導(dǎo)讀數(shù)學(xué)，是無數(shù)人心中無法言說的痛。友誼會(huì)走散，愛情會(huì)變淡，困難會(huì)讓你痛苦，生活會(huì)使你屈服……只有數(shù)學(xué)不會(huì)，不會(huì)就是不會(huì)。但是，你有沒有想過，你之所以數(shù)學(xué)不好，....

數(shù)學(xué)，是無數(shù)人心中無法言說的痛。

友誼會(huì)走散，愛情會(huì)變淡，困難會(huì)讓你痛苦，生活會(huì)使你屈服……只有數(shù)學(xué)不會(huì)，不會(huì)就是不會(huì)。

但是，你有沒有想過，你之所以數(shù)學(xué)不好，是因?yàn)檎Z文沒學(xué)好？

被譽(yù)為“數(shù)學(xué)之王”、“東方第一幾何學(xué)家”的數(shù)學(xué)家蘇步青在擔(dān)任復(fù)旦大學(xué)校長(zhǎng)時(shí)曾說過：“語文是基礎(chǔ)，是成才的第一要素，沒有一定的語文素養(yǎng)根本學(xué)不好數(shù)理化等其他科目。”

作為一個(gè)數(shù)學(xué)家，蘇步青卻把語文素養(yǎng)放在了如此重要的地位上，是因?yàn)槿藗兊?strong>文字閱讀能力會(huì)直接影響他們理解、解決數(shù)學(xué)問題能力的高低。

近日，一位來自布法羅大學(xué)的研究人員通過觀察大腦的功能連接網(wǎng)絡(luò)，從科學(xué)的角度再次對(duì)這一聯(lián)系進(jìn)行了佐證。

他在研究閱讀困難癥的過程中意外地發(fā)現(xiàn)了相似的現(xiàn)象：大腦在進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)，其控制閱讀能力的區(qū)域其實(shí)也在發(fā)揮作用。

大腦如何分工？

要想弄清楚語文閱讀是如何影響我們的數(shù)學(xué)成績(jī)的，我們先要搞清楚我們的大腦是如何工作的。

人類的大腦包括由神經(jīng)束連接的兩個(gè)半球，即左腦和右腦。左腦控制身體右側(cè)的運(yùn)動(dòng)，而右腦控制身體左側(cè)的運(yùn)動(dòng)。

左腦最主要的機(jī)能在于具有語言中樞，掌管說話、理解文字、數(shù)學(xué)、寫作、邏輯等功能，較偏向理性思維的左腦因此也被稱為“科學(xué)腦”。

而右腦負(fù)擔(dān)較多的情緒處理，掌管著音樂、繪畫等能力，又被稱為“藝術(shù)腦”，其具有韻律、想象、空間感、創(chuàng)造力等抽象思維能力。

大腦的兩個(gè)半球?qū)ｉT負(fù)責(zé)不同的心理功能，但是大多數(shù)行為和能力都需要大腦的兩個(gè)半球同時(shí)活動(dòng)。

大腦的定義可以分為廣義和狹義，廣義的大腦泛指人腦的整個(gè)結(jié)構(gòu)，而狹義的大腦則僅僅指的是大腦皮質(zhì)，它分為4個(gè)腦葉：額葉、顳葉、頂葉和枕葉。

額葉控制著人的情緒和人格，頂葉則控制人的肢體運(yùn)動(dòng)和感覺，枕葉是后腦勺的部分，它是處理視覺信息的中樞。

而我們的閱讀功能則是由靠近耳朵的顳葉實(shí)現(xiàn)的，位于左側(cè)顳上回尾部的韋尼克區(qū)（Wernicke’s Area）與語言理解相關(guān)的功能有著密切的聯(lián)系，是人們優(yōu)勢(shì)半球中的聽覺言語中樞。

控制言語功能的韋尼克區(qū)

如果該區(qū)域受到損壞，患者就會(huì)對(duì)語言理解產(chǎn)生障礙，無法理解聽到和看到句子的含義，反映在閱讀上即是讀寫能力低下。

何為大腦功能連接？

不同的大腦區(qū)域負(fù)責(zé)不同的功能，大腦必須把各個(gè)功能連接起來才能完成一件事情。

功能連接，不同于大腦解剖學(xué)上的結(jié)構(gòu)連接，它是對(duì)大腦運(yùn)作過程中每時(shí)每刻的連接狀態(tài)的一種動(dòng)態(tài)描述。

我們不要把它想象成物理性的由神經(jīng)元主導(dǎo)的大腦區(qū)域連接，試著從你每天的生活入手，思考這些功能連接是如何幫助你完成一個(gè)又一個(gè)的基礎(chǔ)行為。

比如，你的大腦就是一臺(tái)筆記本電腦。當(dāng)你工作時(shí)，你用筆記本電腦制作表格、發(fā)送郵件或連接打印機(jī)打印一份文件，而到了晚上，你把筆記本電腦帶回了家并把他連接在電視上播放一部電影。

由此可見，如何使用這些連接取決于你是在工作還是放松，即功能連接會(huì)根據(jù)你當(dāng)前面臨的任務(wù)而變化。

大腦根據(jù)不同的行為選擇不同的功能連接

想象一下，不遠(yuǎn)處的飯店墻上懸掛了一張?zhí)貎r(jià)菜單板，此時(shí)你就站在你站在離它只有幾步遠(yuǎn)的地方瀏覽著菜單。

當(dāng)你發(fā)生“看菜單”這個(gè)行為時(shí)，大腦枕葉中的視覺皮層開始工作。但因?yàn)槟阍陂喿x的同時(shí)，也在聽著別人討論菜譜，那么此刻你的視覺皮層與聽覺皮層是同時(shí)工作，相互連接的，且互不干擾。

當(dāng)你對(duì)某樣菜特別感興趣想指給同伴看時(shí)，你不小心把菜單從墻上撞了下來。當(dāng)你下意識(shí)地伸手去接時(shí)，大腦線路和連接就會(huì)發(fā)生改變。

你不再閱讀，也聽不到別人的講話，視覺皮層停止與聽覺皮層的連接，轉(zhuǎn)而與前運(yùn)動(dòng)皮層形成連接，同步工作，引導(dǎo)你的手去抓住下落的菜單。

因此，功能連接是大腦不同功能區(qū)域之間的連接和變化。不同的行為或任務(wù)，產(chǎn)生不同的連接方式。正如邁克諾根所說的，此時(shí)大腦內(nèi)形成了不同的功能性網(wǎng)絡(luò)。

閱讀vs計(jì)算：相同的大腦功能連接？

在人們的固有印象中，文字閱讀和數(shù)學(xué)計(jì)算之間的差異就如同藝術(shù)和科學(xué)的差別之大。

但一項(xiàng)來自布法羅大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代人基本的三大技能：閱讀、寫作、計(jì)算可能以我們從未想象過的方式重疊在一起，互相影響著彼此。

布法羅大學(xué)心理學(xué)系的助理教授克里斯托弗·邁克諾根博士對(duì)研究結(jié)果表示非常驚訝，他認(rèn)為通過探索大腦如何在發(fā)生非閱讀行為時(shí)繼續(xù)使用閱讀功能，能夠指導(dǎo)人們更好地處理和解決其他各類問題，這提升了讀寫能力的價(jià)值和重要性。

“閱讀決定一切。”現(xiàn)在這句話不再是一句激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)語文的標(biāo)語，它在科學(xué)的論證中已經(jīng)成為一個(gè)決定性的結(jié)論。

為了研究閱讀時(shí)大腦的功能連接情況，邁克諾根開發(fā)了一種新的深度學(xué)習(xí)方法，即多元模式分析（MVPA），它可以將事物同時(shí)進(jìn)行多種分類。

這一深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)尤其適合探究有條件的、存在非線性關(guān)系的變量，因此它可以觀察人們閱讀時(shí)大腦被激活或未被激活的區(qū)域。

線性關(guān)系是指一個(gè)變量的變化直接成比例影響另一個(gè)變量，而這種關(guān)聯(lián)在非線性關(guān)系中則很不穩(wěn)定，因?yàn)橐粋€(gè)變量的改變不一定會(huì)造成另一個(gè)變量按比例變化。但深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)可以分析這類非線性關(guān)系，從而輕松化解傳統(tǒng)研究方法面臨非線性時(shí)的挑戰(zhàn)。

邁克諾根以兩個(gè)數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，對(duì)大腦在閱讀和計(jì)算時(shí)的運(yùn)作情況分別進(jìn)行了分析。

第一個(gè)為閱讀組，其中包含8-13歲的具有不同閱讀能力水平的188名青少年兒童，而第二組則是計(jì)算組，由132位閱讀和數(shù)學(xué)能力各異的8-14歲兒童組成。

兩組的兒童都進(jìn)行了相同的6組閱讀測(cè)試，如詞匯的押韻判斷等，數(shù)學(xué)組兒童則增加了心算部分的測(cè)試。

值得關(guān)注的是，在閱讀組的眾多受試者中，研究人員根據(jù)每個(gè)兒童在測(cè)試時(shí)大腦的功能性核磁共振掃描（fMRI）圖像和其測(cè)試分?jǐn)?shù)，創(chuàng)建了一個(gè)子數(shù)據(jù)集，里面同時(shí)包含了14名閱讀障礙者（測(cè)試得分低于85分）和14名擁有閱讀天賦的兒童。

9歲孩子閱讀時(shí)的腦部活動(dòng) 來源：Dana Foundation

同時(shí)，閱讀障礙兒童通過其他的語言和詞匯測(cè)試排除了由于智商低下引起閱讀障礙的可能性。

在多元模式分析的幫助下，邁克諾根在第一個(gè)數(shù)據(jù)集，即閱讀組中，以94%的正確率識(shí)別出了閱讀障礙者。他也在分析過程中獲取了子數(shù)據(jù)集中受試者的大腦功能關(guān)聯(lián)情況。

當(dāng)然，他的結(jié)論不能僅憑一組數(shù)據(jù)就確認(rèn)是正確的。

因此，他接著使用數(shù)學(xué)組來驗(yàn)證他的大腦功能連接分析模型是否具有普適性。他通過數(shù)學(xué)組心算乘法的測(cè)試，從受試者功能性核磁共振臊面（fMRI）圖像中測(cè)量了心算計(jì)算時(shí)大腦功能區(qū)的關(guān)聯(lián)情況。

在解決數(shù)學(xué)問題時(shí)的四個(gè)不同階段中的大腦活動(dòng) 圖源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)

多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然兩組受試者參與了語言和數(shù)學(xué)這兩種不同的測(cè)試，但觀察到的兩組兒童的大腦功能連接卻是相同的。

無論是閱讀組還是數(shù)學(xué)組，他的多元模式分析都能以94%的準(zhǔn)確率識(shí)別出具有閱讀障礙的兒童。這不僅證明了其模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，更加證實(shí)了大腦在進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)，大腦的閱讀功能也在發(fā)揮著作用。

提高閱讀能力，方能事半功倍

大腦中用于閱讀的功能連接也同樣在數(shù)學(xué)計(jì)算中被應(yīng)用，這可能不符合人們的想象，但事實(shí)就是即使閱讀和計(jì)算是兩個(gè)如此的不同任務(wù)，大腦也使用了相同的功能網(wǎng)絡(luò)去處理它們。

邁克諾根表示：“顯然，不管是功能性核磁共振掃描（fMRI）成像還是多元模式分析得到的結(jié)果，都顯示閱讀功能的動(dòng)態(tài)連接網(wǎng)絡(luò)也出現(xiàn)在了人們遇到數(shù)學(xué)問題時(shí)。”

他表示，這一發(fā)現(xiàn)佐證了現(xiàn)代教育要在學(xué)生全面發(fā)展的基礎(chǔ)上著重加強(qiáng)培養(yǎng)讀寫能力的原因。因?yàn)槲覀兺ㄟ^從小訓(xùn)練使大腦形成的強(qiáng)大閱讀能力實(shí)際上能幫助我們更好地解決數(shù)學(xué)難題。

孩子不會(huì)做數(shù)學(xué)題，如果經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練仍然沒有長(zhǎng)進(jìn)，那么他可能不是邏輯能力差，而是閱讀能力差。若根本讀不懂題目或不知道題目在問什么，又何談解題呢。

隨著大腦認(rèn)知領(lǐng)域研究的界線變得越來越模糊，許多領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容都交叉相融。邁克諾根還想知道閱讀功能網(wǎng)絡(luò)還對(duì)那些功能領(lǐng)域發(fā)揮著作用。

他說：“你的閱讀技能將影響你解決其他領(lǐng)域問題的方式，當(dāng)這一關(guān)聯(lián)得到透徹分析后，我們可以利用它幫助那些在數(shù)學(xué)或其他方面有學(xué)習(xí)困難的孩子。”

和教育界許多資深專家一樣，他認(rèn)為比起僅僅提高閱讀能力，加強(qiáng)教育對(duì)閱讀的重視是更重要的一件事情。畢竟，培養(yǎng)閱讀能力可以改變的不僅僅是一個(gè)人對(duì)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)能力，更是塑造一個(gè)有素養(yǎng)、有內(nèi)涵的人必不可少的途徑之一。

參考：

https://neurosciencenews.com/rading-skills-math-18021/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncom.2021.590093/full

https://www.psychologytoday.com/us/basics/left-brain-right-brain

https://www.medicalnewstoday.com/articles/321037#functions-and-characteristics-of-each-hemisphere

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編譯 | Daisy Zuo

版面 | 曉娜