Tanaka et al., 2002, Neuro2.3 珠心算加工的神經(jīng)機(jī)制哈塔和艾克達(dá)（Hatta and Ikeda，1988， Neuropsychologia）1973年用行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的方式發(fā)現(xiàn)：珠心算專家主要使用右腦進(jìn)行計(jì)算 普通人主要使用左腦進(jìn)行計(jì)算哈

6、納卡瓦（Hanakawa et al., 2003， Neuroimage）2003年利用功能核磁共振成像實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)區(qū)和頂葉后部2.3 珠心算加工的神經(jīng)機(jī)制哈塔和艾克達(dá)（Hatta and臺(tái)灣學(xué)者陳等2006年用功能核磁共振實(shí)驗(yàn)得到了與哈納卡瓦類似的結(jié)果Chen et al., 2006, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. fMRI study臺(tái)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(gè)實(shí)驗(yàn)相吻合的結(jié)果Wu et al., 2009 Eur J Nuc

7、l Med Mol Imaging , PET study臺(tái)灣學(xué)者陳等2006年用功能核磁共振實(shí)驗(yàn)得到了與哈納卡瓦類似2.4 珠心算的訓(xùn)練效應(yīng)提高計(jì)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(Hatano et al.)1987, 塔納卡等(Tanaka et al.) 2002提高兒童的推理能力艾爾文等(Irwing et al.)20082.4 珠心算的訓(xùn)練效應(yīng)提高計(jì)算能力-更快、更準(zhǔn)、操作位數(shù)艾爾文等人2008年所做的工作研究了珠心算訓(xùn)練對(duì)

8、兒童推理能力的影響Irwing et al. (2008) Personality and Individual Differences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(shí) 完成時(shí)間 得分艾爾文等人2008年所做的工作研究了珠心算訓(xùn)練對(duì)兒童推理能力珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響對(duì)珠心算研究的一些結(jié)論珠心算練習(xí)者的算術(shù)計(jì)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(lái)完成心算任務(wù)珠心算練習(xí)可能會(huì)影響到兒童的智力發(fā)展對(duì)珠心算研究的一些結(jié)論珠心算練習(xí)者的算術(shù)計(jì)算能力比一般人強(qiáng)

9、局限和存在的問(wèn)題被試大多都是成人都是視覺(jué)刺激珠心算者采用視空間策略幾乎不關(guān)注珠心算對(duì)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(méi)有關(guān)注珠心算練習(xí)對(duì)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(tīng)覺(jué)和視覺(jué)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(duì)數(shù)字的自動(dòng)化加工產(chǎn)生影響？ 是否對(duì)練習(xí)者的數(shù)量表征產(chǎn)生影響？珠心算練習(xí)是否對(duì)兒童的工作記憶產(chǎn)生影響？是否對(duì)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)？局限和存在的問(wèn)題被試大多都是成人珠心算兒童是否有類似成人的心提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對(duì)兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對(duì)兒童腦結(jié)構(gòu)的影響提綱珠算、

10、心算和珠心算1. 珠心算兒童是否有類似成人的心算網(wǎng)絡(luò)？8個(gè)珠心算兒童(女生4個(gè),年齡11.751.39 歲) 8個(gè)對(duì)照兒童(女生4個(gè),年齡 12.290.38歲) 珠心算組被試的練習(xí)時(shí)間為 46 年 (平均年齡5.5年) ，每天練習(xí) 0.51 h被試1. 珠心算兒童是否有類似成人的心算網(wǎng)絡(luò)？8個(gè)珠心算兒童(女加法任務(wù)下fMRI的激活模式在復(fù)雜心算時(shí)珠心算專家組和對(duì)照組參與的腦區(qū)，專家組頂上小葉后部與視覺(jué)空間表征相關(guān)的區(qū)域有顯著激活，而語(yǔ)言區(qū)域則沒(méi)有參與，對(duì)照組則相反。 珠心算組被試在簡(jiǎn)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(duì)照組被試在簡(jiǎn)單任務(wù)中的腦激活對(duì)照組被試在復(fù)雜任務(wù)中的腦激活加法

11、任務(wù)下fMRI的激活模式在復(fù)雜心算時(shí)珠心算專家組和對(duì)照組兒童也有類似成人的珠心算網(wǎng)絡(luò)從兒童在簡(jiǎn)單和復(fù)雜兩種任務(wù)下的腦激活模式來(lái)看，雙側(cè)顳葉后部可能和靜態(tài)珠像的識(shí)別更相關(guān)；而雙側(cè)頂葉后部和前運(yùn)動(dòng)區(qū)可能和珠像更新操作更相關(guān)兒童也有類似成人的珠心算網(wǎng)絡(luò)2.聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)刺激模式下的心算網(wǎng)絡(luò)是否有差異？聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)2.聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)刺激模式下的心算網(wǎng)絡(luò)是否有差異？聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)3.珠心算練習(xí)是否對(duì)數(shù)字的自動(dòng)化加工產(chǎn)生影響？數(shù)字自動(dòng)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

12、.543 歲)研究范式：數(shù)字沖突實(shí)驗(yàn)（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3.珠心算練習(xí)是否對(duì)數(shù)字的自動(dòng)化加工產(chǎn)生影響？數(shù)字自動(dòng)化加工在形狀比較時(shí)，珠心算組的干擾效應(yīng)要顯著大于對(duì)照組（反應(yīng)時(shí)：t (54) = -2.578, p = .013, 準(zhǔn)確率： t (54) = -2.841, p = .007）。反應(yīng)時(shí)：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(shí)形狀比較反應(yīng)時(shí)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(duì)照組珠心算組在形狀比較時(shí)，

13、珠心算組的干擾效應(yīng)要顯著大于對(duì)照組（反應(yīng)時(shí)：t4.珠心算練習(xí)者是否對(duì)練習(xí)者的數(shù)量表征產(chǎn)生影響？?jī)山M都顯著 p. 10珠心算組：t(28) = -3.550, p .005斯納克（SNARC）效應(yīng)：數(shù)字圓點(diǎn)珠算組對(duì)照組（右手反應(yīng)時(shí)-左手反應(yīng)時(shí)）= 常數(shù)項(xiàng) + K * (數(shù)量大小)數(shù)字大小與5比較 圓點(diǎn)多少與5比較 數(shù)字?jǐn)?shù)字4.珠心算練習(xí)者是否對(duì)練習(xí)者的數(shù)量表征產(chǎn)生影響？?jī)山M都顯著 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(shí) = 常數(shù)項(xiàng) + K * log( 距離)數(shù)字圓點(diǎn)距離效應(yīng)沒(méi)有顯著組間差異珠算組珠算組對(duì)照組對(duì)照組距離距離距離效應(yīng)距離效應(yīng)有組間差異 t

14、(54) = 3.462, p結(jié)論：珠心算練習(xí)對(duì)練習(xí)者的符號(hào)數(shù)量表征影響大，而對(duì)非符號(hào)的數(shù)量表征影響較小。結(jié)論：珠心算練習(xí)對(duì)練習(xí)者的符號(hào)數(shù)量表征影響大，而對(duì)非符號(hào)的數(shù)5.珠心算練習(xí)是否對(duì)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)Hu et al., 2010 HBM, accepted兒童的珠心算訓(xùn)練也許會(huì)將對(duì)數(shù)字的記憶特長(zhǎng)遷移到其它對(duì)象，比如字母。1.短時(shí)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(duì)照組 數(shù)字與字母記憶廣度的關(guān)系數(shù)字字母

15、數(shù)字廣度記憶廣度數(shù)字廣度5.珠心算練習(xí)是否對(duì)兒童的工作記憶產(chǎn)生影響？數(shù)字（t = 5Nback實(shí)驗(yàn)方式數(shù)字的0-back 2-back空間位置的0-back 2-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(shí)均無(wú)顯著差異。2.工作記憶Nback實(shí)驗(yàn)方式2.工作記憶6.珠心算練習(xí)是否對(duì)兒童的心理表象操作產(chǎn)生影響？6.珠心算練習(xí)是否對(duì)兒童的心理表象操作產(chǎn)生影響？心理旋轉(zhuǎn)fMRI結(jié)果心理旋轉(zhuǎn)fMRI結(jié)果提綱珠算、心算和珠心算珠心算相關(guān)研究珠心算練習(xí)對(duì)兒童認(rèn)知能力的影響珠心算練習(xí)對(duì)兒童腦結(jié)構(gòu)的影響提綱珠算、心算和珠心算訓(xùn)練與腦的可塑性已有大量研究表明

16、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(lè)訓(xùn)練Bengtsson, et al. 2005; Gaser and Schlaug 2003; Imfeld, et al. 2009; Schmithorst and Wilke 2002,高爾夫運(yùn)動(dòng)Jancke, et al. 2009等等。訓(xùn)練與腦的可塑性已有大量研究表明特殊技能的訓(xùn)練能夠改變腦的物問(wèn)題珠心算訓(xùn)練是否會(huì)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？問(wèn)題珠心算訓(xùn)練是否會(huì)影響到腦結(jié)構(gòu)呢？珠心算練習(xí)對(duì)兒童腦結(jié)構(gòu)的影響假設(shè)： 珠心算訓(xùn)練會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)及視空間信息加工相關(guān)的神經(jīng)通路（fiber tracts）產(chǎn)生影響珠心

17、算練習(xí)對(duì)兒童腦結(jié)構(gòu)的影響假設(shè)： 珠心算訓(xùn)練會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)及視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(duì)照組13128.89-11.5110.230.52珠心算組持續(xù)練習(xí)時(shí)間超過(guò)3年，期間每周練習(xí)3-4小時(shí)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-腦的物質(zhì)結(jié)構(gòu)腦的物質(zhì)結(jié)構(gòu)腦的解剖名稱腦的解剖名稱珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響彌散擴(kuò)散張量成像（ DTI），直接測(cè)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, 01), 綜合反映腦組織中神經(jīng)纖維的密度、排列的整齊度

18、、神經(jīng)元的直徑和白質(zhì)中突觸髓鞘化的情況。 巴瑟爾(Basser P.J. 1996)徑向擴(kuò)散系數(shù):Axial diffusivity (D/ or AD)橫向擴(kuò)散系數(shù):Radial diffusivity (D or RD) Mori，2006Denis Le Bihan et al，1995彌散擴(kuò)散張量成像（ DTI），直接測(cè)量的是水分子在腦組織中的珠心算對(duì)兒童認(rèn)知發(fā)展及腦可塑性的影響預(yù)處理結(jié)果MRI數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果FA均值（灰度圖）和FA骨架均值(綠色）R:右側(cè); L：左側(cè)頂顳枕聯(lián)合區(qū)右側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)投射胼胝體預(yù)處理結(jié)果MRI數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果FA均值（灰度圖）和FA骨架均值行為與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系短時(shí)記憶廣度與FA有顯著的相關(guān)關(guān)系為什么發(fā)生在這些區(qū)域？FA有差異的腦區(qū)數(shù)字記憶