提高基礎(chǔ)教育質(zhì)量的腦科學(xué)機(jī)制研究中期檢查報(bào)告

一、研究進(jìn)展情況

主要內(nèi)容：

項(xiàng)目預(yù)計(jì)最終發(fā)表10篇以上CSSCI以上的論文，其中至少有5篇以上發(fā)表在SSCI/SCI期刊上。課題組目前已達(dá)到指標(biāo)要求，共發(fā)表11篇標(biāo)注本課題的SSCI/SCI期刊論文，5篇核心期刊論文。此外，還完成一部論著和一套譯叢。

具體來說，子課題一完成1套譯叢和2篇CSSCI期刊論文；子課題2完成一部論著；子課題3完成2篇SSCI/SCI期刊論文和1篇CSSCI權(quán)威A期刊論文；子課題4完成3篇SSCI/SCI期刊論文；子課題5完成5篇SSCI/SCI期刊論文和2篇國內(nèi)核心期刊論文。

②調(diào)查研究及學(xué)術(shù)交流情況

完成多模態(tài)調(diào)研數(shù)據(jù)的收集，包括：

（1）已完成基礎(chǔ)教育情境下腦電和生理數(shù)據(jù)的采集；并已完成包括腦電、心率、皮電和視頻音頻同時(shí)采集的教學(xué)情境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，所用設(shè)備均為便攜版本，可以實(shí)現(xiàn)在基本不影響教學(xué)過程的情況下對(duì)中學(xué)生及老師的全面數(shù)據(jù)采集。目前該平臺(tái)已經(jīng)順利在某中學(xué)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化數(shù)據(jù)采集操作，完成了一學(xué)期的200名學(xué)生總計(jì)4周的數(shù)據(jù)采集。

（2）完成多人腦電與生理數(shù)據(jù)分析。已有探索分析包括兩個(gè)部分：一是分析方法在實(shí)驗(yàn)室控制實(shí)驗(yàn)下的性能測試，我們對(duì)已有多人腦電與生理數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)性的文獻(xiàn)梳理，并開展了部分方法探索，在測量學(xué)生注意力、情緒狀態(tài)、創(chuàng)造力等關(guān)鍵認(rèn)知指標(biāo)上積累了方法技術(shù)，特別是其中對(duì)情緒狀態(tài)的分析方法創(chuàng)新性地提出了多人腦電聯(lián)合分析的思路，并得到了不錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；二是對(duì)平臺(tái)所采集數(shù)據(jù)有效性的驗(yàn)證分析，我們對(duì)心率、皮電等數(shù)據(jù)的初步個(gè)體化分析展示了平臺(tái)數(shù)據(jù)的有效性。具體介紹見發(fā)表成果部分。

（3）基礎(chǔ)教育階段訓(xùn)練產(chǎn)生效果的評(píng)估，對(duì)144位參加測試兒童進(jìn)行多方面行為數(shù)據(jù)的收集，討論珠心算對(duì)工作記憶的影響。

積極參加國內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議和學(xué)術(shù)交流。例如參加2019年6月9-13日在意大利羅馬召開的OHBM（國際腦圖譜）會(huì)議；參加2019年3月23-26日在美國舊金山召開的CNS（認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)）會(huì)議；國內(nèi)2018年心理學(xué)大會(huì)等。

積極開展國際合作，與加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）、美國范德堡大學(xué)等機(jī)構(gòu)展開合作，并發(fā)表論文。

③成果宣傳推介情況

對(duì)課題的各項(xiàng)研究成果進(jìn)行多方位宣傳和推廣：（1）以微信方式在華東師范大學(xué)心理學(xué)院公眾號(hào)、華東師范大學(xué)教育學(xué)部公眾號(hào)、浙江大學(xué)物理學(xué)系公眾號(hào)等平臺(tái)宣傳成果，并得到廣泛關(guān)注；（2）在領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)會(huì)議中宣講成果，包括美國認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)年會(huì)（CNS）、國際腦圖譜聯(lián)盟會(huì)議（OHBM）、美國電氣工程協(xié)會(huì)生物醫(yī)學(xué)工程（IEEE EMBS）等國際會(huì)議，以及中國心理學(xué)年會(huì)、普通心理學(xué)和實(shí)驗(yàn)心理學(xué)年會(huì)等國內(nèi)高水平會(huì)議；（3）在各高校主辦的學(xué)術(shù)活動(dòng)中報(bào)告研究成果，包括清華大學(xué)、浙江大學(xué)、華東師范大學(xué)、西南大學(xué)、中山大學(xué)等；（4）被《北京日?qǐng)?bào)》、《北京晨報(bào)》、《鳳凰新聞》等媒體轉(zhuǎn)載報(bào)道研究成果。下階段將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)研究成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，爭取在教育領(lǐng)域?qū)嵤┖屯茝V研究成果。

二、研究成果情況

主要內(nèi)容：

① 代表性成果簡介（*通訊作者）

1. Chunjie Wang, Tianyong Xu, Fengji Geng, Yuzheng Hu*, Yunqi Wang, Huafeng Liu, Feiyan Chen*. (2019) Training on abacus-based mental calculation enhances visuospatial working memory in children. Journal of Neuroscience. (inpress，SCI收錄，Nature Index Journal，影響因子5.971，社科重大為第一標(biāo)注) 在這項(xiàng)研究中，一共有144位兒童參加測試。研究發(fā)現(xiàn)，在數(shù)學(xué)能力測試和視空間工作記憶能力測試中，珠心算練習(xí)兒童的績效顯著高于對(duì)照組，但是在瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測試中，沒有明顯的差別；在完成視空間任務(wù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)珠心算兒童的腦激活程度明顯高于對(duì)照組；更有趣的是，在考察數(shù)學(xué)能力、視空間工作記憶和右側(cè)額中回激活三者的關(guān)系時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)右側(cè)額中回的激活起了調(diào)節(jié)作用。該研究表明右側(cè)額中回可能在珠心算的遷移效應(yīng)中起到重要的作用。

2. Xie, Y., Weng, J., Wang, C., Xu, T., Peng, X., & Chen, F. * (2018). The impact of long-term abacus training on modular properties of functional brain network. NeuroImage, 183, 811–817. http://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.08.057 (SCI收錄，影響因子5.426，社科重大為第一標(biāo)注) 這項(xiàng)研究，有162名兒童參與實(shí)驗(yàn)，其中90名兒童有1-5年的珠心算學(xué)習(xí)經(jīng)歷。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過珠心算學(xué)習(xí)的兒童，他們的視覺網(wǎng)絡(luò)顯示出更高的局部效率和更強(qiáng)的模塊內(nèi)連接；而帶狀蓋（CON）網(wǎng)絡(luò)的局部效率和模塊內(nèi)的連接強(qiáng)度則較對(duì)照組兒童明顯減弱。更有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)帶狀蓋的局部效率與珠心算兒童的數(shù)學(xué)能力呈負(fù)相關(guān)，帶狀蓋的模塊內(nèi)連接強(qiáng)度也與珠心算兒童的數(shù)學(xué)能力呈負(fù)相關(guān)。而對(duì)照組則沒有類似的想象。也就是說，珠心算練習(xí)能夠調(diào)節(jié)視覺網(wǎng)絡(luò)和帶狀蓋的局部效率和模塊內(nèi)連接強(qiáng)度。

3. 王思思, 庫逸軒*. (2018). 右側(cè)背外側(cè)前額葉在視覺工作記憶中的因果性作用. 心理學(xué)報(bào), 50(7), 727–738. http://doi.org/10.3724/SP.J.1041.2018.00727 (權(quán)威A類期刊，第一標(biāo)注) 本文采用經(jīng)顱電刺激右側(cè)背外側(cè)前額葉，發(fā)現(xiàn)工作記憶的潛力越高的人在接受電刺激之后工作記憶容量的提高越多，說明教育需要有更強(qiáng)的針對(duì)性，要因材施教。

4. Wang, S., Itthipuripat, S., & Ku, Y. * (2019). Electrical stimulation over human posterior parietal cortex selectively enhances the capacity of visual short-term memory. Journal of Neuroscience, 39(3), 528–536. (SCI收錄，Nature Index Journal，影響因子5.971，社科重大為第一標(biāo)注) 本文基于課題組所搭建的無創(chuàng)腦干預(yù)平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和有效性驗(yàn)證工作，我們的研究發(fā)現(xiàn)對(duì)頂葉皮層進(jìn)行無創(chuàng)經(jīng)顱電刺激，會(huì)提高被試工作記憶的容量，為提升教育質(zhì)量奠定了堅(jiān)實(shí)的認(rèn)知和心理基礎(chǔ)。

5. Zhang, Y., Wang, Y., & Ku, Y. * (2018). Hypnotic and non-hypnotic suggestion to ignore pre-cues decreases space-valence congruency effects in highly hypnotizable individuals. Consciousness and Cognition, 65, 293–303. http://doi.org/10.1016/j.concog.2018.09.009 (SSCI收錄，影響因子2.272，社科重大為第一標(biāo)注) 本文基于課題組所搭建的無創(chuàng)腦干預(yù)平臺(tái)，通過催眠抑制被試的自動(dòng)化加工過程，發(fā)現(xiàn)高催眠易感性人群，在催眠暗示組和非催眠暗示組，箭頭的啟動(dòng)效應(yīng)都被抑制了，為提升教育質(zhì)量提供了另一種可能的方法。

6. Zhang, Y.*, Qin, F., Liu, B., Qi, X., Zhao, Y., & Zhang, D.* (2018). Wearable Neurophysiological Recordings in Middle-School Classroom Correlate With Students' Academic Performance. Frontiers in Human Neuroscience, 12, 1–8. http://doi.org/10.3389/fnhum.2018.00457 (SCI收錄，影響因子2.871，社科重大為第一標(biāo)注) 本文為課題組所搭建多人腦電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的首次數(shù)據(jù)有效性驗(yàn)證工作。我們運(yùn)用腕部佩戴式心率與皮電測量設(shè)備在初中數(shù)學(xué)和語文課堂教學(xué)過程中連續(xù)采集了100名學(xué)生十天的生理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)皮膚電響應(yīng)與其學(xué)業(yè)成就的顯著相關(guān)關(guān)系。該相關(guān)關(guān)系在控制了學(xué)生每堂課后的主觀報(bào)告后依然存在，表明了生理數(shù)據(jù)可以提供獨(dú)立于主觀報(bào)告之外的額外信息。這一結(jié)果初步展示了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測量數(shù)據(jù)的有效性，為后續(xù)開展多人腦電研究打下了基礎(chǔ)。

7. Han, W., Zhang, M., Feng, X., Gong, G., Peng, K., & Zhang, D.* (2018). Genetic influences on creativity: an exploration of convergent and divergent thinking. PeerJ, 6(3), e5403–18. http://doi.org/10.7717/peerj.5403 (SCI收錄，影響因子2.118，社科重大為第一標(biāo)注) 本文在大學(xué)生群體上探索了基因表達(dá)與創(chuàng)造力的關(guān)系。在321人的大學(xué)生樣本中，我們通過同時(shí)測試他們的創(chuàng)造力測驗(yàn)得分和18個(gè)創(chuàng)造力關(guān)鍵認(rèn)知能力相關(guān)的基因位點(diǎn)。特別的，我們將創(chuàng)造力能力細(xì)分為發(fā)散性思維能力和聚斂性思維能力，發(fā)現(xiàn)了它們對(duì)應(yīng)不同的基因表達(dá)：KATNAL2的rs2576037位點(diǎn)與發(fā)散性思維能力相關(guān)，而COMT的rs5993883位點(diǎn)、SNAP25的rs362584位點(diǎn)與聚斂性思維能力相關(guān)。因?yàn)閯?chuàng)造力在學(xué)習(xí)中扮演關(guān)鍵角色，該研究為進(jìn)一步開展學(xué)生腦機(jī)制研究提供了創(chuàng)造力的基因測量方法與模型。

三、下一步研究計(jì)劃

繼續(xù)依照項(xiàng)目申請(qǐng)書中設(shè)立的總目標(biāo)，以及各子課題的計(jì)劃實(shí)施課題研究。同時(shí)，進(jìn)一步完善現(xiàn)有框架，適度擴(kuò)大研究內(nèi)容。如，在條件允許的情況下，加強(qiáng)核心素養(yǎng)等其他方面的研究。此外，將組織領(lǐng)域內(nèi)專家召開討論會(huì)，對(duì)已取得的成果做報(bào)告并進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)今后進(jìn)一步完善研究計(jì)劃和方案進(jìn)行討論。

課題組供稿