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儿童大脑怎样形成数学记忆

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  当孩子们学习算术时,有一个逐渐转变的过程:从扳着手指计数到从记忆中搜索计算素材。为何有些孩子会计算得更快更准确?最近,美国斯坦福大学医学院一项最新研究为此提供了第一个证据,解释了儿童在学数学时大脑是怎样自身重组的。这是一场精心编排的大脑变奏曲,基本上是一次转型。相关论文在线发表于817日的《自然·神经科学》杂志网站上。

 

  以往研究发现,在解决数学问题时,儿童与成人的脑部活动大相径庭。“我们想知道儿童是怎样获得新知识的,为什么有些孩子在检索他们记忆里的东西时,表现得比其他孩子更好?”论文高级作者、精神病与行为科学教授维诺德·迈农说。“这项研究阐明了在儿童认知发展期间脑部发生的动态变化。”

 

  实验有28名儿童、20名少年和20名成人参加。研究人员让儿童做最简单的数学问题,同时进行功能性磁共振成像脑扫描,并且每隔一年多就做一次扫描。实验之初,儿童年龄在79岁,少年为1417岁,成人为1922岁,均智商正常。研究人员发现,当儿童年龄长到平均8.29.4岁时,在解决数学问题时变得更快更准确,此时他们会更多地依靠从记忆中检索,更少依靠计数计算。

 

  对于这种策略性改变,研究人员在他们的脑部看到了几个变化:在形成新记忆中发挥重要作用的海马体,一年以后在儿童脑中变得更加活跃;与计数有关的脑区,包括前额叶和顶叶皮层活跃性降低。此外,变化的程度取决于海马体与其他脑区的相连,一年以后,前额叶、前颞皮层和顶叶皮层的多个部位与海马体形成了更紧密连接。最关键的是,这些连接越紧密,儿童从记忆中检索数学资料的能力也就越强。虽然儿童在一年后更多地运用他们的海马体,而青少年和成人在解决数学问题时却极少用海马体,他们会从已完成发育的新大脑皮层中取出数学素材。

 

  “这意味着海马体为学习提供了一个支架,负责将素材巩固并纳入长期记忆中。”迈农说。儿童的脑部正在为数学知识构建一个计划。海马体帮助支持其他脑区形成像成人那样的神经连接,以解决数学问题。“在成人脑中不需要这种支架,因为有关数学素材的记忆已经在并入到新皮层中了。”本研究还显示,虽然成人的海马体不像儿童那样活跃,成人通常是从新皮层提取素材的,但它好像为数学信息保留了一份副本。

 

  下一步是把这一新发现用于比较那些数学能力正常的孩子和数学学习障碍的孩子。迈农说,“这种顺利检索数学素材的能力是个基本问题,那些有数学学习障碍的儿童到高中和大学仍会有这种障碍。这是否因为由于在早期学习阶段,海马体无法提供可靠的支架,从而无法与在其他脑区建立起良好的数学素材表达,使得孩子继续使用那种低效率的策略来解决数学问题呢?我想检验这一点。”

 

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