DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-55599-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762208
تاريخ النشر: 2025-01-06
المؤلف: Teruaki Kido وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجوانب المعرفية والتنموية لمهارات الرياضيات
طرق
تصميم التجربة شمل ثلاث جلسات متميزة أجريت في أيام منفصلة، مع فترات بين الجلسات تتراوح من 3 إلى 21 يومًا. تم تنفيذ هذا الجدول الزمني لتقليل مخاطر التأثيرات الناتجة عن الجلسات السابقة أو التعلم. تم توجيه المشاركين بوضوح لتجاهل أي تجارب أو نتائج من الجلسات السابقة لضمان نزاهة البيانات التي تم جمعها في كل جلسة.
نتائج
في هذه الدراسة، شارك المشاركون في ثلاث جلسات تصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، كل منها تتضمن مهمة تقسيم عدد النقاط مصممة لتقييم الاستجابات العصبية المتعلقة بمعالجة العدد. خلال كل تجربة، تم عرض مجموعة من النقاط البصرية لمدة 0.4 ثانية، مما دفع المشاركين لتحديد ما إذا كان عدد النقاط أصغر أو أكبر من العدد المتوسط من التجارب السابقة. تلت ذلك فترة بين المحفزات (ISI) تتراوح من 3.0 إلى 6.0 ثوانٍ، وبعدها تم الإشارة إلى المطابقة المكانية للأحكام مع مفاتيح الاستجابة. هذه المنهجية عزلت بفعالية استجابات fMRI المرتبطة بأحكام العدد، مما يقلل من العوامل المربكة المتعلقة بالتخطيط الحركي والتنفيذ.
تم رسم مجموعات النقاط من ثلاث مجموعات من الأعداد المتداخلة جزئيًا، والموزعة لوغاريتميًا: صغيرة (8، 10، 12، 15)، متوسطة (12، 15، 18، 22)، وكبيرة (18، 22، 26، 32). تم تخصيص كل مجموعة بشكل منهجي لجلسات fMRI مختلفة بطريقة متوازنة عبر المشاركين، مما يضمن فحصًا قويًا للارتباطات العصبية لمعالجة العدد عبر مقادير مختلفة.
مناقشة
تستكشف الدراسة التمثيل العصبي للعدد في الدماغ البشري، مع التركيز على ما إذا كان يشفر مقادير مطلقة أو نسبية. باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) وتحليل الأنماط المتعددة المتغيرات، وجد الباحثون أنه بينما تظهر المناطق الحسية المبكرة بشكل أساسي تشفيرًا مطلقًا للعدد، فإن المناطق الجبهية الجدارية تطور تدريجيًا تشفيرًا نسبيًا مع تقدم المعالجة البصرية. تشير هذه التنظيمات الهرمية إلى أن الدماغ يقوم بتحسين موارده العصبية لتمثيل العدد في سياق معين، مما يسمح بمعالجة فعالة للمعلومات العددية.
تشير النتائج إلى أن تمثيلات العدد النسبي موزعة عبر كل من القشرة البصرية والمناطق الجبهية الجدارية، مع زيادة ملحوظة في أداء التصنيف من المناطق الجدارية إلى القشرة الجبهية الجانبية. كما تسلط الدراسة الضوء على أنه بينما يكون التشفير المطلق مهمًا في القشرة البصرية، يصبح التشفير النسبي أكثر وضوحًا في مناطق الارتباط العليا، مما يدعم الفكرة القائلة بأن العدد النسبي يلعب دورًا حاسمًا في توجيه اتخاذ القرار والسلوك. يقترح المؤلفون أن المعالجة التنبؤية قد تساهم في تشكيل تمثيلات العدد النسبي، مما يشير إلى وجود رابط محتمل بين التكيف والتشفير العصبي للعدد. يتم تشجيع الأبحاث المستقبلية لاستكشاف الآليات الكامنة وراء هذه التمثيلات بشكل أكبر.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-55599-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762208
Publication Date: 2025-01-06
Author(s): Teruaki Kido et al.
Primary Topic: Cognitive and developmental aspects of mathematical skills
Methods
The experimental design involved three distinct sessions conducted on separate days, with intervals between sessions ranging from 3 to 21 days. This scheduling was implemented to mitigate the risks of carryover or learning effects that could arise from prior sessions. Participants were explicitly instructed to ignore any experiences or outcomes from earlier sessions to ensure the integrity of the data collected in each session.
Results
In this study, participants engaged in three fMRI sessions, each involving a numerosity bisection task designed to assess neural responses related to numerosity processing. During each trial, a visual dot array was displayed for 0.4 seconds, prompting participants to determine whether the number of dots was smaller or larger than the average numerosity from previous trials. An inter-stimulus interval (ISI) of 3.0 to 6.0 seconds followed, after which a response cue indicated the spatial correspondence of the judgments to the response keys. This methodology effectively isolated fMRI responses linked to numerosity judgments, minimizing confounding factors related to motor planning and execution.
The dot arrays were drawn from three sets of partially overlapping, logarithmically spaced numerosities: small (8, 10, 12, 15), medium (12, 15, 18, 22), and large (18, 22, 26, 32). Each set was systematically assigned to different fMRI sessions in a counterbalanced manner across participants, ensuring a robust examination of the neural correlates of numerosity processing across varying magnitudes.
Discussion
The study investigates the neural representation of numerosity in the human brain, focusing on whether it encodes absolute or relative magnitudes. Utilizing functional magnetic resonance imaging (fMRI) and multivariate pattern analysis, the researchers found that while early sensory areas predominantly exhibit absolute coding of numerosity, the frontoparietal regions progressively develop relative coding as visual processing advances. This hierarchical organization suggests that the brain optimizes its neural resources to represent numerosity contextually, allowing for efficient processing of numerical information.
The findings indicate that relative numerosity representations are distributed across both the visual cortex and frontoparietal regions, with a notable increase in classification performance from the parietal areas to the lateral prefrontal cortex. The study also highlights that while absolute coding is significant in the visual cortex, relative coding becomes more pronounced in higher-order association areas, supporting the notion that relative numerosity plays a crucial role in guiding decision-making and behavior. The authors propose that predictive processing may contribute to the formation of relative numerosity representations, suggesting a potential link between adaptation and the neural encoding of numerosity. Future research is encouraged to further explore the mechanisms underlying these representations.