周新林研究团队在《Developmental Science》发表封面论文揭示知觉训练干预计算障碍及其认知机制
2020年7月，发展心理学权威期刊《Developmental Science》（《发展科学》）以封面论文的形式发表了北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室周新林教授研究团队关于发展性计算障碍的知觉训练干预的重要发现。
发展性计算障碍（Developmental dyscalculia, 简称DD）属于一种特定学习障碍，表现为数字加工和理解困难、计算的准确性和流畅性差（精神障碍诊断与统计手册第五版，DSM-5）。根据国内外流行病学调查，DD在学龄期儿童中的发病率约为5%。计算障碍的数字和计算能力缺陷严重影响了儿童认知发育，降低了儿童的日常生活和学习质量。同时，数学能力发展滞后也会影响社会进步和发展，根据经济合作与发展组织的分析报告，数学和科学成绩在个体水平提高0.5个标准差，人均GDP年增长率将提高0.87%。
认知心理学的研究证实，DD儿童的核心认知机制是数目加工或近似数字系统缺陷。数目加工训练能够促进DD儿童的计算能力，但其认知机制尚不明确。领域一般性的观点认为，基本认知能力是符号运算和非符号数字的基础。本研究假设，视觉形状知觉是数目加工训练促进DD儿童计算成绩的认知机制。
本研究将80名DD儿童随机分为干预组和对照组，对干预组儿童实施为期8天的数目加工训练，提高其数目的心理表征、数目之间、数目与符号之间关系的表征能力。使用的训练程序是改编自数目比较任务的小猪收苹果游戏（见图1），训练者的任务是用鼠标来收集尽可能多的苹果，同时避开炸弹。对照组接受英语听写的训练。两组被试在干预前后都要接受认知测试：心理旋转、词语辨析、简单减法、数目比较和图形匹配任务等，目的是测量被试的视觉空间能力、句子理解能力、算术成绩、非符号数量加工能力和视觉形状知觉能力。
图1 小猪收苹果游戏示意图
结果发现，干预组经过训练后，计算能力、近似数字系统敏感度、视觉形状知觉等有了显著提高，但并未表现在空间加工和句子理解方面（见图2）。并且，训练引起的计算成绩的提高源自视觉形状知觉能力的提升。因此，非符号的数目加工训练可以促进DD儿童的算术流畅性，视觉形状知觉是训练效应的认知基础（见图3），证实了DD儿童数目加工能力和符号运算成绩之间的因果关系。数目加工训练能够促进符号运算能力，表明视知觉对数目加工和数学运算同等重要，并进一步支持了本课题组之前的研究观点，即视知觉构成了计算和阅读共同的认知机制。知觉训练不但对DD儿童有效，对视知觉缺陷的学习障碍儿童同样有效。
图2 干预组和对照组前后测的认知任务成绩
图3 符号算术能力的训练效应受视觉形状知觉能力的调节
本研究首次使用随机对照的方法考察了非符号数目加工训练对计算障碍的干预效果，证明了计算障碍儿童的近似数字系统和符号运算之间的因果关系。本研究是神经认知发育理论在实践中的应用，为计算障碍的干预及其潜在机制提供了实验证据。
根据本研究结果，当儿童经常观察物体的不同数量时，虽然这个过程看起来没有任何数字的参与，但其实对于数字计算是非常有益的，这种益处尤其体现在那些计算能力较差的儿童身上。因此，为了提高儿童的计算能力，适当的使其参与一些数量估计相关的益智游戏或训练（如小猪收苹果游戏）可能是一项有效的训练方案，有助于培养儿童的数学能力。此外，本研究结果提示，形状知觉能力在数学学习中起着重要的调节作用，在DD儿童的数学教育教学中，需要更加重视学生基本认知能力的发展，重视符号视觉形状加工的作用，提高DD儿童对数学符号的形状表征与加工能力。
该论文第一作者为周新林教授的博士生程大志（现首都儿科研究所副研究员），通讯作者为国家重点实验室周新林教授，河北师范大学崔佳歆副教授和加州大学尔湾分校的陈传升教授参与了合作研究。此研究获得到了国家自然科学基金、111计划项目、未来教育高精尖创新中心项目等基金的资助。
欢迎下载原文：https://doi.org/10.1111/desc.12910
周新林教授研究团队网站：http://www.dweipsy.com/mathbrain/
