論文題為“Influence of high-level mathematical thinking on L2 phonological processing of Chinese EFL learners: Evidence from an fNIRS study”，即高階數學思維對中國英語學習者第二語言加工的影響：來自fNIRS研究的證據。
該文是慧創近紅外腦功能成像支撐發表在SSCI期刊教育學領域的論文。該研究利用慧創便攜式近紅外腦功能成像裝置NirSmart，采集被試額葉和顳葉的近紅外信號，探索揭示了幾何問題中使用的高水平數學思維對中國學生英語學習中語音加工的影響。 01 研究背景 數學和語言是人類最古老最重要的兩個學科，也代表著人類兩種最重要的認知能力。它們之間的相互關系及影響，是學習和認知科學領域的學者們長期關注的重要問題。許多研究揭示了語言在發展數學技能中的重要作用。但數學思維如何影響語言學習，尤其是第二語言(L2)的學習，仍然是未知的。 該研究選取14名非英語專業中國大學生，所有被試隨機分為前置幾何任務組（實驗組，圖1中B組）和無前置幾何任務組（對照組，圖1中A組）。所有被試完成三種不同的實驗測試，包括英語語音測試（簡稱英語測試）、幾何測試（被試須在規定時間內完成幾何題）和視覺空間能力測試（簡稱VSA測試）。如圖1所示，實驗組被試須在同一天連續完成幾何和英語兩項測試，中間間隔時間5分鐘（即幾何是英語的前置任務），在另一天單獨完成VSA測試。而對照組被試則分三天分別完成三項測試，每項測試前都沒有前置任務。 圖1 實驗流程圖 該研究在被試進行英語測試過程中，利用便攜式fNIRS設備（NirSmart，丹陽慧創醫療設備有限公司，中國）測量了額葉和顳葉區域腦皮層共48個通道的血紅蛋白濃度變化情況。如圖2所示，fNIRS覆蓋的腦皮層區域被劃分為6個感興趣的腦區（ROI）：1） A1/A2：左/右額下回的Broca區；2）B1/B2：左/右 顳上/顳中回的后部，Wernicke 區；3）C1/C2：左/右運動感覺區；4）E1/E2/E3: 左/右/中央額中回的背外側前額葉皮層；5）F1/F2/F3: 左/右/中央額極區和6）G1/G2：左/右前額眼動區。 圖2 通道排布圖 02 研究結果 2.1 行為學分析結果 如表2所示，所有被試的英語語音測試成績（PSS）與他們的大學英語四級成績（CET-4 score）之間有顯著正相關（r = 0.791，p<0.01）.而其他行為學數據（GS：幾何測試成績；VSA：視覺空間能力測試）之間沒有顯著的相關關系。 表2. 所有被試的行為學數據相關性(r)分析結果 其中: ** p < 0.01 2.2 腦皮層激活分析結果 如圖3所示，在英語語音測試中，沒有前置幾何任務的被試（A組）大腦中負責第二語言語音解碼的腦區被正常激活；而有前置幾何任務的被試（B組），其大腦中負責第二語言解碼的腦區激活受到了抑制。這一現象，可能是因為解決幾何問題時動用的大腦高階數學思維，對語音解碼相關的腦激活產生了抑制。 圖3在英語語音任務中兩組的腦皮層平均激活圖（t值圖）[A組（上：對照組）無前置幾何任務，B組（下：實驗組）有前置幾何任務] 2.3 腦連接分析結果 無前置幾何任務組被試的腦網絡功能連接模式（如圖4，A組）表明當中國英語學習者對第二語言進行語音解碼時，各功能腦區間存在高水平的連接和協調。然而，當有前置幾何任務組的被試（如圖4，B組）執行語音任務時，發現第二語言解碼所需的腦區間的高度協同性出現了顯著下降和轉移。轉移的具體表現為，語言高度相關區域（Broca區和Wernicke 區）與其它腦區之間的相關性明顯下降，而左右腦語言高度相關區域（如左右側Broca區）之間的連接和協調性有所上升。這表明解決幾何問題運用的高階數學思維對中國學生二語語音解碼的腦連接模式也會產生影響。 圖4 兩組在英語語音任務時的腦功能連接圖（左:A組:對照組；右B組:實驗組） 2.4 語音測試分數與Broca區腦激活強度的相關性分析 如圖5(b)所示，在實驗組產生顯著腦激活的通道14（位于左側Broca區），英語語音測試分數（PSS）與腦激活強度（△HbO）呈顯著強正相關（r = 0.916，p<0.05, FDR分析后）；在實驗組產生顯著腦激活的通道4（位于右側Broca區），PSS與△HbO呈接近顯著的強正相關（r = 0.805，p=0.131, FDR分析后）。對照組在Broca區顯著激活的所有通道中，沒有任何通道的腦激活強度與PSS呈現顯著相關關系。 圖5 兩組被試在通道4和14的英語分數與腦激活強度的相關性[上:A組(對照組)；下:B組(實驗組)] 03 研究結論 研究結果表明高水平的數學思維不會對第二語言學習產生即時的行為影響，但可能會對中國學習者的英語詞匯語音加工產生認知殘留。這種認知殘留，對于英語水平較低的學習者（PSS較低者）來說，會直接導致其英語語音解碼功能腦區的激活被抑制；而對于英語水平較高的學習者（PSS較高者）來說，他們在左側英語語音解碼優勢腦區被抑制的同時，會通過激發右側對應腦區以及增強左右側腦區的功能連接，來部分或全面抵消這種負面影響。 本研究啟發學校在安排課表之前需考慮學生的認知負荷，合理地安排數學課程和英語課程的先后順序和間隔時間。同時，對于要實施中英文雙語教學的數學課程，教師需認真評估課程內容和授課方式給學習者帶來的認知負荷，避免學習者出現認知過載的情況。 04 此類研究中fNIRS的優勢 fNIRS是一種相對新穎的非侵入性神經成像技術。與其他神經成像方法相比，fNIRS使用快捷，生態效度高，對運動偽影不敏感，更利于在學校環境下實施檢測，可有效測量學習者在教與學活動中的腦皮層激活數據。此外，fNIRS具有較高的采樣率，時間分辨率性能良好。 展望
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