專家估計,全球人口中有 3% 到 7% 患有發展性計算障礙,儘管它常常未被診斷出來。這種障礙可能鮮為人知,但它非常真實——其後果也是如此。
計算障礙在美國精神病學協會《精神疾病診斷與統計手冊(DSM-5)》中被歸類為一種特定的學習障礙,通常在兒童時期出現,並影響一個人理解數學和基於數字資訊的能力。患有計算障礙的人處理與數學相關的概念的方式與沒有這種障礙的人不同,但這並不意味著他們不聰明。
儘管計算障礙在《DSM-5》中被定義並被接受為一種障礙,但缺乏研究使得關於其病因和治療的許多問題仍未得到解答。患有計算障礙的人通常在傳遞推理方面有困難——傳遞推理是一種用於推導專案之間關係的演繹推理形式。(例如,如果專案 A 比專案 B 大,專案 B 比專案 C 大,那麼專案 A 比專案 C 大。)
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他們也可能難以掌握時間、區分左右和遵循順序指令,因此他們可能難以駕駛汽車、遵循食譜或學習舞蹈步驟。他們也可能難以按順序排列日常熟悉的事件等序列。
患有計算障礙的人也常常患有精神健康障礙,包括焦慮症和驚恐障礙以及抑鬱症,以及其他神經多樣性疾病,例如注意力缺陷多動障礙、感覺處理障礙、自閉症譜系障礙和閱讀障礙。
閱讀障礙會導致閱讀困難,也被歸類為一種特定的學習障礙,它比計算障礙更為人所知,也更少神秘。根據英格蘭拉夫堡大學數學認知高階講師金加·莫爾薩尼於 2018 年共同撰寫的一項研究,患有閱讀障礙的兒童被診斷和獲得支援的可能性是患有計算障礙的兒童的 100 倍。造成這種差異的原因有很多,包括教育工作者和研究人員(其中沒有就診斷提供資訊的公認標準)對計算障礙的理解遠不如對閱讀障礙的理解。迄今為止,研究尚無定論,並且關於數字盲症或數字感知是否是計算障礙的根源存在爭議。
計算障礙既沒有明確的病因,也沒有單一的症狀,探索其病因的研究得出了不同的結論。此外,科學家表示,計算障礙研究遠遠落後於閱讀障礙研究,部分原因是缺乏意識和資金,部分原因是數學(超越非常基礎的水平)不像閱讀那樣受到重視。
“計算障礙非常複雜,如果有人數學不好,可能有成千上萬種途徑導致這種情況。”
—加文·普萊斯埃克塞特大學
安薩里說:“在我們的社會中,有一種假設,認為有些人是數學人才,而另一些人則不是,但我們對閱讀卻沒有同樣的假設。”丹尼爾·安薩里是安大略省西安大略大學發育認知神經科學教授兼數字認知實驗室主任。“在數學方面,我們需要同樣的態度,”他說。
安薩里說,包括他自己的一些計算障礙研究在內的許多研究都能力不足,樣本量非常小。此外,科學研究中計算障礙的定義方式差異很大,一些研究人員認為《DSM-5》的定義過於狹隘。
安薩里說,機構需要能夠標記學習障礙,以確保資源得到適當分配給學生,但重要的是要將它們視為一個連續統。“從研究的角度來看,研究困難之間的重疊比試圖建立這些單獨的類別更有趣,”他說。
同樣,埃克塞特大學心理學副教授加文·普萊斯也發表了許多與安薩里合著的研究,他斷言,關於計算障礙病因的觀點各不相同:“沒有共識觀點。沒有共識的診斷方法或標準,”他說,而且已經進行的研究顯示出相互矛盾的結果。
導致這種神秘現象的另一個因素是數學的複雜性。莫爾薩尼指出,兒童通常在開始嘗試閱讀後的幾個月內學會閱讀,那時這項技能就掌握了。然而,如果想要掌握數學,這個過程會更長。每個技能水平都建立在前一個技能水平之上——例如,乘法和除法建立在加法和減法之上——而且數學中的顯式技能知識水平比閱讀中的多得多。
拉夫堡大學數學認知學教授卡米拉·吉爾摩解釋說:“關於計算障礙和理解這種疾病的挑戰之一是,我們對學習數學時需要的技能沒有很好的理解。”
普萊斯認為,理解計算障礙的真正挑戰在於它是一種非常異質的障礙。“計算障礙非常複雜,如果有人數學不好,可能有成千上萬種途徑導致這種情況,”普萊斯說。
該領域持續存在一個重大爭論,即計算障礙是根植於先天性數字感知障礙(快速估計物體數量的能力)還是數字盲症(無法識別數字符號並將它們與它們代表的數量聯絡起來)。迄今為止規模最大的一項研究,其中包括 1,303 名兒童,指出數字盲症是其病因。
無論數字盲症還是數字感知是計算障礙的根源,大量研究已經確定了對一個人進行數學運算能力至關重要的其他認知技能。
普萊斯說,過去人們曾經強調領域特定的數學技能的重要性,例如理解和比較數字、能夠匹配數字和數量以及計數和檢索數字事實(如簡單的兩位數加法、減法、乘法或除法)。但過去五到十年,研究人員開始關注這些數字系統如何與領域通用的認知技能(與數學無關的能力)相互作用,例如執行功能和記憶力。
吉爾摩說,這就是情況變得更加複雜的地方,因為領域特定技能和領域通用技能之間的區別並不像曾經認為的那樣明確。“儘管我們可以區分兩者,但領域通用技能可能更基於情境,因此您可能在特定領域比在其他領域更擅長它們。”
例如,一個人可能擅長記住單詞等非數字資訊,但在記住數字方面有困難。或者,一個人可能難以將注意力集中在數字資訊上,但在另一個情境(如閱讀)中卻能輕鬆集中注意力。
這引出了執行功能技能的關鍵貢獻,執行功能技能使人能夠集中注意力、記住指令、控制思想和成功地處理多項任務。
首先,吉爾摩和其他人的研究指出了抑制控制的重要性,抑制控制是執行功能的一個方面,它與在進行數學運算時抑制分散注意力的資訊和不需要的反應有關。例如,當新增三組不同顏色的物體時,一個人必須忽略顏色。
理解計算障礙變得更加複雜,因為數學運算既涉及邏輯又涉及數字,多項研究記錄了數學技能與非數字和數字排序表現之間的關係。在 2018 年,莫爾薩尼與他人合著了一項研究,發現兒童在入學第一年的非數字排序能力是一年後數學能力的最強縱向預測指標。
2023 年 12 月,莫爾薩尼及其同事發表了另一項研究,其中對 4 歲至 5 歲的兒童進行了為期三週的數字排序、日常事件排序和順序工作記憶(在本例中,是重新建立動物列表正確順序的能力)訓練。在訓練前後測量了數學技能和數學焦慮。
莫爾薩尼說:“我們發現,如果你訓練兒童的處理技能,他們的數學能力會提高。”“因此,這將證明有序處理構成了數學的基礎——不是數學的唯一基礎,因為它非常複雜,而是一個非常重要的基石。”
更復雜的是,許多困難都與計算障礙有關,但並非每個人都會遇到每一種困難,這意味著在研究這種情況時需要考慮大量的變數。
研究人員認為,計算障礙之謎最終將被解開。然而,他們強調,必須有一個標準定義和更多更大樣本量的研究。普萊斯將當前的研究格局描述為零散且不一致。“如果我們沒有一個好的定義或診斷,我們如何研究它?如果我們無法準確研究它,我們又如何獲得該定義或診斷呢?”他問道。
安薩里還主張效仿基因組研究人員的做法,建立研究聯盟,要求世界各地的研究人員遵循相同的協議。
安薩里說:“我相信我們已經在理解計算障礙,特別是提高認識方面取得了進展。”“歸根結底,這一切都關乎受其影響的兒童。”
