发展性计算障碍中线索状态动员能力保留但准备活动延长

《Biological Psychology》:Preserved cue-state recruitment but prolonged preparatory activity in developmental dyscalculia

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月12日 来源:Biological Psychology 3.3

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   •两组均招募了共同的提示相关准备性头皮状态。•DD组在448至798毫秒间表现出更强的状态表达。•DD组的提示-状态表达向较晚的提示期偏移。•DD组表现出共享状态的轻度中枢-顶叶重新加权。•组间效应稳健,但个体层面的信度较低。引言发展性计算困难(developmental d

  
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    两组均招募了共同的提示相关准备性头皮状态。
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    DD组在448至798毫秒间表现出更强的状态表达。
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    DD组的提示-状态表达向较晚的提示期偏移。
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    DD组表现出共享状态的轻度中枢-顶叶重新加权。
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    组间效应稳健,但个体层面的信度较低。

引言

发展性计算困难(developmental dyscalculia, DD)是指在获得充分教学指导且一般推理能力广泛完整的情况下,仍然持续存在数学技能习得困难的问题。其认知表型具有异质性:困难可能涉及数量大小和符号加工,但也可能涉及工作记忆、注意、抑制和加工速度,每一个因素都可能限制数字信息在特定情境中的选择与使用(Butterworth et al., 2011, American Psychiatric Association, 2022, Sz?cs et al., 2013, Menon, 2016, Agostini et al., 2022, Luoni et al., 2023, Mishra and Khan, 2023, Klein and Knops, 2023, Kroesbergen et al., 2023)。这种异质性使得我们不仅有必要识别DD儿童是否在数字信息加工方式上存在差异,还有必要确定任务控制的哪一阶段发生了改变。
提前准备是一个候选阶段。在情境依赖型任务中,即将出现的刺激可能需要根据之前的提示执行不同的动作,因此成功表现要求提示被编码、与相关规则建立联结,并维持至其能够指导后续决策(Monsell, 2003, Egner, 2023, Badre, 2025)。这种主动控制形式与数学学习密切相关,因为数字符号通常在与前序情境的关联中被解释,而非孤立地处理,且主动控制已被证明与早期数学能力相关(Wang et al., 2021)。因此,条件性数字Go/No-Go任务为检验DD是否影响在算术计算、目标评估或运动反应开始之前对数字提示的使用提供了一种有用的方法。
电生理方法特别适合区分不同的准备机制,因为这些机制做出不同的时间预测。若未能招募提示表征,则准备状态会减弱或消失;招募延迟会使其起始时间点偏移;建立效率低会改变其早期增长;维持延长或脱离延迟则会保留早期招募但延后其在提示期内的表达。多变量脑电(EEG)方法可以在不将准备简化为单一电极或单一ERP峰值的情况下追踪分布式的任务表征,且既往研究已表明提示相关和规则相关的模式可在头皮层面进行时间追踪(Mansfield et al., 2012, Hubbard et al., 2019, Kikumoto and Mayr, 2020, Kikumoto et al., 2022, Palenciano et al., 2023, ?entürk et al., 2024)。
这些机制在发育方面也具有重要意义。儿童能够使用提前提示,但主动准备和目标任务表征调控的能力在儿童期持续成熟(Manzi et al., 2011, Ganesan et al., 2023, Chevalier and Frick, 2025)。因此,考察学龄期DD样本的准备时间谱,可揭示组间差异是否已存在于提示招募阶段、是否仅在准备状态形成后才出现,抑或随年龄在整个采样范围内而变化。
目前大多数关于DD的电生理研究聚焦于目标出现后的数字加工、算术加工或反应相关活动。关于目标加工前准备间隔的了解则少得多。这一空白在理论上具有重要意义,因为DD既与领域特异性的数字加工有关,也与领域一般性的控制过程有关。部分研究报告DD儿童对数量大小的自动访问降低或存在情境依赖性(Rubinsten and Henik, 2005, Ashkenazi et al., 2009),而更广泛的综述则强调其异质性显著以及数字距离效应的证据不一(Schwenk et al., 2017, Mishra and Khan, 2023)。因此,DD中提示状态的延长可能反映的是数字信息使用自动化程度降低、领域一般性控制更持久,抑或是一种补偿策略,而非提示检测本身的失败。
在本任务中,数字1充当提前提示:它改变下一个数字的含义但不需要立即做出反应,仅当后续数字为9时才需要做出反应。以提示为锁相点的EEG时程在目标出现之前即已结束,从而允许在无目标加工或运动执行干扰的情况下考察准备活动。提示对比还平衡了未来目标类型,提供了一种检验与提示依赖型准备相关的神经状态的方法,而非简单的Go与No-Go试次比较。
我们采用诊断盲的交叉验证头皮状态模板来检验关于DD的竞争性预测。若DD主要损害提示检测或规则招募,则组间差异应在早期和/或状态起始时表现明显。整体性减速模型则预测起始时间点后移同时早期建立变慢。相反,若准备状态被正常招募但维持低效或以补偿方式使用,则早期表达应得以保留,组间差异应在后期通过状态表达延长而出现。此外,我们还检验了诊断效应是否随年龄变化、共享头皮模式在不同组间是否被赋予不同权重,以及提示状态的时间特征是否在诊断和协变量之外进一步解释了个体任务表现。

章节摘要

参与者与临床分类

队列包含143名右利手中国儿童,其中71名符合DD标准,72名为典型发育(TD)。5条记录因源文件间年龄差异大于0.75岁而被排除在主要年龄校正分析之外。因此,主要样本包含67名DD儿童和71名TD儿童,精确年龄范围为6.43至11.99岁。
DD分类要求Raven非言语推理得分不低于80,且算术表现低于同龄正常发育儿童中位数至少1.5个标准差。

参与者特征与行为表现

主要样本包含67名DD儿童和71名TD儿童。两组在年龄、性别、Raven得分、FSES或最低条件试次数上无显著差异(见表1);性别比例比较p值为.20。DD儿童的命中数更少(Cohen's d = -0.78)、命中反应时更长(d = 0.59),且假阳性更多(d = 0.48),表明存在中等至较大的行为组间差异。

两组形成了相似的提示准备状态

诊断盲程序识别出了一个可重复的后部正电位模式(补充图S1)。该

讨论

本研究采用以提示为锁相点的EEG来区分发展性计算困难是与招募失败、整体性减速还是目标加工前准备性任务状态的时间调控改变相关。证据支持第三种解释。DD组和TD儿童表现出高度相似的后部正电位头皮模式,早期提示期未检测到诊断差异,且状态起始未延迟。两组仅在后期产生分歧,出现

伦理声明

所有参与者或其法定代理人均已签署书面知情同意书,同意参与本研究并同意发表本文。参与者隐私权已得到保护。
本研究在相关研究场所遵守了适用法律、监管框架和指导方针。本研究已获得南通大学常州儿童医院伦理委员会批准。(批准号:2021-002)

利益冲突

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本研究。

数据与代码可获得性

原始EEG数据不公开提供,因为这些数据来自儿童,受伦理、隐私和同意限制。经机构批准并符合原始同意条件的前提下,支持主要分析的匿名衍生指标、模型输出表格和分析代码可由通讯作者在合理请求下提供。

资助

本研究获得"脑科学与类脑智能技术——国家重点研发计划"资助(项目编号:2021ZD0200500)。

作者贡献声明(CRediT)

张琴芬:写作 – 审阅与编辑、监督、项目管理、经费获取、概念构思。胡雪莹:写作 – 初稿撰写、验证、方法学、调查研究。程悦:写作 – 初稿撰写、可视化、方法学、调查研究、形式化分析。张伟:写作 – 初稿撰写、方法学、调查研究、形式化分析。郭慧莲:写作 – 初稿撰写、可视化、调查研究、形式化分析。林远欣:写作 – 初稿撰写

生成式人工智能及AI辅助技术在写作过程中的使用声明

在本文的撰写和修订过程中,作者使用ChatGPT(OpenAI)协助进行语言编辑并提高表述清晰度。在使用该工具后,作者对内容进行了审阅和必要的修改,并对出版物内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本研究中报告的工作。
张琴芬|程悦|胡雪莹|郭慧莲|张伟|唐佳蓝|林远欣
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