常言道，学好数理化，走遍天下都不怕。奇点糕不禁要问，居于数理化之首的数学，真的有那么重要吗？
近期，来自英国牛津大学的George Zacharopoulos等人在PNAS期刊上发表重要研究成果[1]，他们从生理学的角度，揭示了大脑发育与数学教育之间的联系，并论证了青少年时期数学教育缺乏对大脑可塑性和认知功能的负面影响。
近期，万众瞩目的高考成绩终于发布了，过不了多久，一大波莘莘学子即将迈入属于他们的象牙塔。时隔多年，奇点糕还记得，自己刚上大学那会儿，为高等数学付出的种种努力。每每想起，不禁感慨，即便从小学到大，数学怎么还是那么难学啊？！
不过，英国、印度的青少年可以不走寻常路，年满16岁即可在继续教育（如A-level课程）中选择放弃数学。（奇点糕默默流下了羡慕的泪水）
然鹅，停下学习数学的脚步，真的是一件好事吗？
多项研究表明，数学教育和若干生活质量指数有关，包括学业进步、社会经济地位、就业、心理和身体健康以及财务稳定等[2-4]。
在控制了多种潜在混杂因素（如社会经济地位等）后，研究发现，与继续学习数学的学生相比，不将数学作为A-level课程的学生的经济收入会减少11%。而且没有任何其他A-level学科与这种工资溢价相关[5]。
在神经生物学层面上，缺乏数学教育可能会影响某些脑区的神经变化，例如涉及数学技能习得的额顶叶区域[6]。
当我们把目光投向神经递质，会发现γ-氨基丁酸和谷氨酸分别作为主要的抑制性和兴奋性神经递质发挥作用，而γ-氨基丁酸水平较低与青少年时期的认知功能较差有关[7-8]。
基于既往研究，George Zacharopoulos等人假设，数学教育缺乏与特定脑区中γ-氨基丁酸降低和（或）谷氨酸升高有关。
在数学相关的神经成像研究中，左侧顶内沟和额中回两处脑区经常成为重点报道对象[9]；而且此前的数字认知领域研究表明，这些脑区参与认知训练[10-12]。因此，左侧顶内沟和额中回的神经递质浓度成为了本项研究的焦点。
A.顶内沟（IPS）B.额中回（MFG）
由于16岁的英国青少年可以选择停止他们的数学教育，但仍可继续其他科目的学习。因此，研究团队可以探究，在相同教育环境下，接受和不接受数学教育对青少年的大脑发育和认知能力的影响。
研究者将84名青少年分为2组，继续学习数学组（Maths）和停止学习数学组（non-Maths）。研究发现，non-Maths组学生在数字运算和数学推理方面表现更差，而数学相关的焦虑得分更高。
那么两组学生在神经生理学方面有何差异呢？当使用二元逻辑回归分析，通过额中回和顶内沟中的γ-氨基丁酸和谷氨酸浓度，来识别学生当前是否缺乏数学教育时，研究者发现额中回的γ-氨基丁酸浓度越低，学生缺乏数学教育的可能性越高。
与接受数学教育的青少年相比，缺乏数学教育的青少年的额中回γ-氨基丁酸水平下降
紧接着，研究者使用静息功能磁共振(fMRI)来研究额中回γ-氨基丁酸浓度是否调节左侧额中回和大脑其他部分之间的功能连接。
他们发现，与额中回γ-氨基丁酸浓度相关的功能连接仅限于顶叶皮层，包括右侧边缘上回和双侧顶上小叶。较高的额中回γ-氨基丁酸浓度与负性连接相关，而较低的额中回γ-氨基丁酸浓度与正性连接相关。
γ-氨基丁酸水平越高，左侧额中回与顶叶皮层连接越弱
然而，这些差异是否可能在继续数学教育之前就存在呢？
研究者对42名还没开始A-level课程的学生进行测试，这些学生已经决定是否将数学纳入A-level课程，但他们当下仍在学习数学。
有趣的是，在青少年学生没有放弃学习数学之前，每个学生的γ-氨基丁酸水平是相差无几的。
基于以上研究结果，额中回γ-氨基丁酸浓度下降可能反映了数学教育缺乏，而继续数学教育有利于更好地获得数学知识。根据可塑性理论，额中回γ-氨基丁酸浓度或许可预测未来的数学能力。
为验证这一假设，在入组学生完成额中回γ-氨基丁酸浓度检测的19.37个月后，研究者对他们进行了标准化数值运算和数学推理测试。果不其然，分析显示，额中回γ-氨基丁酸浓度是19个月后数学推理能力的一个显著预测因子。
额中回 γ-氨基丁酸水平与未来数学推理能力呈正相关
主要研究者之一，来自牛津大学的认知神经科学教授Roi Cohen Kadosh说道[13]，“数学技能与就业、社会经济地位以及身心健康等诸多方面密切相关。青春期是个体生命中的重要时期，与重要的大脑和认知变化有关。遗憾的是，在这个年龄拥有选择停止学习数学的权力，似乎导致了停止学习数学青少年和继续学习数学青少年之间的差距。”
当然，本项研究也提出了进一步的思考。
1. 额中回 γ-氨基丁酸浓度对其他与数学教育相关的认知能力（如工作记忆和逻辑）的影响如何？
2. 青少年时期是否应该强制数学教育？
3. 既然不是每个青少年都喜欢数学，是否应该采用非数学训练（如推理和逻辑）来取代简单粗暴的终止数学教育？
让我们期待更深入的研究，为青少年教育提供指导~
参考文献：
[1] Zacharopoulos G, Sella F, Cohen Kadosh R. The impact of a lack of mathematical education on brain development and future attainment. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021;118(24):e2013155118. doi:10.1073/pnas.2013155118.
[2] Gerardi K, Goette L, Meier S. Numerical ability predicts mortgage default. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110(28):11267-11271. doi:10.1073/pnas.1220568110.
[3] Duncan GJ, Dowsett CJ, Claessens A, et al. School readiness and later achievement [published correction appears in Dev Psychol. 2008 Jan;44(1):232]. Dev Psychol. 2007;43(6):1428-1446. doi:10.1037/0012-1649.43.6.1428.
[4] Ritchie SJ, Bates TC. Enduring links from childhood mathematics and reading achievement to adult socioeconomic status. Psychol Sci. 2013;24(7):1301-1308. doi:10.1177/0956797612466268.
[5] Adkins M, Noyes A. Reassessing the economic value of advanced level mathematics. Br. Educ. Res. J. 2016;42:93-16. doi:10.1002/berj.3219.
[6] Sajja BR, Wolinsky JS, Narayana PA. Proton magnetic resonance spectroscopy in multiple sclerosis. Neuroimaging Clin N Am. 2009;19(1):45-58. doi:10.1016/j.nic.2008.08.002.
[7] McCormick DA. GABA as an inhibitory neurotransmitter in human cerebral cortex. J Neurophysiol. 1989;62(5):1018-1027. doi:10.1152/jn.1989.62.5.1018.
[8] Selemon LD. A role for synaptic plasticity in the adolescent development of executive function. Transl Psychiatry. 2013;3(3):e238. Published 2013 Mar 5. doi:10.1038/tp.2013.7.
[9] Arsalidou M, Taylor MJ. Is 2+2=4? Meta-analyses of brain areas needed for numbers and calculations. Neuroimage. 2011;54(3):2382-2393. doi:10.1016/j.neuroimage.2010.10.009.
[10] Supekar K, Swigart AG, Tenison C, et al. Neural predictors of individual differences in response to math tutoring in primary-grade school children. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110(20):8230-8235. doi:10.1073/pnas.1222154110.
[11] Iuculano T, Rosenberg-Lee M, Richardson J, et al. Cognitive tutoring induces widespread neuroplasticity and remediates brain function in children with mathematical learning disabilities. Nat Commun. 2015;6:8453. Published 2015 Sep 30. doi:10.1038/ncomms9453.
[12] Kucian K, Grond U, Rotzer S, et al. Mental number line training in children with developmental dyscalculia. Neuroimage. 2011;57(3):782-795. doi:10.1016/j.neuroimage.2011.01.070.
[13] http://neurosciencenews.com/math-cognitive-development-18576.
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