提高基礎教育質量的腦科學機制研究中期檢查報告

一、研究進展情況

主要內容：

項目預計最終發表10篇以上CSSCI以上的論文，其中至少有5篇以上發表在SSCI/SCI期刊上。課題組目前已達到指標要求，共發表11篇標注本課題的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篇國內核心期刊論文。

②調查研究及學術交流情況

完成多模態調研數據的收集，包括：

（1）已完成基礎教育情境下腦電和生理數據的采集；并已完成包括腦電、心率、皮電和視頻音頻同時采集的教學情境實驗平臺，所用設備均為便攜版本，可以實現在基本不影響教學過程的情況下對中學生及老師的全面數據采集。目前該平臺已經順利在某中學實現規范化數據采集操作，完成了一學期的200名學生總計4周的數據采集。

（2）完成多人腦電與生理數據分析。已有探索分析包括兩個部分：一是分析方法在實驗室控制實驗下的性能測試，我們對已有多人腦電與生理數據分析方法進行了系統性的文獻梳理，并開展了部分方法探索，在測量學生注意力、情緒狀態、創造力等關鍵認知指標上積累了方法技術，特別是其中對情緒狀態的分析方法創新性地提出了多人腦電聯合分析的思路，并得到了不錯的實驗結果；二是對平臺所采集數據有效性的驗證分析，我們對心率、皮電等數據的初步個體化分析展示了平臺數據的有效性。具體介紹見發表成果部分。

（3）基礎教育階段訓練產生效果的評估，對144位參加測試兒童進行多方面行為數據的收集，討論珠心算對工作記憶的影響。

積極參加國內外學術會議和學術交流。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）會議；參加2019年3月23-26日在美國舊金山召開的CNS（認知神經科學）會議；國內2018年心理學大會等。

積極開展國際合作，與加州大學舊金山分校（UCSF）、美國范德堡大學等機構展開合作，并發表論文。

③成果宣傳推介情況

對課題的各項研究成果進行多方位宣傳和推廣：（1）以微信方式在華東師范大學心理學院公眾號、華東師范大學教育學部公眾號、浙江大學物理學系公眾號等平臺宣傳成果，并得到廣泛關注；（2）在領域內的專業會議中宣講成果，包括美國認知神經科學年會（CNS）、國際腦圖譜聯盟會議（OHBM）、美國電氣工程協會生物醫學工程（IEEE EMBS）等國際會議，以及中國心理學年會、普通心理學和實驗心理學年會等國內高水平會議；（3）在各高校主辦的學術活動中報告研究成果，包括清華大學、浙江大學、華東師范大學、西南大學、中山大學等；（4）被《北京日報》、《北京晨報》、《鳳凰新聞》等媒體轉載報道研究成果。下階段將進一步加強對研究成果的轉化應用，爭取在教育領域實施和推廣研究成果。

二、研究成果情況

主要內容：

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，社科重大為第一標注) 在這項研究中，一共有144位兒童參加測試。研究發現，在數學能力測試和視空間工作記憶能力測試中，珠心算練習兒童的績效顯著高于對照組，但是在瑞文標準推理測試中，沒有明顯的差別；在完成視空間任務時，我們發現珠心算兒童的腦激活程度明顯高于對照組；更有趣的是，在考察數學能力、視空間工作記憶和右側額中回激活三者的關系時，我們發現右側額中回的激活起了調節作用。該研究表明右側額中回可能在珠心算的遷移效應中起到重要的作用。

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，社科重大為第一標注) 這項研究，有162名兒童參與實驗，其中90名兒童有1-5年的珠心算學習經歷。研究發現，經過珠心算學習的兒童，他們的視覺網絡顯示出更高的局部效率和更強的模塊內連接；而帶狀蓋（CON）網絡的局部效率和模塊內的連接強度則較對照組兒童明顯減弱。更有趣的是，我們發現帶狀蓋的局部效率與珠心算兒童的數學能力呈負相關，帶狀蓋的模塊內連接強度也與珠心算兒童的數學能力呈負相關。而對照組則沒有類似的想象。也就是說，珠心算練習能夠調節視覺網絡和帶狀蓋的局部效率和模塊內連接強度。

3. 王思思, 庫逸軒*. (2018). 右側背外側前額葉在視覺工作記憶中的因果性作用. 心理學報, 50(7), 727–738. http://doi.org/10.3724/SP.J.1041.2018.00727 (權威A類期刊，第一標注) 本文采用經顱電刺激右側背外側前額葉，發現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的針對性，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，社科重大為第一標注) 本文基于課題組所搭建的無創腦干預平臺，進行數據采集和有效性驗證工作，我們的研究發現對頂葉皮層進行無創經顱電刺激，會提高被試工作記憶的容量，為提升教育質量奠定了堅實的認知和心理基礎。

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，社科重大為第一標注) 本文基于課題組所搭建的無創腦干預平臺，通過催眠抑制被試的自動化加工過程，發現高催眠易感性人群，在催眠暗示組和非催眠暗示組，箭頭的啟動效應都被抑制了，為提升教育質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，社科重大為第一標注) 本文為課題組所搭建多人腦電實驗平臺的首次數據有效性驗證工作。我們運用腕部佩戴式心率與皮電測量設備在初中數學和語文課堂教學過程中連續采集了100名學生十天的生理數據，發現皮膚電響應與其學業成就的顯著相關關系。該相關關系在控制了學生每堂課后的主觀報告后依然存在，表明了生理數據可以提供獨立于主觀報告之外的額外信息。這一結果初步展示了實驗平臺測量數據的有效性，為后續開展多人腦電研究打下了基礎。

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，社科重大為第一標注) 本文在大學生群體上探索了基因表達與創造力的關系。在321人的大學生樣本中，我們通過同時測試他們的創造力測驗得分和18個創造力關鍵認知能力相關的基因位點。特別的，我們將創造力能力細分為發散性思維能力和聚斂性思維能力，發現了它們對應不同的基因表達：KATNAL2的rs2576037位點與發散性思維能力相關，而COMT的rs5993883位點、SNAP25的rs362584位點與聚斂性思維能力相關。因為創造力在學習中扮演關鍵角色，該研究為進一步開展學生腦機制研究提供了創造力的基因測量方法與模型。

三、下一步研究計劃

繼續依照項目申請書中設立的總目標，以及各子課題的計劃實施課題研究。同時，進一步完善現有框架，適度擴大研究內容。如，在條件允許的情況下，加強核心素養等其他方面的研究。此外，將組織領域內專家召開討論會，對已取得的成果做報告并進行評估，并對今后進一步完善研究計劃和方案進行討論。

課題組供稿