李秀艳简介：教授，博士，心理学硕士生导师，现任潍坊医学院护理学院院长。主持完成省部级科研（教研）课题八项，获得山东省科技进步二等奖一项，山东省科技进步三等奖二项，教学成果二等奖一项。发表论文六十余篇，出版专著和教材十二部。“珠心算训练开发儿童智能的脑机制研究” 课题负责人。

Li Xiu Yan, professor, doctor, menter of psychological Master’s students, is the dean of college of nursing of Wei Fang medical college, a well-known master and top-notch personnel in science and technology.She has presided and accomplished 8 province-level scientific studies (including teaching studies), with 1 research being awarded second prize and 2 awarded third prize by Shandong Province advance of science and technology, and 1 was awarded second prize of teaching achievement. She has come out with more than 60 papers with 12 monographs and teaching material published.

珠心算自20世纪80年代初诞生以来,在我国得到广泛的推广训练。国内外均有研究表明，珠心算训练能开发人的大脑，尤其是开发右脑,通过双手拨珠，促进孩子的左右脑平衡开发。珠心算训练有助于提高学生的注意力、观察力和记忆力等智力品质，能增强计算能力。经过珠心算训练后，其心算能力为什么能极大提高？其心算的脑机制是什么？与普通心算比较，心算过程中涉及的脑区有何差异？本研究采用基本认知测验、ERP技术、脑成像、和脑涨落图技术对珠心算进一步进行研究。

实验材料与方法:

1．用瑞文智力测验和基本认知能力测验测定儿童智商和基本认知能力（采用上海惠诚公司和中科院心理所的软件系统）。

2．用脑电超慢涨落图技术测定脑电功率谱的变化（采用北京华阳技术公司生产的仪器）。

3．事件相关电位（ERP）技术: 采用美国NeuroScan公司生产的64导脑电记录系统。

4．功能性核磁共振（fMRI）技术：采用Siemens公司的Trio3.0T磁共振扫描仪。

研究的成果:

1.1 珠心算训练对儿童智商的影响

本研究显示，珠心算练习者的智商明显高于未练习者，并且珠心算练习者对图片的比较组合能力、工作记忆广度和无意义图形的再认能力都明显高于未练习者。提示珠心算练习能够促进儿童智能发展。

表1 珠心算练习一年后与未练习组比较

项目 练习组(40人) 未练习组(40人) t

智商 109.75±14.20 98.52±17.60 3.17**

百分等级 0.6560±0.2069 0.4879±0.2532 3.27**

类同比较 9.80±1.89 8.48±2.21 2.86**

注：**表示P<0.01

1.2 珠心算训练组与未练习组基本认知能力比较

珠心算练习组心算效率显著高于未练习组（p<0.001）；工作记忆广度和无意义图形再认与未练习组也有显著差异（p<0.05）。

表2 珠心算练习组与未练习组基本认知能力比较( X±S D)

项目 练习组(40人) 未练习组(40人) t

平均反应时 0.99±0.11 1.19 ±0.13 -3.35 **

心算效率 0.72±0.23 0.43±0.18 4.09**

工作记忆广度 6.25±2.01 5.13±2.18 2.35*

无意义图形再认 13.50±4.30 11.00±5.35 2.32*

注：*表示P<0.05, **表示P<0.001

2．脑涨落图

脑电超慢涨落图（ET）是著名脑科学专家、中科院航空航天医学研究所梅磊教授根据混沌理论潜心研究几十年创立的技术，他认为脑电活动如同潮水时起时落，安静时同步一致，兴奋时去同步活动。这种时起时落与脑内的化学物质震荡有一定关系，也就是说脑电活动的规律性中隐藏着脑内化学物质的规律性变化。这种规律性虽然没有在人体上的直接的研究资料，但在动物实验中已得到一定的证实。

本实验结果发现，未训练组心算（2-3位数2-4笔的加法）时脑电功率在脑区分布比较对称，前后脑区无显著差异，训练组枕区脑电功率显著增高（见下图：略）：

训练组：心算时功率分布比较集中枕区，平均功率在额、侧额、顶、颞、枕区能量变化比较明显，右侧变化较大，总之，脑电功率后移。

未练珠心算儿童，心算前后S1,S2谱系未见明显改变，其他优势谱系发生不同程度的改变，其中，S4谱系，左脑区分布明显减少，S5谱系左后脑区分布明显升高，S7谱系左前脑区降低，右侧脑区升高，S11谱系整个脑前区普遍升高，S13谱系要有不同程度改变。对α指数、功率谱、最优谱系的变化正在处理中。

3. ERP试验结果

3.1 珠心算训练组与未训练组对物体感知的ERP早成分（早期加工的脑电波）

ERP早成分P2波幅具有显著差异，说明训练组心算（1-4位数2-4笔的加减法）时动用脑能量少。

注：训练组物体感知（实线）；未训练组（虚线）

3.2 珠心算训练组与未训练组对数字感知的ERP早成分

3.3 加法的ERP图

注：训练组物体感知（实线）；未训练组（虚线）

4. fMIR(功能性核磁共振)研究结果（注：以下计算均为2、3位数2笔）

A 加法计算试验中，激活的脑区为左侧额中回，右侧额内侧回，右侧顶上小叶，双侧舌回，扣带回前部等；

B 减法计算实验中，激活的脑区为双侧额中回，右侧顶下小叶，右侧顶上小叶，右侧海马等；

4．1 训练组与对照组4种计算过程所涉及的脑功能区存在显著差别（注：下图左为训练组，右为未训练组）

4．2珠心算训练组四种计算实验脑激活区的容积再现分布图

A 加法计算：双侧楔叶、右侧楔前叶、右侧舌回和小脑半球激活

B 减法计算：双侧楔叶、右侧顶下小叶、右侧楔前叶、左侧舌回和小脑半球激活

C乘法计算：双侧楔叶、左侧舌回、左侧楔前叶、右侧中央后回、右侧梭状回和小脑半球激活

D除法计算：双侧楔叶、右侧舌回、右侧顶上小叶、左侧中央后回和小脑半球激活

4．3未训练组四种计算实验脑激活区的容积再现分布图

A 加法计算：双侧额中回、右侧额内侧回、右侧顶上小叶、右侧顶下小叶、双侧舌回、右侧梭状回、扣带回前部和小脑半球激活

B减法计算：双侧额中回、右侧顶上小叶、右侧顶下小叶、右侧舌回及小脑半球激活

C乘法计算：双侧额中回、右侧顶下小叶、右侧舌回、右侧楔叶、右侧梭状回和小脑半球激活

D除法计算：双侧额中回、右侧顶上小叶、右侧顶下小叶、右侧舌回、右侧梭状回和小脑半球激活

5．讨论

5．1 珠心算对儿童认知能力的影响

本研究结果显示珠心算训练可以提高智商，并且工作记忆广度和无意义图形的再认能力都明显高于未练习者。练习珠心算形成的能力的可迁移性 练习珠心算对图形的加工有影响，促进了对图形的记忆、分类、推理、识别能力，这或许可以说明珠心算练习的学生对数字的记忆和识别能力迁移到对图形的记忆和识别能力上，练习珠心算形成的能力具有迁移性。

5．2 ERP的研究结果

本研究对ERP分析证明：一是珠心算训练能明显的提高儿童的心算能力和心算速度；二是珠心算训练儿童对数字物体的敏感性均增强，提高了儿童对数字和物体的早期感知能力；三是珠心算训练使儿童对算式刺激的感知、辨别变得敏感，使儿童对算式的认知加工在较早的阶段开始；四珠心算训练儿童，能迅速激活与心算有关的脑区，短时间内动用资源进行运算；五珠心算训练对大脑的可塑性产生了影响，使左右脑平衡发展，减少了心算中大脑的偏侧化倾向。

5．3 fMRI研究结果

1. 加法计算试验中，激活的脑区为左侧额中回，右侧额内侧回，右侧顶上小叶，双侧舌回，扣带回前部等；

2. 减法计算实验中，激活的脑区为双侧额中回，右侧顶下小叶，右侧顶上小叶，右侧海马等；珠心算训练组在加法、减法、乘法及除法四种计算中均引起双侧枕叶（主要为双侧楔叶）激活。在以往的很多研究中发现，枕叶视皮质不仅与真实的视觉相关，而且在视觉想象实验中也会激活。枕叶的激活可能是珠算能手运算时应用了“心理算盘”，通过对脑中形成的算珠表象进行操作的结果。右侧额顶区是视觉空间和视觉运动的处理区，珠心算时这些区域激活增强，可能反映了执行任务时采用的计算方法权重不同，珠算能手更依赖于视觉空间策略，普通人更依赖于语言策略。Chochon等人在研究中发现，减法任务需要双侧顶下小叶完成,认为顶下小叶是数字操作及数量有关的语义处理中心。本实验结果显示未训练组四种计算任务中均引起右侧顶下小叶的激活，部分被试减法计算引起左侧顶下小叶激活，从而证实了顶下小叶在计算中具有重要作用。

此外，加、减、除法计算还引起右侧顶上小叶激活。张权等研究发现在简单计算与复杂计算中均有左侧顶上小叶激活。fMRI研究发现计算过程中双侧顶上小叶及顶下小叶激活。以上结果说明顶上小叶在计算中同样起重要作用，其具体机制还需进一步研究。

与珠心算训练组相比，额叶在未训练组的计算中的激活明显增多，其中双侧额中回仅见于未训练组。刘昌等研究发现额中回参与了复杂心算，但没有参与简单心算，从而推测，额中回负责对心算加工各环节的调控。右侧前额皮层是潜在的高级脑功能区，当任务难度增加时，与左侧前额皮层共同参与完成任务。本研究的计算任务对于未训练组来说难度大，而对于训练组来说则比较简单，实验结果显示右侧前额皮层在未训练组中明显激活，训练组中未见激活，由此推测右侧前额皮层在高难度计算任务中此区可能发挥着重要的作用。

本研究结果还显示未训练组中除左侧额中回外，其它激活区几乎均分布于大脑右侧半球，部分被试中额下回的激活亦是位于右侧，这与以往研究不一致。

本实验无论是训练组还是未训练组均见小脑明显激活，可能与儿童的脑发育特点有关。

总之：以上的研究用ERP和事件相关fMRI研究表明：无论从时间和空间定位

珠心算儿童和非珠心算儿童在进行计算时动用的脑区和脑资源都明显不同。

（此文为世界珠算心算联合会第二届珠心算比赛暨珠心算学术交流研讨会系列论文之七，因技术原因，文中许多图表未能列示出来）