珠心算訓練對兒童心算神經(jīng)機制影響的fMRI研究.pdf

1、目的:采用BOLD功能磁共振成像技術(BOLD-fMRI)，研究接受過珠心算訓練3年的學齡兒童（珠心算訓練組）和未接受過珠心算訓練的學齡兒童（珠心算未訓練組）在執(zhí)行相同計算任務（包括加、減、乘、除四種運算）時的腦功能激活區(qū)的差別，同時對珠心算訓練組兒童在執(zhí)行不同難度加法運算任務時的腦功能激活區(qū)的差別進行分析，旨在探討珠心算訓練對學齡兒童心算神經(jīng)機制的影響，同時比較。
　　方法:本研究招募了34例學齡兒童志愿者，包括17名接受過珠心

2、算訓練3年的學齡兒童（珠心算訓練組，堅持練習算盤操作且每周至少3至5小時），17名未接受過珠心算訓練的學齡兒童（珠心算未訓練組）。兩組兒童在年齡、教育背景、學習成績及家庭背景方面無明顯差異;能夠合作完成所有實驗任務;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。采用基本認知能力測驗（2.0版）和瑞文標準推理測驗對所有被試者進行篩選顯示智力中等，并經(jīng)中國人利手判定標準調(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法對所有被試行功能磁共振腦掃描及結構像數(shù)據(jù)采集。為保證實驗順利完成，在進行正式實驗之前，所有被試者均經(jīng)過事件相關腦電位測試，以確保被試兒童能夠充分理解實驗內(nèi)容和過程，掃描時要求被試者進行加、減、乘、除四種運算和數(shù)物對照判斷實驗，另外對珠心算組訓練組兒童進行復雜計算（四位數(shù)三筆的加法運算）實驗任務。采用組塊設計模式，靜息組塊與刺激組塊交替出現(xiàn)，循環(huán)3次。應用SPM8

4、軟件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對原始圖像進行頭動校正、空間標準化、空間平滑處理和統(tǒng)計學分析，以獲取執(zhí)行不同心算任務時的腦功能圖像結果。觀察組分析結果并進行組間分析，對四種運算任務的腦激活區(qū)進行定位并比較兩組之間的差異，同時分析并比較珠心算訓練組在不同難度加法運算時的腦神經(jīng)機制的差別。
　　結果:珠心算訓練組在執(zhí)行四種計算任務時的正確率均明顯優(yōu)于未訓練組，反應時間短于未訓練組。但進行復雜計算

5、時，珠心算訓練組的正確率下降，反應時間延長。在四種運算實驗中，珠心算訓練組幾乎均可見枕葉（尤其以雙側楔葉為主）、左側頂上區(qū)（頂上小葉后部，即楔前葉）及雙側小腦半球激活，其中尤其以雙側楔葉激活明顯;在減法、乘法及除法計算的部分被試中見到右側頂葉（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前額皮層、額內(nèi)側回、梭狀回和舌回的激活。從所需腦區(qū)多少來看，乘法計算激活腦區(qū)明顯多于其它三種計算任務，而加法計算所需腦區(qū)則明顯少于其它

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

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

8、空間策略，激活的是左側頂上小葉后部（楔前葉）及楔葉;而未訓練組以前額皮質(zhì)及左側頂下小葉激活為主，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算任務，其中左側頂上小葉后部可能在珠心算中起核心作用。根據(jù)實驗結果，我們推測枕-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。相同任務下，珠心算訓練組的腦激活區(qū)較未訓練組少且集中，說明完成相同任務時，訓練組所需要的資源少，由此證明通過長期的訓練提高了