По мере того, как дети осваивают основы арифметики, они постепенно переходят от решения задач, считая на пальцах, к извлечению фактов из памяти. Некоторым детям переход дается легче, чем другим, но никто не знает, почему.
Теперь новое исследование с использованием изображений мозга дает первые доказательства, полученные в результате продольного исследования, чтобы объяснить, как мозг реорганизуется по мере того, как дети изучают математические факты. Согласно исследованию Медицинской школы Стэнфордского университета, для трансформации важна точно организованная группа изменений мозга, многие из которых связаны с центром памяти, известным как гиппокамп.
Результаты, которые будут опубликованы в августе. 17 в Nature Neuroscience, объясняет реорганизацию мозга во время нормального развития когнитивных навыков и будет служить точкой сравнения для будущих исследований того, что идет не так в мозгу детей с ограниченными возможностями обучения.
"Мы хотели понять, как дети получают новые знания, и определить, почему одни дети учатся извлекать факты из памяти лучше, чем другие," сказал Винод Менон, доктор философии, профессор психиатрии и поведенческих наук и старший автор исследования. "Эта работа дает представление о динамических изменениях, которые происходят в процессе когнитивного развития у каждого ребенка."
Исследование также дополняет предыдущие исследования различий в том, как мозг детей и взрослых решает математические задачи. Исследование показало, что дети используют определенные области мозга, включая гиппокамп и префронтальную кору, в отличие от взрослых, когда две группы решают одинаковые типы математических задач.
"Для нас было удивительно, что вклад гиппокампа и префронтальной области в решение проблем на основе памяти в детстве совсем не похоже на то, что мы ожидали бы от мозга взрослого человека," сказал постдокторант Шаочжэн Цинь, доктор философии, ведущий автор статьи.
Схема стратегии перехода
В ходе исследования 28 детей решили простые математические задачи, получив два снимка мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии; сканирований было сделано около 1.2 года с разницей. Исследователи также сканировали 20 подростков и 20 взрослых за один раз. В начале исследования детям было 7-9 лет. Подросткам 14-17 лет, взрослым 19-22 года. У участников был нормальный IQ. Поскольку в исследовании изучалось нормальное обучение математике, потенциальные участники с нарушениями обучаемости, связанными с математикой, и синдромом дефицита внимания и гиперактивности были исключены. Дети и подростки изучали математику в школе; исследователи не давали никаких математических инструкций.
В ходе исследования, поскольку дети в возрасте в среднем от 8 лет.От 2 до 9.За 4 года они стали быстрее и точнее решать математические задачи и больше полагались на извлечение математических фактов по памяти, а не на счет. Когда произошли эти сдвиги в стратегии, исследователи заметили несколько изменений в детском мозге. Гиппокамп, регион, играющий множество ролей в формировании новых воспоминаний, активизировался в детском мозгу через год. Участки, участвующие в подсчете, в том числе части префронтальной и теменной коры, были активированы меньше.
Ученые также заметили изменения в степени, в которой гиппокамп был связан с другими частями детского мозга, причем несколько частей префронтальной, передней височной коры и теменной коры более прочно связаны с гиппокампом через год. Важно отметить, что чем сильнее эти связи, тем выше была способность каждого отдельного ребенка извлекать математические факты из памяти – открытие, которое предлагает отправную точку для будущих исследований проблем с обучением математике.
Хотя дети через год стали чаще использовать гиппокамп, подростки и взрослые минимально использовали гиппокамп при решении математических задач. Вместо этого они извлекли математические факты из хорошо разработанных хранилищ информации в неокортексе.
Каркас памяти
"Это означает, что гиппокамп служит платформой для изучения и закрепления фактов в долговременной памяти у детей," Менон сказал. Детский мозг строит схему математических знаний. Гиппокамп помогает поддерживать другие части мозга, поскольку создаются нейронные связи, подобные взрослым, для решения математических задач. "У взрослых этот каркас не нужен, потому что память на математические факты, скорее всего, консолидирована в неокортексе," он сказал. Интересно, что исследование также показало, что, хотя гиппокамп взрослых не так сильно задействован, как детский, кажется, что он хранит резервную копию математической информации, которую взрослые обычно извлекают из неокортекса.
Исследователи сравнили уровень вариабельности паттернов мозговой активности, когда дети, подростки и взрослые правильно решали математические задачи. Модели активности мозга были более стабильными у подростков и взрослых, чем у детей, что позволяет предположить, что по мере того, как мозг лучше справляется с математическими задачами, его активность становится более последовательной.
Следующим шагом, по словам Менона, будет сравнение новых результатов о нормальном обучении математике с тем, что происходит у детей с нарушениями в обучении математике.
"Мы знаем, что у детей с нарушениями в обучении математике способность быстро извлекать факты является основной проблемой и остается узким местом для них в средней школе и колледже," он сказал. "Дело в том, что гиппокамп не может обеспечить надежную основу для построения хороших представлений математических фактов в других частях мозга на ранних этапах обучения, и поэтому ребенок продолжает использовать неэффективные стратегии для решения математических задач?? Мы хотим это проверить."