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题 报 告 ;&-.-<=>?=>

珠心算训练开发儿童智能的脑机制研究结题报告 $

山东潍坊医学院教授

摘要

目的

$

李秀艳

探讨珠心算训

来越重要的作用,也受

练开发儿童 智能的脑机 制。方法

到越来越广泛的重视。

用横向配 伍和纵向配 对设计方

从美国“脑的 0# 年: ,到

案,分别对 珠心算训练 组和未训

日本“脑科学 时代计

练组学龄儿 童进行瑞文 推理智力

划:,无一不显示出脑与

测验、基本认知能力测验;并采用

认知科学在国际生命科

( 功能 &’( )事件相关电位 *、+,’-

学研究领域中的重要地

性磁共振成像)、 &.(脑电超慢涨

位。在我国, 脑与认知科

落图 )技术,测定两组儿童心算过

学的研究也受到了应有

程中大脑神 经元激活的 部位、区

的重视。杨雄里院士主

域范 围大 小和 激活 时间 的 先后 ,

持的 “ 脑功能和脑重大

分析脑内神 经化学物质 的变化。

疾 病 的 基 础 研 究 :

采用多因素 重复测量的 方差分析

( 0$$$ 6 !##7 ) 、郭 爱克

和 / 检验等方法进 行统计学处

院士主持的“脑发育和

理。 结果 (0 )训练组儿 童智商明显高于未训练组( ( 1#2 #0);

可塑性的基础研究:( !### 6 !##") 等重大课题均取得了重大进

(! )训练组儿童数物感知觉主要激活枕叶,未训练组主要激活额

展。进入 !0 世纪以来国内外更多关注儿童数字认知能力、言语

(3 )在 3"#45 6 $"#45 时程内,两组被试心算过程涉及的脑区 叶;

及阅读能力的研究, !##3 年中国珠算协会用了多半年时间,对珠

基本上相同,主要集中在额区、中央区、顶区,但训练组的正慢电

心算教育作了较大范围的系统调查,撰写了《关于珠心算教育具

( 7 )随着运算难度增加,与简单运算 位出现早,且波幅变化明显;

有开发儿童少年智力潜能作用的调查报告 》。日本、新西兰等国

相比,部分原有激活脑区的范围和强度增大,而且出现新的特定

家对 珠心算开发脑潜能的研究取得了一定 的结果。我国浙江大

( " )心算过程中脑涨落图显示多个神经递质系统参 脑区的激活;

学唐孝威院士的“ 珠心算训练对儿童脑的可塑性的影响: 课题组

与了珠心算运算过程,这些 活动呈现抑制递质系统激活大于兴

和中央教 课所蒋志峰研究员在珠心算教育方面 做了大量的研究

( 8)两组 奋递质系统激活的模式,并呈现一定的空间分布特征。

工作,取得了可喜的进展。

儿童小脑半球都有激活。结论 珠心算训练能促进儿童基本认知

迟海滨会长 十分重视珠心算训练开发儿童 的智力潜能的研

能力和智力的发展;珠心算 训练使儿童对信息加工的启动激活

“珠算的功能由计算功能、教具功能进而发展 究,他在讲话中指出,

强度大,而且后期消耗脑资源少;珠心算训练儿童对信息加工使

为兼有开发儿童少年智力潜能的功能,珠心算的功能有了质的重

用语言和视觉空间加工综合策略,而且随着训练时间延长,儿童

大发展: 。开发儿童脑智功能、挖掘人类智力潜能,是科教兴国的重

更倾向于采用语言和视 觉空间综合策略。未训练儿童多使用语

要举措。在新形势下, 有效的培养高素质创新人才, 是脑科学和教

言加工策略;在计算中小脑参与心算认知加工活动,各个脑区相

“ 谁能有 育科学工作者的当务之急。根据全国教育工作会议精神,

互配合共同完成复杂 的数学认知加工任务;儿童大脑功能 具有

效的培养出高素质人才, 谁就有了最大的科技优势:。高素质的人

很强的可塑性和更大的可开发空间。

才是有高度创新能力的人,从脑科学的角度来看,要培养出高度创

关键词

珠心算训练;儿童智力;基本认知能力;&’(;+,9

新能力的人, 就必须最有效的开发大脑功能。 《 珠心算训练开发儿童智力的脑机制研究 》是 !##7 年 3 月由

’-;脑电超慢涨落图; 脑机制 前言 !# 世纪 $# 年代以来,脑科学在人类社会进步中正在起着越

财政部、教育部批准立项, 由中国珠算心算协会、 山东省财政厅、 潍 坊市财政局资助并委托潍坊医学院承担的重大课题。该课题组在

珠算与珠心算 !##$% !

!"


题 报 告 W*121:9OG9O

$

$

迟海滨部长关心指导下、 在王朝才所长、 省财政厅和市局的协助支

练 );! 组为未训练组。每组儿童 &" 名,男、女生各半;年龄 &# (

持下,在潍坊医学院领导和科研处的具体指导下, 经过课题组四年

&& 岁,平均年龄 &#4 5 岁,皆首次参加 *+, 实验,全部为右利手;

多的努力, 已顺利完成了委托协议内容中的各项研究。

视力或 矫正视力均在 &4 # 以上。所有被试均排 除精神障碍和脑

材料与方法

及全身器质性疾病变。

以潍坊市北关街办中心小学 &’# 名 & ( ) 年级小学生为研究

>4 ! 实验仪器

对象,用横向配伍组和纵向配对设计方案,分别对珠心算训练组

实验仪器采用美国生产的 ?@ABC=DEF *+, 工作站。 **G 记录

和未训练组学龄儿童进行瑞 文推理智力测验、基本认知能力测

部位为国际 &# ( !# 导联系统, 用标准化 >! 导电极帽记录脑电。

验;并采用 *+, - 事件相关电位. 、/0+1(功能性磁共振成像 ) 、*2 (脑电超慢涨落图 )技术,测定两组儿童心算过程中大脑神经元 激活的部位、区域范围大小和激活时间的先后,分析脑内神经化 学物质的变化。采用多因素重复测量的方差分析和 3 检验 等方法 进行统计学处理。 &4 瑞文推理智力测验 &4 & 被试 从潍坊市某小学随机抽取 &# ( && 岁的小学生 ’# 名:训练组 与 训练组 )# 名,练习珠心算时间均在四年以上;未训练组 )# 名,

图 >4 ! 实验前熟悉实验程序

系同一个年级,但未经珠心算训练。两组平均年龄为 &#4 5 岁, 男

>4 > 脑电信号采集设备及采集参数原理

女各半。

采用美国 ?@ABC=DEF 公司 - ?@ABC=DEF8 1FD4 8 H@BFICF8 J98 K=L

将刚入学的 & 年级小学生 )# 名随机分为两组,每组 !# 名,

9 . 生产的 ") 导脑电记录系统。按照国际标准 &# ( !# 系统按放

男女各半, 平均年龄为 64 ! 岁。& 组为珠心算训练组,& 组 为未训

电极,采用 !$ 个 9M ( 9M;N 电极记录 - 见图 ! .,参考电极置于双

练组。在训练组训练 & 年后、 三年后将 ! 组分别进行瑞文推理智

侧乳突连线,同时记录垂直眼电 - J*OG . 与水平眼电 - H*OG .,

力测验。

J*OG 电极分别置于左眼眶上和眶下正中,H*OG 置于左右外眦

学生的家庭背景、教育背景和在班里的成绩无显著差异(, 7#4 #5)8 皆为首次参加实验,全部为右利手;视力或矫正视力均

外侧。头皮电阻降到 5P! 以下, 滤波带宽为 #4 #5 ( )#HQ , 连续采 样,采样频率 - 9 R < +E3@ .为 &###HQ。

在 &4 # 以 上。 &4 ! 研究方法 用上海惠诚测试系统中瑞文标准推理软件包,该软件量表共 由 "# 题组成, 分 5 组, 每组 &! 题,9 组主要测知觉辨别力、图形比 较、图形想象等能力;: 组主要测类同、比较、图形组合等能力;; 组主要测比较、推理、图形组合等能力; < 组主要测系列关系、图形 套合;* 组主要测套合、互换等抽象推理能力。由受过训练的心理 图 >4 > 采集脑电信号

学工作者对被试进行单个测验,记录被试在测验中的反应情况和 测试结果, 并用 =,==&#4 # 统计软件对数据进行统计分析。 !4 基本认知能力测验 对以上儿童采用中国科学院 心理研究所李德明设计和编制

>4 ) 实验过程 实验前讲解 *+, 的记录,并说明导电膏的无毒、无害;向被试 交待实验操作的内容, 详细讲解指导语, 使其能够积极配合实验。

( !4 # 版,即 !##5 年 ) 月版本 )软件, 的《基本认知能力测验 》 该软

>4 5 数据分析和统计

件量表包括数字拷贝、汉字比较、心算、汉字旋转、数字工作记

采用波峰振幅和波峰潜伏期的测量方法,选取颞枕区(,6 R

忆、双字词再认和无意义图形再认 6 项分测验,分别测验知觉速

,’ ) ,枕区( O&,OS,O! )和额中央区(/S,/;S,;S)几个电极点作

度、心算效率、空间表象效率、工作记忆和记忆再认五个方面的

为分析部位测量。统计分析: 用 =,== 统计软件对上述各段波幅、

认知能力。由受过训练的心理学工作者对被试进行单个测验, 测

潜 伏期分别进行 重复测量的 > 因素方差 分析。用 GB@@FTCAU@ (

验时采用双盲记录被试反应情况和结果,并用 =,==&#4 # 统计软

G@VUU@B 法校正 , 值。

件对数据进行独立样本统计分析。 >4 *+, 实验 >4 & 被试

)4 /0+1 实验 )4 & 被试者的选择 研究 对象为 "# 名正 常学龄 儿童,均 为潍坊市 某小学 在校

从潍坊市某小学随机选取 ) 年级学习成绩中等的学生 >! 名

学生,年龄范围 6 ( &> 岁。在学校的协 调下征得被试儿 童本人

分为两组, & 组为 珠心算训练组 (从小学 & 年级 开始珠心算训

及其监 护人的同意,在详细说明 本实验的目的、流程后,本着自

!"

珠算与珠心算 !##$% !


题 报 告 QMC9C;X<YX<

$

$

愿的原则,与被试儿童监护人签订被试同意书,并建立相关的通

O’ 6 信息输入

讯联系。 &’ ! 实验范式

用计算机向被试呈现刺激材料,刺激分为两类:单位数的加

实验采用组块设计 ( )*+,- ./0123 4,分为静息组块、任 务组块 和控制组块三部分。具体过程见示意图 &’ 5: 静息

5T813。

运算

静息

运算

静息

运算

静息

减法运算(如:& V " ) 共 $# 题; 双位数的加减法运算(如: 共 5! V O ) R# 题。算式所呈现的时间为 5###80L 答案呈现的时间为 O##80L

数字对照实验

算式与答案之间间隔 O##80。 O’ & 实验程序

图 &’ 5 组 块设计具体过程

要求被试端坐计算机前,距计算机屏幕约 O#,8 , 佩戴电极后

&’ 6 成像设备及成像参数

休息 O813 , 之后开始正式实验, 进行 5T813 的 M9 测试。 被试在计

本实验采用 71/8/30 公司 9:1+ 6’ #9 磁共振扫描仪及头部正

算机上完成信息加工测验,按鼠标判定对错。完成一项任务后,

交线圈。 对所有被试进行 ;<=> ? @ABC 扫描和高分辨 95DC( 95 ? E/12FG/. 18H2132 4 扫描。

休息 O813, 再继续完成第 ! 项任务。 O’ O 数据管理与分析 将 脑 电 超 慢 涨 落 分 析 仪 自 动 采 集 的 M9 测 试 数 据 用 7N775#’ # I+: D13.+E0 统计软件进行统计分析。 实 验 结 果 5% 珠心算训练对儿童智力和基本认知能力的影响 5’ 5 珠心算训练对儿童智力的影响 5’ 5’ 5 横向研究珠心算练习组的智商明显高于未练习组(珠

图 &’ 6 IABC 实验过程( 小学生在等待实验 ) &’ & 实验过程

心算平均训练时间 6’ O 年 ) ,并且珠心算练习者对图片的比较组 (表 5 ) 合能力强。提示珠心算练习能够促进儿童智能发展 。

所有被试 均在实验 前经过事 件相关脑 电位 ( /J/3G ? :/*HG/. K+G/3G1H*0L MBN 4 测试,其实验性质、难度相近,但算式内容不同, 以确保被试者能够充分理解 实验内容和过程,保证实验顺利完 成。 &’ O 数据处理及统计分析 &’ O’ 5 行为数据分析 在进行图像处理分析之前,首先采用 7N7755’ O @+: E13.+E0 软件对实验过程中记录下来 的所有被试的行为数据 ( 反应时和 正确率 ) 进行常规统计学处理。 &’ O’ ! @ABC 数据预处理 采用目 前国 际上 应用最 广泛 的 @ABC 数据 处理 软件 ? 7NA ( 0GHG10G1,0 KH:H8/G/: 8HKK1324 ,该软件是由英国的 P’ Q’ I:10G+3 等 人在通用数学软件包 AHG*H) 上开发的软件系统。 O% 脑电超慢涨落图( M9) 实验 O’ 5 被试

注:%% 表示 N W#’ #5 5’ 5’ ! 纵向研究一年 级两组被试心 算正确率和反 应时无统 计差异,一年级小学生珠心算训练 6 年后,自身智力比较并与未 训练 组配对比较, 珠心算练习主 效应和成长主 效应均 N W#’ #O ( 见表 !、6)。

选取潍坊市某小学 R# 名 " S 55 岁小学生作为被试,其中男 !T 人,女 6! 人, 平均年龄 T’ O 岁, 无脑部及其他可能影响脑电活 动的疾病。 O’ ! 脑电记录 采用 北京 华阳技 术公 司的 脑电 超慢 涨落 分析 仪,按 国际 5# ? !# 系统安置电极,选用 I6,I&,U6,U&,N6,N&,<5,<!,I", IT,9O,9R 共 5! 导联进行单极引导,以双耳连线为参考电极,前 额正中接地保护,记录被试在各测试状态下的脑电信号,时间为

珠算与珠心算 !##$% !

!"


题 报 告 :,;<;=>2?>2

&’ ! 珠心算训练对儿童基本认知能力的影响 横向 研究珠心算 练习组的心 算效率和反 应时显著高 于未 练习组(( )#’ ##& ) ,在工作记忆广度和无意义图形再认方面与 未练习组也有明显差异( ( )#’ #* )。珠心算练习对图形的加工有 影响:可促进儿童对图形的记忆、分类、推理、识别能力的提高 ( 见表 +)。

—— — —— — 训练组

1 1 1 1 1 未训练组

图 !’ + 儿童对物体刺激诱发的 ,-. 早成分 .& 和 /&0# 变化总平均图 注:显示在枕区 2& 和 2! 位置,训练组 .& 的波幅与未训练 组无差异,/&0# 训练组波幅明显低于未训练组; !’ ! 两组儿童对物 体刺激诱发的 ,-. 早成分 .! 比较 ( 图 !’ 8 )

!’ 珠心算训练对儿童数物感知觉的影响 !’ & 两组儿 童对数字刺激诱发的 ,-. 早成分 .&、/&0# 和 .! 波幅比较:

—— — —— — 训练组

1 1 1 1 1 未训练组

图 !’ 8 儿童对物体刺激诱发的 ,-. 早成 —— — —— — 训练组 图 !’ &

1 1 1 1 1 未训练组

儿童对数字刺激诱发的 ,-. 早成分 .& 变化总平均图

注:显示在枕区 2& 和 2! 位置,训练组 .& 的波幅大于未训

分 .! 波幅变化总平均图 注:在 35 和 345 位置,在 !##67 周围,训练组 .! 的波幅明 显低于未训练组;在 30 和 3" 位置9 /&0# 呈现出双侧基本对称,

练组;在 345 位置,在 !##67 周围,训练组 .! 的波幅明显低于未

30、 3" 训练组波幅比未训练组波幅低。训练组与未训练组对物体

训练组。

刺激的反应时间和强度差异比较明显。

—— — —— — 训练组

1 1 1 1 1 未训练组

图 !’ ! 儿童对数字刺激诱发的 ,-. 早成分 .! 和 /&0# 变化总平均图

!"

珠算与珠心算 !##$% !

图 !’ * 左侧大脑半球:珠心算训练组与未训练组激活脑区 ( 红色训练组, 示意图 蓝色为未训练组 )


题 报 告 /0+1+234534

注:减法心算还激活的脑区为:右侧顶下小叶、在部分被试 激活左侧海马。 ’% ’ 两组被试乘法心算激活的主要脑区

图 !% & 右侧大脑半球内侧面:两组被试心算活动激活的 主要脑区(红色代表训练组, 蓝色代表未训练组) ’% 儿童珠心算相关脑功能区的 ()*+ 研究 ’% , 两组被试珠心算加法心算激活的主要脑区 图 ’% ’ 两组被试乘法心算时脑激活区的横断面定位图 (左 侧未训练组,右侧训练组) 注:乘法心算还激活的脑区为:左侧楔叶。部分被试见扣带 回前部、 左侧枕中回及右侧舌回激活。 ’% - 两组被试除法心算激活的主要脑区

图 ’% , 两组被试加法 心算时脑激活区的横断面定位 图(左 侧未训练组, 右侧训练组 ) 注: 加法心算还激活: 左侧额内侧回、 扣带回前部。部分被试 还激活左侧楔前叶、 左侧枕中回及右侧梭状回等脑区。 ’% ! 两组被试减法心算激活的主要脑区 图 ’% - 两组被试 除法心算时脑激活区的横断面定位图 (左 侧未训练组,右侧训练组) 注: 除法心算还激活的脑区为:部分被试与乘 法相同激活 了左侧枕中回。 ’% . 不同心算方法激活的脑区(示意图)

图 ’% ! 两组被试减法心算时脑激活区的横断面定位图 ( 左 侧未训练组, 右侧训练组 )

珠算与珠心算 !##"$ !

!"


题 报 告 G8H5HB:3I:3

$

$ 前珠心算教育已经在国内 外许多国家和地区得到推广。 珠心算训练不但能够增强 儿童的计算能力,还有助于学 生发展注意力、观察力和记忆力等智力品质。那么,珠心 算训练提高儿童各项能力 的脑机制是什么?与普通心算 比较, 珠心算过程激活了那些脑区?对脑的可塑性有哪些 影响?脑区的开发对儿童智力潜能有哪些影响?本研究针 对以上问题,采用瑞文推理智力测验、 基本认知测验、 89* 技术、脑功能成像和脑涨 落图技术对珠心算开发儿童智 能的脑机制进行了系列研究。 (’ 珠心算训练提高基本认知能力和智力的机制 本研究表明,珠心算训练 组反应时和心算效率明显 高于未练习的学生;珠心算练习者的智商、对图片的比较 组合能力、工作记忆广度 和无意义图形的再认能力都明 显高于未练习者。同时本实验还表明,学生的心算效率、 注:珠心算训练儿童加、减、乘、除心算共同激活的脑区:双

智力既受成长因素的影响,也受练习珠心算的影响,但二者都是

侧楔叶、双侧小脑半球;加法和除法共同激活左侧舌回;加法和

独立影响因素,不存在交互影响,即珠心算训练儿童心算效率和

乘法则激活右侧舌回;加法和减法共同激活左侧楔前叶。

智力的提高,除成长的促进因素外,珠心算训练本身也提高了儿

颜色 代表 各种心 算不 同激 活的脑 区: 代表 加法 ; 减法;

童心算效率等基本认知能力和智力的发展。 珠心 算训 练提 高儿 童基 本认 知能力 和智 力的 机制 非常 复

乘法; 除法。 &’ 珠心算训练儿童心算过程脑电功率及神经化学物质的变 化

杂。就数字加工运算而言,反应速度加快和心算效率的提高可能 涉及多个环节 ,如提高数字的感知和识别能力、 选择反应能力

&’ ( 未训练组儿童安 静与心算时各 ) 谱 系出现频次变 化不

等。在实验中发现,珠心算训练儿童对数字物体、算式视觉刺激

大( *+ "’ ",);训练 组儿童 )&、)- 、). 、)(( 、)(! 谱线出现频次明

的感知、辨别敏感性增强,使儿童对数物 / 特别是数字 1 和加法算

显增多 /* 0"’ "( 1 。心算时训练组儿童 )& 和 )(! 谱线明显增多

式认知加工在较早的阶段开 始,提高了儿童对数字和物体的早

/* 0"’ "(1 。

期感知能力,而且这种影响经过珠心算训练一年就能表现出来,

&’ # 训练 组儿童 心算时 ,前脑 区 )&、 )(! 系明 显增强 / * 0"’ ", 1,后脑区 )&、)(( 、)(! 活动趋势明显加强( * 0"’ ",);左 侧脑区 )&、)(! 变化明显( * 0"’ ", ) ,右侧脑区 ), 减弱、)(! 升 高,有显著意义( * 0"’ ",)。

随着训练时间的增长,影响的作用逐渐增大,从而对提高儿童基 本认知能力和智力起到一定的促进作用。 :;<=>?@A 和 B?AA?CDE? 的提取理论也许能略加解释心算效率的 提高,该理论假定(( )算术 知识以一定的联结强度有组织地储存

&’ ! 训练组儿童心算时,)( 谱 *!、2!、*&、2&、3(、3# 区降

( #)算术答案是从长时记忆中提取的; (! )由 于长时记忆网络中;

低较明显,呈现双侧对称性前脑和枕区减弱;)# 谱系 4&、2& 、*!、

于网络各节点以一定的强度 储存,因此提取的速度和正确率多

3( 区降低较明显,)! 谱系 4& 、*& 、4. 、*, 区降低明显;)& 谱系

取决于问题在记忆结构中表 征的强度,而不完全是问题本身的

2&、5- 区升高,其余脑区均降低6 后脑区(*!、*&、5,、5-、3(、3#)

数字特点,因此,可认为简单的数学运算对珠心算训练者来说是

升高,呈后脑优势;)(( 谱系后脑区和左颞区升高;)(! 除 3# 区

答案提取的过程。

外,各脑区均降低。

研究者认为,在珠心算练习过程,从表面上看,输入的是符

&’ & 未练珠心算儿童心算时除 4!、4.、47、*& 、5- 区平均功

号,输出的也是符号,但珠心算训练远非简单的数学运算那么简

率值无明显变化 / *+ "’ ", 1 ; 而练珠心算儿童心算时 4! 、 5- 脑区

单,这一过程其实是通过口、眼、耳、手等感觉运动器官协调,训

平均功率值明显降低,并具有显著性差异 / * 0"’ ", 1 。珠心算训

练学生观察、注意、记忆和思维活动的综合过程。在训练中注意

练儿童与未经珠心算训练儿童心算时与心算前比较,)!、),、)-、

力高度集中,仔细辨别珠数,迅速操作,大脑反应清晰快捷,能在

).、)(( 频谱活动趋势均有增强;珠心算训练组 )&、)-、).、)((、

瞬间产生清晰的算 珠图像,表现在本研究结果是与 注意等认知

)(! 频谱活动增强明显 / * 0"’ ", 1 ;

活动有关的 89* 早成分 *(、F( 波幅增大,F(."、*# 波幅减小,

讨 论 珠心算是一种利用 大脑形象思维完成心算任务的 活动。目

!"

珠算与珠心算 #""$% #

提示珠心算训练对儿童心算 的早期感知与注意提高有一定促进 作用,对数字的感觉辨别敏感性增强,对数字的认知加工更容易


题 报 告 8-,/,93:;3:

$

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被激活。’!$$ 的平均波幅大,提示珠心算训练时间越长,儿童的

“ 自动化 ” 策略的执行,增强了数字加工的“自动化 ”。这种 可发生

主动记忆能力就 越强。负慢电位的出现显示心算结 束后出现的

在小脑内部,甚至通过大脑皮层与小脑的联系,影响到数字运算

电活动,是对答案的记忆过程,或者是对答案出现的心理期待。

有关脑区配合的“自动化”程度。

这些结果说明,珠心算过程增强了多个信息加工阶段和环节,机

另外,珠心算训练减少大脑功能的偏侧化,从而开发脑的功

制比较复杂,但本实验结果表明,珠心算训练可促进练习者对类

能。实验发现,未练习珠心算儿童在心算过程, 明显激活左脑, 表

同图像的迅速比较、判断、辨别能力,长期练习,促进其智力的发

现出双侧不对称,而珠心算练习 ! 年以上者,无论是枕区还是额

展。

中央区,都表现出相对对称。减少了心算中大脑的偏侧化倾向, #( 珠心算训练促进了儿童数字加工策略优化和自动化,减

少了大脑皮层功能的偏侧化。 珠 心算训 练儿童 与未训 练儿童采 用的心 算策略 的权重 不

促进了儿童右脑发展。 !( 珠心算训练使儿童对信息加工的启动激活强度大、速度 快, 更有效利用脑资源。

同。在实验中发现,珠心算训儿童在做简单的加减运算中,主要

)*+, 和 -+’ 研究显示,珠心算训练儿童心算时能迅速有效

激活双枕区,随着数学任务难度的增加,快速激活额顶区与语言

的激活与心算有关脑区, 短时间动用脑资源进行运算。普通儿童

活动相关区 域。因此说珠心算训练组在简单运算 时主要采用视

对与心算有关的脑区的激活要慢,对脑资源的利用也慢,整个的

觉空间策略,在完成复杂和难度加大的心算任务时,采用语言加

心算过程要长,消耗的脑资源要多。这可能与数字运算刺激的中

工策略和视觉空间综合策略;而未练习珠心算儿童,主要采用语

枢传导通路活动效率增强有关,因为有实验表明,短时高频刺激

言策略。各功能区在相互联系的整体配合中完成计算任务, 其中

可引起突触传递功能增强( 如长时称增强现象,./’),长期生活

顶下小叶可能起核心作用。其机制不清楚,可能与珠心算训练强

在丰富环境中的大鼠脑皮层增厚,皮层内突触密度增加,说明长

化了某些相关功能脑区可塑性,易化脑区的突触传递效率,甚至

期刺激可促进新生突触的形 成,因此珠心算训练可增强神经环

可能产生“特异性信息加工通路” ,相关功能脑区信息联系增强,

路中的突触传递效能,长时间训练有可能形成“特异性突触”,突

提高信息加工速度越快,同时,各相关脑区相互配合程度加强,

触数字信息加工速度和心算效率等。从脑区激活范围看,珠心算

共同完成复杂的数学认知加工任务。

儿童心算时激活脑区范围 较未训练者小,可能是长期珠心 算训

本实验还发现,心算时小脑被激活,说明小脑参与心算认知

练后除信息处理速度加快( 前述 )外,促进了某些脑区数字运算

加工活动。小脑在学习记忆等脑高级功能中发挥重要作用, 学习

加工方面的功能分化,只需要少数相关脑区配合即可完成。当运

记忆过程中得到的经验或技巧会 以“程序”的形式储存在小脑

算难度加大,更多脑区被激活,也支持这一点。脑电波超慢涨落

中,当大脑皮层指令到达小脑后,指令任务可按小脑已有的“程

研究显示,珠心算训练 ! 年的儿童,在心算过程中脑内脑波超慢

序” 完成。因此, 珠心算训练形成的数字加工策略( 特别是优化的

涨落特异性谱线出现抑制递 质系统活动激活大于兴奋性递制系

加工策略 )可以在小脑形成“程序 ”,在某种程度上加快数字加工

统激活,表现为代表抑制性震荡活动的谱线( 01、02、0"" 、0"!)活 动增强明显,而兴奋震荡谱线仅表现 为 0! ( 345 6 + )活动增强,07 系甚至 出现活动减弱的表现,表现为脑内多 个递质系统活动的 “ 兴奋 6 抑制镶嵌 模 式” , 这些改变 有利于减 少资源消 耗 , 符合 大脑 的能 量消 耗 最小 化原 则。 总之,本研 究从心理学、生理学和 影 像医学的 角度进行 了初步的研 究, 进一步增加了对珠心算开发儿童智能 脑机制的认识。珠心算训练开发儿童 智能的脑机制非常复杂,但随着神经 科学的发展和新的技术手段创立和应 用,相信会进一步提高珠心算开发智 力的机制认识,促进 脑功能的开发。

珠算与珠心算 #$$%& #

!"


珠心算训练开发儿童智能的脑机制研究结题报告(2009)