fMRI 分析結果

圖 31 乘法題型與數字負荷 fMRI 實驗之正確率 

fMRI 分析結果

        本實驗為 2（題型）x2（負荷）之受試者內設計，其中題型分成「兩位數乘 以一位數( 2 x 1)」，以及「四位數乘以一位數( 4 x 1 )」兩種。而每種題型的題目 內又根據數字負荷程度分成「數字負荷程度低」和「數字負荷程度高」兩組。本 實驗目的主要是要觀察在乘法心算時在不同數字負荷時大腦之處理區域，因此 fMRI 分析中的對比共計分成題型對比（兩種）、負荷對比（兩種）、不同題型下 的不同負荷對比（四種）、不同負荷下之不同題型對比（四種）、高低負荷交叉對 比（四種）、題型與負荷交叉對比（兩種）及線性高低負荷對比（一種）等共七 類 19 種對比（對比表如表 15）。 

2x1

4x1

表 15 乘法題型與數字負荷的 fMRI 實驗之對比分析參照表 

2x1-低負荷 2x1-高負荷 4x1-低負荷 4x1-高負荷

1 2x1-4x1 1 1 -1 -1

2 4x1-2x1 -1 -1 1 1

3 easy-hard 1 -1 1 -1 4 hard-easy -1 1 -1 1

5 easy_2x1-4x1 1 0 -1 0

6 easy_4x1-2x1 -1 0 1 0

7 hard_2x1-4x1 0 1 0 -1

8 hard_4x1-2x1 0 -1 0 1

9 2x1_easy-hard 1 -1 0 0

10 2x1_hard-easy -1 1 0 0

11 4x1_easy-hard 0 0 1 -1

12 4x1_hard-easy 0 0 -1 1

13 2x1e-4x1h 1 0 0 -1

14 4x1h-2x1e -1 0 0 1

15 2x1h-4x1e 0 1 -1 0 16 4x1e-2x1h 0 -1 1 0

17 typexdifficulty1 -1 1 1 -1

18 typexdifficulty2 1 -1 -1 1

19 linearML -3 -1 1 3

以下只呈現主要觀察的三類各一種共三種，在不同情況下之腦區對比結果，

P

在高負荷減低負荷題的對比

圖 32 fMRI 實驗之高負荷對比低負荷之大腦活化圖   

表 16 fMRI 實驗之高負荷對比低負荷之腦區位置表（k=412） 

        圖 32 為高負荷題對比低負荷題之大腦活化區域，表 16 顯示高負荷對比低 負荷之腦區位置表。結果顯示位在左腦的 cingulate gyrus 的區域（[‐32, 4, 54]‐BA6,  [‐40, 2, 50]‐BA6, [‐48, 6, 42]‐BA6）以及左腦頂葉的 superior parietal lobule（[‐28, ‐56,  58]‐BA7）、inferior parietal lobule（[‐42, ‐38, 50]‐BA40）及 precuneus 區域（[‐20, ‐56,  54]‐BA7），在高負荷時比低負荷時來得大，pFWE‐corr

 < .001。 

四乘一題型下高負荷減低負荷的對比

圖 33 fMRI 實驗中四乘一題型下高負荷對比低負荷之大腦活化圖 

表 17   fMRI 實驗中四乘一題型下高負荷對比低負荷之腦區位置表（k=369） 

        在行為結果上，高負荷與低負荷正確率的差異，主要顯示在 4x1 的題型中，

因此在 4x1 的題型下，高負荷對比低負荷之腦區活化差異應更為清楚。圖 33 為 在 4x1 的題型下，高負荷題對比低負荷題之大腦活化區域，表 17 顯示其腦區位 置表。在四位數乘以一位數的心算中，正確回答此類型題型中的高負荷題相對 於低負荷題，顯示出位在左腦的 Middle Frontal Gyrus（[‐6, ‐30, 40]‐BA31, [‐4, ‐6,  32]‐BA24,  [0,  ‐22,  32]‐BA23）、Superior  Parietal  Lobule、Inferior  Parietal  Lobule、

Precuneus，活化程度較高，pFWE‐corr < .001。 

線性高低數字負荷的對比（

load‐linear model

  圖 34 fMRI 實驗線性負荷對比大腦活化圖 

表 18 fMRI 實驗線性負荷對比腦區位置表（（k=227） 

        因本實驗之題目在不同題型下以及不同負荷下，其數字負荷接近於線性關 係。在二乘一低負荷題中最高數字負荷為 4，在二乘一高負荷題中最高數字負荷 為 5，在四乘一低負荷題中最高數字負荷為 7，在二乘一高負荷題中最高數字負 荷為 9，數字負荷從低到高，因此分析時，將正確答題之題目一數字負荷高低做 對比分析。圖 34 為線性負荷對比之大腦活化區域，表 18 顯示其腦區位置表。結 果顯示數字負荷高相對於數字負荷低，在左右腦區域的 middle frontal gyrus（[‐50,  2, 42]‐BA6, [‐40, 0, 46]‐BA6, [‐28, 2, 50]‐BA6 及[26, 10, 56]‐BA6）和 superior frontal  gyrus（[‐6, 18, 48]‐BA8, [‐4, 12, 54]‐BA6, [16, 12, 50]‐BA6）、左腦的 precuneus（[‐20, 

‐68,  46]‐BA7,  [‐10,  ‐60,  52]‐BA7），以及右腦的 superior  parietal  lobule（[20,  ‐66,  型中相對於較低負荷的題型中，主要活化差異表現在左右腦之 medial frontal  gyrus、superior parietal lobule 以及 inferior parietal lobule 區域，以及左腦之 cingulate gyrus 區域以及 left parietal lobe 的 precuneus 區域，參與者表現出 在這些區域的活化程度較高。其中 medial frontal gyrus 被認為並非特別處理 數學的區域，但與結構化的公式處理有關。在 superior parietal lobule  與 Precuneus 區域的活化則可能與代數有關。 

數學運算需要的基本能力

本研究結果顯示，乘法心算表現與工作記憶作業表現有關。工作記憶被定義 為在認知的過程中，一個可以同時儲存與處理資訊的系統。這系統依據 Baddeley

（2003）的研究包含了四個部分：中央執行系統、視覺空間模板、語音迴路與事 件緩衝器。其中中央執行系統負責調控其他三個部份的活動，並執行訊息的儲存