珠心算训练对儿童心算神经机制影响的fMRI研究

发布时间：2017-09-07 08:43

  本文关键词：珠心算训练对儿童心算神经机制影响的fMRI研究

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【摘要】：目的：采用BOLD功能磁共振成像技术(BOLD-fMRI),研究接受过珠心算训练3年的学龄儿童(珠心算训练组)和未接受过珠心算训练的学龄儿童(珠心算未训练组)在执行相同计算任务(包括加、减、乘、除四种运算)时的脑功能激活区的差别,同时对珠心算训练组儿童在执行不同难度加法运算任务时的脑功能激活区的差别进行分析,旨在探讨珠心算训练对学龄儿童心算神经机制的影响,同时比较。材料与方法：本研究招募了34例学龄儿童志愿者,包括17名接受过珠心算训练3年的学龄儿童(珠心算训练组,坚持练习算盘操作且每周至少3至5小时),17名未接受过珠心算训练的学龄儿童(珠心算未训练组)。两组儿童在年龄、教育背景、学习成绩及家庭背景方面无明显差异；能够合作完成所有实验任务；无精神障碍和已知脑及全身器质性疾病；双眼裸眼或矫正视力正常。采用基本认知能力测验(2.0版)和瑞文标准推理测验对所有被试者进行筛选显示钾力中等,并经中国人利于判定标准调查,均为右利手。使用北京脑功能磁共振研究中心的Siemens公司Trio 3.0T磁共振扫描仪及头部正交线圈,采用EPI序列BOLD法对所有被试行功能磁共振脑扫描及结构像数据采集。为保证实验顺利完成,在进行正式实验之前,所有被试者均经过事件相关脑电位测试,以确保被试儿童能够允分理解实验内容和过程,扫描时要求被试者进行加、减、乘、除四种运算和数物对照判断实验,另外对珠心算组训练组儿童进行复杂计算(四位数三笔的加法运算)实验任务。采用组块设计模式,静息组块与刺激组块交替出现,循环3次。应用SPM 8软件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)对原始图像进行头动校正、空间标准化、空间平滑处理和统汁学分析,以获取执行不同心算任务时的脑功能图像结果。观察组分析结果并进行组间分析,对四种运算任务的脑激活区进行定位并比较两组之间的差异,同时分析并比较珠心算训练组在不同难度加法运算时的脑神经机制的差别。结果：珠心算训练组在执行四种计算任务时的正确率均明显优于未训练组,反应时间短于未训练组。但进行复杂计算时,珠心算训练组的正确率下降,反应时间延长。在四种运算实验中,珠心算训练组几乎均可见枕叶(尤其以双侧楔叶为主)、左侧顶上区(顶上小叶后部,即楔前叶)及双侧小脑半球激活,其中尤其以双侧楔叶激活明显；在减法、乘法及除法计算的部分被试中见到右侧顶叶(顶上小叶、中央后回及楔前叶)的激活；仅仅在小部分被试中可见右侧前额皮层、额内侧回、梭状回和舌回的激活。从所需脑区多少来看,乘法计算激活脑区明显多于其它三种计算任务,而加法计算所需脑区则明显少于其它运算任务。复杂运算激活的脑区与简单运算相比明显增多,范围增大,任务难度的增加引起右侧前额皮质(右侧额中回)的激活尤为明显,右侧顶上小叶的激活也较明显,其它相关的脑区亦有增加。未训练组在四种运算实验均可见双侧额中回、左侧顶叶(主要为顶下小叶、左侧顶上小叶)、左侧舌回、左侧梭状回和双侧小脑半球激活。在部分被试中可见到左侧额下回及左侧枕中回不同程度的激活。珠心算训练组激活的脑区较未训练组明显要少且集中,主要位于枕叶(双侧楔叶)及左侧顶叶(顶上小叶后部,即楔前叶)。两组在左侧顶叶均有激活,但珠心算训练组主要集中在顶上区(顶上小叶的后部,即楔前叶),而未训练组主要引起顶下小叶的激活,另外未训练组亦有顶上区的激活,但精确的解剖定位是非楔前叶的顶上小叶区域。结论：珠心算训练组儿童成绩明显优于未训练组儿童,说明珠心算训练能够有效提高儿童的心算能力。珠心算训练组与未训练组心算所涉及的脑功能区存在显著差别：表明珠心算训练组与未训练组采用的计算方法权重不同,前者主要依赖于视觉-空间策略,激活的是左侧顶上小叶后部(楔前叶)及楔叶；而未训练组以前额皮质及左侧顶下小叶激活为主,更依赖于语言策略。各功能脑区在相互联系的整体配合中完成计算任务,其中左侧顶上小叶后部可能在珠心算中起核心作用。根据实验结果,我们推测枕-顶回路是珠心算的神经回路,珠心算组儿童脑海中的“算盘映像”很可能位于枕叶的楔叶区域。相同任务下,珠心算训练组的脑激活区较未训练组少且集中,说明完成相同任务时,训练组所需要的资源少,由此证明通过长期的训练提高了相关脑区的神经连接效率。在珠心算训练组,随着任务难度的增加,激活的脑功能区增多,尤其以右侧额中回的参与为著,这表明右侧额中回是潜在的高级功能区,由此推测在高难度计算任务中此区可能发挥着重要的作用,这与普通心算是一致的。鉴于珠心算训练组与未训练组的计算神经机制的不同,本研究可能为因语言区受损而导致的计算缺失的病人提供康复治疗的途径。
【关键词】：功能磁共振成像 珠心算 儿童 计算
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R445.2;R49
【目录】：

• 中文摘要6-9
• 英文摘要9-13
• 符号说明13-15
• 一 前言15-19
• 二 材料与方法19-25
• 三 结果25-29
• 四 讨论29-42
• 五 结论42-43
• 六 附图表43-58
• 七 参考文献58-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间发表的学术论文目录68-69
• 学位论文评阅及答辩情况69-70
• 外文论文170-84
• 外文论文284-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 骆姚星,唐一源,伍建林,宋鹤山;脑功能成像分析软件SPM使用介绍[J];中国医学影像技术;2003年07期

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本文编号：808547