... czyli jak lęk przed matematyką wpływa na rozwiązywanie prostych zadań arytmetycznych? :) 

Biegłość w prostych zadaniach arytmetycznych osiągamy zazwyczaj we wczesnych etapach szkoły podstawowej. To właśnie te długie godziny naszej bardzo wczesnej młodości stanowią podstawę do rozwoju dalszych kompetencji matematycznych w dorosłym życiu.

"Boję się, że nie zdam z matematyki"

Powszechnym zjawiskiem podczas rozwiązywania zadań arytmetycznych jest uczucie napięcia i niepokoju. W krajach OECD raportuje się, że aż 31% uczniów w wieku 15 lat, odczuwa silny niepokój podczas rozwiązywania problemów matematycznych. Niestety przekłada się to na znacznie słabsze wyniki rozwiązywanych zadań.

Biorąc pod uwagę zależność pomiędzy nasileniem odczuwanego „lęku matematycznego” a efektywnością w rozwiązywaniu zadań arytmetycznych, naukowcy z wydziału psychologii w Chicago i Kanadzie oraz psychiatrii w Stanafordzie postanowili wspólnie przyjrzeć się tej korelacji oraz podjęli próbę identyfikacji czynników mogących poprawić wydajność w dziedzinie rozwiązywania zadań matematycznych.

Aktywność sieci neuronalnych podczas rozwiązywania zadań arytmetycznych 

W tym celu przeprowadzono badania aktywności sieci neuronalnych za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), podczas rozwiązywaniu prostych zadań arytmetycznych. W badaniach brało udział 60 dorosłych, z wysokim i niskim nasileniem lęku, uczestnicy wykonali 1056 testów, podczas 8 sesji skanowania, każda zawierała 4 zestawy prostych problemów arytmetycznych (np. dodawanie i odejmowanie). Celem badania było określenie związku pomiędzy aktywnością neuronów a efektywnością w rozwiązywaniu prostych zadań arytmetycznych, w zależności od poziomu lęku u osób badanych. Analizy wyników dokonano za pomocą metody najmniejszych kwadratów (PLS), która pozwala na wielowymiarową ocenę i wychwytywanie wzorców aktywności neuronalnej z całego mózgu. PLS jest szczególnie użyteczna, ponieważ procesy poznawcze (rozwiązywanie zadań arytmetycznych) i afektywne (lęk), angażują wiele sieci neuronalnych rozproszonych po całym mózgu.

Wyniki

Osoby odczuwające mniejszy lęk osiągały lepsze wyniki podczas rozwiązywania prostych zadań arytmetycznych niż osoby z silnym lękiem.

Podczas rozwiązywania prostych zadań arytmetycznych dochodzi do aktywacji obszarów czołowo-ciemieniowych związanych z uwagą (zakręt czołowy dolny, zakręt skroniowy górny), w zależności od nasilenia lęku. U osób z niskim lękiem sieć ta jest słabiej aktywowana, co wskazuje na bardziej zautomatyzowane rozwiązywanie problemów arytmetycznych, najprawdopodobniej poprzez ukierunkowanie uwagi tylko na rozwiązanie danego problemu matematycznego. U osób odczuwających silny lęk, wykazano mniejszą biegłość w przetwarzaniu danych liczbowych. Dochodzi u nich  do zwiększonej aktywności w neuronach czołowo-ciemieniowych, ponieważ najprawdopodobniej w ten sposób regulują (zmniejszają) negatywne emocje podczas realizacji danego zadania arytmetycznego. Wyniki mogą być słabsze, dlatego, że takie osoby rozwiązują zadania w sposób mniej zautomatyzowany, korzystając z pamięci roboczej, wymagający większych zasobów uwagi  tak jak podczas rozwiązywania zadań arytmetycznych u młodszych dzieci czy osób starszych.

Złożone problemy arytmetyczne wymagają w większym stopniu wykorzystania zasobów  pamięci roboczej. Osoby z dużym lękiem osiągały znacznie gorsze wyniki, co tłumaczy się faktem, że silny lęk prowadzi do negatywnych myśli, które absorbują pamięć roboczą i w ten sposób dochodzi do niższej efektywności w rozwiązywaniu problemów matematycznych.

Podobne wyniki otrzymano w przypadku rozwiązywania prostych zadań numerycznych, nieangażujących w dużym stopniu pamięci roboczej. U osób z silniejszym lękiem, dochodziło do częstszych błędów podczas takich prostych zadań arytmetycznych jak, określanie większej liczby, kiedy znajdują się w niewielkiej numerycznej odległości od siebie, oraz wolniejszym i mniej dokładnym numerowaniu obiektów.

Dodatkowo lepsze wyniki w przeprowadzonych testach były związane z większą aktywnością głównie w DMN (sieć aktywności bazowej: część przyśrodkowa kory przedczołowej, zakręt skroniowy dolny, górny i środkowy, zakręt przyhipokampowy, tylny zakręt obręczy, klinek). Obszar DMN jest bardziej aktywny, gdy zadania są proste i wymagają mniej uwagi, bardziej złożone zadania dezaktywują neurony DMN. Czyli dla osób, które osiągały lepsze wyniki w zadaniach arytmetycznych, takich jak odejmowanie/dodawanie, były one proste, tzn. nie wymagały większego wysiłku intelektualnego, w którym dochodzi do zahamowania aktywności w DMN.

Zaobserwowano też, że im lepsze wyniki, tym większa aktywność w DMN, ale mniejsza w regionach mózgu odpowiadających za pamięć roboczą, takich jak: zakręt czołowy dolny, środkowy i górny. Zakręt obręczy oraz w dodatkowe pole ruchowe.

Wyższe wyniki związane są z mniejszym wysiłkiem intelektualnym/uwagą zaangażowanymi w rozwiązywaniu prostych zadań, tzn. kiedy rozwiązywanie jest zautomatyzowane, nie angażuje pamięci roboczej oraz aktywuje mniej sieci neuronalnych.

Potrzebne nowe strategie uczenia się?

Wyniki przedstawionych badań wskazują na osobnicze różnice w zależności od poziomu lęku (a więc i nastawienia), w rozwiązywaniu nawet najbardziej podstawowych problemów matematycznych u osób dorosłych.

Proste zadania arytmetyczne stanowią podstawę do rozwiązywania bardziej złożonych problemów matematycznych. Zrozumienie roli sieci czołowo-ciemieniowej w tym kontekście pozwoliłoby w przyszłości na lepsze poznanie mechanizmów leżących u podstaw powszechnych problemów w rozwiązywaniu zadań arytmetycznych.

W przyszłości może to być wykorzystane do wyjaśnienia, jak reakcje emocjonalne, takie jak lęk (w szczególności w zaburzeniach przebiegających z dużym nasileniem, jak np. w depresji) przez aktywację/dezaktywacje rożnych szlaków neuronalnych wpływają na efektywność rozwiązywania zadań związanych z przetwarzaniem liczb. Dodatkowo wyniki te mogą być pomocne w stworzeniu nowych strategii uczenia, np. uczniowie odczuwający silny lęk przed matematyką, mogliby brać udział w zajęciach, w których stosowane są praktyki redukujące stres, lęk i negatywne emocje, ułatwiających bardziej automatyczne rozwiązywanie zadań i tym samym osiąganie wyższych wyników [1].

1.Hyesang Chang, Lisa Sprute,Erin A. Maloney, Sian L. Beilock, Marc G. Berman. Simple arithmetic: not so simple for highly math anxious individuals. Social Cognitive and Affective Neuroscience, 2017, 1940–1949