珠心算的心理学研究及展望

珠心算的心理学研究及展望

目前，临床和脑科学研究中开展脑功能成像的方法主要包括脑磁图（meg）、脑电图（eeg）、事件相关脑水位（ep）、单光子发射计算机断层成像（spot）、正电子发射断层成像（pe）和功能磁共振成像（mri）。根据测量的脑功能信号，脑mri主要包括依靠血液氧水平的辅助功能磁共振成像（boldmri）和辅助功能磁共振成像（pefusalmri），也称为辅助加权成像（pwi）、分散加权功能磁共振成像（ms）和磁共振波谱。而在认知神经领域，如果不做特别说明，一般都指BOLDfMRI，简称fMRI。由于fMRI具有无损伤、具备较高的空间分辨率、具备一定的时间精度、方法灵活易行、具有可重复性及学术领域交叉性强等优点，故在脑认知功能研究中应用广泛，但在珠心算方面的研究尚处于初级阶段。现将目前有关珠心算在心理学及功能方面的研究现状总结如下。1珠心算脑机制的实证性研究以往对珠心算的研究多是从教育观察的角度出发，多为经验式的和非实验性的描述，没有从脑机能活动的方面进行探讨；神经心理机制还没有深入全面的实证性研究，缺乏严格的实验室数据。随着科学技术的发展，近年来有关珠心算心理机制的实验研究逐步完善起来，从而为理解珠心算的脑机制提供了新的思路。神经心理学的研究思路主要涉及到了两方面：一是通过“专家-新手”对比的研究方法，探索珠心算训练对于学生的记忆广度、记忆的迁移以及加工方式的作用，其主要目的是证实“珠算图”的存在；二是采用同时操作两种任务的实验方法，从干扰效应上检测了珠心算与左右脑的关系。1.1构建珠心算训练平台Hatano等通过对5组珠算水平不同的被试者的实验结果显示，珠心算技能越熟练，越不易受到听觉-言语干扰任务的影响，反而容易受到视觉-空间干扰任务的影响，其研究表明珠算能手在记忆数字时使用了心理算盘。梁凤仁的研究结果表明珠心算儿童在心算中更依赖视觉空间画板。Hatta和Miyazaki通过研究结果发现，珠算能手能够比普通人记住长得多的数字串，但在记忆水果名称时，珠算能手的认知水平与普通人无异，由此推测珠算能手运用了“心理算盘”作为一种想象策略来帮助记忆数字，而没有珠算经验的常人不用这种以想象为基础的策略，并且提出珠算能手高超的记忆力是有限的、特定的，珠算中所使用的想象策略不会迁移到其它认知任务上去。同时，Kawakam的由记忆数字向记忆几何图形的迁移实验也发现珠算熟练组比初学组的数字记忆力强，而两组被试者对几何图形的记忆没有差别，从而进一步证实了上述观点，即珠算能手超常的记忆力是针对具体领域的，具有特异性。但是，也有研究发现了珠算学习者在笔算速度和准确度方面都比未受训练者高，原因可能是珠算练习的迁移作用。能手用右脑进行想象策略完成各种任务，所以除珠算计算之外，能手的想象策略不仅可以有效地应用于数字运算，还可以完成其它认知任务。Hatano等的研究结果也有力地说明了珠心算能手在记忆数字时使用了“心理算盘”，通过常规问题解决形成的表征系统自动地迁移到了其它任务上。尹文刚等通过眼动轨迹揭示珠心算训练形成了特定的视觉扫描过程，这种扫描过程是视觉-心理活动的指征，表明训练组儿童在计算中可能利用了表象；基本认知能力的神经心理实验的研究显示，珠心算训练能够提高儿童的数学运算及信息提取能力；拓宽数字记忆空间；增强注意力的集中度。1.2珠心算对脑力作用的影响Hatta等运用Kinsbourn和Cook的时间分享实验检查珠算能手脑半球的工作情况，结果表明能手的右脑比左脑更有助于心算，而常人的位置正好相反。尹文刚等的研究亦显示，珠心算训练促进了学生大脑功能的偏侧化进程，训练组比未训练组表现出更为明显的左半球语言加工优势和右半球图形加工优势，但实验还显示珠心算对大脑功能偏侧化的影响只是局限在以半边视野速示为基本条件的实验环境中。有关珠心算与左右脑的功能间关系的研究，其实质就是给珠心算在大脑中进行定位，单凭神经心理学研究还不足以探明，其确切定位还有赖于fMRI的研究。2维珠心算心算的脑功能区及相关研究随着认知科学的发展，PET和fMRI等无创伤性脑功能成像技术迅猛发展并应用于临床研究。fMRI是20世纪90年代以来的一项新发展，它的应用为认知过程中大脑活动的研究开辟了一条新途径，可以有效地评价皮层区的活动。与神经心理学研究相比，珠心算的功能性脑成像研究尚处于起步阶段，但这也将扩充数学认知的研究领域。现通过将神经心理学研究的结论与以往部分fMRI研究的结果相结合，来推测出珠心算训练的工作机制及相关脑区的定位。神经心理学研究结果表明，珠心算训练组儿童在计算中可能利用了表象；记忆数字时更容易受到视觉-空间干扰任务的影响，即说明此过程中使用了“心理算盘”。梁凤仁的研究结果显示珠心算训练组儿童在心算中更依赖视空间画板。Tanaka等通过事件相关fMRI的研究结果亦显示，在处理数字时珠算能手的视觉-空间工作记忆的相关脑皮层区（包括双侧额上回和顶上小叶）激活更明显，而新手则以激活语言工作记忆的相关脑皮层区为主，由此为神经生理学提供了依据：珠算能手在数字记忆中利用了视觉-空间工作记忆。Hanakawa等的fMRI研究表明，珠算能手的心算引起了右侧运动前区和顶叶的激活，其中珠算能手顶上小叶后部的激活较新手明显增强，这进一步说明了珠算能手可能增强了在二维空间的视空间信息处理中的神经资源的参与。右侧额顶区是视觉空间和视觉运动的处理区，珠算专家心算时这些区域激活增强，可能反映了执行任务时采用的计算方法权重不同，专家更依赖于视觉空间策略，普通人更依赖于语言策略。Ungerlieder等研究发现，灵长类脑的视觉加工系统分为两条主要通路：枕-顶通路即背侧束主要与视觉空间加工有关，而枕-颞通路即腹侧束则与视觉物体加工有关。Hanakawa等将顶叶多个功能区在处理心算时的组织关系推理为：顶叶前外侧主要与数字的语言方面有关；顶叶中部处理一般性计算概念；顶叶后内侧（相当于楔前叶）处理空间的矢量型操作。这种假设与Simon等的研究结果一致，即顶叶后上部皮层参与视觉空间处理。Jonides等的研究结果表明，视觉空间的工作记忆任务主要激活右侧的前额叶、运动前区、顶叶与枕叶等区域，而言语工作记忆任务产生的激活则主要位于左侧。其它一些研究也指出，右侧顶叶的激活主要与视觉空间工作记忆有关。Simon等通过fMRI研究发现，视觉-空间任务主要激活了左右两侧的顶叶上部区域，位于顶内沟后部的旁侧，减法计算激活了左侧顶内沟的后部区域，约位于角回的下方及双侧顶内沟的中部，约位于缘上回的下方。这一结果表明，数字加工在顶叶区域具有相对独立的激活区域，既不与一般的视觉空间区域重叠，也与言语任务的区域存在一定的分离。Zago等的一项PET研究发现，与通常的N-back视觉-空间记忆任务相比，两位数乘法任务在左侧顶下小叶与楔前叶区域产生了更多的激活，表明数字加工与一般视觉空间工作记忆在脑区定位上也存在较大的差别。以上研究表明，在珠心算专家在心算中更依赖于视觉空间策略的前提下，其相关脑功能区应主要分布于顶枕区（右侧更明显），明显不同于普通心算的脑激活区。此结论的准确性有待于在今后的珠心算训练的具体fMRI研究中进一步深入探讨验证。综上所述，神经心理学研究可以为珠心算训练的心理机制研究提供便携的方法，fMRI等认知方法可以对珠心算训练的脑功能区进行定位。但由于珠心算训练过程是极其复杂的，不同的教学模式、不同的学习方法及不同的运算策略都将影响实验结果，从而使得这一领域的研究充满活力和挑战。通过逐步完善实验设计和数据后处理等过程，并进行多学科的结合，将有望更准确地反映珠心算训练的相关脑功能区。珠算式心算简称珠心算,主要依靠人的视觉、听觉和触觉将抽象的数字变成直观盘珠映像,并在大脑中形成以“珠像”运动进行计算的一种技能。它是珠算的升华和飞跃,是伴随于珠算发展过程中“珠算”与“心算