第一作者：李征
通讯作者：李葆明、王春杰
发表期刊：Cerebral Cortex
期刊5-Year Impact Factor:3.7; SCI, Q2
通讯单位：杭州师范大学
论文DOI：https://doi.org/10.1093/cercor/bhae374
研究简介
近日，基础医学院脑科学研究所认知神经科学研究团队（王春杰、李葆明）在儿童算术能力脑机制研究方面取得新进展，相关研究结果以“儿童减法与乘法技能的大脑标志物：基于任务态功能连接和个体化形态相似性的研究”(Brain markers of subtraction and multiplication skills in childhood: task-based functional connectivity and individualized structural similarity)为题发表在Cerebral Cortex。
研究背景
数学能力不仅是学生学业成绩的重要指标，也是日常生活中不可或缺的技能。值得注意的是，儿童的数学能力存在明显的个体差异，这种差异不仅影响他们的学业成绩，也影响未来的职业发展。近年来，神经影像技术的发展使得我们能够识别个体在高阶认知能力差异方面的大脑标记物，但有关数学技能的大脑标记物仍知之甚少。本研究旨在填补这一空白，通过数据驱动的连接组预测模型探究儿童算术技能的大脑标记物。
图文导读
本研究使用Openneuro公共数据集132名8-14岁儿童的脑影像数据，通过任务态功能连接和个体化形态相似性来探究减法和乘法技能的大脑标记物。我们发现，减法状态的功能连接和个体化形态相似性能够预测减法和乘法技能个体差异，而乘法状态的功能连接未能成功预测这两种技能。在成功的预测模型中，大多数预测连接位于额顶、默认和次级视觉网络。后续模拟损毁分析发现，额顶网络的形态相似性预测减法个体差异时起重要作用，次级视觉网络、语言和腹侧多模态网络在减法状态的功能连接预测乘法个体差异时起重要作用。最后，我们发现虽然成功预测模型存在一些共享脑区，但用于预测减法和乘法技能的功能连接和结构相似性连接重叠度很低。
本研究的创新之处：首次通过数据驱动的全脑连接组预测模型，揭示了儿童时期减法和乘法技能的大脑标记物，这一发现不仅为理解儿童数学能力的个体差异提供新的视角，还强调了对不同模态大脑连接和不同数学领域开展研究的重要性。通过深入研究这些大脑标记物，有助于未来开发出更有效的干预手段，以帮助数学学习困难的儿童。此外，这些发现也为教育心理学和认知神经科学领域的交叉研究提供新的方向，有助于我们更全面地理解儿童数学认知能力发展的神经基础。
图1. 研究方法示意图
图2. 基于任务态功能连接和个体化形态相似性预测减法和乘法技能
图3. 对预测模型有重要贡献的脑网络及模拟损毁结果
图4. 不同预测模型间大脑节点和节点间连接的重叠程度
第一作者
李征，杭州师范大学基础医学院2021级应用心理方向研究生，研究方向为算术技能个体差异的脑机制。在读期间以第一作者发表研究论文1篇、以第二作者发表研究论文2篇；现为北京师范大学认知神经科学博士研究生。
通讯作者
王春杰，杭州师范大学经亨颐教育学院/脑科学研究所副教授、硕士生导师，主要关注数学和执行功能发展及干预，作为主要作者在Journal of Neuroscience, NeuroImage, Cerebral Cortex和Human Brain Mapping等期刊发表论文。近年来主持国自然青年基金、中国博士后基金和浙江省自然科学基金等科研项目5项。
