心理数量表征和处理的认知与神经机制

Because number is a core construct underlying much intelligent behavior, the representation and processing of number is a topic of great interest in cognitive neuroscience and psychology. Until now, we have constructed a basic computational architecture for number representation and processing (Chen & Verguts, 2010, 2012, 2013), and a serial of predictions have been proposed based on this architecture. Here we aim to evaluate these predictions by a series of empirical studies by a diversity of methods, including behavioral assessment, Event-Related Potential (ERP), functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Multivoxel Pattern Analysis (MVPA), individual difference analysis and Voxel-based Lesion Symptom Mapping (VLSM). These empirical studies will provide a novel synthesis of traditional and contemporary views of the cognitive and neural architecture of number representation and processing.

在最近的认知神经科学和心理学研究中，数量表征和处理是一个引起人们广泛关注的主题。前期，我们建构起来了一个基本的数量表征以及处理的计算框架(Chen & Verguts, 2010, 2012, 2013)。如今，此框架已经被广泛应用。本项目拟结合认知行为实验，采用事件相关电位、功能性磁共振成像和多体素模式分析、个体差异分析以及基于体素的脑损伤与行为关联分析技术等研究手段和分析方法开展一系列实验研究来探讨数量表征和处理的本质，帮助人类更深入地认识和理解数量表征的核心系统以及复杂的数量处理系统。

数量表征是发展数学能力的基础。探究数量表征其背后的认知神经机制，对于深入理解数量认知和提高数学能力具有重要意义。本项目结合计算模型和多种神经影像学技术，围绕心理数量表征开展了以下三个方面的研究。（1）数量表征的总和编码和位置编码：当前关于数量表征的计算模型研究认为, 两种主流的编码方式（位置编码和总和编码）并非互相排斥, 但对于具体的神经编码方式还存在争议。本项目采用了神经计算模型来模拟和探索不同任务下人脑对数量的编码方式。结果表明，神经网络在开始学习数量特征时，对数量的编码为总和编码，而随着数量概念的学习深入，其编码策略逐渐转变为位置编码。（2）数量-空间交互的认知神经机制：已有的数量表征模型大多强调了数量表征的空间特性，支持了数量与空间之间存在紧密的联系。我们在前期研究基础上，进一步揭示了数量-空间交互的神经机制。结果表明，数字线切分任务中左侧辅助运动区和右侧小脑的神经活动均与双侧顶-额叶皮层存在显著的功能连接，它们和双侧顶-额叶形成一个神经网络，表明视觉空间注意系统在数字线切分中具有重要作用。（3）序列位置效应与空间联系的认知神经机制：空间联系现象也存在于工作记忆领域，即序列信息与空间的联系。本项目探究了序列信息加工和序列位置与空间联系的神经机制，揭示了序列位置与空间联系的加工机制主要分布在以右侧前额叶为核心的背侧注意网络，而序列信息加工独立于序列位置与空间联系的加工机制，主要分布在顶下皮层。综上，本项目将为理解数量表征的本质提供重要的理论和实验证据，也将应用于数学教育领域以提高个体的数学认知能力。