珠心算的心理學(xué)研究及展望

珠心算的心理學(xué)研究及展望

目前，臨床和腦科學(xué)研究中開(kāi)展腦功能成像的方法主要包括腦磁圖（meg）、腦電圖（eeg）、事件相關(guān)腦水位（ep）、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（spot）、正電子發(fā)射斷層成像（pe）和功能磁共振成像（mri）。根據(jù)測(cè)量的腦功能信號(hào)，腦mri主要包括依靠血液氧水平的輔助功能磁共振成像（boldmri）和輔助功能磁共振成像（pefusalmri），也稱為輔助加權(quán)成像（pwi）、分散加權(quán)功能磁共振成像（ms）和磁共振波譜。而在認(rèn)知神經(jīng)領(lǐng)域，如果不做特別說(shuō)明，一般都指BOLDfMRI，簡(jiǎn)稱fMRI。由于fMRI具有無(wú)損傷、具備較高的空間分辨率、具備一定的時(shí)間精度、方法靈活易行、具有可重復(fù)性及學(xué)術(shù)領(lǐng)域交叉性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，故在腦認(rèn)知功能研究中應(yīng)用廣泛，但在珠心算方面的研究尚處于初級(jí)階段。現(xiàn)將目前有關(guān)珠心算在心理學(xué)及功能方面的研究現(xiàn)狀總結(jié)如下。1珠心算腦機(jī)制的實(shí)證性研究以往對(duì)珠心算的研究多是從教育觀察的角度出發(fā)，多為經(jīng)驗(yàn)式的和非實(shí)驗(yàn)性的描述，沒(méi)有從腦機(jī)能活動(dòng)的方面進(jìn)行探討；神經(jīng)心理機(jī)制還沒(méi)有深入全面的實(shí)證性研究，缺乏嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)有關(guān)珠心算心理機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究逐步完善起來(lái)，從而為理解珠心算的腦機(jī)制提供了新的思路。神經(jīng)心理學(xué)的研究思路主要涉及到了兩方面：一是通過(guò)“專家-新手”對(duì)比的研究方法，探索珠心算訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生的記憶廣度、記憶的遷移以及加工方式的作用，其主要目的是證實(shí)“珠算圖”的存在；二是采用同時(shí)操作兩種任務(wù)的實(shí)驗(yàn)方法，從干擾效應(yīng)上檢測(cè)了珠心算與左右腦的關(guān)系。1.1構(gòu)建珠心算訓(xùn)練平臺(tái)Hatano等通過(guò)對(duì)5組珠算水平不同的被試者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，珠心算技能越熟練，越不易受到聽(tīng)覺(jué)-言語(yǔ)干擾任務(wù)的影響，反而容易受到視覺(jué)-空間干擾任務(wù)的影響，其研究表明珠算能手在記憶數(shù)字時(shí)使用了心理算盤(pán)。梁鳳仁的研究結(jié)果表明珠心算兒童在心算中更依賴視覺(jué)空間畫(huà)板。Hatta和Miyazaki通過(guò)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，珠算能手能夠比普通人記住長(zhǎng)得多的數(shù)字串，但在記憶水果名稱時(shí)，珠算能手的認(rèn)知水平與普通人無(wú)異，由此推測(cè)珠算能手運(yùn)用了“心理算盤(pán)”作為一種想象策略來(lái)幫助記憶數(shù)字，而沒(méi)有珠算經(jīng)驗(yàn)的常人不用這種以想象為基礎(chǔ)的策略，并且提出珠算能手高超的記憶力是有限的、特定的，珠算中所使用的想象策略不會(huì)遷移到其它認(rèn)知任務(wù)上去。同時(shí)，Kawakam的由記憶數(shù)字向記憶幾何圖形的遷移實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)珠算熟練組比初學(xué)組的數(shù)字記憶力強(qiáng)，而兩組被試者對(duì)幾何圖形的記憶沒(méi)有差別，從而進(jìn)一步證實(shí)了上述觀點(diǎn)，即珠算能手超常的記憶力是針對(duì)具體領(lǐng)域的，具有特異性。但是，也有研究發(fā)現(xiàn)了珠算學(xué)習(xí)者在筆算速度和準(zhǔn)確度方面都比未受訓(xùn)練者高，原因可能是珠算練習(xí)的遷移作用。能手用右腦進(jìn)行想象策略完成各種任務(wù)，所以除珠算計(jì)算之外，能手的想象策略不僅可以有效地應(yīng)用于數(shù)字運(yùn)算，還可以完成其它認(rèn)知任務(wù)。Hatano等的研究結(jié)果也有力地說(shuō)明了珠心算能手在記憶數(shù)字時(shí)使用了“心理算盤(pán)”，通過(guò)常規(guī)問(wèn)題解決形成的表征系統(tǒng)自動(dòng)地遷移到了其它任務(wù)上。尹文剛等通過(guò)眼動(dòng)軌跡揭示珠心算訓(xùn)練形成了特定的視覺(jué)掃描過(guò)程，這種掃描過(guò)程是視覺(jué)-心理活動(dòng)的指征，表明訓(xùn)練組兒童在計(jì)算中可能利用了表象；基本認(rèn)知能力的神經(jīng)心理實(shí)驗(yàn)的研究顯示，珠心算訓(xùn)練能夠提高兒童的數(shù)學(xué)運(yùn)算及信息提取能力；拓寬數(shù)字記憶空間；增強(qiáng)注意力的集中度。1.2珠心算對(duì)腦力作用的影響Hatta等運(yùn)用Kinsbourn和Cook的時(shí)間分享實(shí)驗(yàn)檢查珠算能手腦半球的工作情況，結(jié)果表明能手的右腦比左腦更有助于心算，而常人的位置正好相反。尹文剛等的研究亦顯示，珠心算訓(xùn)練促進(jìn)了學(xué)生大腦功能的偏側(cè)化進(jìn)程，訓(xùn)練組比未訓(xùn)練組表現(xiàn)出更為明顯的左半球語(yǔ)言加工優(yōu)勢(shì)和右半球圖形加工優(yōu)勢(shì)，但實(shí)驗(yàn)還顯示珠心算對(duì)大腦功能偏側(cè)化的影響只是局限在以半邊視野速示為基本條件的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。有關(guān)珠心算與左右腦的功能間關(guān)系的研究，其實(shí)質(zhì)就是給珠心算在大腦中進(jìn)行定位，單憑神經(jīng)心理學(xué)研究還不足以探明，其確切定位還有賴于fMRI的研究。2維珠心算心算的腦功能區(qū)及相關(guān)研究隨著認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展，PET和fMRI等無(wú)創(chuàng)傷性腦功能成像技術(shù)迅猛發(fā)展并應(yīng)用于臨床研究。fMRI是20世紀(jì)90年代以來(lái)的一項(xiàng)新發(fā)展，它的應(yīng)用為認(rèn)知過(guò)程中大腦活動(dòng)的研究開(kāi)辟了一條新途徑，可以有效地評(píng)價(jià)皮層區(qū)的活動(dòng)。與神經(jīng)心理學(xué)研究相比，珠心算的功能性腦成像研究尚處于起步階段，但這也將擴(kuò)充數(shù)學(xué)認(rèn)知的研究領(lǐng)域?，F(xiàn)通過(guò)將神經(jīng)心理學(xué)研究的結(jié)論與以往部分fMRI研究的結(jié)果相結(jié)合，來(lái)推測(cè)出珠心算訓(xùn)練的工作機(jī)制及相關(guān)腦區(qū)的定位。神經(jīng)心理學(xué)研究結(jié)果表明，珠心算訓(xùn)練組兒童在計(jì)算中可能利用了表象；記憶數(shù)字時(shí)更容易受到視覺(jué)-空間干擾任務(wù)的影響，即說(shuō)明此過(guò)程中使用了“心理算盤(pán)”。梁鳳仁的研究結(jié)果顯示珠心算訓(xùn)練組兒童在心算中更依賴視空間畫(huà)板。Tanaka等通過(guò)事件相關(guān)fMRI的研究結(jié)果亦顯示，在處理數(shù)字時(shí)珠算能手的視覺(jué)-空間工作記憶的相關(guān)腦皮層區(qū)（包括雙側(cè)額上回和頂上小葉）激活更明顯，而新手則以激活語(yǔ)言工作記憶的相關(guān)腦皮層區(qū)為主，由此為神經(jīng)生理學(xué)提供了依據(jù)：珠算能手在數(shù)字記憶中利用了視覺(jué)-空間工作記憶。Hanakawa等的fMRI研究表明，珠算能手的心算引起了右側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)和頂葉的激活，其中珠算能手頂上小葉后部的激活較新手明顯增強(qiáng)，這進(jìn)一步說(shuō)明了珠算能手可能增強(qiáng)了在二維空間的視空間信息處理中的神經(jīng)資源的參與。右側(cè)額頂區(qū)是視覺(jué)空間和視覺(jué)運(yùn)動(dòng)的處理區(qū)，珠算專家心算時(shí)這些區(qū)域激活增強(qiáng)，可能反映了執(zhí)行任務(wù)時(shí)采用的計(jì)算方法權(quán)重不同，專家更依賴于視覺(jué)空間策略，普通人更依賴于語(yǔ)言策略。Ungerlieder等研究發(fā)現(xiàn)，靈長(zhǎng)類腦的視覺(jué)加工系統(tǒng)分為兩條主要通路：枕-頂通路即背側(cè)束主要與視覺(jué)空間加工有關(guān)，而枕-顳通路即腹側(cè)束則與視覺(jué)物體加工有關(guān)。Hanakawa等將頂葉多個(gè)功能區(qū)在處理心算時(shí)的組織關(guān)系推理為：頂葉前外側(cè)主要與數(shù)字的語(yǔ)言方面有關(guān)；頂葉中部處理一般性計(jì)算概念；頂葉后內(nèi)側(cè)（相當(dāng)于楔前葉）處理空間的矢量型操作。這種假設(shè)與Simon等的研究結(jié)果一致，即頂葉后上部皮層參與視覺(jué)空間處理。Jonides等的研究結(jié)果表明，視覺(jué)空間的工作記憶任務(wù)主要激活右側(cè)的前額葉、運(yùn)動(dòng)前區(qū)、頂葉與枕葉等區(qū)域，而言語(yǔ)工作記憶任務(wù)產(chǎn)生的激活則主要位于左側(cè)。其它一些研究也指出，右側(cè)頂葉的激活主要與視覺(jué)空間工作記憶有關(guān)。Simon等通過(guò)fMRI研究發(fā)現(xiàn)，視覺(jué)-空間任務(wù)主要激活了左右兩側(cè)的頂葉上部區(qū)域，位于頂內(nèi)溝后部的旁側(cè)，減法計(jì)算激活了左側(cè)頂內(nèi)溝的后部區(qū)域，約位于角回的下方及雙側(cè)頂內(nèi)溝的中部，約位于緣上回的下方。這一結(jié)果表明，數(shù)字加工在頂葉區(qū)域具有相對(duì)獨(dú)立的激活區(qū)域，既不與一般的視覺(jué)空間區(qū)域重疊，也與言語(yǔ)任務(wù)的區(qū)域存在一定的分離。Zago等的一項(xiàng)PET研究發(fā)現(xiàn)，與通常的N-back視覺(jué)-空間記憶任務(wù)相比，兩位數(shù)乘法任務(wù)在左側(cè)頂下小葉與楔前葉區(qū)域產(chǎn)生了更多的激活，表明數(shù)字加工與一般視覺(jué)空間工作記憶在腦區(qū)定位上也存在較大的差別。以上研究表明，在珠心算專家在心算中更依賴于視覺(jué)空間策略的前提下，其相關(guān)腦功能區(qū)應(yīng)主要分布于頂枕區(qū)（右側(cè)更明顯），明顯不同于普通心算的腦激活區(qū)。此結(jié)論的準(zhǔn)確性有待于在今后的珠心算訓(xùn)練的具體fMRI研究中進(jìn)一步深入探討驗(yàn)證。綜上所述，神經(jīng)心理學(xué)研究可以為珠心算訓(xùn)練的心理機(jī)制研究提供便攜的方法，fMRI等認(rèn)知方法可以對(duì)珠心算訓(xùn)練的腦功能區(qū)進(jìn)行定位。但由于珠心算訓(xùn)練過(guò)程是極其復(fù)雜的，不同的教學(xué)模式、不同的學(xué)習(xí)方法及不同的運(yùn)算策略都將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而使得這一領(lǐng)域的研究充滿活力和挑戰(zhàn)。通過(guò)逐步完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)后處理等過(guò)程，并進(jìn)行多學(xué)科的結(jié)合，將有望更準(zhǔn)確地反映珠心算訓(xùn)練的相關(guān)腦功能區(qū)。珠算式心算簡(jiǎn)稱珠心算,主要依靠人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)將抽象的數(shù)字變成直觀盤(pán)珠映像,并在大腦中形成以“珠像”運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的一種技能。它是珠算的升華和飛躍,是伴隨于珠算發(fā)展過(guò)程中“珠算”與“心算