发展性计算障碍的脑机制研究进展(综述)

【关键词】发展性计算障碍；脑机制；单侧化；模块化；矫正；综述

中图分类号:B842.5文献标识码：A文章编号：1000-6729(2007)02-0128-03

1 发展性计算障碍的界定

自从1968年Cohn提出“发展性计算障碍（developmental dyscalculia）”［1］这一术语后，这一领域引起了研究者的极大关注。随后，Slade和Russell［2］使用了另一个术语：特异性计算技能障碍(Specific disorder of arithmetic skills)来命名计算技能存在着缺陷的现象。因此，发展性计算障碍也称作特异性计算技能障碍。

根据国际疾病分类第10版（ICD-10）［3］和心理障碍的诊断和统计手册第4版（DSM-Ⅳ）［4］，鉴定发展性计算障碍的主要标准是：一般智力的发展与特殊的数学能力的发展失衡［5］。根据定义可知，有发展性计算障碍的儿童与正常同龄儿童在一般的推理能力上无显著差异，但他们的数学能力却低于正常同龄儿童。表明有计算障碍的儿童其数字加工和计算能力的心理年龄与实际年龄间存在着差异。

DSM-Ⅳ上的资料表明，发展性计算障碍是一种非常罕见的学习障碍，流行率仅为1%，但事实并非如此。目前在很多国家都有关于发展性计算障碍的流行率的研究，德国的一项调查［6］发现，城市人口和农村人口中计算障碍的流行率大致相同，分别为6．6%和659%，捷克斯洛伐克［7］、美国［8］、英国［9］、以色列［10］、印度［11］等国家都有关于发展性计算障碍流行率的研究，研究结果大致相同，大约为3%-6％。综合各个国家的研究，可以发现发展性计算障碍的流行率大约为6％左右，与发展性阅读障碍（developmental dyslexia）的流行率几乎相同［12］。

2 发展性计算障碍的脑机制研究

既然发展性计算障碍的流行率并不低于发展性阅读障碍的流行率，因此，出现了研究者由最初侧重于关注发展性阅读障碍的研究向兼顾两种障碍的研究转化的现象。关于发展性计算障碍脑机制研究已经取得了比较丰富的成果。主要有以下三种具有代表性的观点：脑的单侧化障碍、认知模块障碍和综合性（脑的单侧化和认知模块）障碍。

2.1脑的单侧化障碍

脑的单侧化障碍理论认为，发展性计算障碍患者是由于大脑左半球或右半球有问题才会有计算障碍的症状。

Rourke［13］发现了两种不同类型的计算障碍患者，即发现了计算障碍的两种子类型。一种子类型是只存在数学学习困难，Rourke将其定义为非言语学习障碍综合征（Noverbal Learning Disbility Syndrome），简称NLD。另外一种子类型是在数学、阅读和拼写方面都有困难，Rourke将其定义为阅读和拼写障碍，简称RS子类型。NLD类儿童不仅有计算困难，而且在执行与空间、触觉、动觉有关的任务时也会出现问题，并伴有心理障碍，例如，恐惧、沮丧和交流障碍。NLD类儿童虽然在非言语智力方面有缺陷，但在口头语言和书面语言方面则有一定的优势。

RS类儿童却表现出相反的优势和缺陷模式。这种类型的儿童主要在听觉－语言处理方面有困难，而在非言语、视觉空间等方面有优势。Rourke把NLD子类型和RS子类型分别归因于大脑右半球和左半球发育不完善。GrossTsur等人［14］详细地描述了发展性大脑右半球综合征，这是一种症状类似于NLD的疾病，GrossTsur等人认为这种疾病的病因是大脑右半球的问题。

1930年，神经学家Gerstmann经过大量的关于成年脑损伤病人的研究，首次描述了一种为他所熟知的综合征。这种综合征有四种症状：计算障碍、左右方向混淆、失写症和手指失知症，手指失知症是指病人无法辨别自己的手指和他人的手指。直到1968年，Kinsbourne［15］才将儿童身上的这4个症状定义为“发展性Gerstmann综合征”（Developmental Gerstmann Syndrome）。这些症状不是源于生理创伤，而是在成长过程中逐渐出现的。后来，人们又对同时出现的语言加工障碍进行了研究，并将发展性Gerstmann综合征分为失语型和非失语型，这两种子类型的病因分别源于大脑左半球和大脑右半球问题［16］。

许多研究结果表明，不是所有NLD儿童都有计算障碍，另外，许多有计算障碍的儿童在非言语或者语言加工能力方面却非常正常［17］。所以，认为计算障碍不是源于大脑左半球，就是源于大脑右半球的功能欠成熟的观点并不能很好地解释计算障碍的病因。良好的视觉空间能力、良好的语言功能或是良好的运动机能都不是计算能力高的充分条件。

2.2认知模块障碍

认知模块障碍也是解释发展性计算障碍的一种理论观点，认知心理学认为，模块是一个特定的功能单位，它不受其它思维过程影响而独立、自觉并且迅速地执行着特定的任务。例如，人们认为，在语言加工过程中语言辨别、句法分析和语言产生都有各自独立的模块。同样，在数字处理中也存在着这样的模块，它们对认知过程的各个方面负责，位于大脑的不同区域。认知模块障碍理论认为，发展性计算障碍是执行计算功能的模块出现了问题，不同模块出现问题，在计算障碍患者身上会出现相应的症状。

Dehaene［18］借助功能性磁共振成像（fMRI）技术对大脑执行不同类型计算任务时的活动进行了研究，他让被试用粗略估算和精确计算两种方法进行简单的加法运算。得出的结论是：估算和精确计算时，大脑的活动模式差别很大。估算时大脑的主要活动区域在左右半脑的顶叶，精确计算时大脑的主要活动区域在左侧语言处理区。这表明了三个模块中的两个模块的存在，这三个模块是Dehaene［19］提出的“三重编码模型”（Triple Code Model）［20］中的概念。三重编码模型认为，数学认知能力由三个功能模块组成：量的类比表征模块；听觉-言语编码模块和视觉编码模块。这三个不同模块分别与特定的数学认知能力相联系，量的类比表征模块蕴涵了数字的意义，即大小和数量含义，这个功能模块位于大脑左右半球的顶区，主要与比较、估算等功能有关系。听觉言语表征模块位于优势半球的外侧裂，在这个模块中数字以可听、可读和可写的文字形式表现出来，主要负责精确的运算、数数、数学知识的存贮与提取等认知功能。视觉编码模块位于左右半球的下顶-颞叶区，是一种独立的、在感知和传达上完全表现为视觉特征的数字符号语言，主要负责操作、奇偶判断等认知功能。

在三重编码模型中，这三种模块都被视作自治的功能单元，它们通过编码互换、彼此联系，并遵照某项任务的特定要求被单独激活。这种模块不仅建立在实验心理学研究结果基础之上，在很大程度上也来自对成年脑损伤病人的研究结果。在这些成年病人身上可以观察到多种不同类型的数字处理方面的编码缺陷［21］。例如有些病人在遭受脑部创伤后，虽然能理解和复述口头数字或本族语数字，并利用此类形式的数字进行计算，但丧失了处理阿拉伯数字的能力。相反的情况也有，这两种情况在认知神经心理学中分别称作认知的分离或双分离现象。

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Temple［22］对一位有“数字诵读困难”的 11岁男孩进行了研究，结果发现，他的阅读和书写能力正常，但不能阅读阿拉伯数字，也不能听写阿拉伯数字。这为阿拉伯数字模块的存在提供了证据。

2.3 脑的单侧化和认知模块的综合理论

其实，对计算障碍的脑的单侧化和认知模块的解释并不对立。如果把它们结合起来解释计算障碍也许会更加合理。Anderson的 “最小认知结构”理论［23］把脑的单侧化和认知模块很好地结合了起来，把发展性计算障碍解释为是脑的单侧化障碍和认知模块障碍共同作用的结果。

Anderson的最小认知结构理论认为，获得知识的途径有两条：途径一是通过思考过程获得知识，思考过程需要有一个基础加工机 （BPM） 和两台专门信息加工机 （SP1和SP2）。基础加工机与智力的一般因素相对应，它决定着信息加工的容量和速度。两台专门信息加工机编写获得知识的程序，这些程序与信息材料的性质有关。Anderson认为一台信息加工机（SP1）服务于言语顺序信息加工，另外一台（SP2）服务于视觉空间和整体的加工，这两个加工机分别位于大脑的左半球和右半球。

途径二是通过模块获得知识。利用第二条途径，必须通过模块，在不同的发展时期，模块加工的速度和自动化程度是不同的，它们的计算并不受基础加工机的速度影响。

Anderson认为，患有一般性智力缺陷（学习障碍，精神残障）的人基础加工机受到了限制。这些人接受能力差，学习的速度慢，而且接受的数量少，学数学时也是如此。智力正常但语言和非言语智力水平有差距的人的专门信息加工机质量不同。Rourke［13］所划分的NLD和RS型，是对此模式的最佳佐证。有脑损伤成年人的数字处理的各个方面的特定编码能力都很低下。部分学生的学习障碍可以用Anderson的获得知识的两条途径解释。经常出现的学业能力缺陷，即某台专门信息加工机（右半脑或左半脑功能缺陷）的缺陷阻碍了服务于数字或书面语言加工的认知模块的成熟。负责语言加工的信息加工机（SP1）功能欠缺对相应的语言模块发展有负面影响。负责视觉空间和整体加工的加工机（SP2）的发展受阻可能是NLD儿童的症状的形成原因。SP2具有视觉空间性质，其发展受阻可能导致计算障碍或“心理理论”功能障碍（影响社会交往）。

上述三种观点均是从大脑的某个或某些区域存在问题角度出发解释发展性计算障碍，另外一些研究者则是单纯从认知加工过程的角度出发解释其病因，例如，Butterworth和Landerl等人认为发展性计算障碍的病因是不能理解基本的数概念，尤其是数量概念，而这种缺陷是天生的［24,25］，此外，一些医学工作者也对发展性计算障碍的病因进行了探讨，他们从脑的代谢过程［26］、灰质和白质的数量［27］、遗传学［28，29］等角度出发做了大量研究，结果发现，发展性计算障碍病人的异常也有着生理学基础。可见，发展性计算障碍的病因非常复杂，关于发展性计算障碍的病因学的研究是一个有待进一步探讨的主题。

3 小结

所有关于学习障碍的研究的最终目的都是制定有效的矫治性教学策略，从而矫正学习障碍者的症状。发展性计算障碍是学习障碍的一种形式，对它的研究的最终目的也是矫治。国际计算障碍协会负责人Newman认为，只要教育得法，每个智力正常的儿童都可以学会用数学进行交流。也就是说，虽然不能要求计算障碍患者的计算能力与正常人一样，但是，经过矫正，计算障碍患者可以解决日常生活中的一些计算问题，而不至于使他们受到太多的挫折。现在，已经有了一些矫正计算障碍的措施，但迄今为止，还没有确凿的证据可以证明这些措施能够有效地治疗计算障碍。虽然这些治疗通常不会对孩子造成伤害，但是其效果仅局限于他们直接练习的能力范围。因此，在进行基础研究的同时，探索矫正发展性计算障碍的策略应该是今后研究的重点。

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