专家估计,全球人口中有 3% 到 7% 患有发展性计算障碍,尽管它常常未被诊断出来。这种障碍可能鲜为人知,但它非常真实——其后果也是如此。
计算障碍在美国精神病学协会《精神疾病诊断与统计手册(DSM-5)》中被归类为一种特定的学习障碍,通常在儿童时期出现,并影响一个人理解数学和基于数字信息的能力。患有计算障碍的人处理与数学相关的概念的方式与没有这种障碍的人不同,但这并不意味着他们不聪明。
尽管计算障碍在《DSM-5》中被定义并被接受为一种障碍,但缺乏研究使得关于其病因和治疗的许多问题仍未得到解答。患有计算障碍的人通常在传递推理方面有困难——传递推理是一种用于推导项目之间关系的演绎推理形式。(例如,如果项目 A 比项目 B 大,项目 B 比项目 C 大,那么项目 A 比项目 C 大。)
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他们也可能难以掌握时间、区分左右和遵循顺序指令,因此他们可能难以驾驶汽车、遵循食谱或学习舞蹈步骤。他们也可能难以按顺序排列日常熟悉的事件等序列。
患有计算障碍的人也常常患有精神健康障碍,包括焦虑症和惊恐障碍以及抑郁症,以及其他神经多样性疾病,例如注意力缺陷多动障碍、感觉处理障碍、自闭症谱系障碍和阅读障碍。
阅读障碍会导致阅读困难,也被归类为一种特定的学习障碍,它比计算障碍更为人所知,也更少神秘。根据英格兰拉夫堡大学数学认知高级讲师金加·莫尔萨尼于 2018 年共同撰写的一项研究,患有阅读障碍的儿童被诊断和获得支持的可能性是患有计算障碍的儿童的 100 倍。造成这种差异的原因有很多,包括教育工作者和研究人员(其中没有就诊断提供信息的公认标准)对计算障碍的理解远不如对阅读障碍的理解。迄今为止,研究尚无定论,并且关于数字盲症或数字感知是否是计算障碍的根源存在争议。
计算障碍既没有明确的病因,也没有单一的症状,探索其病因的研究得出了不同的结论。此外,科学家表示,计算障碍研究远远落后于阅读障碍研究,部分原因是缺乏意识和资金,部分原因是数学(超越非常基础的水平)不像阅读那样受到重视。
“计算障碍非常复杂,如果有人数学不好,可能有成千上万种途径导致这种情况。”
—加文·普莱斯埃克塞特大学
安萨里说:“在我们的社会中,有一种假设,认为有些人是数学人才,而另一些人则不是,但我们对阅读却没有同样的假设。”丹尼尔·安萨里是安大略省西安大略大学发育认知神经科学教授兼数字认知实验室主任。“在数学方面,我们需要同样的态度,”他说。
安萨里说,包括他自己的一些计算障碍研究在内的许多研究都能力不足,样本量非常小。此外,科学研究中计算障碍的定义方式差异很大,一些研究人员认为《DSM-5》的定义过于狭隘。
安萨里说,机构需要能够标记学习障碍,以确保资源得到适当分配给学生,但重要的是要将它们视为一个连续统。“从研究的角度来看,研究困难之间的重叠比试图创建这些单独的类别更有趣,”他说。
同样,埃克塞特大学心理学副教授加文·普莱斯也发表了许多与安萨里合著的研究,他断言,关于计算障碍病因的观点各不相同:“没有共识观点。没有共识的诊断方法或标准,”他说,而且已经进行的研究显示出相互矛盾的结果。
导致这种神秘现象的另一个因素是数学的复杂性。莫尔萨尼指出,儿童通常在开始尝试阅读后的几个月内学会阅读,那时这项技能就掌握了。然而,如果想要掌握数学,这个过程会更长。每个技能水平都建立在前一个技能水平之上——例如,乘法和除法建立在加法和减法之上——而且数学中的显式技能知识水平比阅读中的多得多。
拉夫堡大学数学认知学教授卡米拉·吉尔摩解释说:“关于计算障碍和理解这种疾病的挑战之一是,我们对学习数学时需要的技能没有很好的理解。”
普莱斯认为,理解计算障碍的真正挑战在于它是一种非常异质的障碍。“计算障碍非常复杂,如果有人数学不好,可能有成千上万种途径导致这种情况,”普莱斯说。
该领域持续存在一个重大争论,即计算障碍是根植于先天性数字感知障碍(快速估计物体数量的能力)还是数字盲症(无法识别数字符号并将它们与它们代表的数量联系起来)。迄今为止规模最大的一项研究,其中包括 1,303 名儿童,指出数字盲症是其病因。
无论数字盲症还是数字感知是计算障碍的根源,大量研究已经确定了对一个人进行数学运算能力至关重要的其他认知技能。
普莱斯说,过去人们曾经强调领域特定的数学技能的重要性,例如理解和比较数字、能够匹配数字和数量以及计数和检索数字事实(如简单的两位数加法、减法、乘法或除法)。但过去五到十年,研究人员开始关注这些数字系统如何与领域通用的认知技能(与数学无关的能力)相互作用,例如执行功能和记忆力。
吉尔摩说,这就是情况变得更加复杂的地方,因为领域特定技能和领域通用技能之间的区别并不像曾经认为的那样明确。“尽管我们可以区分两者,但领域通用技能可能更基于情境,因此您可能在特定领域比在其他领域更擅长它们。”
例如,一个人可能擅长记住单词等非数字信息,但在记住数字方面有困难。或者,一个人可能难以将注意力集中在数字信息上,但在另一个情境(如阅读)中却能轻松集中注意力。
这引出了执行功能技能的关键贡献,执行功能技能使人能够集中注意力、记住指令、控制思想和成功地处理多项任务。
首先,吉尔摩和其他人的研究指出了抑制控制的重要性,抑制控制是执行功能的一个方面,它与在进行数学运算时抑制分散注意力的信息和不需要的反应有关。例如,当添加三组不同颜色的物体时,一个人必须忽略颜色。
理解计算障碍变得更加复杂,因为数学运算既涉及逻辑又涉及数字,多项研究记录了数学技能与非数字和数字排序表现之间的关系。在 2018 年,莫尔萨尼与他人合著了一项研究,发现儿童在入学第一年的非数字排序能力是一年后数学能力的最强纵向预测指标。
2023 年 12 月,莫尔萨尼及其同事发表了另一项研究,其中对 4 岁至 5 岁的儿童进行了为期三周的数字排序、日常事件排序和顺序工作记忆(在本例中,是重新创建动物列表正确顺序的能力)训练。在训练前后测量了数学技能和数学焦虑。
莫尔萨尼说:“我们发现,如果你训练儿童的处理技能,他们的数学能力会提高。”“因此,这将证明有序处理构成了数学的基础——不是数学的唯一基础,因为它非常复杂,而是一个非常重要的基石。”
更复杂的是,许多困难都与计算障碍有关,但并非每个人都会遇到每一种困难,这意味着在研究这种情况时需要考虑大量的变量。
研究人员认为,计算障碍之谜最终将被解开。然而,他们强调,必须有一个标准定义和更多更大样本量的研究。普莱斯将当前的研究格局描述为零散且不一致。“如果我们没有一个好的定义或诊断,我们如何研究它?如果我们无法准确研究它,我们又如何获得该定义或诊断呢?”他问道。
安萨里还主张效仿基因组研究人员的做法,建立研究联盟,要求世界各地的研究人员遵循相同的协议。
安萨里说:“我相信我们已经在理解计算障碍,特别是提高认识方面取得了进展。”“归根结底,这一切都关乎受其影响的儿童。”