人從認(rèn)識(shí)數(shù)字到理解數(shù)字，直到數(shù)學(xué)思維的建立，從神經(jīng)解剖學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)角度，我們大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何構(gòu)建和活動(dòng)的，具體過程是怎樣的？科學(xué)家們至今還在研究中。

陳 曦

“門前大橋下游過一群鴨，快來快來數(shù)一數(shù)，二四六七八?！边@首數(shù)字歌，伴隨著很多人的童年，2、3歲的小朋友就能唱得滾瓜亂熟。不過數(shù)字背的熟，就等于會(huì)數(shù)數(shù)嗎？格塞爾嬰幼兒發(fā)展量表是目前臨床醫(yī)生用來測量嬰幼兒發(fā)育水平的權(quán)威評(píng)估工具，在量表中，直到42月齡時(shí)，才首次出現(xiàn)和計(jì)數(shù)相關(guān)的評(píng)估項(xiàng)目，大多數(shù)發(fā)育正常的幼兒在此年齡階段會(huì)用手指著物體數(shù)到5。

日前據(jù)美國《華盛頓郵報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道，研究人員通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，嬰兒在能夠大聲說出數(shù)字之前很久就能理解數(shù)字的某種重要性了，僅14個(gè)月大的幼兒即能認(rèn)識(shí)到數(shù)數(shù)與數(shù)量有關(guān)，展示了嬰兒大腦是如何向著復(fù)雜抽象思維的能力發(fā)展。目前該研究還只是停留在行為學(xué)觀察層面，其結(jié)果還需要通過神經(jīng)電生理學(xué)、功能影像學(xué)等方法，進(jìn)行更深層面的驗(yàn)證。

人從認(rèn)識(shí)數(shù)字到理解數(shù)字，把一個(gè)個(gè)抽象的數(shù)字符號(hào)和具體事物的數(shù)量聯(lián)系在一起，直到數(shù)學(xué)思維的建立，從神經(jīng)解剖學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)角度，我們大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何構(gòu)建和活動(dòng)的，具體過程是怎樣的？科學(xué)家們至今還在研究之中。

1歲的孩子就能“識(shí)數(shù)”？

在報(bào)道中，研究人員與嬰兒玩捉迷藏游戲。他們給14月齡和18月齡的嬰兒看了4件玩具，然后把這些玩具藏在一個(gè)盒子里。嬰兒看不到盒子的內(nèi)部，但可以伸手把玩具拿出來。當(dāng)把玩具放到玩具箱后，告訴嬰兒有4件玩具的時(shí)候，嬰兒們之后會(huì)拿更多的玩具；而用“這只”或取名代替數(shù)字的時(shí)候，嬰兒不會(huì)去拿多件玩具。這個(gè)結(jié)果讓研究人員們感到驚訝，因?yàn)樵缦鹊难芯恳呀?jīng)表明，盡管小孩時(shí)常能從1數(shù)到10，但他們要等到4歲左右才會(huì)真正明白這些數(shù)字意味著什么。

那么嬰幼兒到底多大才能理解數(shù)字，并且真正的學(xué)會(huì)數(shù)數(shù)呢？

“格塞爾嬰幼兒發(fā)展量表直到42月齡才首次對計(jì)數(shù)提出要求，之前的所謂‘?dāng)?shù)數(shù)’準(zhǔn)確地說，應(yīng)該是一種記憶和順序的背誦，就像背歌謠、背唐詩一樣，孩子可能并不理解‘?dāng)?shù)’到底是什么?！碧旖蚴袃和t(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科主任趙澎介紹說，隨著腦發(fā)育，孩子對于數(shù)字的理解能力將不斷提升，到4歲時(shí)，大多數(shù)孩子可以指著物體從1數(shù)到9。

針對報(bào)道提及的研究，趙澎表示，除了一些神經(jīng)發(fā)育較為成熟，或經(jīng)過特殊教育訓(xùn)練的嬰幼兒外，多數(shù)孩子在14個(gè)月月齡時(shí)還不能建立起真正的計(jì)數(shù)能力。這個(gè)研究的評(píng)估手段還僅限于行為學(xué)觀察，還未上升到腦科學(xué)層面的研究，缺乏功能影像學(xué)、神經(jīng)電生理等進(jìn)一步的研究證實(shí)。以嬰幼兒是否伸手去判斷其對計(jì)數(shù)的反應(yīng)，這種評(píng)價(jià)方式是否科學(xué)，試驗(yàn)中如何去除其他混雜因素的影響？由此即推論14個(gè)月大的孩子已經(jīng)理解了數(shù)字的含義可能還為時(shí)尚早。

大腦發(fā)育微觀變化與數(shù)字認(rèn)知密切相關(guān)

那嬰幼兒又是怎么學(xué)會(huì)把背誦的數(shù)字和真正的數(shù)數(shù)聯(lián)系在一起的？“人對于數(shù)字理解能力的提升是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，是多種能力的綜合體現(xiàn)，這包括智力水平、社交學(xué)習(xí)能力，以及注意力等等。”趙澎說，要具備這些能力，都離不開大腦神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的生理基礎(chǔ)，以及與之伴隨的相應(yīng)腦功能的發(fā)育。兒童對于數(shù)字的認(rèn)知與大腦發(fā)育的微觀變化密切相關(guān)，這些是兒童學(xué)會(huì)計(jì)數(shù)的生理基礎(chǔ)。

大腦發(fā)育的生理基礎(chǔ)主要包括以下三方面內(nèi)容。首先是神經(jīng)突觸的修剪和精化。信息傳遞需要神經(jīng)元之間的聯(lián)系，這種聯(lián)系就是依靠神經(jīng)突觸完成的。在孩子出生的最初一兩年內(nèi)，突觸的生長非常旺盛。隨著生長發(fā)育，最終功能性不明確的突觸被修剪下來，突觸精化后連接成了大腦高速公路網(wǎng)，各通路都與其功能一一對應(yīng)，比如負(fù)責(zé)視覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)功能等。其次是腦回路的分化。人在出生前，腦回路的分化就已經(jīng)達(dá)到一定程度，出生后通過不斷發(fā)育，青春期前后基本類似于成年人。腦回路分化程度越高，其功能區(qū)的分化就越精細(xì)。第三是白質(zhì)的髓鞘化。髓鞘就像包裹在電線外面那層絕緣層，人大腦的神經(jīng)細(xì)胞相對處于液態(tài)環(huán)境，傳遞信息的神經(jīng)纖維就像電線一樣，如果電線絕緣不好的話，就會(huì)“亂竄電”，信息傳遞就會(huì)有散失。早期嬰兒髓鞘中水的含量很高，而膽固醇、神經(jīng)鞘磷脂的含量很低，這種情況下，嬰幼兒很難集中注意力，這種白質(zhì)的髓鞘化需到5歲以后才能基本成熟。

“隨著這些微觀的生理逐漸發(fā)育，大腦的功能也會(huì)逐漸強(qiáng)大。”趙澎解釋說，孩子是否能夠建立良好的學(xué)習(xí)理解能力，不僅取決于其智力發(fā)育水平是否正常，還需要具備正常的社交學(xué)習(xí)能力，以及是否存在注意力缺陷、沖動(dòng)情緒等。這些功能對于兒童的學(xué)習(xí)進(jìn)程缺一不可，都會(huì)不同程度地影響兒童對于計(jì)數(shù)的認(rèn)知。比如大多數(shù)孤獨(dú)癥譜系障礙、唐氏綜合征兒童，都很難學(xué)會(huì)計(jì)數(shù)。

目前已知計(jì)數(shù)功能主要和大腦頂葉有關(guān)，包括緣上回和角回。這個(gè)功能區(qū)主要與疼痛觸摸、溫度覺、壓力感覺有關(guān)，同時(shí)該區(qū)域與數(shù)學(xué)和邏輯有關(guān)。頂葉大小在一定程度上和一個(gè)人的數(shù)學(xué)能力成正比。頂葉后區(qū)體積越大，數(shù)學(xué)邏輯思維方面的能力越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，如果頂葉后區(qū)受損，就會(huì)導(dǎo)致成年人喪失算數(shù)能力，而兒童這個(gè)區(qū)域發(fā)育不良或受損，就會(huì)發(fā)生對于數(shù)學(xué)的特發(fā)性學(xué)習(xí)障礙。

“隨著腦發(fā)育的不斷成熟，孩子對于數(shù)字的理解能力也隨之增強(qiáng)，這種增強(qiáng)是一個(gè)由量變到質(zhì)變的功能進(jìn)步過程，到一定的年齡階段會(huì)出現(xiàn)飛躍。”趙澎介紹說，比如一些嬰幼兒三歲多的時(shí)候只會(huì)從1數(shù)到5，幾個(gè)月后突然能數(shù)到9。還有的家長發(fā)現(xiàn)，孩子到了5歲，突然就對數(shù)學(xué)開竅了，以前可能連最簡單的2+1都不理解的孩子，突然會(huì)計(jì)算了。這是因?yàn)榇蟛糠謨和?歲左右時(shí)，腦發(fā)育已經(jīng)相對成熟。孩子對于數(shù)字理解的飛躍是其腦發(fā)育進(jìn)程的最終體現(xiàn)，是一個(gè)由量變到質(zhì)變的功能進(jìn)步過程。由此可見，在腦發(fā)育尚未成熟的早期階段，過早、過多地給予孩子數(shù)學(xué)教育不一定就會(huì)產(chǎn)生良好的效果。

計(jì)數(shù)能力強(qiáng)弱到底和什么有關(guān)

“嬰幼兒學(xué)會(huì)計(jì)數(shù)是和大腦發(fā)育的進(jìn)程密切相關(guān)的，現(xiàn)在已知角回和緣上回與計(jì)數(shù)能力相關(guān)，角回和緣上回越發(fā)達(dá)，分化越精細(xì)，功能就越好，其數(shù)學(xué)能力可能就越強(qiáng)?！壁w澎說。

在學(xué)習(xí)中，很多人可能會(huì)存在偏科的現(xiàn)象，即使這些人的腦功能沒有任何損傷和病變，但是和數(shù)學(xué)相關(guān)的學(xué)習(xí)有時(shí)會(huì)不靈光。對此趙澎表示，數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，需要循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)積累，有些人可能對數(shù)學(xué)沒有興趣或有畏難情緒，學(xué)習(xí)不足或逃避，或是有注意缺陷，多動(dòng)行為，沖動(dòng)情緒，缺乏責(zé)任感，長期缺乏專門的訓(xùn)練，久而久之惡性循環(huán)，數(shù)學(xué)成績也就越來越差。

研究表明，大腦左右半球分工不同。大腦右半球側(cè)重美術(shù)、音樂、文學(xué)等感性的思維，而左半球側(cè)重?cái)?shù)字等邏輯的思維，一般人的大腦雙側(cè)半球發(fā)育并不均衡。但是這種發(fā)育的不均衡是如何形成的，目前研究尚未得出最終的結(jié)論。

通過對愛因斯坦大腦進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其大腦內(nèi)的星型膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量比一般人多，負(fù)責(zé)數(shù)學(xué)的大腦區(qū)域——頂葉也比一般人大20%左右，這些可能是愛因斯坦數(shù)學(xué)思考能力比一般人更強(qiáng)的原因。不過數(shù)學(xué)能力強(qiáng)，到底是大腦先天這部分功能就強(qiáng)大，還是后天經(jīng)過訓(xùn)練導(dǎo)致大腦部分區(qū)域分化強(qiáng)于一般人？大腦神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增多和數(shù)學(xué)能力有何關(guān)系，起什么作用？對于這些問題，趙澎表示，對于腦科學(xué)的研究是沒有止境的，雖然大腦的功能分區(qū)早已確定，但關(guān)于角回和緣上回在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中起的具體作用，數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)相關(guān)的具體腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程是怎樣的，不同個(gè)體左右腦的差異是如何形成的，這些問題有待于科學(xué)家們進(jìn)一步運(yùn)用神經(jīng)解剖、神經(jīng)電生理、功能影像學(xué)等手段尋找答案。