用于数学和阅读的认知控制网络的神经发育共性：对3308名参与者的元分析

这项研究与日常生活的关系

儿童阅读和数字运算的学习程度影响他们在学校的表现、就业前景，甚至长期健康。这些技能常常同步起落：阅读能力强的孩子往往数学也好，而在一方面有困难的孩子常在另一方也有困难。本文提出了一个看似简单但具有重要现实意义的问题：大脑是否依赖一个共享的“控制系统”来支持我们既阅读又做数学运算，该系统是否在儿童期到成年期的发展中存在差异？

两种学校技能，一个共享的大脑工具箱

表面上看，阅读和数学迥然不同——字母与数字、故事与算式——但早期研究显示两者的分数高度相关。作者汇集了来自179项脑成像实验、共3308名参与者的结果，检验这种行为上的相关性是否反映了共同的大脑机制。他们聚焦于那些比较每一学科中简单任务与复杂任务的研究，例如简单与复杂算术、词语阅读与句子阅读。这样可以将处理基本感知的脑区与在需要心理努力、计划和注意时介入的控制区分开来。

数学和阅读各有“基地”

元分析证实，数学和阅读各自依赖一组不同的专门区域。数字与算术任务主要激活顶叶和额叶的区域，这些区域参与数量处理、空间注意和工作记忆。相比之下，阅读任务持续激活左侧的颞叶与枕叶网络，包括解码书写词形并将其与语音和意义连接的区域。这些发现符合几十年来的研究：算术依赖处理数量和分步问题解决的脑系统，而阅读依赖于适应语言和视觉词识别的系统。

用于费力思考的共同控制枢纽

在这些学科特异性的“基地”之外，研究发现了一个显著的重合：当任务更具挑战性时，数学和阅读反复激活一组被称为显著性网络的共享控制区。该网络的关键枢纽包括前岛叶和背内侧前额皮质，这些区域被认为帮助我们聚焦重要信息、在心理程序间切换并决定投入多少努力。当成年人和儿童面对更难的问题或更复杂的文本时，这些枢纽都会被激活，无论处理的是数字还是文字。对数千个其他成像结果的附加分析显示，这些枢纽还与注意力、记忆和推理等一般能力相关，强化了它们构成领域无关控制系统的观点。

儿童与成人大脑的差异

作者还比较了儿童与成人的脑模式。儿童在数学和阅读任务中，即便是相对简单的任务，也表现出更广泛且更强烈的控制网络参与。他们的顶叶和颞叶激活也更为扩散。相比之下，成人更多依赖于精简的后部“专家”区域，这些区域能高效处理熟悉的符号和事实，但在任务真正具有挑战性时仍会动员前额的控制枢纽。这一模式表明了一个发育转变：随着经验和学校教育调整专门的数学与阅读回路，大脑在常规问题上可以较少依赖通用控制，将其保留用于真正需要额外努力的时刻。

对学习与困难的启示

总体而言，这篇综述支持这样一种观点：一个共有的认知控制网络有助于推动数学和阅读两方面的成功，而相似性并非许多无关过程的松散副产品。维持注意力、灵活切换策略和协调不同大脑系统的能力——这些功能与前岛叶和背内侧前额皮质相关——似乎是两领域学习的核心。这种共享结构或能解释为何数学与阅读的学习困难常常共发生，以及为何提升注意力、动机和策略性思维的干预能改善多个学科的成绩。对家长、教师和临床人员而言，信息很明确：支持儿童的通用认知控制技能不仅是加分项——它是帮助他们成为自信读者和问题解决者的核心要素。

引用: Ünal, Z.E., Park, Y., Simsek, E. et al. Neurodevelopmental commonalities in cognitive control networks for mathematics and reading in meta-analysis of 3308 participants. Nat Commun 16, 8398 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63259-8

关键词: 认知控制, 数学与阅读, 大脑发育, 显著性网络, 学习困难