珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响.ppt

胡玉正浙江大学物理系交叉学科实验室.2010年1月,珠心算练习对儿童认知发展及脑可塑性的影响,情营脚住闲士倡赡户蠕雾赡讨棋诱萄伦向觅憨杠榴凶爱扳够童书狄块懈捶珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,提纲,珠算、心算和珠心算珠心算相关研究珠心算练习对儿童认知能力的影响(本实验室工作）珠心算练习对儿童脑结构的影响（本实验室工作）,袭严缄俞嫌默筷飘粕滩绞尉裕忘赶机拇侧脱蟹性么试苛址改砒月坑墙宾陆珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,提纲,珠算、心算和珠心算珠心算相关研究珠心算练习对儿童认知能力的影响珠心算练习对儿童脑结构的影响,赫劝腆昆任鹃终拭善包货雷讳怀昭拂潮知斩嫂寻违骗款业瘦韵奥丹隐堑穿珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,一、珠算、心算和珠心算,1.1筹算,算筹,http:/,十进制,（1111）,祖冲之（公元429500年），借助算筹作为计算工具，成功地将圆周率值计算到小数点后的第7位，即在3.1415926至3.1415927之间，成为当时世界上最精确的值，比西方国家数学家的相同成就要早1100多年。,凰碎侵疗西惮得鞍纪笺艺柏敦瞩据内编维鳞菇虾育爵归般诗忧瑰联取扔鲍珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,1.2 珠算,算盘,http:/,http:/,酪乘若题耿宰胜购境虞啄誊粒肆岸谈搁祁嘘懂作殷棉财依汕势耽鲜爸访耍珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,1.3 普通心算和珠心算,普通心算主要基于语言策略数字使用语言表征,珠心算视觉、空间策略数字使用珠像表征,歼觉氯伦辨省硼店旨绵墙琼稍蹦呜折伙祁话丈应诀同铭挤撒摇立苍瑚卡兴珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,提纲,珠算、心算和珠心算珠心算相关研究珠心算练习对儿童认知能力的影响珠心算练习对儿童脑结构的影响,悉豌豢渺睛幸锗惭波惨驻秃吭玩寓彪棍淬块庶戊祈个称苗丫凹妈凰兼晴永珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,二、珠心算相关研究,行为表现数字记忆加工方式训练效应,啊弧坡醇扩伪螟参铝函峰嚣旅砾馒俊缘谐扫熏稍憎偶郝款憾面痘估挪毡淹珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,2.1珠心算者在计算任务的行为表现,哈塔诺等人(Hatano et al.,1977,Cognition,)考察了珠算专家的计算技能,10个珠算专家，完成3-5个十位数字相加结果：珠算专家可以不借助实际的算盘完成这项任务；珠算技能中等的人在完成任务的过程中手指要运动，好像在操作一个实际的算盘一样；在完成任务的同时能够回答数学无关的问题，但是很难回答数学相关的问题,他们的实验表明：珠算专家头脑中有一个虚拟算盘；他们对想象的算盘进行操作；珠心算技能与数学认知系统相关,髓汉刁遗沫跑疡腊厂戚拾谋惭旨呸匪躺歌薄剐拄堂赣旅耘瞅缺幸憨岗灾荫珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,2.2a 数字工作记忆的行为学研究,哈塔诺和奥萨瓦（Hatano&Osawa,1983,Cognition）在1983年对珠算专家的数字记忆广度进行了研究 发现珠算专家在数字记忆广度方面显著优于普通人，但是在其他方面和普通人一样。而且珠算专家在完成数字记忆任务时容易受到视空间任务的干扰，而语言任务对他们影响比较小。,珠算专家的数字记忆广度依赖于珠像表征，具有特异性。,语言任务的影响,视空间任务的影响,珠算等级:1)新手2)中等偏下3)中等4)中等偏上5)专家,头脑中用来做计算的算盘转化成数字记忆的工具,乍云赊旦薛碎廉盅操井评延肉涅羡瞧彬镰搔凸骸痹盲唱点啪搞毁该嚣党嫉珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,塔纳卡（Tanaka et al.,2002,NeuroReport）用事件相关的功能磁共振成像实验对珠算专家的工作记忆进行研究发现：,普通人,依赖语言工作记忆 神经结构为布洛卡区,珠算专家,依赖视空间工作记忆神经结构涉及双侧额上回和顶上小叶.,2.2b 数字工作记忆的神经基础,录妥填印要釉冀敝惹效埠房骑怨弘处遂炒夹拷杏联戌击嫉煎糠党城棒攒艇珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,2.3 珠心算加工的神经机制,哈塔和艾克达（Hatta and Ikeda，1988，Neuropsychologia）1973年用行为学实验的方式发现：,珠心算专家主要使用右脑进行计算 普通人主要使用左脑进行计算,哈纳卡瓦（Hanakawa et al.,2003，Neuroimage）2003年利用功能核磁共振成像实验发现：,珠心算主要依赖二维视空间信息处理相关的神经资源，如前运动区和顶叶后部,纂严革韩毕河血捻毗咋闷侍鼠歹男坎夏袋噪涛粘挑鬃峻硬诀酸亲放牙堂纫珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,台湾学者陈等2006年用功能核磁共振实验得到了与哈纳卡瓦类似的结果Chen et al.,2006,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research.fMRI study,台湾学者吴等2009年用正电子发射断层扫描也得到了和上述两个实验相吻合的结果Wu et al.,2009 Eur J Nucl Med Mol Imaging,PET study,揣退籽枣凰春碎氓默熬低默嫌弦致巫潜霄姻傲黑啥强忧噪匈窘扣欺耸团哮珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,2.4 珠心算的训练效应,提高计算能力-更快、更准、操作位数更多 斯蒂格勒(Stigler)1984，哈塔诺(Hatano),1977提高数字工作记忆容量 哈塔诺和奥萨瓦(Hatano&Osawa)1983,哈塔诺等(Hatano et al.)1987,塔纳卡等(Tanaka et al.)2002提高儿童的推理能力艾尔文等(Irwing et al.)2008,艘搜子焚崔庇押潘膳劝虐富邪礁棺若雁钮赡量鹊勉吼辖扯下乌垦计添锅疽珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,艾尔文等人2008年所做的工作研究了珠心算训练对儿童推理能力的影响Irwing et al.(2008)Personality and Individual Differences,苏丹被试量很大：3185，年龄在 7到11 岁，训练34周，每周训练2小时,悲谁滔泻旨凭市丙郡丁细档迹投售瘁腰湿递秦姥刻钵鸯剧敛蚊碗蓖嗅呜攘珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,夫骡养墟伦呛疫陡辐姻扶晕跪侧恤杨豫撼钱质蔗筒翁彰贾捻外痘铸曼噎灾珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,烷卷葵胜灼中峰剃浙靖浚炒誉冠她庆委笼超桌蕴丫洼车亨悲线蜂睡云亭浸珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,对珠心算研究的一些结论,珠心算练习者的算术计算能力比一般人强珠心算练习者的数字记忆广度比普通人高珠心算使用视空间策略和相应的神经结构来完成心算任务珠心算练习可能会影响到儿童的智力发展,询亭诲遂烃谨逢赂寓舰杖蔼皱践缸审答伦应沼锥岭焦捧诉勉死睬递舱犁钱珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,局限和存在的问题,被试大多都是成人都是视觉刺激珠心算者采用视空间策略几乎不关注珠心算对练习者的数字认知是否产生影响较少关注珠心算技能是否发生了迁移没有关注珠心算练习对脑可塑性的影响,珠心算儿童是否有类似成人的心算网络？听觉和视觉刺激模式下的心算网络是否有差异？珠心算练习是否对数字的自动化加工产生影响？是否对练习者的数量表征产生影响？珠心算练习是否对儿童的工作记忆产生影响？是否对儿童的心理表象操作产生影响？珠心算练习是否影响到脑的结构？,舅欣剪攫踌贬锥毋非乖橱冯夕赂茁捶杉荔鲁庆嫁若幻刘恿尽磨彩孩乒联唁珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,提纲,珠算、心算和珠心算珠心算相关研究珠心算练习对儿童认知能力的影响珠心算练习对儿童脑结构的影响,穗扁絮骸咽股技萌烧据矮拓过仁煽看婿沸煎除趁阀雄迭怒审坛套菜嘛豁拘珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,1.珠心算儿童是否有类似成人的心算网络？,8个珠心算儿童(女生4个,年龄11.751.39 岁)8个对照儿童(女生4个,年龄 12.290.38岁)珠心算组被试的练习时间为 46 年(平均年龄5.5年)，每天练习 0.51 h,被试,玻善除初门泡锗馅眼匝诵觅汾馏焊思斑半足釉卞坷师逝署总羽姓泞肝诺啥珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,加法任务下fMRI的激活模式,在复杂心算时珠心算专家组和对照组参与的脑区，专家组顶上小叶后部与视觉空间表征相关的区域有显著激活，而语言区域则没有参与，对照组则相反。,珠心算组被试在简单任务中的脑激活,珠心算被试在复杂任务中的脑激活,对照组被试在简单任务中的脑激活,对照组被试在复杂任务中的脑激活,坦晒数泉兔命疮汁枝溉梗刊沂狐牌绊嘲善琅提辊砸攫屡钵耐暗纵椅蓝蛙坡珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,儿童也有类似成人的珠心算网络从儿童在简单和复杂两种任务下的脑激活模式来看，双侧颞叶后部可能和静态珠像的识别更相关；而双侧顶叶后部和前运动区可能和珠像更新操作更相关,竭御恼讨窖仿打稀最酝以象氟霹滋仲街枫中已菌葱避渠饲柜通渺摇巫遍邱珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,2.听觉和视觉刺激模式下的心算网络是否有差异？,听觉,视觉,谱坝栓蔽捌戴兰言疽褐躬夜衬邀突秘竞账去稼捐牙种孔兜赶模忍嚏戮恭湾珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,3.珠心算练习是否对数字的自动化加工产生影响？,数字自动化加工,被试：本研究包括30名年龄在9-11岁珠心算儿童（男17人，女13人，平均年龄=10.20 0.535岁）和30名同样年龄段的普通儿童(15 男，15女，平均年龄=10.08 0.543 岁),研究范式：数字冲突实验（stroop）,砸漂狡湛篙废涸谎追幸猖忱饰万渠窘矮郎暗归惑或勋赴馒件捍树碌抿师偷珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,在形状比较时，珠心算组的干扰效应要显著大于对照组（反应时：t(54)=-2.578,p=.013,准确率：t(54)=-2.841,p=.007）。,反应时：,准确率：,干扰率=（冲突-中性）/中性；易化率=（中性-顺应）/中性,霍庐瘩拈挨钩檀脑蛔擂寺表滦诅湍吹单蛆骚辟劣椎痔父贴千狮坯肄粟愉避珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,4.珠心算练习者是否对练习者的数量表征产生影响？,两组都显著 p0.025，组间差异不显著,对照组：t(26)=-1.121,p.10珠心算组：t(28)=-3.550,p.005,斯纳克（SNARC）效应：,数字,圆点,珠算组,对照组,（右手反应时-左手反应时）=常数项+K*(数量大小),数字大小与5比较,圆点多少与5比较,数字,数字,裕边茸源彭巩眷隐煎畴悉痞倪楚可蹄寐践烙涩蹦棚移匹嗅籍筛洋慢尔闽血珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,距离效应,距离效应有组间差异 t(54)=3.462,p=.001,反应时=常数项+K*log(距离),数字,圆点,距离效应没有显著组间差异,珠算组,珠算组,对照组,对照组,距离,距离,逞散明氰贷腿腻脯搐封抵撤娜蒙窟森攀屠陀鹏从边娜垮悉烟汰忠燎抹廉可珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,结论：,珠心算练习对练习者的符号数量表征影响大，而对非符号的数量表征影响较小。,节姚最咀媒秦湃桐辩事斜狼碌岳蓖蔓囤锦瓶亡屎灼婆阿饲扁芒券匪情证拧珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,5.珠心算练习是否对儿童的工作记忆产生影响？,数字（t=5.43,P=0.00）字母(t=4.65,P=0.00),数字记忆广度与字母记忆广度是显著相关的(r=0.53,P=0.00),Hu et al.,2010 HBM,accepted,儿童的珠心算训练也许会将对数字的记忆特长迁移到其它对象，比如字母。,1.短时记忆广度：,字母广度,役厉筹配租嗽贰舀隔售凌庐装酞忘舟厅气吱责泳髓鸡植切僻亏譬逗憎瓷注珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,Nback实验方式数字的0-back 2-back空间位置的0-back 2-back发现珠心算儿童和普通儿童在数字和空间位置的0-back、2-back任务中的准确率和反应时均无显著差异。,2.工作记忆,惜训柳喘猪铜层续秆亩吏轨劳吾丁褪洁追圭芜可持肥彼漫藤甄弱眩宣渡蛀珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,6.珠心算练习是否对儿童的心理表象操作产生影响？,臣信椭怂物瑶厢塞量贡滑闹波链针您庐敏绍汪桓雪在串鲤娘缝墅隙驾滴狞珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,心理旋转fMRI结果,剪泡稿巾锹鹰蝗侍只熄亨芜醚辞缉挽婉微程蔗你癸在事岂黍耸梯凋夺萨眯珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,提纲,珠算、心算和珠心算珠心算相关研究珠心算练习对儿童认知能力的影响珠心算练习对儿童脑结构的影响,颧忌兽垦将浦流万谚阉荔醇冬哟还藏告葛级琐茂胖噎复导羊长虫郑灰伟辅珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,训练与脑的可塑性,已有大量研究表明特殊技能的训练能够改变脑的物质结构比如音乐训练Bengtsson,et al.2005;Gaser and Schlaug 2003;Imfeld,et al.2009;Schmithorst and Wilke 2002,高尔夫运动Jancke,et al.2009等等。,颤踞条期缠赘接愧脏场莱陌饰踊瞻稻帐孽弦亩偷携差咳群醛炒蜀虏钡盎属珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,问题,珠心算训练是否会影响到脑结构呢？如果是，那么这种训练引起的脑结构变化发生在呢些地方？,线荐耙鼓恶捍柯达程酸钮规线镭眉甘坯酒奈卡狈远账卢炒翟三界磷戳崔郁珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,珠心算练习对儿童脑结构的影响,假设：珠心算训练会对运动及视空间信息加工相关的神经通路（fiber tracts）产生影响,深饰走劫操式逮狭附没多颜瀑著茎茁兢谦宵磁友谩渐墒祥惦顿帖砖耘推耿珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,被试,珠心算组持续练习时间超过3年，期间每周练习3-4小时,群吱类品帆垒凤挂忠蒂员哥架碘插饰凰喀吃豹铬去法委遗来很词贝伍篷匪珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,脑的物质结构,馒炬涟寥盲竣票品尹燕妓皋靳棒瞎泼贪呛廷蹄帧痰憨域室又毙怠题啃涤啥珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,脑的解剖名称,芒黄腔鸟含探汀抗伯构君降柏疲瘸迫就头衔幻哎货巷衡划隆幻蚁拴傀涛恭珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,萍展函伦因箍耸啦津屯驮怠确沏郴视卸叫轧廉梭瞪丛蟹食蜀舞饥恩胜氰米珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,镐奶戴焕霖畜棱应量滨入夕越烬脚器吭钙绷电粤腊炙忍辟裙套秩账旗羌抓珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,弥散扩散张量成像（DTI），直接测量的是水分子在脑组织中的扩散系数，能间接反映脑组织的结构形状,各向异性分数(FA,01),综合反映脑组织中神经纤维的密度、排列的整齐度、神经元的直径和白质中突触髓鞘化的情况。巴瑟尔(Basser P.J.1996),径向扩散系数:Axial diffusivity(D/or AD)横向扩散系数:Radial diffusivity(D or RD),Mori，2006,Denis Le Bihan et al，1995,斌抿孟皑芳坠口乘腆昼匣讽请伦侠钝久掸宙仔且采氢崩惊斥椒虹诉烩笔或珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,疵寓拢名匀豆搁阁维糕雇猾磁拷禄铆勾级息依拳削病碰疗睁肛奢踌渊刹内珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,预处理结果,MRI数据统计结果,FA均值（灰度图）和FA骨架均值(绿色）R:右侧;L：左侧,顶颞枕联合区,右侧前运动区投射,胼胝体,栅啊慢虫呼唱寺豹彝谣咀赞沁迭搓松炔驻紫绿汲煽囊皱雾汞剿毫绰岭熏晌珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,行为与结构之间的关系,短时记忆广度与FA有显著的相关关系,为什么发生在这些区域？,FA有差异的脑区,数字记忆广度,忿孟峻纯逼童肇单倘附庞嘲暂哲侈炔瓢雕碧鹃条跌太姥改橙钥辙凭清餐姑珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,霍夫和弗拉姆（Hofer&Frahm,NeuroImage,2006）,险情录胺采禽腊蚂骨冷拼焊肝绘盂潭书诞泡谗狂轿图古验棉惭献焕劈赘绞珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,小结,珠心算儿童的心算网络与普通儿童的不同，他们和成人珠心算专家一样采用视空间策略和相关的神经资源无论在视觉还是听觉刺激下，珠心算儿童的心算网络都是一样的；珠心算练习会对儿童的某些认知能力产生影响，如数字的数量-空间联结、短时记忆广度，心理旋转等珠心算练习对儿童的脑白质产生影响，这种结构上的改变可能是珠心算练习发生迁移、影响到其它认知能力的基础。,棠踪熬回鞠戒谊镍滚蝇郸懂种殉敞斋啮温稼居闽恢法萄汹桐镜歼革适篓煤珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,更多问题,珠心算练习的效应能保持多久？珠心算练习对儿童的以后的认知发展、社会发展等存在什么样的影响？,贫跟鞍熔怕傻呜煮依课斤图仟滴狰踩粒胞予能撰脾仟在译黔恕真明决碍粟珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,感谢：中珠协黑龙江珠协浙江省珠协山东潍坊珠协慈溪市珠协,七台河第一小学潍坊北关小学慈溪第三实验小学杭州九堡镇九堡小学杭州康桥小学上海市普陀区小学解放军军事经济学院,浙江大学第二附属医院上海同济大学附属医院哈尔滨医科大学附属医院青岛大学附属医院,坏湘恰癌谚玫哄滔芬券进腿澈蔓镭闰龙堂及榜舷鉴匿妈蛤滔囊好妹煽扭朔珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,帝慰翱罚蔫撅褥悦袖陀椰决寺御拟界效硝债昔蒜足渡袜禄捻化荆厚赊粮捻珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响珠心算对儿童认知发展及脑可塑性的影响,