数学学习困难儿童在注意脱离方面存在迟缓
数学学习困难(MLD)是指数学技能方面的各种缺陷,通常与算术和问题解决领域相关。本研究通过对线索-靶子异步性(CTOA)的参数化处理,研究了MLD儿童在空间线索任务下注意定向的时间进程。实验1的结果显示,与典型的发展儿童相比,即使在最长的CTOA测试(800ms)中,在MLD儿童中也没有观察到注意定向的抑制后效应(通常称为返回抑制(IOR)。然而,在MLD儿童中观察到强有力的早期促进作用,这表明他们在注意力脱离方面存在困难,而不是在注意力介入方面。在第二个实验中,在提示任务中引入辅助线索,以帮助注意力的转移,并观察了MLD儿童的IOR效应。综上所述,本实验表明MLD儿童在脱离空间注意力方面表现迟缓。
关键词:注意;数学学习困难;返回抑制；Posner提示任务；注意力脱离
引言
作为认知发展的一个里程碑,大多数儿童在几年的正规教育中就获得了解决算术和其他数学问题的能力( Geary,1996)。然而,大约6-14%的儿童患有数学学习困难(MLD),尽管他们有足够的智力、学习机会和正常的社会文化环境( Barbaresi et al.,2005)。已有研究表明,MLD患者在视觉空间工作记忆方面存在缺陷((e.g., McLean and Hitch, 1999; Swanson and Sachse-Lee, 2001;Jarvis and Gathercole, 2003; Holmes and Adams, 2006; Bull et al., 2008);和执行功能,如抑制、转移和更新(e.g., Bull and Scerif, 2001; Ashkenazi et al., 2009;Toll et al., 2011)。MLD儿童执行功能缺陷,尤其是无法抑制与任务无关的信息,这与许多MLD儿童表现出与诊断为注意缺陷多动障碍(ADHD,e.g.,Shalev et al., 1995)行为一致。研究表明，注意功能有用于提醒、定向和执行控制(Fan et al.， 2003)，MLD儿童在提醒和执行控制方面都有缺陷，但在外源性定向方面没有缺陷(Ashkenazi和Henik, 2010)。此外，最近的功能神经成像研究显示，在执行数学任务时，有数学困难的儿童的顶叶皮层(IPS)的激活减少，而IPS是注意力网络的一个节点，对定向至关重要((e.g., Kucian et al., 2006; Mussolin et al., 2010; see Corbetta and Shulman, 2002,for an in-depth discussion)。与此相关的是，大部分的MLD患者存在共病阅读障碍。（e.g.,Lewis et al., 1994; Barbaresi et al., 2005; von Aster and Shalev,2007)，一种已知会引起注意力缺陷的疾病。（e.g.,Facoetti et al., 2003; Ding et al., 2016; for reviews, see Hari and Renvall, 2001; Krause, 2015)。这些事实都表明注意力缺陷和数学困难之间有着密切的联系。
当注意力被定位到一个位置后，一个抑制标记会留在那里阻止注意力的返回。这种抑制注意返回的机制被称为返回抑制(IOR)，被广泛认为是转向新异刺激的主要动力(e.g., Koch and Ullman, 1985; Klein, 1988; Klein and MacInnes, 1999)。IOR经常用来检查空间提示任务(Pasner, 1980),需要对前面信息提示的目标做出快速响应。周围线索的突然出现会自动吸引注意力,IOR通常在相对较长的CTOA时显现，并在较慢的反应中显现出来（e.g., Posner and Cohen, 1984; see Klein, 2000）,IOR的起始时间约为线索出现后的300ms(for a metaanalysis, see Samuel and Kat, 2003),但它也随任务难度的变化而变化(e.g., Lupiaacute;ntilde;ez et al., 1997; Lupiaacute;ntilde;ez et al., 2001;see Klein, 2000, for a discussion)，反映了执行控制的灵活性。例如，老年人发生IOR的时间要晚得多，他们的执行功能正在退化(例如，他们的大脑正在退化)。(e.g., Langley et al., 2011; Muintilde;os et al., 2016; Li et al., 2018)。
IOR延迟出现可能是注意力从提示上缓慢(或失败)脱离的结果(Lupianez，2001)。
综上所述，Ashkenazi和Henik(2010)的研究表明，MLD儿童在执行控制方面存在缺陷，这对于灵活和有效的定向是至关重要的。本研究的主要目的是通过以空间定向为重点的任务来研究MLD儿童的注意功能。更具体地说，MLD儿童是否会出现延迟的IOR缺陷？也就是说，表现出注意力不集中的缺陷(如老年人)?
对MLD患儿和典型发展对照组(TD)进行空间提示实验，CTOA在100ms、200ms、400ms和800ms之间变化。较短的CTOAs(如100和200 ms)由于受到外围线索的注意捕获，预期会产生早期的易化效应，而较长的CTOAs(如400和800 ms)预期会产生IOR效应。如果MLD儿童在转移注意力方面有困难，我们期望在本研究中较长的CTOAs中观察到较弱(或无)的IOR效应(如800 ms)。在第二个实验中，一个辅助(中心)线索被添加到提示任务中，以促进注意力脱离线索(e.g., Briand et al., 2000;Pratt and Fischer, 2002; MacPherson et al., 2003).我们期望观察到，如果MLD儿童在注意力脱离方面确实存在缺陷，他们的IOR会更早出现。
实验一:注意定向的时间过程
方法
本研究的研究方案经杭州师范大学心理科学研究所全体研究评审委员会批准。参与本研究的儿童的父母或其他法定监护人均提供了书面的知情同意书。
被试
本研究共对224名当地小学三年级儿童进行MLD筛查。所有儿童都以普通话为母语，视力正常或矫正至正常。根据他们的学校记录，他们都不是社会文化弱势群体，也没有行为或神经心理问题。他们没有参与其他的心理学研究。这些儿童大部分为9岁，年龄足够大，外源性注意力定向能力发展良好(e.g., Akhtar and Enns, 1989; Trick and Enns, 1998))。根据数学期末考试结果显示，这些三年级的孩子在数学成绩方面有明显的个体差异。
特意设计用于诊断MLD的测量方法是不可用的，大多数研究人员依赖于成绩测试，通常与智力测量相结合(IQ)。在本研究中，瑞文联合标准智力检验(CRT;Li and Chen, 1989)被用来评估儿童的非言语智能。被纳入MLD组，儿童需要有正常的智力，在最近的期末数学考试(e.g., Geary et al.,2000)中得分低于年级的20%，曾被其数学老师报告有严重且持续的数学学习困难(Passolunghi and Mammarella, 2012)。根据这些标准，14名儿童被纳入MLD组(11女孩和3名男孩;年龄范围:8.3-9.5岁)。对照组包括15名正常发育(TD)儿童(10名女孩和5名男孩;年龄范围:8.5-9.5岁)。TD组与MLD组年龄匹配(见表1)，韦氏智力检验，t(27) = 0.236, p=0.815, Cohenrsquo;s d= 0.088。MLD组在非言语智力测验(CRT)中得分较低，t(27) = 5.245, p lt; 0.001, Cohenrsquo;s d=1.936，但其非言语智力均在正常范围内。MLD组最近一次数学考试成绩较低，t(27) = 15.09，plt;0.001, Cohenrsquo;s d = 3.277。综上所述，数学学习障碍没有标准的诊断工具。我们要明确地承认，本文中的“MLD”指的是“数学学习困难”，而不是“数学学习障碍”。
材料和设备
采用经典的posner提示任务(Posner and Cohen, 1984)来评估注意定向后的早期注意促进和后期的IOR效应。刺激被呈现在一个19英寸的NESO CRT显示器上。注册和刺激演示由Windows 7 PC控制，运行Python编写的脚本。眼动通过安装在台式电脑上的眼线墨水1000眼动仪进行监测(SR Research, Mississauga, ON, Canada)。眼动仪的跟踪精度被报告为0.25或更好，并且被试的凝视位置被采样在1000赫兹。
实验在一个安静的房间里进行。被试坐在电脑显示器前，观察距离(62厘米)用下巴托保持。在屏幕水平子午线上放置两个灰色方框，分别对应1.80 x 1.80°的视角，距离中心固定十字轴9.0°(见图1)。目标是一个明亮的、充满的圆，直径为1.0°。
任务过程
图1显示了提示任务中一个示例试验的事件序列。在每次试验开始时进行漂移检查(未见图1)，以检查跟踪器的跟踪精度。被试被要求看着屏幕上的一个可视目标，实验者按下主PC键盘上的空格键来接受一个稳定的凝视。当被试的注视位置距离目视目标不超过2°时，就可以成功的进行漂移检测。然后，在屏幕上显示两个灰色方框，时间为1000 ms，并在屏幕中心显示一个固定十字架。然后，提示100毫秒左右在方框中出现。分别在100、200、400或800 ms后出现目标，以检验早期注意促进效应和后期IOR效应。目标出现在两个方框中的一个，并且被试被要求在标准的QWERTY键盘上用空格键尽可能快速和准确地做出反应，目标在1500毫秒内保持可见，或者直到被试做出反应。为了阻止预期的反应，在25%的试验中目标没有出现。目标可以出现在提示框中(有效提示)，也可以出现在与提示相反的框中(无效提示)，概率相同。
提示任务包括四个模块，共40个试验。眼动仪在每次开始或被试需要休息时，使用标准的九点校准程序进行校准。在整个试验过程中，被试都被明确指示要眼神注视在中央方框上。如果在两个连续的实验中，固定被打破，实验者会提醒被试继续看中间的方框，不要移动他们的眼睛。
早期的易化效应通常归因于线索对注意力的捕获，表现为有效提示的快速RTs比无效提示的目标快，而IOR表现为较慢的RTs比无效提示的目标快。
结果
为了阻止预期的反应，25%的试验是捕捉试验。变量组(MLD vs. TD)和CTOA对误报率进行方差分析，无显著影响，均为Flt; 1。MLD儿童误报率为3.79,TD儿童误报率为3.13%。对漏检率的方差分析显示，组间差异无统计学意义，F(1,27) = 8.08, p= 0.008, n2= 0.230;MLD和TD患儿的漏报率分别为2.01和0.36%。没有其他显著的影响。
动眼神经系统的主动参与可能会引起无法归因于注意力的不愉快的运动效应(e.g., Hilchey et al., 2014)，因此在分析中排除了发生眼球运动的试验。这些试验分别占MLD和TD儿童试验(包括catch试验)的15.90和13.02%。对因眼球运动而被排除在外的试验比例进行方差分析，发现变量组(MLD vs. TD)和CTOA对F lt; 1组无主要影响。CTOA有主效应，F(3,81) = 3.67, p= 0.016, n = 0.120;在长CTOA时，眼睛不太可能离开中央方框。随着CTOA的增加，对目标的时间期望增强，提示的出现不太能吸引眼球，(i.e., oculomotor capture; Theeuwes et al., 1998).双向交互作用不显著，Flt;1。
非捕获试验中的RTS根据每个参与者在每个实验单元中的试验次数，遵循Van Selst和Jolicoeur（1994年，表4）给出的标准。这个异常值去除过程有效地控制了对于在不同的实验次数中成功完成的试验次数的影响。它已被该领域的研究人员广泛采用，各种自动化工具（如r package）可免费在线获得。该程序只排除了一小部分试验，MLD和TD儿童分别为3.06%、3.22%。对因该程序而排除的试验比例的方差分析显示没有主要影响或相互作用。
提示任务中的注意效应通常是量化的。有效提示目标和无效提示目标的RT差异：早期注意易化效应表现为对有效提示目标的RTs加快，而晚期IOR效应表现为缓慢RTs对有效提示目标的影响。所有条件下的平均RTs如图2所示。为了检验MLD儿童的注意效应是否受损，RTs进行方差分析，变量组（MLD vs.TD）、提示（有效vs.无效）和ctoa（100、200、400或800ms）。结果表明，F（1，27）=5.213，P=0.031，eta;2P=0.162，CTOA，F（3，81）=11.00，Plt;0.001，eta;2P=0.290组有显著的主效应。MLD组RTs时间较长，随着CTOA的增加，RTs时间普遍减少。提示的主效应不显著，f（1,27）=0.097。p=0.757，eta;2p=0.004。这并不意外，因为它有助于通常在短CTOA时观察到效应，而IOR预期对更长时间的CTOA产生影响。提示与CTOA之间存在显著的双向交互作用，F（3，81）=8.135，Plt;0.001，eta;2P=0.232，提示效应与CTOA之间存在差异。提示与组间的双向交互作用为边际交互作用，f（1,27）=4.13，p=0.052，eta;2p=0.133；提示效应在TD组更为显著。CTOA与F（3,81）=1.037，p=0.3
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