数字记忆力训练范文第1篇

Abstract: Working memory(WM) capacity predicts performance in a wide range of cognitive tasks. Although WM capacity has been viewed as a constant trait ,recent studies suggest that it can be improved by adaptive and extended training. This training is associated with changes in brain activity in frontal and parietal cortex and basal ganglia, as well as changes in dopamine receptor density. Transfer of the training effects to non-trained WM tasks is consistent with the notion of training -induced plasticity in a common neural network for WM. The observed training effects suggest that WM training could be used as a remediating intervention for individuals for whom low WM capacity is a limiting factor for academic performance or in everyday life.

关键词:工作记忆;训练;认知任务

Key words: working memory;training;cognitive task

中图分类号:B84文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)31-0001-02

0引言

工作记忆(working memory,WM)是一种对信息进行暂时加工和贮存的能量有限的记忆系统,是对加工任务必要成分的短时、特殊聚焦,在许多复杂认知活动(如学习、理解和推理)中起着重要作用[1-3]。但工作记忆能力的发展受到工作记忆容量的限制,早期研究似乎证实了Miller提出的“神秘数字7”。后续研究发现通过训练可以提高种个体的工作记忆能力。工作记忆受损在罹患神经精神病(如脑部创伤、中风、智力缺陷、精神分裂)及注意力缺陷多动障碍的个体身上表现尤为明显。早在1972年,Earl Butterfield 等人就运用默读复述的方法尝试改变学习能力缺失个体的短期工作记忆能力。这种方法虽对被试的表现有了部分提高,但尚没有足够的证据表明这种训练效果可以迁移到未经训练的认知任务和日常生活中。后来Ericsson等人(1980)研究发现通过训练可以大幅提高个体识记数字的数量。其中一个被试在经过训练后,仅听一次后便可以回忆出包含79个数字的序列。这是 “组块”的典型样例,相对独立的信息通过个体加工联结在一起形成有意义的组合,然后与长时记忆中的信息建立联系。然而这类训练受到实验材料的限制,当用字母测试此被试的记忆能力时,他就只能记住6个字母。

神经生理学相关研究表明,突触连接决定着工作记忆的容量。突触被认为是记忆的基础,突触为工作记忆中信息获得和储存提供了基础。人脑内储存记忆时引起的变化称为脑的可塑性,深入研究后发现,突触也具有可塑性[4]。突触的可塑性表现在两个方面:一方面,突触后膜接受神经递质后,突触后膜受体的表达也发生改变。另一方面,化学信号传导的过程中,突触的形态也会发生变化,原来很小的突触后膜有可能变得很大,原来很大的突触后膜有可能变得很小,并且可能会产生新的突触。这种可塑性使突触成为脑内储存信息的基本单元。

1工作记忆的神经生理模型

Baddeley工作记忆模型认为中央执行系统是工作记忆的核心成分,负责加工、计划、协调、监管工作记忆中的信息。工作记忆与注意有着密切关联。工作记忆等于短时记忆加控制性注意,中央执行系统的功能主要由控制性注意来完成。控制性注意涉及注意的选择性分配,并依靠额叶前部、颅顶部的大脑皮层活动来完成。控制性注意是加工工作记忆任务必须的,主要用于激活信息,解决任务目标、外部刺激以及习惯化反应图式之间的冲突,即激活与任务相关信息,抑制与任务无关信息。工作记忆与控制性注意有着相同的神经活动机制,有些研究甚至认为二者同功同构。研究者希望,运用具体任务对大脑皮层特殊区域的训练能够迁移到同一神经网络的其他任务中去;对大脑皮层更好的训练会产生更多泛化效应。尤其是颅顶内部神经网络改变可能会提高工作记忆和控制性注意的效果。

近年来,工作记忆训练中开始采用神经影像技术研究工作记忆的神经机理,探究感觉联合皮层和额叶前部皮层的活动影像。影响分析发现,这些区域的活动形式随刺激的感觉形态而变化。成人间工作记忆容量差异可能会引发个体颅顶内部皮层和额叶前部皮层的不同活动,当成人与儿童比较时也是如此[5]。神经网络模型指出额顶内部突触更强的连接可能是拥有更高工作记忆容量的重要机制。

中枢神经系统多巴胺是重要的神经递质,在调节中枢神经系统各种功能方面起着关键作用,如空间记忆、运动功能、神经激素释放等。McNab和同事通过观察多巴胺受体D1和D2的浓度来研究确定工作记忆训练的效果[6]。多巴胺对工作记忆任务表现和神经系统可塑性有着重要作用。经过为期5周的训练后,与控制组相比,实验组中工作记忆容量增加被试的D1受体神经末梢都有明显变化,但D2皮层下神经末梢没有变化。这说明D1受体激活可以提高工作记忆成绩。动物实验表明D1受体减少与其认知功能损害有关。但在McNab的实验研究中,这种因果关系并不十分明显。这可能是因为每天针对工作记忆任务的密集训练使训练期间多巴胺的释放量增加,这导致了神经末梢中多巴胺浓度的变化。也可能是因为工作记忆训练通过调整多巴胺传递改变了容量。如果这个假设成立,那么可以说工作记忆容量训练效果与大脑区域活动和神经系统都有重要关系。“多巴胺可以诱发工作记忆训练效果”这一假设的支持来自于DAT-1神经末梢的多样性影响训练效果的研究。但这项研究只有29个被试说服力不足,但为认知系统可塑性提供了一个很好的研究方向。神经系统可塑性的研究可能会导致认知训练和药理干预相结合的新研究范式的产生。

2工作记忆训练与大脑活动

研究发现,通过工作记忆训练,与工作记忆有关脑区的活动有所增强。工作记忆训练与大脑活动有关存在一些质疑,也就是说大脑活动与更高工作记忆容量之间的联结仍在不断探索。然而,大多数研究已表明在任务相关领域工作记忆容量和大脑活动存在正相关。个体间工作记忆容量的差异与颅顶内部皮层活动有着正相关。颅顶内部沟回数量和额叶前部皮层的活动频率与儿童的工作记忆容量有着正相关。随着个体衰老工作记忆能力的下降与大脑皮层活动的减少有关,尽管这些活动在额叶前部会有不同的取向[7]。与这些研究结果相对应,神经网络模型提出高水平的BOLD活动与更高容量的工作记忆相联系。

Olesen等人[8]采用与Klingberg早期研究用到的相同方法对工作记忆进行训练。第一个实验,训练开始前,要求被试多次浏览训练材料,当训练结束后,再浏览一次。在浏览过程中要求被试完成非常简单的工作记忆任务。接下来的实验中,训练过程中要求被试不断浏览实验材料,同时观察浏览过程中大脑活动。在两个实验中都发现了额叶前部和颅顶部皮层活动的增加,同时在第二个实验中还发现了尾状核活动的增加。

Dahlin用新式实验任务对被试做了总计11个小时的训练[9],发现训练后被试尾状核活动明显增加,但额叶前部和颅顶部皮层活动相对减少。用一组尾状核活动频率低的年长被试作为参照,分析原因可能的解释是这些被试缺乏对原有任务的迁移。Moore及其同事要求被试对复杂视觉刺激进行归类。训练过的物体归类方法与新方法进行比较。这个训练主要关注视觉感知而不是工作记忆容量,但训练使对物体进行归类的水平获得提高。Wexler等人对8个精神分裂症患者进行训练,其中3个被试发现了额叶前部皮层活动增加的症状。

相关研究发现:短期训练(时间3个小时以内)都会导致大脑区域活动的增加,但长期训练却根据大脑区域表现出不同的增减趋势。增加与颅顶内部皮层及脑部前段沟回、尾状核的活动有关,而减少可能与学习方法如编码、时间任务效应有关。相似的解释已经被肌动训练证实,开始阶段效果与长期训练带来的改变是不同的。Olesen等人的研究将训练效应定位于额叶前部和颅顶部大脑皮层,而不是感觉联合皮层。这些效应表明颅顶前部神经网络参与了任务加工。颅顶前部效应很好地解释了不同工作记忆任务和注意控制间的迁移。

3工作记忆训练的新兴研究

Klingberg等人采用新的工作记忆训练方法对注意力缺陷多动障碍儿童进行训练[10]。这些训练是在保证准确基础上对工作记忆任务进行反馈、再认。训练时间是每天30-40分钟,一周5天,持续5周(总计大约15小时)。训练采用阶梯训练法,即根据被试工作记忆容量及在训练任务中的表现,逐步调整训练难度。这种方法与以往工作记忆训练方法有所不同。通过实验组和控制组的比较,发现训练显著提高了个体的工作记忆能力。研究表明工作记忆训练程序通过感知训练方法得到激发,并使工作记忆容量得到扩展。训练效果在3个月内非常显著,这些发现与一般神经网络的工作记忆通过训练可塑性的观点在本质上是一致的。

抑制功能被认为是工作记忆中央执行系统的基本成分,为了保证工作记忆中执行系统的顺利进行,在注意转换中,需要抑制已自动化的加工,在更新过程中需要抑制不再有用的信息。工作记忆训练对非工作记忆任务的潜在迁移效应也被部分研究证实。在针对注意力缺失多动障碍儿童的训练中,其完成Stroop任务的效果得到提高。注意力缺陷多动障碍儿童经过工作记忆训练后,其抑制能力得到发展和提高,注意力分散的临床症状得到明显控制和减少。针对正常学前儿童的一项研究(Thorell,2009)[11],在完成连续任务中训练过的儿童出现错误更少,但在“go”和“no-go”任务中表现差异不大。相对于未经过工作记忆任务训练的个体,训练者表现出更高的推理能力,但有时差异并不显著。研究结果的不一致性可能是由个体间差异和迁移效果具体测量指标不同引起的。

在一项研究中,Dahlin等人[12]对健康状况良好的年轻人和老年人进行计算机化任务的训练,每次45分钟,一周3次,共训练5周。在训练中呈现一系列含有字母、数字、颜色和其空间位置的列表给被试,在列表呈现结束后要求被试回忆最后5个项目。任务难度通过呈现更长列表而非改变回忆条目数量进行调整。与控制住相比较,实验组中青年被试在没有训练过的3-back工作记忆任务中表现提高明显,这种效果一直持续到18个月后的测试中。但青年被试在其他三项工作记忆任务及瑞为高级推理测验中成绩改进不大。Li 和他的同事们用45天,每天15分钟的训练来测试训练对青年和老年被试的影响。训练任务是要求空间位置匹配的两种2-back任务。后续研究发现,青年和老年被试在空间和数字位置匹配的3-back任务中表现都有提高。

Jaeggi等人[13]采用位置和数量同时匹配的双重n-back任务对个体工作记忆进行训练。训练难度通过增加“n”的长度来进行调整,即训练从1-back任务开始到5-back任务结束。被试每天训练25分钟,分别接受8天、12天、17天、19天的训练。研究结果发现,与控制组比较,实验组在数字广度任务和BOMAT图形推理测验中表现提高,12天和17天的被试之间存在显著差异。训练对图形推理测验的迁移效果引起了研究者的关注,这样以往对ADHD儿童在经过工作记忆培训后瑞为彩色推理能力得到提高是一致的。

4发展前景展望

4.1 工作记忆训练与认知神经科学逐步结合随着认知神经科学的兴起,关于工作记忆神经机制的研究是努力的方向。研究者可以借助PET、fMRI等脑成像研究技术,为工作记忆训练提供更为科学的评价标准。研究表明,工作记忆的执行功能与大脑额叶有密切关系,存储功能在顶叶,工作记忆训练需要逐步结合认知神经科学的新研究、新发现,寻找内在的神经生理机制。

4.2 工作记忆测量方法和测量指标逐步统一在以往工作记忆训练中,不同研究者对工作记忆的的的测量方法和测量手段大不相同。测量指标的不统一,使得训练效果、测量结果无法进行科学的横向比较和纵向比较。在今后工作记忆训练研究中,工作记忆的测量方法应逐步统一,选取代表性强、敏感性高的任务做测量任务。

4.3 工作记忆训练内容和训练程序逐步规范现有的工作记忆训练中,所用的训练材料差异明显。有的采用复述等策略,有的采用数字广度任务、空间广度任务,有的采用n-back任务;在实验程序中,对可能影响实验结果的无关变量的控制不够。今后研究中,对于训练的内容应规划化,根据工作记忆的成分进行训练,训练程序应逐步严谨,提高研究的效度和结果的可靠性。

4.4 工作记忆训练的实际迁移效果逐步增强研究表明,通过工作记忆训练可以使个体解决问题和记忆能力得到提高。但实验室外的现实环境带来了诸多实际问题。对于那些时间较短、质量缺乏控制的训练,迁移的效果就微乎其微。对于工作记忆训练还有许多问题值得研究。比如完成迁移的最优时间、奖励和动机的作用、个体在训练潜能上的差异,这些问题的解决都会提高工作记忆训练的应用效果。

参考文献:

[1] Baddeley A D & Hitch G J. Working memory. In G.H.Bower (Ed.), The psychology of learning and motivation: Advances in research and theory[M]. New York: Academic Press,1994.

[2]Baddeley A. Working memory[J]. Science,1992, 255: 556-559.

[3]Conway,A.R.et al. Working memory capacity and its relation to general intelligence[J]. Trend Cognitive Science,2003,7: 574-552.

[4]Rainer, G. and Miller, E, K(2000) Effects of visual experience on the representation of objects in the prefrontal cortex[J].Nenron,2000,27:179-189.

[5]Crone, E.A. et al. Neurocognitive development of the ability to manipulate information in working memory[J].Academic Science .U.S.A,2006,103:9315-9320.

[6]McNab,F et al. Changes in cortical dopamine D1 receptor binding associated with cognitive training[J]. Science,2009, 323:800-802.

[7]Rajah, W. N. and DEspsito, M. Region-specific changes in prefrontal function with age: a review of PET and fMRI studies on working and episodic memory[J]. Brain,2005, 128:1964-1983.

[8]Olesen, P.et al. Increased prefrontal and parietal brain activity after training of working memory[J].Nat.Neurosci,2004.7,75-79.

[9]Dahlin,E at al. Transfer of learning after updating training mediated by the striatum[J].Science ,2008,320:1510-1512.

[10]Klingberg, T, et al. Computerized training of working memory in children with ADHD-a randomized ,controlled trial[J] . ChildAdolesc. Psychiatry, 2005,44:177-186.

[11]Thorell,L.B.et al. Training and transfer effects of executive functions in preschool children[J].Development Science,2009,12:106-113.

数字记忆力训练范文第2篇

一、指导思想

为丰富校园文化生活，发展学生兴趣与特长，促进学生的全面发展，响应教育局和学校号召，创建特色学校。在上学期的基础上，本学期继续开展记忆力社团。通过系统有序的有效训练提高学生的注意力和记忆力，并初步总结能应用到各个学科提高注意力和记忆力的教法和学法，增强老师们的教学效果和学生们的学习能力。打造高效课堂，努力使学校成为学生愉快而有趣的生活学习的乐园。

二、活动方案：

1、活动时间：每周四下午第四节课

2、活动地点：小学部四楼专用教室

3、指导老师：由校内专职教师和校外特聘教师组成

4、成员分析：通过一学期的记忆力和注意力培训，超级记忆力兴趣小组的成员，分别从视觉、听觉、味觉、嗅觉、身体协调能力等方面进行了注意力训练，注意力比较集中；通过记忆力训练已经初步掌握了记忆力方法，有：数字编码，串联记忆，信箱记忆、人物头像特征记忆、古诗记忆。但是成员水平不一，高年级的同学表现比较优秀，三四年级的少数同学注意力不集中或保持时间短，记忆方法掌握不牢固，不会灵活运用，本学期要系统学习，有重点的培养。

三、活动目的：

1、在上学期学习的基础上，本学期深入系统的培养学生的注意力和记忆力。

2、通过对学生注意力进行训练，培养学生专注力，帮助学生克服克服上课好动走神、做作业粗心马虎、拖沓磨蹭，一心多用有始无终的坏习惯。

3、学习先进的记忆方法，通过对学生记忆力进行训练，增强学生的记忆基本功，让学生们拥有超强的记忆力，记得快、记得准、记得牢。

4、通过社团活动的开展，尝试总结出值得推广的在日常教学中提高学生注意力和记忆力的途径方法。

四、活动内容：

1、注意力：身体平衡训练、手操训练、静心训练、听觉注意力训练、视觉注意力训练、视听组合训练。

2、记忆力：串联记忆、配对记忆、信箱记忆、数字记忆、地点定桩记忆、快速阅读法。

五、活动措施：

1、教育学生严格遵守训练纪律，明确奖罚制度。保证每次活动的时间、效果和活动的顺利进行。

2、激发学习兴趣，训练由易到难，逐步深入。

3、准备相关课件、教具、学习资料等。

4、为使每个学生都能达到培养目标的要求，教学形式以教师讲授、能力训练为主，学生活动为辅。同时，针对不同水平层次的学生进行小组教学和有重点的个别指导，实现注意力与记忆力等学习能力共同提高。

数字记忆力训练范文第3篇

《四快高效学习法》是一种富教于乐的教育方式和高效学习训练系统，它从阅读、记忆、速算、书写四个方面入手，提高孩子的“速商”让孩子读的快、学的快、算的快、记的快，迅速提高学习成绩。阅读：采用当今世界上最先进的“逐字、逐行、多行”扫描阅读法，配上a音波的特殊训练软件，训练孩子眼球，提高阅读速度，不仅读得快，还读得准；记忆：通过全面思维训练法，教孩子如何快速记忆的十多种记忆法，通过图文等方式，充分激发和提高孩子的创造力和想象力；速算：总结了35种快速计算的方法，锻炼孩子的记忆力和大脑的转动速度，通过各种新型运算方法，迅速提高孩子的运算速度。书写：通过“皮筋握笔输入法”“划0法”等提高写字速度，训练孩子的注意力，解决孩子上课走神，注意力不集中的问题。该学习方法从四个方面为孩子量身打造，专门从研究孩子学习心理的表现来进行教学，首先是阅读速度提升，经过训练，阅读速度可从以前的每分钟两、三百字提高到两千字以上，效果最快的可达五千字，其次就是书写速度的提升，两周内书写速度就可达到每分钟60～80字，并且还能同时保持书写端正流畅，再有就是算得快，提高孩子的计算速度，高于一般人四到六倍，最后就是记忆力提高，记忆效率提高十倍以上。

特点 ：①提高学习兴趣 ，一旦孩子用上，就会立即被吸引，孩子就能在学习中找到快乐，再也不觉得累觉得烦！ ②提升学习效率 ，有了它孩子就能事半功倍 ； ③加快学习速度，孩子能有强烈的时间意识，速度和效率可以得到成倍提高；④改掉粗心大意的毛病， 从此不该丢的分绝不丢；⑤阅读理解能力提高，有专业的阅读训练软件，还有《经典哲学》《历史演义》《全唐诗》《全宋词》《上下五千年》《现当代文学》《外国文学》等957本名著，价值超过上千元，让孩子从此写出好作文！ ⑥记忆提高，英语从此不犯难，传授孩子“联想记忆”“挂钩记忆”“归纳记忆”“口诀记忆”等10余种记忆方法，英语、历史、地理、诗歌等从此不怕记不住！ ⑦速算提高，教会孩子“一分钟速算”“一口清速算”等三十余种速算方法，让孩子从此张口报数，理科成绩越学越好！ ⑧书写提高，再不拖拖拉拉 ，有一整套提高孩子写字效率，练习孩子手腕灵活度等方法，让孩子从此快起来！⑨轻松记住知识点，见题出思路，看完题目脑子就能清晰浮现考察知识点，快速找到解题的切入点，把公式理论跟习题有效结合起来，每个问题都总结分类，下次遇到相同问题时，答案手到擒来。

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数字记忆力训练范文第4篇

如果把这个节目当做纯娱乐，这边看过那边就忘，没问题，怕的是被忽悠了，拿他们当标尺，啧啧称赞完后跟孩子说，“学学人家”！

这“人家”还是不学为好。

有记者就此做了调查，发现其中很多选手都是批量生产出来的，都曾经接受过广州一家商业培训机构的训练，关于“记忆术”的训练。这家机构一个分校的校长很高兴地说，《最强大脑》播出之后，有很多人报名上课。

看到这家机构的宣传页，会很动心，“21天成为数理化解题高手”“三招巧写高分作文”“6天抓英语必考点就等于高分数”“掌握十大记忆法就有高分数”“300字古诗词看一遍倒背如流”等内容相当令人兴奋。

还别说，类似“300字古诗词看一遍倒背如流”的技能，在这里还真能培训得出来。这么厉害，到底是怎么做到的呢？“世界记忆之父” 托尼・博赞诚实地告诉我们：“它的关键在于形象，如果你想记住一个数字，就把它转换为一个形象，并串成一个故事。”

举个例子。在魔方墙上找茬的郑才千曾给一位记者演示过如何快速记忆。记者随手写了一串20位的数字。郑才千扫了一眼，立马以4位数为一组，分成了5组，然后把每组数字跟一件物体对应起来，最后编故事。比如第一组是“8735”，对应的是椅子，数字8和7用谐音，代表爸爸和妻子，3谐音为“散伙”，5拟声为刮风时的呜呜声。串起来的故事就是：爸爸和他的妻子，参加完朋友聚会散伙之后，外面刮着呜呜的大风，他们进屋里找了把椅子坐了下来。

20个数字，郑才千只看两眼就全记住了，因为他已经“苦练”好多年，在他脑袋里已经有很多对应数字的固定编码，他已经是见山不是山，而是编码。如果出门旅游，咱看到的是好壮丽一座山，他看到的却是好大一个3，好像也挺无趣哦。

你看，要想成为一个很会记东西的人，方法很简单！技巧，加重复技巧的高强度训练。

但是，这样厉害就算变聪明了吗？很遗憾，真正的科学家告诉我们，聪明跟记忆无关。心理学大师皮亚杰说：“智力，是你在不知道该怎么办的时候所动用的东西。”记忆是死的，而智力是活的。也就是说，如果我们想通过报班参加训练提升我们自己或孩子，那是不可能的。

记忆术更像是一种杂耍，学会了能干啥呢？可以走穴，可以去《最强大脑》露脸，如果其它各省再山寨一下这个节目，还可以全国各地走一走。还可以成为记忆术培训师，比如节目中走红的郑才千、吴天胜、胡小玲，他们正在让更多的人成为记忆达人，然后走穴或者给县养鸡场剪个彩啥的。

那该如何提高孩子的智力呢？此题无解，因为它超出了人类能力的范围。当然，所谓的左脑开发右脑开发，更是很扯淡的事。

复旦大学脑科学家杨雄里院士说得挺靠谱：“有关孩子的智力发育问题，我的理解还是顺其自然的好。我们不应该单纯强调记忆、算术等这些基础的学习认知能力，更重要的还是人的创造性。尤其现在是互联网时代，有些单纯的信息记忆可以通过网络来查找，人的记忆总是有限的。重要的是对信息整合、加工、理解，以及融会贯通之后的再创造。”

数字记忆力训练范文第5篇

关键词：计算，脑科学，数学教育。　分类号B845

1　引言

数学能力是人类智能结构中最重要的基础能力之一。而计算能力是个体数学能力的基础与核心成分。近年来，随着认知神经科学的兴起，人们利用脑成像技术，直接揭示了各种计算过程的脑机制。这些领域的研究对有效地促进儿童计算能力的发展提供了科学依据。也为素质教育的实施提供了基础。

2　计算过程的脑机制

2.1　简单心算与复杂心算的脑机制

心算指在没有外界工具(如纸笔、计算器等)的帮助下进行的算术操作活动。

Pesenti等人认为。对于简单的个位数心算问题(如3+4或者3×4)，作为一种陈述性知识存储在语义记忆网络中，通常不需要实际计算就能直接提取出结果。这种问题称为算术事实，需要语言表征进行学习和存储。因此，算术事实的提取主要依赖于左半球的语言中枢，包括额下回(布洛卡区)，靠后部分的颞上回和颞中回(威尔尼克区)以及基底神经节和丘脑核。神经心理学的研究表明，算术事实提取障碍的确伴随着语言障碍的发生。此外，对于简单的加法运算，不管以视觉还是听觉形式呈现个位数字的加法运算。被试的左侧中央前回和顶内沟受到激活。Dehaene等人用fM－RI技术研究了精确与近似的简单加法运算所激活的脑区。结果发现精确的简单加法运算能够引起左额叶和双侧角回的激活。这些区域是与语言有关的精确算术事实提取的神经机制。Pesenti等人认为。对于更为复杂的心算问题(如37+64或者32×24)不仅依赖于记忆提取，还需要使用精细的运算法则。其认知过程通常包括在短时记忆中存储和操纵数字，选择并运用特定的解决策略。即先从记忆中提取形成中间结果的算术事实，保持在头脑中，然后使用，再忘记，使记忆负荷降到最低限度，最后应用基本的算术规则。因此，除了理解刺激和产生反应。简单和复杂心算共同包含了提供中间和最后结果的记忆提取成分。复杂的心算不仅依赖于言语工作记忆，还依赖于视觉空间工作记忆。

Zago等人将精确心算中的事实提取成分与实际运算成分分离开来，揭示心算任务中两种基本解决策略的功能解剖学基础。从而探讨语言的和视觉空间皮层区域的独立作用。实验用正电子发射断层扫描技术(PET)来测量被试在实验任务中的区域性皮层血流量。实验任务包括让被试休息、阅读数字、从记忆中提取简单的算术事实(如2×4)、完成复杂的心算任务(如32×24)。结果发现，与阅读数字相比较，提取简单的算术事实依赖于左侧顶叶一前运动回路。除此之外。提取任务与命名网络有关，包括左侧前脑岛和右侧小脑皮层，不包括外侧裂周围(perisylvian)的语言区。除了提取网络，复杂的心算包括两个功能网络：一个是在视觉空间记忆中储存多位数字的左侧顶一额叶网络，另一个是与视觉表象解决策略有关的双侧颞下回。总之，这些结果表明，在复杂心算中视觉空间表征和视觉表象加工的重要作用。

Kou等人使用脑磁图(MEG)进一步检验心算任务中有关大脑皮层的活动情况及其是否受到心算复杂性的调节。实验操纵了三种复杂性水平：(1)相对简单的计算，对一个两位数进行加3，加完之后停止，不再进行连续加3任务；(2)相对复杂的计算，对一个两位数进行连续加3运算；(3)不计算，即对一个两位数进行加0的运算。结果发现，在700－900ms的潜伏期上。双侧额叶／前额叶和顶叶在计算条件下(简单的和复杂的)神经活动性显著增强。在同样的潜伏期上，双侧前额叶和左侧顶叶的神经活动性受心算复杂性的影响。与简单计算条件相比，复杂计算条件下这些脑区的激活程度更大。相对于简单计算而言，被试在复杂计算条件下双侧顶上脑区在α波段自发性神经活动的事件相关抑制性(事件相关去同步化作用：event-related desynchronization，ERD)更显著。该结果与先前的fMRI研究结果是一致的。

可以看出，由于简单心算主要涉及一些算术事实的提取，依赖于左半球的语言中枢，而当心算变得更为复杂，不仅需要记忆提取，还需要使用精细的运算法则。这时，个体的左侧顶一额叶网络和双侧颞下回脑区出现明显激活，该激活表明，复杂心算与视觉空间表征和视觉表象加工有关。

2.2　精算与估算的脑机制

精算主要指依靠数字与数学运算符号。遵循一定的运算规则，按照一定的演算步骤，得出“准确”或“比较精确”的计算结果；而估算则指在利用一些估算策略的基础上，通过观察、比较、判断、推理等认知过程，获得一种概略化的结果。

Dehaene等人采用fMRI与ERP技术观察了成人在精算与估算任务中的脑活动。在fMRI实验中，他们发现精算任务主要激活了左额叶下部区域，包括左侧扣带回、左侧楔前叶、右侧顶一枕回间沟、左右侧角回和左侧颞中回；估算任务则激活了双侧顶叶下部区域，包括左右侧顶内沟。向前扩展到深层的中央后沟，向下到顶下小叶。在ERP实验中发现，估算与精算在时间进程上也表现出明显的差异，当加法问题呈现216毫秒后，精算任务产生了更高的诱发负电位，而在272毫秒左右时，估算任务诱发出更高的负电位。研究发现，与精算任务相联系的脑区主要与个体的语言区有较明显的重叠，同时在时间进程上也与语言加工类似，而估算任务则和个体的空间运动与躯体运动(尤其是手指)知觉区域联系密切。

Lemera等人用fMRI技术对两类计算障碍病人进行了研究，一类是左侧顶叶局部受损的格斯特曼综合症(gerstmann's syndrome)病人，另一类是左侧颞叶代谢减退的语义痴呆症病人。结果发现，第一类病人在估算中表现出严重的迟钝，在减法运算、阿拉伯数字和一组点子的数量比较任务中也存在很大障碍，但在做乘法运算时没有困难。第二类病人在乘法运算中存在缺陷。但在减法运算中没有问题。并且具有完好的估算能力和非符号数量加工能力。

Kucian等人用fMRI技术对18名发展性计算障碍儿童(年龄在11.2±1.3岁)和20名年龄匹配的正常儿童在不同算术任务中的脑激活情况进行比较研究。在实验中让两组儿童完成精算和估算加法任务，以及数量比较任务。结果发现，在估算任务中。发展性计算障碍儿童几乎整个神经网络包括顶内沟、两半球额中回和额下回的激活程度很弱。左侧顶内沟、左侧额下回和右侧额中回在正确的估算中起着关键性作用，这些脑区的激活与正确率有

关。相反，在精算和数量比较时，没有发现两组被试存在显著差异。

最近，Funnell等人报告了一个裂脑病人在简单计算中的两半球激活情况。通过四个实验发现，在简单计算时，左半球优于右半球。在两个不同的再认范式中，右半球在所有算术运算中的成绩处于几率水平。在回忆范式中，右半球在加法和减法运算中的成绩超过几率水平。但在乘法和除法运算中处于几率水平。对错误率进行分析发现，右半球不能进行精确地加法和减法运算，但能够进行估算。在对较小数字和较大数字进行精确的加法运算和估算时发现，左半球在两类任务中的成绩同样好，但右半球在估算中成绩比精算中成绩更好。在精确的加法运算中，右半球在较小数字的运算问题中表现更好，但在估算中，对于较大数字的运算问题表现更好。

总之，通过对正常人、计算障碍病人和裂脑病人在精算与估算任务中的研究表明。精算与估算所激活的脑区存在明显的区别，在加工中可能采用不同的内部编码。精算任务主要激活左额叶下部区域，采用的是语言编码；而估算任务则激活双侧顶叶下部区域，主要基于对视觉一空间信息的认知加工。另外，裂脑病人的研究结果表明。大脑右半球在估算任务中起重要作用。

2.3　计算能力的年龄发展与个体差异的脑机制

Rivera等人使用fMRI技术研究了心算过程中的神经发展变化。实验给被试(8－19岁)呈现一些简单的加法和减法计算等式(1+2=3或者5-2=4)，要求判断结果是否正确。结果发现，在加法或减法任务中，准确性随年龄增长而提高。对于年龄较大的被试来说，其左侧顶叶皮层和上边缘脑回及其邻近的前侧顶内沟、左侧枕颞皮层受到更大的激活。相反，让年龄较小的被试来完成相同水平的心算任务，结果发现其前额叶皮层包括背外侧和腹外侧前额皮层和扣带前回皮层受到更大的激活。表明年龄较小的被试需要相对较多的工作记忆和注意资源。另外，年龄较小的被试在计算过程中，发现其海马、背侧基底神经节也受到较大激活。表明他们更多地需要陈述性记忆和程序性记忆系统。该结果表明，随年龄的增长，个体的左侧顶下皮层功能也在增长，因此在计算时越来越少地依赖于记忆和注意资源。

Grabner等人探讨了数学能力高低不同的个体在心算任务中大脑所激活的区域。他们根据学生在标准化智力测验和算术测验中的成绩，将25个学生分成两组，一组为数学能力较高组，另一组为数学能力较差组。这两组学生在非数字智力测验和年龄上均没有显著差异。在fMRI的区组设计中。被试需要判断个位数和多位数乘法问题的正确性。结果表明，数学能力较高组的学生在解决两种类型的算术问题时，其左侧角回受到更大的激活。相关分析的结果进一步验证了数学能力的个体差异与角回激活之间的这种关系。该结果证实了在算术问题解决中。左侧角回是数学能力的个体差异的神经基础。对于数学能力高的个体而言，在算术运算时更多地依赖于自动的、以语言为中介的加工过程。

另外，Pesenti等人报告了一个心算天才Gamin的案例，研究了心算天才与一般人在心算任务中的差异。Gamin是一位26岁的德国人，在两位数的乘法、除法、乘方、开方、正弦计算等方面表现出与众不同的能力。他能很快并准确地说出像539、995、sin287这类题目的结果，对一些更为复杂的题目的计算结果与正确答案也十分接近，如8547799037的开5次方根，准确答案是96.61，Gamm给出的答案是96。PET的研究发现。Gamin与一般心算者在心算时大脑左右两半球均有激活，但总体上都表现为左脑优势。所有心算者的双侧缘上回、顶内沟、枕叶、额下沟。以及左脑颞枕联合区、额中回均有激活。但是Gamin还存在一些特有的激活脑区，其右脑颞枕联合区、额叶内侧、海马侧回、前扣带回上部，以及左脑中央旁小叶这5个脑区的激活，而在一般心算者中这5个脑区表现为去激活。这几个脑区活动基本上都与情景记忆活动有关，它们负责情景记忆信息的编码和提取。Gamin在事后报告中也说自己通过视觉表象对数字信息进行编码和提取。

这些结果表明，在计算过程中所激活的脑区受年龄发展和个体差异的影响。随着年龄的增长和数学能力的提高，个体逐渐依赖于自动化的加工。较少地依赖于工作记忆和注意资源。心算天才的案例表明，情景记忆在计算过程中起重要作用。

2.4　计算训练的脑机制

研究发现，如果对算术问题进行短期训练，参与算术运算的脑区会发生显著的变化。Delazer等人采用一套包括18个复杂的乘法运算问题(如7×12)对学生进行为期一周的训练，直到他们完整地掌握了18个问题的所有答案。在随后的fMRI测验阶段。给被试呈现训练过的问题和新颖的、没有训练过的问题。然后对被试在解决这两类问题时的大脑活动进行比较。结果发现，在解决没有训练过的问题时，被试的左侧顶内沟和额下回受到更大激活；而在解决训练过的问题时，左侧角回则产生更大激活。这表明，算术知识学习的脑机制发生在从前额区到顶区、从顶区再到角回的变化。

Ischebeck等人利用fMRI技术研究算术学习发生的过程。在扫描之前，不提供训练。训练包括两种形式：一种通过高频重复一套复杂的乘法问题(重复性)；另一种通过低频重复另一套问题(新异性)。在事件相关设计中，重复性问题和新异性问题随机出现。结果发现，由于训练的作用，额一顶区和尾状核这两个脑区的激活下降，而在颞一顶区如左侧角回的激活增加。大约对一个问题重复8次之后，训练效应达到显著性水平，并在实验的整个进程中保持稳定。而且，经一周广泛的算术训练之后，大脑激活模式的变化也出现了训练效应。在健康成人的大脑激活上产生的早期和有力的变化表明重复性刺激会深刻而快速的影响fMRI的结果。他们还认为，在解决训练过的问题时在角回上所看到的较大激活可能反映了这样一个问题。即随着训练的增加。被试在解决这类问题时更多地依赖于自动化的、言语事实的提取过程。总之，该项研究同样表明了训练可以促进个体的计算能力。

综上所述，在不同计算任务中所激活的脑区受计算任务的复杂性(简单心算和复杂心算)、任务要求(主要指精算和估算)、年龄发展与个体差异以及训练的影响。

3　对数学教育的启示

我国历来重视基础数学教育，并积累了丰富的教育教学经验。然而，关于计算能力的脑科学研究的新成果对有效地促进儿童计算能力的发展提供了重要启示。

3.1　注重训练学生运用视觉空间能力

脑科学的研究成果表明，对于简单的计算问题，可以作为一种陈述性知识存储在语义记忆网络中，只需要语言表征就能够进行学习和存储。然而对于复杂的计算问题，由于其包含着算术知识的提取和详细的运算法则，不仅依赖于言语工作记忆，

还依赖于视觉空间表征和视觉表象加工的重要作用。心算天才的案例也告诉我们，高度发展的计算能力依赖于视觉表象和情景记忆对数字信息的编码和提取。

因此，在实际教学过程中，教师不能单纯地以语言为主要的教学工具，使用较严谨的语言逻辑方式，采取知识讲授的方法进行教学。否则。会容易促使学生对算术事实与运算程序形成机械记忆，从而阻碍学生计算能力的发展与提高。教师应该注重学生在解决实际问题中的视觉空间能力的培养。例如，通过中国传统的算术学习或训练方式――珠心算进行培养。因为研究也发现，与普通人的计算过程相比，珠心算能手在与视觉空间功能有关的左侧顶叶上部区域产生了更多的激活。表明他们在珠心算过程中，更多使用了视觉空间功能。从而有助于计算能力的提高。

3.2　加强训练学生的估算能力

脑科学的研究成果表明，精算与估算在脑区上存在明显的分离。精算任务依赖于特定的语言表征，该任务激活的脑区与语言区有明显的重叠；而估算任务依赖于数的视觉空间表征，更多地与运动、空间知觉、躯体知觉的有关区域有着较密切的联系。大脑右半球的一些特定脑区在估算中起重要作用。

因此。估算能力与精算能力在个体计算能力发展中均具有重要的作用。二者不可忽视。如果在实际教学过程中，只强调精算能力的培养，那么估算能力与就无法获得足够的训练，使儿童的数学思维缺乏必要的灵活性与变通性，甚至只会进行机械计算，缺乏数学常识与直觉能力㈣。在估算能力的训练方式上应该采取不同于精算能力的训练方式。估算教学应该结合视觉的、空间的、运动的和躯体的知觉训练联系起来。也即与日常生活中的问题紧密结合起来。实践表明，数学与生活越贴近，学生的情感越容易引起共鸣，越有利于数学知识的获得和巩固，这是估算教学中不可忽视的方面。例如：“你负责组织29个同学去公园游玩，门票每张8元。带250元钱够吗?”等等……估算教学与生活实际相结合，才能显现估算的内在价值，才能使估算能力得到更好地训练。

3.3　坚持注意力和工作记忆的系统训练