【背景分析】

學(xué)習(xí)過程中，我們的大腦是如何運作的?如果能對學(xué)習(xí)過程中大腦運作方式進行了解，并實施積極干預(yù)，提高學(xué)習(xí)能力就成為可能。

【研究進展】

2018年和2019年，來自德國圖賓根大學(xué)的研究團隊，在《Scientific Reports》和《Developmental Neuropsychology》(發(fā)育神經(jīng)心理學(xué))上發(fā)表了兩篇研究報道，對學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中，大腦的運作方式進行了全面的分析。

【研究過程】

研究團隊在當(dāng)?shù)匦W(xué)選取了24名五年級的學(xué)生(女生9名，男生16名)，進行乘法計算測試。測試通過專門的軟件進行，方法如下圖所示：

如上圖所示，屏幕下方為需要計算的題目(如13X4)，學(xué)生需要從上面3X4，共12個方格的數(shù)字中，選出正確的答案。選錯、或者沒有在規(guī)定時間內(nèi)選出答案，都不得分。測試共96道題目，16道為一組，共進行6組測試，每組中間進行短暫休息。同時，在測試過程中，記錄學(xué)生腦電(EGG)變化情況。

如上圖所示，記錄了學(xué)生在測試過程中，腦電的數(shù)據(jù)變化。其中紅色表示升高，藍色表示降低。

ERD代表事件相關(guān)去同步化，它表示大腦某一皮層區(qū)域活躍起來, 特定頻率的節(jié)律性活動表現(xiàn)為幅度的降低;ERS代表事件相關(guān)同步化，它表示在大腦靜息、或者惰性狀態(tài)，表現(xiàn)出明顯波幅增高。ERS升高、ERD降低，有助于增加θ波段的大腦活動。

如上圖所示，記錄了24名學(xué)生，第1組至第6組測試中，計算用時和平均錯誤率的變化情況。可以看出，隨著大腦4-7Hz的theta(θ)波段功率的增加，測試中計算錯誤率呈現(xiàn)下降趨勢;研究團隊判斷，這種變化，即大腦theta(θ)波段功率的增加，提高了學(xué)生相關(guān)腦區(qū)的執(zhí)行功能、信息檢索能力，進而提高了計算的準確率。

這項結(jié)果也驗證了該團隊在前一年(即2018年)針對兒童和成人在數(shù)學(xué)計算中，大腦運作方式區(qū)別的研究。當(dāng)時發(fā)現(xiàn)：在乘法計算測試中，成人大腦theta(θ)波段功率、alpha(α)波段功率都出現(xiàn)了增加;而兒童大腦只有theta(θ)波段功率明顯增加，說明成年人和兒童，在處理數(shù)學(xué)問題時，大腦運作方式是不同的。

【提升學(xué)習(xí)能力的研究】

近年來，關(guān)于通過tDCS提高數(shù)學(xué)計算能力、提高記憶能力(如記憶單詞等)的研究發(fā)現(xiàn)，tDCS促進學(xué)習(xí)，主要通過以下三方面的影響來實現(xiàn)：

1、降低大腦中起抑制作用的神經(jīng)遞質(zhì)—γ-氨基丁酸的水平，而γ-氨基丁酸已經(jīng)被證明和學(xué)習(xí)呈現(xiàn)負相關(guān);

2、通過改善突觸連接，提高神經(jīng)可塑性，以此來改善學(xué)習(xí);

3、通過增加腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)的分泌，保護大腦皮層神經(jīng)元細胞。

tACS可以看作是tDCS的一種特殊版本，它將電流設(shè)置為在電極之間呈正弦波動(即交流電)，而不是顯示出恒定的極性(即直流電)。tACS對于學(xué)習(xí)、記憶能力的影響，主要通過theta-gamma交叉頻率耦合機制實現(xiàn)。

如上圖所示，是德國奧爾登堡大學(xué)兩位教授，研究tACS對短時記憶的影響，發(fā)現(xiàn)在gamma(γ)波為42Hz的情況下，theta(θ)波從7Hz降低到6Hz，學(xué)生的短時記憶能力得分從6分提升到了7分，這也在他們后面試驗中得到了驗證。

　　【研究結(jié)論】

tDCS和tACS都屬于無創(chuàng)腦刺激技術(shù)(NIBS)，以往由于他們的作用機制不同，干預(yù)方式不同，限制了相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。隨著技術(shù)的進步，目前已經(jīng)可以將tDCS和tACS、以及CES(經(jīng)顱微電流)等進行集成，整合在一臺設(shè)備上，(tDCS和tACS最大的區(qū)別，就是電流的輸出形式不同)國外相關(guān)設(shè)備已經(jīng)問世，并在醫(yī)療、教育、健康等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

　　【參考文獻】

Soltanlou M, Artemenko C, Ehlis A C, et al. Reduction but no shift in brain activation after arithmetic learning in children: a simultaneous fNIRS-EEG study[J]. Scientific reports, 2018, 8(1): 1-15.

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