为了在学校取得成功，孩子们必须掌握“3R”——阅读、写作和算术——但并非所有学生都能轻易掌握这些基本技能。在说英语的儿童中，估计有 2% 到 15% 的人有阅读或拼写困难，这些问题通常被归类为阅读障碍。 1% 到 7% 的人难以进行数学运算，这种障碍被称为计算障碍。统计数据各不相同；例如，在说英语的人中，阅读障碍似乎比在说高度语音语言（如德语或意大利语）的人中更常见。尽管如此，可以公平地说，在美国大多数小学班级中，至少有一名儿童患有阅读障碍或计算障碍。
这些学习障碍难以解释。它们都不是视力或听力缺陷的结果，视力或听力缺陷也会延迟语言习得，但很容易通过眼镜或助听器矫正。相反，患有阅读障碍和计算障碍的儿童具有正常运作的感官器官，明显的正常感觉和运动发育，有时甚至具有高于平均水平的智力。
经过 15 年多的研究，研究人员现在认为，这些疾病通常涉及所谓的局部功能缺陷，通常是感官方面的缺陷：在受影响的儿童中，眼睛和耳朵可以准确地记录视觉和声音、字母、数字、口语音节——但这些信息在大脑处理时被误解了。奇怪的是，女孩似乎患局部功能缺陷的情况较少，并且总体上似乎较少受到感官知觉障碍的影响，尽管我们尚不知道为什么会这样。
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在德国弗莱堡大学的眼动实验室（我是该实验室的创始人和主任），我们对儿童进行感官处理错误测试，仔细研究大脑在发展出协调复杂活动（如理解言语、阅读或计算）之前需要培养哪些专业知识。我们设计了有针对性的练习来磨练这些潜在的心理技能。我们的训练确实可以帮助孩子们正确理解听觉和视觉信息，从而提高他们的阅读、听力、拼写和数学能力。
建立眼脑协调
视觉仅在复杂处理步骤序列的开始阶段依赖于我们的眼睛。在此过程中，会发生各种调整。例如，考虑到这样一个事实，即只有视网膜的一小部分区域（眼睛后部的几层感光细胞）能够区分视觉细节。为了克服这种物理限制，大脑引导眼睛进行称为扫视的快速运动，这使我们能够将注意力从一个地方转移到另一个地方。如果没有这些跳跃，我们将永远无法注册超过我们视野的一小部分。特别是阅读，需要高度精确的扫视控制。当我们阅读时，我们的眼睛每秒在单词之间跳跃三到五次。大脑必须能够编排这些运动，使我们的眼睛以正确的顺序扫描单词和音节，而不会超前跳跃。为了实现这种眼脑协调，负责语言处理和眼球运动的大脑区域必须完全同步。
2000 年，我们在眼动实验室的团队探索了以下可能性：一些有阅读困难的儿童也可能存在扫视控制不良的问题。我们与同样在弗莱堡的物理学家克劳斯·哈特内格以及弗莱堡大学医学中心的医生莫妮卡·比斯卡尔迪-舍费尔合作，要求 620 名 7 至 17 岁的人执行两项测量眼球运动控制的任务。
首先，参与者将目光从最初的焦点（激光点）移开，朝向出现的第二个光点，然后，几乎立即，他们必须将目光从新的刺激物上移开。第二个“反扫视”任务比听起来更难，因为自然的反应是继续注视新的光点；如果没有出色的控制力，就很难克服这种本能。但是，在测试的这一部分中，任何朝向第二个光点的眼球运动都被视为错误。
结果证实了我们的想法：与非阅读障碍儿童和青少年相比，阅读能力差的受试者对扫视的控制也明显较差。我们得出结论，视觉注意力控制障碍至少在一定程度上是导致某些阅读障碍病例的原因。在分析了 3,224 名 7 至 17 岁的儿童和青少年（总数包括上述研究中的受试者）后，我们进一步得出结论，大脑似乎会随着时间的推移学会如何控制视觉注意力。在我们的测试中，7 岁和 8 岁的参与者（无论是否患有阅读障碍）在 200 次试验过程中大约有 80% 的时间错误地注视了第二个光点；这个年龄段的儿童，无论是否患有阅读障碍，通常都无法像成年人那样快速或流利地阅读（而且这些特定的孩子都才刚刚开始学习阅读）。
然而，在 20 岁时，当大多数人都能流利地阅读时，非阅读障碍者平均有 20% 的时间出错，并且很快纠正了任何错误的目光，而阅读障碍测试对象在反扫视任务中大约有 40% 的时间继续看向错误的方向，并且有 14% 的时间未能纠正这些错误。结果表明，在正常发育过程中，这两组人的情况都得到了显着改善，但控制组在 7 岁至 18 岁之间非常迅速地朝着可靠的扫视控制方向发展，而阅读障碍组则越来越落后。
幸运的是，包括我们自己的几项研究表明，训练可以对扫视控制和阅读能力产生影响。我们为 7 岁至 17 岁的阅读障碍受试者制定了各种练习，让他们每天在家中使用从实验室借来的专用计算机设备进行练习。
在一项练习中，他们仅用眼睛跟踪设备小屏幕上快速改变方向的符号。当符号消失时，参与者必须使用箭头键指示符号的最后方向。符号在屏幕上移动的速度（这决定了练习的难度）缓慢增加，受试者的技能水平也随之提高。三到六周后，我们的受试者在指导扫视方面明显更好。尤其重要的是，经过训练后，该计划中的儿童在阅读中犯的错误比以前减少了一半。
口语
扫视训练的成功令人鼓舞，但阅读障碍不仅仅是目光控制不良。许多研究人员认为，阅读障碍儿童在理解口语方面也存在困难。特别是，一些阅读障碍者似乎缺乏充分的音韵意识，即区分语音的能力，例如首音 b 和 g，或相似的音节。德国维尔茨堡大学的心理学家沃尔夫冈·施耐德已经证明，旨在培养音韵意识的练习可以普遍提高儿童的阅读和写作技能——并且它们特别有助于那些在家中可能说与学校所说语言不同的儿童。在其他活动中，这些练习要求儿童找到押韵的单词，将单词分成音节，并将音节分解为单个声音。
不幸的是，并非所有儿童都能从这些练习中获得同等的好处。为了培养音韵意识，个人必须首先能够理解言语；训练练习中使用的声音是实际的单词和音节。然而，有些孩子早在声音到达大脑的语言中心之前，就难以理解声音。声音输入要经过许多处理步骤，沿途的任何错误都可能严重损害理解能力。 2004 年，我们再次与哈特内格合作，开发了一系列测试，以探究哪些心理能力对于理解口语至关重要。
最初，我们专注于测量受试者区分音量和音调的能力。例如，在音调测试中，孩子们听两个不同频率的声音；这两个声音之间的差异逐渐缩小，直到孩子们无法再说出哪个更高。我们还测试了参与者识别间隙的能力。当我们发音时，某些音节或声音会被中断，例如，当舌头短暂地接触牙齿或我们的呼吸暂时停顿时。如果听者未能感知到这些中断，他或她将听到与预期不同的音节。
在我们分析的 682 名儿童和青少年中，我们发现阅读障碍与听觉处理缺陷之间存在很强的关联，例如辨别音调、柔和与响亮的声音或音节之间的间隙。事实上，有阅读问题的孩子在我们进行的所有测试中得分都较低。与之前一样，我们的受试者在 20 岁左右之前变得越来越有能力，因此我们得出结论，大脑必须随着时间的推移学会听到声音之间的细微差异。与扫视训练一样，我们设计了一种锻炼听觉感知的方案，其中包括通过音调和声音强度区分声音以及感知声音之间语音间隙的练习。受训者在几周内连续 10 天练习每项任务。一项对 509 名学生进行的研究表明，该计划显着提高了他们区分音调的能力。这些练习对拼写也有积极影响：参与者的拼写错误比以前减少了约 40%。相比之下，未接受训练的受试者的错误率仅降低了 10%。
2001 年，芬兰赫尔辛基大学的神经心理学家泰娅·库亚拉及其团队揭示，感知训练会给大脑带来永久性的变化。他们研究了视听训练（使用各种音调，但没有与语言相关的声音）对有阅读问题的儿童的影响。经过七周的 14 种不同练习，学生们不仅减少了阅读错误，而且还表现出大脑活动模式的改变，这是通过脑电图测量的。特别是，科学家观察到，在听觉皮层（大脑中专门用于感知声音的部分）中，神经元对预期音调序列中的异常反应更为强烈。
有多少？
基本的感知过程也在计算障碍中起着重要作用。例如，以速视化为例，即我们仅通过观察感知数量的诀窍，而不是实际计数。这种能力有助于孩子们建立数字概念——即数字代表特定数量的想法。大多数四岁儿童可以轻松识别一到四个之间的数量。但我们假设，患有计算障碍的儿童可能不太能够速视化。哈特内格、眼动实验室研究员克里斯汀·格哈特和我在一项针对 375 名儿童和青少年的研究中测试了这个想法。我们在计算机屏幕上随机闪烁一到九个小圆圈。圆圈出现得非常短暂，我们的参与者无法计数它们；相反，他们需要能够凭视觉识别数量并在键盘上按下正确的数字。我们对反应时间特别感兴趣。
我们于 2008 年发布的结果表明，患有计算障碍的个体正如预期的那样，不太擅长速视化，并且需要花费相当长的时间才能得出正确的圆圈数量。幸运的是，就像听觉和视觉训练一样，一个人可以通过练习其估算能力、观察点或图形集合并猜测有多少来提高其速视化能力。我们实验室的另一项研究（也于 2008 年发布）表明，为期三周的培训课程可以提高计算障碍儿童的速视化能力和算术能力。与训练前的分数相比，参加练习的参与者在数学测试中犯的错误减少了 60%。相比之下，一组未参加培训的儿童没有表现出任何改善。我们的研究进一步表明，儿童在整个学龄期间都在扩展他们的速视化能力。与听觉和视觉一样，速视化（以及可能包括其他感知过程）也在不断完善到成年。
遗憾的是，父母、老师和医生很难辨别孩子的感知发展是否落后于同龄人。为了估计感知问题的普遍程度，我们从我们的研究中推断，确定在患有阅读障碍或计算障碍的儿童中，在我们的系列测试中得分低于对照组受试者的儿童百分比。在患有阅读障碍或计算障碍的 8 岁儿童中，有 64% 的人在至少一项感知功能方面落后。并且由于这些孩子以比未受影响的孩子更慢的速度发展某些感知能力，因此这个比例随着成熟度而增加：在 16 岁时，与对照组相比，约 85% 的有阅读和数学困难的孩子表现出感知缺陷。当然，如果视觉和听觉处理缺陷是导致阅读障碍或计算障碍的唯一原因，那么这个比率将是 100%。尽管如此，这些缺陷显然加剧了许多学习障碍病例，值得进一步研究。
研究人员计划在不久的将来研究学龄前儿童。然后，可以在儿童开始阅读之前使用有针对性的训练来减轻视觉和听觉处理缺陷的影响。训练是否可以帮助非常有能力的学生还有待观察，初步研究表明，他们有时会表现出感知问题。例如，他们在目光控制测试中通常反应更强烈；他们的眼睛不是反应太慢，而是可能反应太快，这也可能使阅读变得困难。感官处理缺陷似乎对有特殊需要的学生影响最大。 2008 年，我与德国黑博恩基希贝格舒勒学院的西尔维娅·德内克-法斯雷纳合作，在特殊需要学生学校进行了一项研究。我们发现，在本文描述的测试中，49 名年龄在 9 岁至 16 岁之间的受试者均未达到与其年龄相适应的水平。随后的训练提高了这些孩子的学习技能，但不如通常发生在没有特殊需要的学生身上那么有效。
我们的发现对整个教育系统具有影响。如果 75% 的所有被诊断患有阅读障碍和计算障碍的学生可能也存在感官处理问题——如果我们假设特殊训练可以在大约三分之二的病例中加强至少一项学术才能——那么我们可以显着帮助一半的阅读障碍和计算障碍学生。不幸的是，医生只在感觉器官中寻找疾病；教师知道如何发现“更高”技能的缺陷。感官处理属于灰色地带。然而，使用本文讨论的测试和练习对高危人群进行筛查不仅是可行的，而且从长远来看将带来巨大的社会红利。