执行功能脑区在数字比较中的个体差异：符号与非符号刺激下数学能力与认知控制的神经机制

本研究针对数学技能发展中执行功能(EF)与数字加工系统的交互机制，通过fMRI技术探究青少年在符号(阿拉伯数字)与非符号(点阵)数字比较任务中，关键脑区激活模式与数学能力(计算/流畅性)及EF(工作记忆/抑制控制)的关联。研究发现左顶下小叶(lIPL)和左额下交界区(lIFJ)的神经比率效应与计算能力正相关，而双侧顶下叶与非符号加工中的数学流畅性相关。工作记忆仅与符号加工的EF脑区激活相关，抑制控制则特异关联非符号加工的lIFJ活动，揭示了数字表征格式对神经认知资源调用的差异化影响，为数学学习困难的干预提供神经机制依据。

　　

数学能力是预测个体未来发展的重要指标，但全球约5-10%的儿童存在数学学习困难。传统研究认为这种困难源于对数字本身的理解缺陷，但越来越多的证据表明，执行功能(Executive Function, EF)这类高级认知能力在数学加工中扮演关键角色。有趣的是，当人们处理不同形式的数字信息——比如直观的点阵(非符号)和抽象的阿拉伯数字(符号)时，大脑活动模式存在显著差异。这种差异是否与个体的EF能力相关？又是如何影响数学表现的呢？这些问题尚未得到充分解答。

为探究这一科学问题，来自科罗拉多大学等机构的研究团队在《Behavioural Brain Research》发表了创新性研究。该工作采用功能磁共振成像(fMRI)技术，对151名10-17岁青少年进行符号与非符号数字比较任务测试，同步采集Woodcock-Johnson III数学量表和D-KEFS抑制控制/2-back工作记忆的行为数据。通过建立神经比率效应模型(反映数字间数值比率的神经敏感度)，分析其与数学能力及EF的关联模式。

关键技术包括：1) 事件相关fMRI设计，控制点阵的视觉参数；2) 基于PALM的置换检验处理双生子数据依赖性；3) 提取5mm半径球形ROI信号，聚焦IPS(顶内沟)和EF相关前额叶区域；4) 采用性能指标p整合反应时与准确率。

行为绩效差异
任务表现显示经典的数值距离效应：数值越接近5(如6vs5)，反应越慢且错误率越高。非符号任务的整体难度显著高于符号任务(p<0.01)，且比率效应更明显，印证了两种加工系统的认知负荷差异。

神经激活模式
全脑分析复现了经典发现：双侧顶内沟(IPS)在两种任务中均激活，但符号任务更依赖左半球，非符号任务偏重右半球，支持"双系统"理论。前额叶广泛参与则提示EF的持续调控作用。

符号加工的个体差异
计算能力强者在左顶下小叶(lIPL)和左额下交界区(lIFJ)表现出更强的比率效应(r=0.23-0.27)，且lIFJ激活还与数学流畅性正相关。工作记忆得分高者，其左前运动区(lPCG)、lIFJ及背外侧前额叶(DLPFC)的神经敏感性更高，暗示符号加工可能需要将数字符号"翻译"为心理量纲的工作记忆转化过程。

非符号加工的独特性
数学流畅性仅与双侧顶下叶(尤其右半球)激活相关(r=0.22)。最关键的发现是：抑制控制能力仅预测非符号任务中lIFJ的神经比率效应(r=0.20)，即使任务设计已控制视觉干扰因素，仍提示非符号加工需要抑制无关知觉特征的固有认知需求。

这项研究通过精妙的实验设计，首次揭示：

1. 数字表征格式决定EF脑区的参与模式——工作记忆专司符号加工，抑制控制主导非符号处理；
2. 顶叶-前额叶通路的协同效率是数学能力差异的神经标记；
3. 支持Triple Code Model中数字表征的多系统假说，为发育期数学认知的"瓶颈"问题提供新解。

该发现对教育实践具有重要启示：针对符号运算困难的学生，应加强工作记忆训练；而对非符号理解障碍者，则需侧重抑制控制培养。未来研究可探索这种"格式-功能"特异性是否存在于数学障碍亚型中，为精准干预提供靶点。