有一种人似乎从出生起就对数字有困难：他们只能数到4，分不清7和9哪个更大，而且永远记不住自己的电话号码……这是一个鲜为人知的事情。 学习障碍——计算障碍，有时称为“数盲”。 研究人员估计，多达 7% 的人口患有计算障碍，这是一种学习障碍，其特征是处理数字时遇到严重困难，但智力却完全正常。 有治疗计算障碍的方法吗？
撰写者 | 埃文·卡拉威
翻译 | 郭凯胜
计算障碍是一种鲜为人知的学习障碍，有时被称为“数盲”，与阅读和书写数学困难有关。 研究人员估计，多达 7% 的人口患有计算障碍，这是一种学习障碍，其特征是尽管智力完全正常（甚至可能比普通人高得多），但仍难以处理数字。
这种奇怪的情况引起了伦敦大学学院认知神经科学家布莱恩·巴特沃斯（Brian Butterworth）等神经科学家的注意，他认为对计算障碍的研究有助于揭示大脑的“数感”功能。 （识别和处理数量的能力）。 数感就像视觉和听觉一样，完全是与生俱来的，但科学家对其认知和神经基础有不同的看法。 对计算障碍的研究可能有助于解决这方面的争论。
你能数得多快？ 患有计算障碍的儿童比其他儿童需要更长的时间来计算点图中的点数。 对于 4 个或更少点的点图，大多数人一眼就能看出有多少个点，但有计算障碍的人需要一一数出。
数字发生了什么
关于认知计算有几种相互竞争的理论，巴特沃斯希望通过研究计算障碍的治疗方法来检验这些理论。 如果计算障碍本质上是缺乏基本的数感（他是这么认为的），而不是像其他学者认为的那样缺乏记忆、注意力或语言技能，那么尝试发展数感应该对患有计算障碍的人大有裨益。计算障碍。 有帮助。 “这些孩子需要的只是比其他孩子更多的练习，”巴特沃斯相信。 克里斯托弗所在的学校是伦敦已经使用该游戏软件的几所学校之一，古巴、新加坡等地的学生也将很快开始使用该软件。
克里斯托弗（化名）是一个健谈的男孩，坐在他的老师帕特里夏·巴布蒂旁边，在笔记本电脑上玩数字感知游戏。 这是巴特沃斯和他在伦敦教育学院的同事戴安娜·劳瑞拉德设计的一套教学电脑游戏。
克里斯托弗的第一款游戏涉及数字线（科学家认为数字的空间表示在数字意义中起着关键作用）。 “200到800中间的那个数字是多少？你知道吗？” 巴布蒂问道。 克里斯托弗耸耸肩。 “只要想一个大于 200 且小于 800 的数字，然后将其填入此框中。例如，可以是 201，”她说。 Christopher填写了200，Babuti提醒他填写的数字必须大于200。于是他选择了210（或许以为是201）。
巴布蒂认为，计算障碍的一个典型症状是难以掌握整个数字系统。 “这是一个很好的补充，”她说。 然后电脑发出轻柔的声音，要求克里斯托弗“找到并点击那个号码。” 游戏包括反复缩放数轴，克里斯托弗必须详细解释每一步（巴布蒂鼓励他这样做），但他花了一分多钟才找到 210。而他的同学已经在学习两位数乘法了。
在克里斯托弗的学校，一些学生的算术问题更严重。 一位9岁的同学说，她不知道50是大于还是小于100。另一位9岁的同学将4分数到5，做较小数字的加法时必须依靠手指数（这是患有计算障碍的人常用的方法）。
“好吧，今天就这样。改天我们还要多练习。”巴布蒂对克里斯托弗说道。 这20分钟对于她来说实在是太难熬了。 显然，克里斯托弗宁愿回到课堂，也不愿在这个房间里学习他的同学几年前学过的数学。
数感认知的根源
巴特沃斯既是一位学者，也是一位公众人物。 他是英国人文社会科学院院士。 20 世纪 80 年代末，巴特沃斯研究了一名中风患者，这名患者改变了他的职业方向。 这名59岁的女患者来自意大利，曾是一名酒店主管。 她的言语智商测试达到了平均水平，记忆力也相当好。 但当巴特沃斯的意大利同事要求她数数时，她会开始数“uno、due、tre、quattro”（1、2、3、4），然后停下来。 “Miei matematica finisce alle quattro”（我只能数到4）——这是这位被称为CG的女士总是对大家说的话。
巴特沃斯说，在 20 世纪之交，神经学家描述了对患有 CG 等“非计算”疾病的患者进行的案例研究，但“并没有过多考虑参与计算的大脑特定部分”。 指出。 CG 脑部扫描显示她的顶叶（耳朵上方的大脑区域）有病变。 后来，巴特沃斯又发现了另一位病情与CG正好相反的病人：这位病人的神经退行性病变导致他失去了言语和语言能力，也忘记了很大一部分知识，但这并不影响他的执行能力复杂的任务。 计算能力。 结果，巴特沃斯越来越确定，人们识别数字的能力是由大脑中专门的神经网络控制的，而不是像许多科学家当时认为的那样，是由实现一般智力功能的神经网络控制的。 巴特沃斯提出，遗传因素以及大脑发育异常会破坏计算障碍患者的这些神经网络。 莫尔克拉夫特在不同领域的能力差异巨大，为巴特沃斯提供了很多灵感。 巴特沃斯和他的同事还对 31 名 8 至 9 岁的孩子进行了测试，这些孩子的数学成绩在班上垫底，但在其他科目上表现良好。 与正常儿童和阅读障碍儿童相比，计算障碍儿童几乎所有数字问题都有困难，但在阅读理解、记忆和智商测试中表现处于平均水平。 。
对于巴特沃斯来说，这项研究证实计算障碍是由数字理解的基本问题引起的，而不是其他认知功能的问题。 但找出问题所在是极具挑战性的。
布莱恩·巴特沃斯希望他的数字游戏能够帮助患有计算障碍的儿童，同时打开一扇了解大脑如何处理数字的窗口。
与几乎所有人类认知功能一样，数感有着非常古老的进化历史。 对黑猩猩、猴子、小鸡、蝾螈甚至蜜蜂的研究表明，存在两个平行的表示数量的系统。
其中一种称为“近似数感”，仅区分大量和少量，无论它们是屏幕上闪烁的点还是树上的水果。 对猴子的研究表明，随着猴子数量的增加，顶叶特定褶皱中某些神经元的活动变得更加强烈。
第二个古代数字系统允许人类和其他一些动物立即准确地识别较小的数字（4 及以下）。 对灵长类动物的研究表明，在称为顶内沟的褶皱中，单个神经元似乎与特定的数字相对应——例如，当猴子完成与数字相关的任务时。 ，一个神经元的活动对应于数字l，而另一个神经元的活动对应于数字2，依此类推。
不善于识别近似数字的人在数学上表现不佳，这种关系意味着近似数字系统起着关键作用。 一些研究表明，患有计算障碍的人很难识别较小的数字，这表明识别较小数字的能力对于数字处理至关重要。 此外，对计算障碍患者的脑部扫描显示，与具有正常计算能力的儿童和成人相比，他们的顶内沟在处理数字时不太活跃，并且与大脑其他部分的连接较弱。
然而，巴特沃斯认为，这些情况是计算障碍的数学能力差的结果，而不是原因。 他指出，另一种认知能力更重要的是数感。 他将这种能力称为“数量编码”，即认识到一切事物都有一个确切的数量，并且把它拿走或拿走都可以改变数量。 然而，法国国家健康与医学研究所 (INSERM) 研究数字认知的认知神经科学家斯坦尼斯拉斯·德哈内 (Stanislas Dehaene) 认为，数感是由更广泛的认知功能支撑的。 他指出，虽然识别近似数字和较小数字的能力很重要，但不足以准确理解较大数字。 他相信语言使人们能够整合两种数字系统，使他们能够直观地区分 11,437 和 11,436 等数字。 德哈尼声称，巴特沃斯的数量编码概念可能是数感的重要组成部分，但这个概念还有很多值得了解的地方，比如它是否存在于其他动物中，是否很早就存在于儿童之中等等。
加州大学欧文分校的发展心理学家 Barbara Sarnecka 和密歇根大学安娜堡分校的 Susan Gelman 在一篇论文中证明，幼儿还不知道如何计数。 2，但已经知道向已经装有 6 个硬币的碗中添加硬币会改变数字，尽管他不能确切地说出如何改变。 如果数量编码是一种基本能力，那么人们就会预测患有计算障碍的人在处理所有数字（无论大小）时会遇到很大困难。 巴特沃斯希望数感游戏能够磨练患者的这种能力，从而支持他的研究。
游戏治疗
经过三个月的练习，克里斯托弗似乎越来越擅长玩数轴游戏了。 他进步如此之快，巴布蒂要求他放慢速度并解释每一步的理由。 巴布蒂说，当患有计算障碍的儿童详细解释他们的行为时，学习进度通常会大大加快。 她相信克里斯托弗的数学焦虑症（一种患有计算障碍的儿童和成人中的常见病症）正在消失。 克里斯托弗随后转向另一款名为 Numberbonds 的游戏。 该游戏类似于俄罗斯方块：不同长度的方块从屏幕上掉落，克里斯托弗必须选择正确的方块来填充一行。 这个游戏的重点是弄清楚空间关系，但一些患有计算障碍的人也对空间关系感到非常头痛。 起初，克里斯托弗对方块移动得太快感到恼火，但没过多久他就掌握了游戏的窍门。 巴特沃斯认为，数感游戏主要用于培养数字认知的基本能力和计算障碍者缺乏的核心能力，即处理精确的数量。 例如，一款名为“Dots to Track”的游戏要求孩子们为点图案分配一个阿拉伯数字，该图案由类似于骰子上的点组成。 如果他们输入了错误的数字（他们经常这样做），游戏会要求他们添加或减去点以获得正确的答案。
由于某种未知的原因，其他学生的进度较慢。 巴布蒂说，阅读障碍、注意力缺陷障碍和自闭症谱系障碍在计算障碍患者中都很常见，而且很难弄清楚它们之间的关系。 九个月前还能用手数数的9岁男孩，现在已经能数到六了，但区分九和十对他来说仍然很困难。 不过，巴布蒂认为，只要进行正确的练习，加上老师和家长足够的重视，计算障碍的孩子是可以正常成长的（她强调电脑游戏只是辅助手段，不能代替一对一的教学）方法）。 巴特沃斯知道，只有通过对数感游戏进行受控评估，他才能确定数感游戏是否真的有助于提高儿童的数字读写能力。 对其他计算机干预措施的小型比较研究表明，这些游戏可能会有所帮助。 2009年，德哈尼表示，通过使用他的团队开发的“数字竞赛”游戏，15名患有计算障碍的学龄前儿童提高了识别两个数字中较大者的能力，但他们对算术不感兴趣。 计算能力不起作用。
瑞士的一个研究小组在 2011 年报告称，一款允许学生将宇宙飞船放在数轴上的游戏有助于提高 8 至 10 岁患者的算术技能。 研究人员分配学生完成一项涉及排列数字的任务，同时对学生进行功能磁共振成像（fMRI）扫描。 他们发现，训练一个月后，儿童顶内沟的活动增加，而顶叶其他区域的神经元活动减少。 这表明算术技能的提高与大脑中负责对数字做出反应的区域的变化有关。
巴特沃斯希望监测像克里斯托弗这样的学生在玩数感游戏时的大脑活动，看看他们的顶叶是否有变化。 为此，他向多方申请资助，但都空手而归。 尽管计算障碍与其他学习障碍一样，对生产力有非常负面的影响，但它并没有引起太多关注，而且对该疾病的研究也没有吸引到多少资金。 例如，2000年至2001年间，美国国立卫生研究院（NIH）拨款200万美元用于计算障碍研究，但同期用于阅读障碍研究的资金超过1.07亿美元。
巴特沃斯希望，如果增强数感确实可以改善计算障碍，这将有助于他赢得关于数字识别认知基础的争论。 另一方面，德哈尼对电脑游戏并不抱太大希望。 德哈尼也许是巴特沃斯在这场辩论中最强劲的对手。 他的 Number Race 游戏及其后继者 Number Catcher 集成了多种数字技能。 即使游戏能运行，它也不会运行。 它没有解决诸如哪些技能对数感最重要以及哪些技能对患者来说最受损等问题。 “我很快意识到，孩子们只对创意和有趣的娱乐游戏感兴趣，这与科学分析的路线不相容，”德哈尼说。
巴特沃斯还表示，最终他的动机主要是帮助患有计算障碍的儿童。 在研究过程中，他感触很深的一点是：“数学缺陷对孩子的影响非常非常大。孩子每天都要上学，每天都要上数学课，所以他们每天都感到尴尬——我是班上其他同学的数学都比我好。”
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