學(xué)習(xí)是人類最重要的技能，很多家長都十分關(guān)心孩子“怎么更輕松地學(xué)習(xí)”“怎么樣能學(xué)得更好更快”等問題。
為此，浙江大學(xué)物理學(xué)院陳飛燕教授和斯坦福大學(xué)Vinod Menon教授，以數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)作為突破口，開展了學(xué)習(xí)的神經(jīng)機制研究?！耙延械难芯勘砻鳎瑪?shù)學(xué)是多種行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，兒童早期的數(shù)學(xué)能力往往會影響其日后的發(fā)展。”陳飛燕解釋道。
正在打算盤的兒童
為什么在相同條件下，有的人數(shù)學(xué)就能學(xué)得特別好？
浙大科研團隊進行了長達5年的追蹤研究，對接受珠心算訓(xùn)練兒童的行為和磁共振數(shù)據(jù)進行了大量分析，揭秘學(xué)習(xí)背后的神經(jīng)機制。
5年跟蹤研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)的學(xué)習(xí)讓學(xué)習(xí)更容易
陳飛燕團隊在東北的三所小學(xué)中，對校本課程里學(xué)習(xí)珠心算和不學(xué)珠心算的幾個班進行對照研究。
“學(xué)生是隨機分班的，在接受學(xué)校正常數(shù)學(xué)教學(xué)之外，珠心算班的兒童每周學(xué)習(xí)2小時珠心算，控制組的兒童則在相同時間內(nèi)進行常規(guī)的計算或閱讀，其他的學(xué)習(xí)內(nèi)容都是相同的?！标愶w燕說，“將參與者隨機分為實驗組和控制組，且兩組在年齡、性別、認(rèn)知能力等方面沒有差異?！贝送?，控制組的孩子在課后也不參加珠算或珠心算的培訓(xùn)。
研究團隊招募了200余位學(xué)生參加實驗，并在此后的五年時間里持續(xù)開展追蹤研究。
每經(jīng)過一年訓(xùn)練時間，團隊都會使用國際通用的量表來測試兩組學(xué)生的數(shù)學(xué)能力，并對獲得的一手?jǐn)?shù)據(jù)進行分析研究。
課題組成員、已畢業(yè)的團隊博士生謝燁在解釋研究結(jié)果時說：“實驗組和控制組的數(shù)學(xué)能力存在著顯著的差異。無論是平均數(shù)學(xué)能力得分，還是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的快慢，實驗組的表現(xiàn)均顯著優(yōu)于控制組。”
實驗組的平均數(shù)學(xué)能力得分和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的快慢
均顯著優(yōu)于控制組
陳飛燕說：“珠心算是一種具有中國特色的心算方式，在本研究中作為其中一種訓(xùn)練方案，目的是為了探尋一般化的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程，揭示兒童數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的機制。”
大腦核磁數(shù)據(jù)揭示學(xué)習(xí)背后的神經(jīng)機制
在珠心算組的數(shù)學(xué)表現(xiàn)顯著高于控制組的情況下，珠心算組訓(xùn)練者之間也存在著明顯的個體差異。
那為什么有的人能學(xué)習(xí)得更好呢？其背后是什么機理？
浙大科研團隊在征得學(xué)生家長同意后，開展安全無損的磁共振成像掃描，通過磁共振技術(shù)獲取了訓(xùn)練一年后的大腦結(jié)構(gòu)和功能數(shù)據(jù)，來預(yù)測后續(xù)四年珠心算兒童的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效益。
被試者參加安全無損的磁成像掃描
“已有的研究表明，人類大腦神經(jīng)元的細(xì)胞體主要聚集在大腦灰質(zhì)，大腦灰質(zhì)體積的大小與人類認(rèn)知能力息息相關(guān)?！睂Ρ葍山M大腦形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)上的差異，研究團隊發(fā)現(xiàn)了兩個特殊腦區(qū)，即大腦左右兩側(cè)的海馬及其相鄰的內(nèi)側(cè)顳葉，它的灰質(zhì)體積能夠預(yù)測珠心算組兒童的數(shù)學(xué)能力增長率。也就是說，經(jīng)過一年珠心算訓(xùn)練后，這兩個部位的灰質(zhì)體積越大，后續(xù)四年數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的成效就越好。
大腦灰質(zhì)體積能夠預(yù)測兒童的數(shù)學(xué)能力增長率
如果把腦區(qū)的灰質(zhì)比作電腦的硬件，那么腦區(qū)間活動的同步性就構(gòu)成了腦區(qū)間的功能連接，共同組成不同的“操作系統(tǒng)”。
研究人員進一步探究兒童靜息狀態(tài)下大腦的功能連接，發(fā)現(xiàn)大腦的“操作系統(tǒng)”也能夠預(yù)測個體數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的成效——兩側(cè)海馬系統(tǒng)與額葉及枕顳聯(lián)合腦區(qū)的大腦活動的同步性能夠預(yù)測后續(xù)珠心算兒童數(shù)學(xué)能力的增長率。
上述研究表明，左右兩側(cè)海馬系統(tǒng)與參與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的其他腦區(qū)的信息交流越緊密，珠心算兒童數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的成效就越好。
腦子為何越動越靈學(xué)科交叉來解釋
謝燁說：“這一研究再次證明了，大腦深處與記憶和學(xué)習(xí)緊密相關(guān)的海馬神經(jīng)系統(tǒng)，能夠為長期技能學(xué)習(xí)提供動力?！?/p>
5年的長期追蹤對照實驗發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過一年珠心算訓(xùn)練后，海馬系統(tǒng)通過與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)相關(guān)的腦區(qū)間的信息交流，加強整合特定的信息來支持后續(xù)長期的學(xué)習(xí)。這也表明，個體通過持續(xù)的學(xué)習(xí)，能夠?qū)Υ竽X系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)的特定刺激，擴大學(xué)習(xí)的成效，達到“腦子越用越好”的效果。
A 珠算的操作實例 B 本研究實驗流程
在這項研究中，浙大物理學(xué)院的科研人員通過綜合物理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科，解答了困擾人們已久的學(xué)習(xí)背后的神經(jīng)機制，對教育教學(xué)實踐以及認(rèn)知訓(xùn)練研究具有潛在的意義。
“我們的研究中有大量的行為和腦影像數(shù)據(jù)的分析和建模，而物理學(xué)的訓(xùn)練和思維方式為此提供了強有力的支撐?！睂τ诮徊鎸W(xué)科研究的體會，陳飛燕說道。
這項研究近日發(fā)表在國際知名期刊《發(fā)展科學(xué)》（Developmental Science）上，謝燁博士和Hyesang Chang博士為共同第一作者，陳飛燕教授和Vinod Menon教授為論文共同通訊作者。
（文 李俊元、柯溢能/圖片由受訪團隊提供）
