近小远大？——数字与空间的联系脑科学

文：杨明扬

编辑：Luna

还记得吗？我们对数字的认识其实包含着与空间相关的属性（数字与空间的情缘——「左小右大 vs. 左大右小」）。

在我们的大脑中，数字的表征就像一条有方向的直线，数字按照从小到大的顺序站在这条线上，这就是我们曾经提到的“心理数字线”（mental number line）。

  小数在左 大数在右  

研究者发现了一个有趣的现象，叫做SNARC效应（Spatial-Numerical Association of Response Codes, 空间-数字反应编码联合效应），它为数字和空间在人脑中的联系提供了支持。SNARC效应表现为：当我们对小的数字作出反应时，用左侧的按键比用右侧的按键更快；当我们对大的数字作出反应时，用右侧的按键比用左侧的按键更快。

数字与空间在人类认知中的这种关联是先天的，还是后天经验的产物呢？

一些研究者认为，阅读和书写等文化经验可能影响了这种认知倾向：大多数文化中的人们读书写字是从左向右的，这种经验可能使我们习惯了从左向右的视觉扫描方向，进而造成了“小数在左、大数在右”的SNARC效应。

而另一些研究表明，孩子在没有阅读和书写经验时，就已经将小数与左侧关联起来、将大数与右侧关联起来，数字与空间的联系可能与幼儿早期的大脑发育有关，而不仅仅是经验的产物。

  仅仅是“左/右”吗？  

最近对成年人的研究发现，SNARC效应不仅仅出现在左/右（水平轴）上，还可能出现在上/下（垂直轴）、远/近（矢状轴）上。那么，对于儿童来说，数字是否也可以在垂直轴和矢状轴上表示呢？

目前已经有一些证据发现，4-7 岁的儿童在垂直方向也表现出类似“心理数字线”的现象。也就是说，小孩子也可能认为数字是从低到高增加的，小数在下、大数在上。如果儿童展现出超越水平轴上SNARC效应的能力，那么他们的空间-数字联结可能很灵活，也许就会有更多可能的数学教学方法，来帮助孩子理解那些复杂的计算和几何问题啦！

为了探讨这个问题，Cooney 等人请来了两组年龄分别为 5-7 岁和 8-9 岁的小朋友，进行1-9的一位数大小比较任务，重要的是！除了以往左/右的响应按钮之外，还安排了上/下和远/近的按钮，从而探究小朋友是否会有垂直或矢状的数字-空间联结。

每个小朋友都会在水平、垂直、矢状3个轴上各完成2次实验，2次实验分别为“一致”和“冲突”条件，例如在矢状轴上：

一致条件下，被试用近的按钮对小的数字进行反应，用远的按钮对大的数字进行反应；

冲突条件下，被试用近的按钮对大的数字进行反应，用远的按钮对小的数字进行反应。

实验逻辑是：如果我们对数字的表征与空间位置无关，那么无论用近处还是远处对它反应，两边的速度应该没什么差别；但如果小的数字与近处联结、大的数字与远处联结，那么被试在一致条件下的反应应该比冲突条件下更快；水平轴和垂直轴同理。

结果发现，三个轴上都出现了SNARC效应，而且5-7 岁和 8-9 岁两个年龄组在三个轴上的效应强度相似。

所以，在小朋友看来，数字与空间确实是存在联系的，而且这种联系是多维度的！

本文参考资料：

[1] Cooney, S. M., Holmes, C. A., & Newell, F. N. (2021). Children’s spatial–numerical associations on horizontal, vertical, and sagittal axes. Journal of Experimental Child Psychology, 209, 105169. 

[2] Dehaene, S., Bossini, S., & Giraux, P. (1993). The mental representation of parity and number magnitude. Journal of Experimental Psychology: General, 122(3), 371-396. 

[3] Simms, V., Muldoon, K., & Towse, J. (2013). Plane thinking: Mental representations in number line estimation as a function of orientation, scale, and counting proficiency. Journal of Experimental Child Psychology, 115(3), 468–480.

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