Cereb Cortex｜陶沙课题组揭示学龄期儿童阅读与注意发展作用新模式以及左侧额中回与腹侧注意网络的重要中介作用
撰文︱马磊磊，官浩然，王延培
责编︱王思珍，陆 一
编辑︱杨彬伟
注意力和阅读是成功上学和成年生活的基本技能。虽然之前的研究已经证明，注意力的发展支持阅读习得，但学习阅读是否以及如何提高学龄儿童的注意力，以及其中可能涉及的大脑结构和功能的发展，仍然是未知的。
首先，儿童注意能力的快速发展集中于学龄前期，警觉和定向注意在 6 岁前已经达到了与成人相当的水平；执行注意的快速增长期也在学龄前，在学龄期发展相对较为缓慢[1]。而学龄期是儿童阅读能力快速发展的时期[2,3]。正是由于二者发展速度的不平衡，导致二者在不同年龄阶段存在不同的关系。往往在低年龄阶段的注意能力可以预测阅读能力的发展[4]，那么到了学龄期在注意能力发展趋缓甚至某些成分成熟后，其是否还能预测阅读能力的发展以及这种预测关系是否会受到注意水平的影响都有待于进一步地探索。另一方面，以往的研究都集中在注意能力对阅读能力的影响，而很少有研究探讨阅读能力对注意能力的作用。事实上，儿童期是阅读能力的快速发展期，早期儿童使用认知能力来学习阅读技能，并在完成大多数阅读任务时都会用到这些认知能力[5]。因此，学校教育期间进行的阅读教学也可以为包括注意在内的认知能力提供长期的训练。那么，在学校系统阅读教学下，阅读能力的快速提升是否也会促进注意能力的发展以及这种促进作用是否受到阅读水平的调节还有待于进一步研究。
在阅读和注意的脑机制研究中，额中回（left middle frontal gyrus）作为中文阅读与习得的重要脑区[6]，同时也是背侧与腹侧注意网络的汇合点[7]。腹侧注意网络（ventral attention network）涉及额上回、颞下回和下顶叶，与语言网络高度重合，是语言网络在右半球的镜像[8]，其功能连接强度与阅读表现呈正相关[9]。作为注意与阅读可能的共享脑区，额中回的结构发展以及其与腹侧注意网络的功能连接是否介导了学龄期阅读对注意能力的纵向预测作用尚不清楚。
近期，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的陶沙教授课题组在Cerebral Cortex上发表了题为“Learning to read may help promote attention by increasing the volume of the left middle frontal gyrus and enhancing its connectivity to the ventral attention network”的文章，阐述了学龄期儿童注意与阅读的双向建构新模式及其脑基础。王延培博士为论文第一作者，陶沙教授为论文通讯作者。研究发现，在正常发育的学龄儿童中，学习阅读可以促进注意能力的发展并改善儿童的注意问题，且这种促进作用主要通过左侧额中回体积的增加及其与腹侧注意网络功能连接的增强来实现；而选择注意与执行注意并不能预测儿童阅读能力的发展，只有当儿童的注意出现问题时才会制约阅读能力的发展。（拓展阅读：陶沙课题组最新研究进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Neurosic Bull︱SACT模板：针对学龄儿童的弥散张量模板及其效度验证）
研究数据主要来源于学龄儿童青少年脑智发育与学校适应的追踪队列研究。研究者选取了233名6至12岁儿童基线与追踪时的阅读成就与注意能力数据，其中阅读成就测试来源于中国儿童青少年心理发展调查项目组，注意能力分为三部分：一是通过数字划消任务测量的选择注意，二是通过儿童版 ANT（attention network test）任务测量的执行注意，三是由父母报告的长处与困难问卷（Strengths and
Difficulties Questionnaire，SDQ）中的注意问题，通过加和三个注意测试的Z分数得到综合注意的得分。此外，研究者还收集了两次测试时儿童的T1结构像和静息态成像，两轮测试的间隔约为一年。首先，在控制性别、家庭背景、利手、扫描点等协变量后，利用交叉滞后模型控制基线阅读或注意水平，以探索学龄儿童注意与阅读能力间是否存在对彼此的单向或双向预测作用。结果显示，基线时更高水平的阅读表现对应追踪时更好的选择注意（图1 A）、执行注意（图1 B）与更少的注意问题（图1 C）；反之，基线时的选择注意与执行注意都不能显著预测儿童一年后的阅读表现（图1 A, B），但基线时儿童的注意问题越多，一年后的阅读发展越差（图1 C）。学龄期的阅读能力对注意发展的纵向预测作用在不同年龄、性别、阅读经验和注意表现的亚组中均稳定存在，揭示了阅读成就对儿童注意发展的重要作用。考虑到阅读涉及多种认知加工过程，学习阅读可以为不同认知能力，如注意，提供长期高效的训练。学习阅读对认知发展的促进作用可能在小学阶段最为明显，此阶段阅读的教学最为系统，阅读相关的训练也较为密集。另一方面，注意问题也可能是阻碍儿童在学龄早期阅读学习的原因之一。
图1 学龄期儿童注意与阅读能力的纵向预测作用
（图源：Wang, et al., Cereb Cortex, 2022）
接下来，为了探究注意与阅读发展是否存在共享的神经基础，研究者利用基线数据进行了基于体素的形态学分析。结果显示，灰质体积与注意表现成正相关的脑区主要位于额叶和前扣带回（图2 蓝色区域），与阅读相关的脑区则主要集中在额叶、扣带回、顶叶、旁海马回、梭状回和小脑（图2 红色区域），而左侧额中回是两种认知能力发展共享的脑区（图2 黄色圈内）。
图2 基线时灰质体积与注意或阅读相关的脑区，颜色条代表z值
（图源：Wang, et al., Cereb Cortex, 2022）
除此之外，研究者还检验了学龄期注意与阅读发展是否存在共享的静息态功能连接。基于体素分析的结果，将学龄期注意与阅读发展共享的脑区——左侧额中回作为mask进行全脑的功能连接分析。结果显示儿童注意表现与左侧额中回、左腹侧额叶（脑岛前部/额下回）、双侧下顶叶以及右侧尾状核间的功能连接强度成正相关（图3 蓝色区域）；而阅读则与左侧额中回、左脑岛前部/额下回、左侧下顶叶和小脑间的功能连接强度成正相关，与左侧额中回和右侧后扣带间的功能连接强度成负相关（图3 红色区域）。在两种认知能力中，重叠的与左侧额中回相关的功能连接脑区为额下回和下顶叶（图3 黄色圈内）。在腹侧注意网络的一系列脑区中，额下回负责语音和语义的加工，以及执行注意；而下顶叶则参与了语音加工和选择性注意[10]。额中回同时参与注意和阅读发展的调节，其与腹侧注意网络之间的功能连接是注意和阅读发展所共享的重要脑基础。
图3 基线时与注意或阅读相关的左侧额中回功能连接脑区，颜色条代表z值
（图源：Wang, et al., Cereb Cortex, 2022）
最后，研究者以基线时的阅读成就为自变量，追踪时左侧额中回共享脑区内的平均灰质体积为中介变量，追踪时的注意表现为因变量，通过中介效应分析，验证了共享脑区的结构与功能发育是否为基线阅读能力促进后续注意能力提升的脑基础。结果显示，在综合注意能力的维度上，左侧额中回的灰质体积（图4 A）以及其与额下回/脑岛（图5 A）和下顶叶（图6 A）的功能连接显著地介导了基线阅读对追踪注意发展的促进作用。
图4 注意和阅读能力与左侧额中回灰质体积的中介效应分析
（图源：Wang, et al., Cereb Cortex, 2022）
进一步的分析显示，阅读发展可以通过提高左侧额中回的灰质体积来促进儿童执行注意的成长（图4 C）并减少儿童的注意问题（图4 D）。此外，阅读发展还可以通过增强左侧额中回与额下回的功能连接来促进执行注意的发展（图5 C），并通过增强左侧额中回和下顶叶之间的功能连接来促进选择注意的发展（图6 B）。
图5 注意和阅读能力与额中回-额下回/脑岛功能连接的中介效应
（图源：Wang, et al., Cereb Cortex, 2022）
图6 注意和阅读能力与额中回-下顶叶功能连接的中介效应分析
（图源：Wang, et al., Cereb Cortex, 2022）
原文链接：https://doi.org/10.1093/cercor/bhac206
本研究获得北京市科委脑科学创新项目(Z181100001518003)，111计划(BP0719032)和国家自然科学基金创新群体项目的支持(31521063)
陶沙课题组合照
（照片提供自：北京师范大学陶沙实验室）
陶沙，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授，致力于探索在中国文化背景下儿童青少年脑与心理发展特点和机制、认知与语言学习，学习困难及教育干预。迄今，主持多项国家级、教育部科技重点与北京科委重大专项课题，发表论文100余篇，出版著作4部，获全国和北京多项优秀成果奖。2016年起，牵头组织开展学龄儿童脑发育与学校适应影像遗传追踪研究，完成基线测量830余例，追踪累计1700余人次。
王延培，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室师资博士后，研究方向为儿童认知、阅读能力发展与脑发育，以第一作者或通讯作者发表SCI/SSCI论文16篇
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参考文献（上下滑动阅读）
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