数字-空间映射的认知神经机制：基于三分范式的研究

Number-space mapping is one of the hot topic of cognitive neuroscience. Previous studies mainly adopted bisection methods, in which the numbers were divided into two parts (i.e., larger and small numbers), and investigated the spatial mapping process during representing the absolute magnitude of numbers. The bisection paradigm can only explore the direction of the spatial mapping of numbers, whereas the underlying mechanism of number-space mapping remains unaddressed. Moreover, the interpretations of the results obtained by the bisection methods were also controversial. In the present project, we designed a trisection paradigm to investigate the cognitive neural mechanisms of number-space mapping when people making a judgment about relative magnitude of numbers. Arabic numbers 1-9 （except for 3 and 7) were divided into three parts (i.e., small, medium and large), and two standards were used in the number comparison task, in which the behavior method, event-related potentials (ERPs) technology, or functional magnetic resonance imaging (fMRI) imaging technology were applied. These studies can help us to further understand the internal mechanism of mathematical cognition, and can provide theoretical guidance for education of the students with mathematical difficulties.

数字-空间映射是认知神经科学的热点领域之一。以往研究主要采用二分范式，将数字划分为大数与小数（或奇数与偶数）两类，考察个体加工数字绝对大小时的空间映射。这种范式只能研究空间映射的方向问题，并不能精确地考察数字-空间映射的内在机制，其结果的解释也存在诸多争议。本项目拟采用三分范式考察人们判断数字相对大小时的空间映射及脑机制。我们将数字1-9（3和7除外）划分为小（1和2）、中（4、5和6）、大（8和9）三类。在双标准的大小比较任务（要求被试根据不同线索将靶数字或与数字3比较大小，或与数字7比较大小）和基于三分范式的注意偏向启动任务中，通过行为实验、事件相关电位技术与功能磁共振技术考察数字-空间映射的认知神经机制。这一系列研究有助于我们进一步了解数学认知的内在机制，还可以对数学困难学生的教育实践提供理论指导。

本项目以数学认知的两个经典效应：SNARC效应和注意SNARC效应来考察数字空间映射的认知神经机制。主要研究内容包括三方面。第一，三分范式下SNARC效应的认知神经机制。结果发现无论是非数字的线索所代表的比较标准3和7，还是目标数字，SNARC效应都只在线索切换时才存在，在线索重复时消失。然而，距离效应在线索切换和线索重复条件下都存在。这可能在线索切换时，工作记忆的中央执行控制分配了更多的认知资源，能够对数字信息进行精细的加工，因而出现了SNARC效应。线索重复时，中央执行控制分配了更少的认知资源，距离效应和SNARC效应竞争有限的认知资源，距离效应抑制了SNARC效应，导致SNARC效应消失。这些结果表明SNARC效应的本质是来源于临时的任务设置影响的工作记忆，受工作记忆中央执行控制的调节。第二，三分范式下注意SNARC效应的认知神经机制。研究发现当大学生对数字线索进行较浅的加工时，行为和电生理的结果均表明并未自动引起空间注意偏向，否定了自下而上的自动加工观点，为注意 SNARC 效应的不稳定性提供了证据。另外，大小注意SNARC效应可能与性别有关。本项目发现男大学生在深加工的大小注意SNARC任务中，数字线索会引起空间注意转移。然而，女大学生并未发现此现象。第三，数字相对大小SNARC效应的认知神经机制。本项目发现相对大小的SNARC效应均来自工作记忆系统，但加工机制受实验范式、任务和性别等因素的影响。从加工阶段来看，主要包括早期的知觉表征阶段，例如N1和P2成分；以及晚期的P3成分，对应于反应选择阶段。从头皮分布来看，大学生主要在额叶和顶叶进行数字空间映射。