珠心算訓(xùn)練對(duì)兒童心算神經(jīng)機(jī)制影響的fMRI研究.pdf

1、目的:采用BOLD功能磁共振成像技術(shù)(BOLD-fMRI)，研究接受過珠心算訓(xùn)練3年的學(xué)齡兒童（珠心算訓(xùn)練組）和未接受過珠心算訓(xùn)練的學(xué)齡兒童（珠心算未訓(xùn)練組）在執(zhí)行相同計(jì)算任務(wù)（包括加、減、乘、除四種運(yùn)算）時(shí)的腦功能激活區(qū)的差別，同時(shí)對(duì)珠心算訓(xùn)練組兒童在執(zhí)行不同難度加法運(yùn)算任務(wù)時(shí)的腦功能激活區(qū)的差別進(jìn)行分析，旨在探討珠心算訓(xùn)練對(duì)學(xué)齡兒童心算神經(jīng)機(jī)制的影響，同時(shí)比較。
　　方法:本研究招募了34例學(xué)齡兒童志愿者，包括17名接受過珠心

2、算訓(xùn)練3年的學(xué)齡兒童（珠心算訓(xùn)練組，堅(jiān)持練習(xí)算盤操作且每周至少3至5小時(shí)），17名未接受過珠心算訓(xùn)練的學(xué)齡兒童（珠心算未訓(xùn)練組）。兩組兒童在年齡、教育背景、學(xué)習(xí)成績及家庭背景方面無明顯差異;能夠合作完成所有實(shí)驗(yàn)任務(wù);無精神障礙和已知腦及全身器質(zhì)性疾病;雙眼裸眼或矯正視力正常。采用基本認(rèn)知能力測(cè)驗(yàn)（2.0版）和瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測(cè)驗(yàn)對(duì)所有被試者進(jìn)行篩選顯示智力中等，并經(jīng)中國人利手判定標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查，均為右利手。使用北京腦功能磁共振研究中心的Sieme

3、ns公司Trio3.0T磁共振掃描儀及頭部正交線圈，采用EPI序列BOLD法對(duì)所有被試行功能磁共振腦掃描及結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)采集。為保證實(shí)驗(yàn)順利完成，在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)之前，所有被試者均經(jīng)過事件相關(guān)腦電位測(cè)試，以確保被試兒童能夠充分理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程，掃描時(shí)要求被試者進(jìn)行加、減、乘、除四種運(yùn)算和數(shù)物對(duì)照判斷實(shí)驗(yàn)，另外對(duì)珠心算組訓(xùn)練組兒童進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算（四位數(shù)三筆的加法運(yùn)算）實(shí)驗(yàn)任務(wù)。采用組塊設(shè)計(jì)模式，靜息組塊與刺激組塊交替出現(xiàn)，循環(huán)3次。應(yīng)用SPM8

4、軟件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對(duì)原始圖像進(jìn)行頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化、空間平滑處理和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以獲取執(zhí)行不同心算任務(wù)時(shí)的腦功能圖像結(jié)果。觀察組分析結(jié)果并進(jìn)行組間分析，對(duì)四種運(yùn)算任務(wù)的腦激活區(qū)進(jìn)行定位并比較兩組之間的差異，同時(shí)分析并比較珠心算訓(xùn)練組在不同難度加法運(yùn)算時(shí)的腦神經(jīng)機(jī)制的差別。
　　結(jié)果:珠心算訓(xùn)練組在執(zhí)行四種計(jì)算任務(wù)時(shí)的正確率均明顯優(yōu)于未訓(xùn)練組，反應(yīng)時(shí)間短于未訓(xùn)練組。但進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算

5、時(shí)，珠心算訓(xùn)練組的正確率下降，反應(yīng)時(shí)間延長。在四種運(yùn)算實(shí)驗(yàn)中，珠心算訓(xùn)練組幾乎均可見枕葉（尤其以雙側(cè)楔葉為主）、左側(cè)頂上區(qū)（頂上小葉后部，即楔前葉）及雙側(cè)小腦半球激活，其中尤其以雙側(cè)楔葉激活明顯;在減法、乘法及除法計(jì)算的部分被試中見到右側(cè)頂葉（頂上小葉、中央后回及楔前葉）的激活;僅僅在小部分被試中可見右側(cè)前額皮層、額內(nèi)側(cè)回、梭狀回和舌回的激活。從所需腦區(qū)多少來看，乘法計(jì)算激活腦區(qū)明顯多于其它三種計(jì)算任務(wù)，而加法計(jì)算所需腦區(qū)則明顯少于其它

6、運(yùn)算任務(wù)。復(fù)雜運(yùn)算激活的腦區(qū)與簡(jiǎn)單運(yùn)算相比明顯增多，范圍增大，任務(wù)難度的增加引起右側(cè)前額皮質(zhì)（右側(cè)額中回）的激活尤為明顯，右側(cè)頂上小葉的激活也較明顯，其它相關(guān)的腦區(qū)亦有增加。未訓(xùn)練組在四種運(yùn)算實(shí)驗(yàn)均可見雙側(cè)額中回、左側(cè)頂葉（主要為頂下小葉、左側(cè)頂上小葉）、左側(cè)舌回、左側(cè)梭狀回和雙側(cè)小腦半球激活。在部分被試中可見到左側(cè)額下回及左側(cè)枕中回不同程度的激活。珠心算訓(xùn)練組激活的腦區(qū)較未訓(xùn)練組明顯要少且集中，主要位于枕葉（雙側(cè)楔葉）及左側(cè)頂葉（頂上

7、小葉后部，即楔前葉）。兩組在左側(cè)頂葉均有激活，但珠心算訓(xùn)練組主要集中在頂上區(qū)（頂上小葉的后部，即楔前葉），而未訓(xùn)練組主要引起頂下小葉的激活，另外未訓(xùn)練組亦有頂上區(qū)的激活，但精確的解剖定位是非楔前葉的頂上小葉區(qū)域。
　　結(jié)論:珠心算訓(xùn)練組兒童成績明顯優(yōu)于未訓(xùn)練組兒童，說明珠心算訓(xùn)練能夠有效提高兒童的心算能力。珠心算訓(xùn)練組與未訓(xùn)練組心算所涉及的腦功能區(qū)存在顯著差別:表明珠心算訓(xùn)練組與未訓(xùn)練組采用的計(jì)算方法權(quán)重不同，前者主要依賴于視覺-

8、空間策略，激活的是左側(cè)頂上小葉后部（楔前葉）及楔葉;而未訓(xùn)練組以前額皮質(zhì)及左側(cè)頂下小葉激活為主，更依賴于語言策略。各功能腦區(qū)在相互聯(lián)系的整體配合中完成計(jì)算任務(wù)，其中左側(cè)頂上小葉后部可能在珠心算中起核心作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們推測(cè)枕-頂回路是珠心算的神經(jīng)回路，珠心算組兒童腦海中的“算盤映像”很可能位于枕葉的楔葉區(qū)域。相同任務(wù)下，珠心算訓(xùn)練組的腦激活區(qū)較未訓(xùn)練組少且集中，說明完成相同任務(wù)時(shí)，訓(xùn)練組所需要的資源少，由此證明通過長期的訓(xùn)練提高了