手写能增强学习所需的大脑功能
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作者：Vijay Kumar Malesu
审校：Lily Ramsey, LLM
2024年12月9日
研究发现手写能激活关键大脑区域，有助于记忆和学习，建议学校应平衡传统和数字教学方法。
研究：手写而非打字导致广泛的大脑连接：高密度EEG研究及其对课堂的影响。图片来源：fizkes/Shutterstock.com
最近发表在《心理学前沿》（Frontiers in Psychology）的一项研究探讨了手写与打字对大脑连接和学习的影响，使用高密度脑电图（HD EEG）探索其对教育的启示。
背景
随着教育中数字设备逐渐取代手写，了解其对认知和神经过程的影响变得尤为重要。尽管打字因其便捷性而受到鼓励，但手写已被证明可以提高拼写、记忆、字母识别和学习能力。神经科学研究表明，手写所需的精确运动控制会激活独特的神经过程，为学习和记忆形成创造最佳的大脑条件。脑电图（EEG）在探索这些活动相关的脑网络动态功能连接方面被证明非常有价值。进一步的研究需要澄清这些差异背后的神经生物学机制及其影响。
研究概述
这项研究在挪威科技大学（NTNU）的发展神经科学实验室进行，共有40名大学生参与，主要是20岁左右的年轻人。经过高质量检查后的36名右利手参与者的数据被纳入分析。右利手通过爱丁堡利手量表确定，以排除双手使用可能带来的混淆效应。参与者在校内招募，并获得15美元的电影票作为补偿。研究获得了中央挪威地区医学和健康伦理委员会的批准。
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十五个Pictionary单词通过E-Prime 2.0软件在Microsoft Surface Studio上呈现。参与者要么用数字笔手写，要么用键盘打字。每个单词在30次试验中出现两次条件。任务开始后的前5秒记录脑活动，使用256通道的Geodesic Sensor Net（GSN）。采取措施减少运动伪影，例如从显示中排除打字文本。EEG数据使用Brain Electrical Source Analysis（BESA）软件进行预处理，包括伪影校正和基于相干性的连接性分析。
研究结果
HD EEG记录了手写和打字任务期间的神经活动。去除伪影后，感兴趣的大脑区域进行了分析，使用四壳椭球头模型。重构源的时间序列数据通过复数解调转换到频域，并使用相干方法计算功能性连接。生成了高分辨率的连接矩阵，可视化功能性脑网络。提取的网络测量值突显了手写和打字之间的连接模式显著差异。
在手写条件下，时频分析显示theta（3.5-7.5 Hz）和alpha（8-12.5 Hz）频段的神经活动显著增加，尤其是在顶叶和中央脑区。相干结果显示，手写在这些频段范围内引发了显著更强的连接，而打字则没有这种效果。正向连接模式，以红色轮廓表示，在手写过程中尤为突出，贯穿整个试验持续时间，特别是在1,000至4,500毫秒之间。相比之下，打字显示出较弱且不广泛的连接模式。
连接矩阵显示了手写过程中广泛的theta/alpha相干，特别是在顶叶左、顶叶中线、顶叶右区域以及中央左和中央右区域之间。这些模式通过32个独特连接对应的16个显著簇来说明，这些连接仅出现在手写中。这种连接强度在打字中缺失，表明手写更广泛地激活了神经网络。统计分析显示手写和打字之间的连接存在显著差异，共识别出32个正向簇。这些差异主要集中在顶叶和中央区域，并在theta和alpha频段观察到显著效果。T检验确认手写与打字相比，激活了不同的神经过程，反映了认知和运动需求的差异。进一步的网络分析可视化了手写的邻接矩阵，描绘了简化理论脑网络的枢纽、节点和边。枢纽，由更高的功能性连接确定，在手写过程中更为活跃，特别是在顶叶和中央区域。这些广泛的theta/alpha相干模式在打字中缺失，强调了手写所需的独特认知和运动参与。
结论
总之，这项研究使用高密度EEG探讨了年轻人在手写和打字过程中大脑连接的变化。参与者在触摸屏上使用数字笔书写视觉呈现的单词，并在键盘上键入相同的单词。连接分析集中在与注意力、记忆和感觉运动整合等认知过程相关的顶叶和中央脑区。研究结果表明，与打字相比，手写在theta（3.5-7.5 Hz）和alpha（8-12.5 Hz）频段的连接显著增加，强调了手写在增强与学习和记忆形成相关的大脑连接中的作用。
参考文献：
Van der Weel FR 和 Van der Meer ALH, (2024) 手写而非打字导致广泛的大脑连接：高密度EEG研究及其对课堂的影响。心理学前沿。doi: 10.3389/fpsyg.2023.1219945.
(全文结束)
