數學不好是一種病?神經科學家:計算在大腦的獨立區域進行

有些人在各個領域表現正常(甚至很優秀),但卻經常在計算時出錯,不但在求學過程中處處碰壁,投入職場後,也下意識避開跟數字有關的工作或投資… 現在已經有科學研究證明數學不好其實不是「不夠努力」了。數學不好,也許跟「天生」大腦神經有關!

數學不好有正式名稱:計算障礙症,又稱數盲症

常見的學習障礙包含閱讀障礙、書寫障礙等,「計算障礙」其實不太常見。計算障礙又稱作「數盲症」(dyscalculia),與數學的讀寫計算有關。英國媒體 BBC 報導 ,在一項針對 2421 位北愛爾蘭小學生的研究中,每 20 位就有 1 位患有計算障礙,還有很多人是狀況類似、或輕微。

這邊說的計算障礙類似閱讀障礙(dyslexia)。 患者不只是在數學上表現不佳,而是對數字、對計算有更多理解上的障礙。 比如說,在做數數時,1、2、3… 有的人數遇到超過 10 的數字就需要停下思考;或者無法對數字做概括估測,請列出 200 以上、800 以下的的數字,他可能只能說 201,延伸問題而做的回答。

進行研究的貝爾法斯特女王大學(Queen’s University)的莫桑伊博士(Kinga Morsanyi)和他的心理研究團隊認為,人們普遍將擅長數學的人當作特例,合理化算數困難的問題。

倫敦認知神經科學家一生都在研究「數感」能力

這項未知的研究領域,也同樣吸引了倫敦大學學院的認知神經科學家布萊恩・巴特沃思(Brian Butterworth)。他不只希望能探索大腦中掌管接收數據資訊、進行計算的部分, 也希望能藉由研究,幫助因計算能力較差而在求學、求職過程或人生中碰壁的人。

巴特沃思 1944 年生,今年已經 76 歲,任職於倫敦大學學院、UCL 教育學院的認知神經科學研究所。他的研究領域包含認知心理學(cognitive psychology)、數感心理學(neuropsychology)、英/日/中文閱讀障礙。他是大腦數感研究的權威。

「數感」(numerosity)是巴特沃思他花了一生研究的主題。他建立了成人的算數神經網路模型,研究大腦如何處理數字訊息,開發多種方式幫助算數有困難的人。他在研究的後期轉往教育領域,希望能幫助從小就有算數困難的孩童。

「數感研究」起源自一位義大利飯店主管

巴特沃斯研究數感的起源,來自於他在 80 年代後期遇過的一位中風病人。這位病人年僅 59 歲,來自義大利,他的語言表現良好、記憶力也相當不錯,但若請他報出數字時,他只能從 1 數到 4,「Miei matematica finisce alle quattro」(我只能數到 4 了),他會停下來這麼說。

巴特沃斯對這位女士做了大腦核磁共振,發現他的頂葉(大腦正上方的頂葉皮質)出現了病變;對比另一位喪失語言能力的患者腦部,即使失去話語能力卻仍能進行複雜的計算,巴特沃斯歸納出一個假設: 人類的識數能力由特定的大腦神經控制 ,跟智力無關。

大腦中算數與讀寫激活的區塊不同,截圖自巴特沃斯的研究分享簡報

巴特沃斯另外也測試了學童的表現。在一項針對 31 名 8 至 9 歲學童的研究中,這些孩子雖然在數學課的成績墊底,對任何關於算數的萬題感到吃力,但他們的閱讀理解、記憶力、智商都達到正常人的瓶均水準。

大腦如何處理數字?

在幫助這些算數表現不佳的人之前,首先科學家必須先掌握大腦是如何處理數字的。

巴特沃斯認為,計算障礙的人有一個共通點,那就是「數感」,「認知到所有東西均有確切的數量」。具有正常數感的人,他能夠理解透過加入或減少的動作,某個東西數量是會增減的。簡單來說,巴特沃斯認為算數不好的根本原因是「不認識數量的意義」。

首先,關於數量「多」跟「少」的辨別,可以從演化的角度來看。

科學家曾對黑猩猩、猴子等靈長類動物做過算數研究。動物對數量的認知,有兩種說法。一種是「近似數」,看到「越多」的數量頂葉的某些神經元反應更強烈;一種是識別「較小」的數量(4 或以下),譬如靈長類動物大腦內一個名為「頂內溝」的皺褶裡,有對應每一個數字的神經元,動物接受訊息後會觸發神經元的活動。

巴特沃斯的研究發現,有算數障礙的人,通常不擅於認知「少」,因此他推論, 識別較小數字的能力,可能跟數字處理的能力有更大的關係 。此外,他們大腦的「頂內溝」在處理數字時活躍度也較低,符合動物實驗中的假設。

但針對巴特沃斯的研究觀察,外界有不同的看法。

其他科學家質疑:這個概念跟語言系統分不開?

法國國家健康與醫學研究所(INSERM)的認知神經科學家斯坦尼斯拉斯・德哈尼(Stanislas Dehaene)認為,「數感」應該需要更廣的神經部位合作,例如語言。比如說,在區分 11,437 及 11, 436 的時候,需要先知道 6 跟 7 在代表意義上的差別。

但美國加州大學爾灣分校的神經科學莎內卡(Barbara W. Sarnecka),跟密西根大學的格爾曼(Susan Gelman)則以實驗證明,文字或語言都還是其次, 儘管幼兒還不知道 2 或 3 的差別,他們在遊玩時,已經能判定加入硬幣到碗裡能造成量的改變了

如果「數感」是一項身為人類基本的能力,那麼計算障礙的人,想必在處理任何跟數字有關的事情,都會感到非常吃力。

認知科學家們開發遊戲療法

科學家知道大腦怎麼接受數量的差異,還有大腦神經中哪個部位與算術相關,於是他們開始著手設計「遊戲」,藉由反覆操作某個動作,幫助算數障礙者增強神經元活動。

比如瑞士的一個研究團隊,開發一款遊戲,讓學生把宇宙飛船放在數軸上,並對他們的腦部進行核磁共振掃描。研究結果發現,一個月後,學生頂內溝的活躍度增強。

不過可惜的是,由於算數障礙症還未被廣泛理解,國家核發的研究經費中,主要還是放在讀寫困難而不是計算困難上。

但巴特沃斯曾說:「數學差對孩子們的打擊非常非常大。孩子們每天都得上學,每天都有數學課,因此每天都會感到難堪——我的數學不行,班上其他同學都比我好。」 儘管已屆高齡,他仍持續研究孩童是否在成長過程中提高數感能力、研究方式能不能更加精準… 等,寄望能提高各界對數感研究的關注。

數學不好的人,不要過度自責

處在科技日新月異的時代裡,全世界都能感受到渴求更多 STEM 人才(Science, Technology, Engineer, Mathematics)的壓力,無形中也讓教育界更加重視學童的「數學能力」。看完這篇文章,首先我們可以認知到,算數問題不見得與邏輯思維、個人資訊整合能力抵觸,因此面對世界的變化也不用緊張,還是老話一句,行行出狀元!千萬不要放棄自己。

參考資料來源:
Nature Shocks to the brain improve mathematical abilities
环球科学  数学不好是一种病?
| The Dyslexia Foundation Brian Butterworth 2014, Boston

你可能有興趣

【史上最難的奧數題目】理論數學家解不開,但神人用高中數學輕鬆破解 
工程師別惹怒數學家!25 年前,「布朗常數」讓英特爾賠 145 億台幣
集結 50 萬台電腦算力,數學家終於破解困擾 65 年的難題:三立方數和


全方位掌握消費者數位軌跡

AI 如何有效提升電商業績、降低導入成本?

《領取白皮書》

點關鍵字看更多相關文章: