名詞介紹－腦部結構與腦波

若本研究發展的演算法確實可用於偵測不同難度的數學學習，未來便可再更 進一步使用課堂中其它複雜的材料(如：語文、科學等)測量，並加以分析。

第三節 研究範圍

為發展可攜式腦波儀測量認知情形的演算法，我們將實驗設計為數學直式乘 法心算，依照數字的大小與進位的難易度區分為四個難度，研究對象為隨機選擇 約 20 位大學學生，並且皆無心算背景，以確保數學心算時進位的方法一致，進 而觀察受試者在乘法歷程中大腦活動的情形。

受試者在閱讀試題之後，必須於腦中進行心算解答，再按鈕回答出結果。而 受試者的學習歷程我們將擷取心算階段的腦波進行分析。

若可攜式腦波儀確實可以反映受試者在學習不同難度的單元所感受到的認 知負荷，我們將能推斷可攜式腦波儀確實可以運用在教學現場。

第四節 名詞介紹－腦部結構與腦波

（一）大腦各部的功能

人類的資訊處理都必須由大腦來進行，所有資訊從眼睛傳送至大腦，由大腦 來解讀後，再將訊息及指令傳至手腳來動作。而腦功能分區分為額葉、頂葉、顳 葉及枕葉，其功能為（示意圖如下圖1-3-1）：

（1）額葉（Frontal Lobe）：掌管人類最高級且最複雜的精神及思維功能。包 含意志力、創造力、想像力、推理能力等，可以利用左右額葉不對稱的特性作為 一種研究中的觀察依據，例如感受愉快時會造成左右額葉不同的腦波差異等。

（2）顳葉(Temporal Lobe)：位於大腦兩側，主要是主管聽覺，對語意及視覺，

對名稱、語言記憶及其他語言功能與嗅覺之理解的部位，此部分還包含涉及記憶

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功能之海馬回。

（3）頂葉(Parietal Lobe)：所掌管的功能是肢體的動感覺、皮膚的觸感及一部 分的數理邏輯能力，如肢體的運動、操作及學習等運協調複雜、技巧性的運動，

或是有關數理邏輯的符號記憶等。

（4）枕葉(Occipital Lobe)：枕葉區掌理視覺功能，舉凡圖像的辨識、暫留及 對環境或大自然的觀察力，皆屬之。

（二）腦波

英國生理學大師（Richard Carton）在1875年就發現腦波，從動物的大腦皮 質上記錄到一種電波，此電波與呼吸或心跳無關，是一種腦部的生理變化，隨著 動物受麻醉或缺氧而破壞，且動物在死亡後消失；1929 年，漢斯柏格（Berger, Hans)首次在人類的頭蓋骨上記錄到類似的電波活動，也是人類史上第一次發表 腦波記錄，命名為「腦波圖」（Electroencephalography, EEG），腦波圖是從儀 器將腦部表面細胞活動時，所產生的電流活動紀錄下來而得到的圖譜，同時他也 描述了各種形態不同的腦波圖，如癲癇、創傷等。

腦波的測量

腦波的測量中，侵入式的量測法，需透過外科手術打開頭蓋骨，在大腦皮質 層放置電極進行測量，雖然可以排除頭蓋骨及毛髮的阻隔，獲得精準的數據資料，

不過測量過程複雜且危險性高，近年來，非侵入性的測量方法更常被用於相關的 研究中。

非侵入式的測量方法，不但較簡單也顯得更安全，測量方法為在頭皮上不同 位置放置電極，測量神經元的電位變化。腦波的強度在100uV以下，通常只會到 幾十uV，頻率則是大部分在0.1Hz~40Hz。一般在量測時還須考量測量儀器的精確

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度、雜訊濾除、避免外來訊號的干擾、電極放置位置及受測者的個體差異等。因 為非侵入式的測量方法，會受到頭蓋骨高電阻的影響，造成所量測的腦波訊號較 微弱，且容易摻雜許多雜訊，量測後還須消除不必要的雜訊，才能得到較準確的 腦波訊號。

本研究即是使用非侵入式的腦波儀(EEG)進行測量，並且，由於大腦的區域 很大，須使用很多的電極才能涵蓋整個頭顱，為了使電極能均勻分佈在頭皮上，

本研究的貼片黏貼位置是參考Jasper(1958)提出的「國際10-20腦電波系統」

(international 10-20 system)，它以用英文字母與數字組合而成電極位置的代 碼（如下圖1-4-1）。

圖 1-4-1 國際 10-20 腦電波系統圖

（圖片來源：Malmivuo and Plonsey,1995）

測量後的腦波圖因為各種不同的波混雜在一起較難進行分析，因此通常還會 透過數學方法－快速傅立葉轉換，依據不同的頻率區分開來，再藉由各式各樣波 形來判斷大腦的功能。近年來，非侵入性的測量方法在臨床上對於腦波的疾病診 斷很有幫助，包含精神、心理狀態檢測等，近年來應用的範圍愈來愈廣，更引至 教育界進行認知科學的相關研究。

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