《Psychophysiology》：Mathematics Anxiety Is Associated With Attentional and Memory-Related Neural Activity During Numerical Cognition
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数学成绩可能受到与数字任务相关的负性情绪和期望的影响。高数学焦虑（mathematics anxiety, MA）个体常表现出较差的数字任务表现。本研究利用功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）
数学成绩可能受到与数字任务相关的负性情绪和期望的影响。高数学焦虑（mathematics anxiety, MA）个体常表现出较差的数字任务表现。本研究利用功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）中的数字线估计（number line estimation）和算术验证（arithmetic verification）任务，考察与数学焦虑相关的不同水平数字加工背后的神经机制。参与者在扫描前经过详细筛查，被分为高数学焦虑组（n=22，年龄=23.09 ± 2.22）和低数学焦虑组（n=24，年龄=22.67 ± 3.29）。同时评估特质焦虑（trait anxiety）和考试焦虑（test anxiety），以捕捉更广泛的焦虑相关特征。在fMRI扫描前，参与者完成了计算能力和数字广度评估，并使用模拟MRI扫描环节以降低扫描仪相关压力。参与者在fMRI中完成每种数字任务的任务条件和对照条件。神经影像数据采用2 × 2全脑体素级方差分析（voxel-wise ANOVA）进行分析。在统计控制特质焦虑和考试焦虑前后，进一步检验任务相关脑激活的组间差异。结果显示，与高数学焦虑相比，低数学焦虑与数字-空间映射（number-space mapping）过程中更强的额叶眼动区（frontal eye field, FEF）活动以及算术计算过程中更强的缘上回（supramarginal gyrus, SMG）活动相关。控制特质焦虑和考试焦虑有助于阐明，在剔除与更广泛焦虑相关因素共享的方差后，哪些神经效应仍与数学焦虑相关。总体而言，在此校正后，注意和记忆相关效应仍与数学焦虑相关，而涉及运动过程和认知控制的额外效应减弱，提示这些效应可能部分反映与更广泛焦虑相关构念共享的方差。
本研究关注数学焦虑（mathematics anxiety, MA）如何影响数字认知不同层面的神经相关。数字认知依赖核心数量系统、符号数字系统以及心智数字线（mental number line），并涉及额顶网络（fronto-parietal network）。数学焦虑是一种领域特异性情感因素，表现为与数字活动相关的恐惧、紧张和担忧，高数学焦虑个体常出现数量敏感性降低、算术准确性和加工效率下降，且其影响可选择性作用于数字任务而非其他高认知负荷任务。神经影像研究提示，数学焦虑涉及岛叶（insula）和杏仁核（amygdala）等情感与威胁加工区域，也会改变额顶区域在数学问题解决前后的募集。认知解释认为焦虑相关思维占用工作记忆（working memory），注意控制理论（attentional control theory）进一步提出焦虑削弱目标导向注意控制、降低加工效率。然而，数学焦虑是否同等影响不同水平的数字加工，以及这些神经效应反映数学特异性焦虑还是更广泛焦虑相关特质，尚不清楚。数学焦虑与特质焦虑和考试焦虑存在共享特征，且此前尚无fMRI研究在同一数学焦虑样本中直接比较基于数量的数字线估计与高阶符号算术。因此，研究人员开展本研究，检验数学焦虑对数字线估计和算术验证相关神经激活的影响，并考察控制特质焦虑与考试焦虑后哪些效应仍存在。研究预期组间差异在算术验证中更明显，且数学焦虑差异性地影响顶叶和额叶区域的神经激活。
方法上，研究招募46名18–30岁健康志愿者，来源为土耳其大学在线筛查队列；在线完成MARS-SV等问卷的195名志愿者中，MARS-SV低于35百分位者为低数学焦虑（LMA），高于65百分位者为高数学焦虑（HMA），最终HMA 22名、LMA 24名，均为右利手，主要来自非STEM领域。扫描前完成计算能力测试、WMS-R数字广度及5分钟模拟MRI。fMRI采用3T Siemens Magnetom Prisma、64通道头线圈，采集T1加权和T2
*加权功能像，4个事件相关run，包含数字线估计、算术验证及对照条件。行为数据用JASP分析；fMRI用SPM12预处理，全脑体素级2 × 2方差分析、两样本t检验，并分别在不控制和控制STAI-Trait、TAI后进行，采用Monte Carlo cluster阈值和文献定义感兴趣区（ROI）分析。
3.1 Demographic and Cognitive Features of Mathematics Anxiety Groups：通过人口学与认知测量比较，研究人员发现高低数学焦虑组在年龄、性别、教育年限、利手、计算成绩、数字广度前向和后向表现上均无显著差异；HMA组特质焦虑和考试焦虑评分高于LMA组，且数学焦虑与特质焦虑、考试焦虑显著正相关。
3.2 Behavioral Findings of fMRI Task：通过扫描中行为数据分析，研究人员发现两种数字任务均成功增加数字加工需求。3.2.1 Number Line Estimation：2 × 2重复测量ANOVA显示条件主效应显著，数字线估计任务百分绝对误差高于对照，反应时慢于对照；组别主效应及组别×条件交互不显著；数字线估计更符合线性模型而非对数模型。3.2.2 Arithmetic Verification：条件主效应显著，算术验证准确率低于数字匹配任务，反应时慢于数字匹配任务；组别主效应及交互不显著；算术验证平均准确率为61.6%，平均反应时为2.83 s，表明表现未达天花板或地板。
3.3 fMRI Findings：3.3.1 Group Activations：全脑方差分析发现组别主效应显著位于左侧辅助运动区（supplementary motor area）、右侧额叶眼动区和右侧前扣带皮层（anterior cingulate cortex, ACC）。3.3.2 Task-Related Activations：任务主效应显示广泛双侧激活，包括枕下皮层/上顶叶、缘上回/颞上回/后扣带皮层、岛叶、梭状回、前运动皮层、辅助运动区、额下回、背外侧前额叶皮层（dlPFC）、角回、FEF、尾状核、海马和小脑等。3.3.3 Group Differences in Activation During the Number Line Estimation Task：全脑两样本t检验显示，未校正模型中LMA > HMA在左侧前运动皮层显著；控制STAI-Trait和TAI后，剩余组间差异位于右侧FEF，LMA仍强于HMA；HMA > LMA无显著结果。3.3.4 Group Differences in Activation During the Arithmetic Verification Task：未校正模型中LMA > HMA在左缘上回、左舌回、右颞上回、右前岛叶和右ACC显著；控制特质焦虑和考试焦虑后，仅左缘上回组间差异保留，LMA仍强于HMA；HMA > LMA无显著结果。3.3.5 Confirmatory ROI Analyses：文献定义ROI分析显示，左顶下小叶存在显著组效应，LMA > HMA；右顶下小叶在算术验证中的信号与数学焦虑评分负相关；右FEF存在组别×条件交互，HMA在实验条件中激活低于对照条件；双侧FEF信号与数字线估计百分误差负相关；左前岛叶在算术验证中的活动与数学焦虑评分负相关；ACC未观察到相应关联。
讨论部分指出，数学焦虑与特质焦虑和考试焦虑存在重叠，因此研究在fMRI分析中控制这些变量，以区分数学焦虑相关效应与更广泛焦虑相关效应。行为上，计算成绩仅呈非显著趋势，数字广度无组间差异，因此神经差异不太可能主要由总体任务难度或工作记忆基线差异驱动。任务主效应反映数字-空间映射与算术加工的多维需求；组别主效应涉及反应准备、注意定向和认知控制等额叶系统。数字线估计中，未校正时LMA在左前运动皮层激活更强，控制更广泛焦虑后转为右FEF更强，且FEF活动与更低估计误差相关，提示数学焦虑相关差异更接近注意分配过程。算术验证中，未校正时LMA在多个区域激活更强，控制后仅左缘上回保留，提示其与数学焦虑关系更紧密，可能反映言语检索和注意控制过程；岛叶、ACC和颞上回等效应可能部分与更广泛焦虑共享方差。ROI结果进一步显示左顶下小叶跨任务组差异，LMA激活更强，右顶下小叶信号与数学焦虑负相关，提示顶叶数量与注意机制参与差异。总体而言，数学焦虑与数字认知多个成分的神经加工差异相关，算术验证中空间模式更广，控制更广泛焦虑后，注意和记忆相关效应保留，而运动过程、认知控制及显著性网络相关效应减弱。
研究结论翻译：本研究提示，数学焦虑与数字认知多个成分（从数字-空间映射到算术计算）的神经加工差异相关。这些效应在算术验证中表现出更广泛的空间模式，算术验证对执行和符号加工要求更高。研究人员的发现揭示，数学焦虑可能与支持数字加工的注意和记忆相关机制差异有关，这反映在额叶眼动区、缘上回和顶下小叶活动中。具体而言，额叶眼动区结果指向数字-空间映射过程中注意分配差异，而缘上回活动可能反映算术验证过程中言语检索和注意控制过程参与的差异。相比之下，涉及运动过程和显著性网络区域的神经差异可能部分反映与特质焦虑和考试焦虑共享的焦虑相关过程。这种分离强调，在考察数学焦虑神经基础时，考虑更广泛的焦虑相关因素十分重要。
