• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Нейрокогнитивные корреляты математического мышления у детей

Приоритетные направления развития: гуманитарные науки
2019
Руководитель: Арсалиду Мари

Цель работы

Когнитивные способности связаны с академической успеваемостью и успехом в профессиональной деятельности. Национальный человеческий капитал основывается на знаниях, умениях и благополучии людей. Развитие человеческого капитала начинается в раннем детстве и, в определенной мере, основывается на образовании. Например, способность ребёнка учиться (то есть готовность) и сложность того, чему он может научиться (то есть, объём)  зависят от когнитивных способностей, таких как ментальное внимание. Кроме того насколько ребёнок вовлечён в школьный процесс отражается в его школьной успеваемости. Математика является одним из основных предметов в образовании и способность осваивать математические умения тесно связано с когнитивными способностями. В ряде экспериментов, наша лаборатория оценивает нейрокогнитивные коррелятивно процессов, связанных с математической успеваемостью, используя поведенческие и физиологические методы, а также магнитно-резонансную томографию (МРТ).

Используемые методы

Поведенческое исследование: взрослые и дети приглашаются для прохождения когнитивных игр, которые содержат визуально-пространственные и числовые стимулы. Некоторые из игр включают в себя математические операции, такие как сложение, вычитание, умножением и деление. Группа детей и их учителя также заполняют шкалу школьной вовлечённости, которую мы адаптировали для русского языка (оригинал содержал утверждения на английском языке), для исследования мотивации ребёнка участвовать в учебном процессе и того, как школьная вовлеченность связана с академической успеваемости в математике. Поведенческие данные были проанализированы на основании точности, времени реакции и обоих показателей вместе.

Исследование с айтрекером: участниками стали здоровые взрослые и дети, которые прошли задачи на оценку объема ментального внимания и параметрическую математическую задачу (решали только взрослые) с тремя уровнями сложности и четырьмя математическими операциями. Участники выполняли задачи, в то время как движения их глаз (например, саккады и моргания) записывались с использованием айтрекера EyeLink Portable Duo, способного делать запись на высокой скорости (до 1000 Гц). Данные айтрекера были проанализированы на основе индексов, таких как количество саккад и морганий.

МРТ исследование: здоровые взрослые и дети проходили параметрическое задачу на оценку объема ментального внимания или параметрическую математическую задачу, в то время как мозговые реакции записывались с помощью функциональной МРТ. Диффузная МРТ также была записала. Снимки были получены с использованием сканера 3 Tesla Siemens Magnetom Verio (Syngo MR B17) и 3T Philips с 32-канальной катушкой для исследования мозга. Данные МРТ были проанализированы на основе математических данных и сложности задач.

Эмпирическая база исследования

Существует много теорий о механизмах, лежащих в основе когнитивных способностей, таких как объем ментального внимания и некоторые предлагают областно специфические процессы (например, Baddeley, 2000), в то время как другие предполагают универсальную систему обработки (например, Cowan, 2001; Pascual-Leone, 1970; Arsalidou & Pascual-Leone, 2016). Мы исследуем объем ментального внимания у детей, используя числовые и визуально-пространственные процессы, чтобы определить, различается ли успешность прохождения задачи в зависимости от задействованной области. В дополнение к основным когнитивным способностям академическая успеваемость в школе зависит от школьной вовлеченности (Finn, 2006; Christenson et al., 2008). Существует большое количество литературы по вовлеченности в школьную жизнь Северной Америки и Европы, в которой указывается на ее многомерный характер (например, Fredricks et al., 2004; Fredricks & McColskey, 2012). Критически важным является то, что ни в одном из исследований, насколько нам известно, не рассматривалось участие детей школьного возраста в трехфакторной модели в России, и ни в одном из исследований не оценивалась связь между рейтингом школьной вовлеченности как детей, так и учителей, и успеваемостью по такому предмету как математика. Кроме того, количество работ по движению глаз и высшим когнитивным функциям (например, Хаттон, 2008 г., для обзора) и процессам, связанным с числами (Mock et al., 2016 г., для обзора), ограничено.

Наше исследование впервые исследует движения глаз у детей и взрослых по показателям объема ментального внимания и валидирует параметрическую математическую задачу у взрослых. В отличие от исследований движений глаз, существует множество функциональных МРТ-исследований, изучающих мозговые реакции математических процессов у детей (Арсалиду и др., 2018 для мета-анализа) и взрослых (Арсалиду и Тейлор, 2011). Немаловажно то, что ни одно исследование на сегодняшний день не изучало корреляты мозга четырех основных математических операций (сложение, вычитание, умножение и деление) с тремя уровнями сложности. Сложные когнитивные способности и принятие решений основаны на фундаментальных процессах, таких как категориальное научение. Исследования показывают, что предшествующие знания влияют на последующее научение категориям (Murphy & Medin, 1985), которое усиливается с возрастом (Gelaes et al., 2003) в связи с  вербальными стратегиями.  Наши исследования фокусируются на понимании визуально-пространственных характеристик объектов на категориальное научение. 

Результаты работы

Мы выделяем ключевые результаты поведенческого исследования, а также результаты айтрекера и МРТ. Наши исследования с детьми в возрасте от 6 до 12 лет показывают, что показатели объема ментального внимания сопоставимы, независимо от того, обрабатывались ли цифры или другая визуально-пространственная информация, такая как цвета или формы.  Это подтверждает наши ожидания и представление о том, что существует общая или универсальная когнитивная система, которая не зависит от информации, относящейся к конкретной области.  Во-вторых, мы обнаружили, что школьные оценки, полученные от детей (в возрасте 6-12 лет) и их учителей, в значительной степени предсказывают успеваемость по таким предметам, как математика. Интересно, что факторы (эмоциональные, когнитивные, поведенческие), которые определяли прогнозы, были разными у детей и учителей. Существуют значительные различия в движении глаз между детьми и взрослыми при выполнении визуально-пространственных задач с различной когнитивной нагрузкой: у детей было больше саккад, чем у взрослых, при легком уровне сложности, в то время как на сложном уровне количество саккад сопоставимо. Моргание глаз, однако, показывает, что независимо от когнитивной нагрузки у взрослые совершают меньше морганий глазами, чем дети. Интересно, что по предварительным результатам нашего пилотного исследования у взрослых, выполняющих ПЧЗ, наблюдаются различные тенденции в скорости саккад и морганий: взрослые совершают меньше саккад и больше морганий с увеличением степени сложности для математических операций, чего не происходит при визуально эквивалентной контрольной задаче. МРТ результаты мета-анализа и МРТ исследования показывают рассредоточение областей мозга, вовлеченных в математическое познание с сопоставимыми и различающимися областями мозга, которые варьируются с точки зрения расположения в полушариях и пространственной области активности, что зависит от типа математических операций и трудности задачи. Эксперименты по изучению факторов, влияющих на запоминание новых категорий, подтверждают, что вербализация (например, называние признаков объектов) улучшает научение визуально-пространственных категорий как у детей, так и у взрослых.

Степень внедрения, рекомендации по внедрению или итоги внедрениярезультатов НИР

Результаты наших исследований могут образовательной практике в понимании психологических механизмов и мозговых основ когнитивных процессов, так как они связаны с когнитивными и математическими способностями. По мере того, как нейрообразование находит отражение в школьной жизни, важно получать результаты исследований, которые могут улучшить методы преподавания и учебные программы.

Публикации по проекту:


Kotov A. A., Котова Т. Н. The Role of Different Types of Labels in Learning Statistically Dense and Statistically Sparse Categories // Российский журнал когнитивной науки. 2018. Vol. 5. No. 3. P. 56-67. 
Charkhabi M., undefined., Kotova T., Baker J. S., Durheil F., Arsalidou M. School Engagement of Children in Early Grades: Psychometric, and Gender Comparisons // PLoS ONE. 2019. Vol. 14. No. 11. P. 1-13. doi
Eye-tracking indices of mental attentional load in children and adults, in: Когнитивная наука в Москве: новые исследования. Материалы конференции 19 июня 2019 г.. Moscow : Буки Веди, 2019. 
Arsalidou M. Concious states and brain networks, in: Book of Abstracts: XVI European Congress of Psychology (ECP 2019) (2‒5 July, 2019, Lomonosov Moscow State University, Moscow). Moscow : Издательство Московского университета, 2019. С. 1307-1307. 
Arsalidou M. Culture fair methods of evaluating cognitive competence., in: Book of Abstracts: XVI European Congress of Psychology (ECP 2019) (2‒5 July, 2019, Lomonosov Moscow State University, Moscow). Moscow : Издательство Московского университета, 2019. С. 1299-1299. 
Arsalidou M., undefined. Eye-tracking movements and mental attentional capacity in children and adults, in: Book of Abstracts: XVI European Congress of Psychology (ECP 2019) (2‒5 July, 2019, Lomonosov Moscow State University, Moscow). Moscow : Издательство Московского университета, 2019. С. 2042-2042. 
I.S. Matiulko, S.P. Kulikova, K.V. Konopkina, M. Arsalidou FUNCTIONAL INVESTIGATION OF THE NETWORKS AND WHITE MATTER SUBSTRATES ASSOCIATED WITH THE PROCESSING OF MATHEMATICAL OPERATIONS, in: Proceedings of the PME and Yandex Russian conference: Technology and Psychology for Mathematics Education. Moscow : SU HSE Publishing House, 2019. С. 280-280. 
K.V. Konopkina, I.S. Matiulko, M. Arsalidou MATHEMATICAL PROBLEM SOLVING: BEHAVIORAL AND NEUROIMAGING STUDIES, in: Proceedings of the PME and Yandex Russian conference: Technology and Psychology for Mathematics Education. Moscow : SU HSE Publishing House, 2019. С. 277-277. 
Kuznetsova L., Монтеро Ж. д. М. Л. -., Arsalidou M., Pisarenko S. COLOUR-WORD STROOP AND ENGLISH-RUSSIAN BILINGUALS, in: Актуальные проблемы психологической науки: Сборник статей и выступлений международной научной конференции.: Научно-инновационный центр, 2019. С. 62-63. 
Ляшенко А. К., Arsalidou M. Mental-attentional capacity and cognitively gifted children in Russia, in: Когнитивная наука в Москве: новые исследования. Материалы конференции 19 июня 2019 г.. Moscow : Буки Веди, 2019. С. 29-34. 
Ляшенко А. К., Тюленева Т. А., Arsalidou M. Mental-attentional capacity and cognitively gifted children in Russia, in: Когнитивная наука в Москве: новые исследования. Материалы конференции 19 июня 2019 г.. Moscow : Буки Веди, 2019. С. 29-34. 
Хагабанова Т. Б., Ляшенко А. К., Arsalidou M. FIGURAL INTERSECTION TASK: DATA FROM RUSSIAN CHILDREN, in: Актуальные проблемы психологической науки: Сборник статей и выступлений международной научной конференции.: Научно-инновационный центр, 2019. С. 64-65. 
Arsalidou M., undefined. Anterior insula and mental investment: Evidence from mathematical cognition // Neuropsychologia. 2020. P. 1-26.