图片来源：unsplash 撰文 | 王昱
审校 | clefable
这个世界上所有人都会背叛你，只有数学不会，因为数学不会就是不会。
我们每个人似乎最初都会和数学过上一段亲密时光，那时课本上的加减乘除还显得非常可爱。但几乎每个人都会有那么一个时刻，不管是在初中、高中还是大学，数学突然就变得“面目狰狞”，非常陌生，再也学不明白了。并且，数学又是那种典型的“一步踏错终身错”的学科，马太效应在数学上体现得淋漓尽致。
英国政府就发现，英国年轻人的数学水平“似乎有一点死了”，他们正在想方设法提升学生的数学能力。到目前为止，他们大部分改善教育的努力都花在了改变环境上，比如培训教师、重新设计课程。
在这样的紧急关头，英国萨里大学（University of Surrey）心理学院的院长Roi Cohen Kadosh教授指出：“这些努力在很大程度上忽略了学习者本身的神经生物学因素。然而，越来越多研究表明，在数学教育成果的解释方面，生物因素往往比环境因素具有更强的解释力。”
他为什么会说出这样的话？或许我们可以从他最近发表的论文中一窥究竟。今年7月1日Kadosh教授的团队在《公共科学图书馆·生物学》（PLOS Biology）上发表了一篇论文，提出弱电刺激大脑或能帮助加强特定脑区的神经连接，进而提升数学学习水平。
脑刺激技术
第一眼看论文，你肯定会想起“电疗戒网瘾”的杨永信。2009年，卫生部命令叫停了“电疗戒网瘾”，理由是“安全性、有效性尚不确切，无循证依据”。而在杨永信的反面，现代医学一直在探索安全、有效、有依据且符合伦理的脑刺激（brain stimulation）技术。
比如脑深部电刺激（deep brain stimulation，DBS）技术通过给患者精准植入电极，利用微弱电信号刺激特定脑区，可以用于对帕金森、强迫症、重度抑郁的治疗。美国食品和药品管理局（FDA）目前已批准在帕金森病、肌张力障碍和原发性震颤上使用的DBS治疗，我国也将它写入了多部指南和标准，部分还纳入了医保报销范围。
而学术界对脑刺激的探索并没有局限在疾病治疗上，越来越多的科学家期待用脑刺激实现额外的增益。比如，科学家认为大脑的背外侧前额叶皮质（dlPFC）在执行功能和计算中起重要作用，顶后叶皮层（PPC）则与回忆有关。如果脑刺激它们，是不是就能通过提升计算能力和记忆能力，提高学生的数学学习水平呢？
在Kadosh教授的实验中，研究人员招募了72名18至30岁的参与者。这些被试被要求学习5天数学，有些内容涉及大量计算，有些则对记忆力有较高要求。在被试学习数学的同时，研究人员会在他们头皮上贴上电极，施加随机频率的微弱交流电，即高频经颅随机噪声刺激（tRNS）。这是一种非侵入性经颅电刺激技术，通过头皮电极向大脑皮层施加频率在0.1–640Hz之间、随机变化的微弱交流电，其波形类似于“白噪声”，电流强度通常在1–2mA之间，持续10–20分钟。
实验的刺激点位。图片来源：Zacharopoulos G et al., 2025, PLOS Biology, CC-BY 4.0
72名被试被平均分成三组，一组刺激背外侧前额叶皮质；一组刺激顶后叶皮层；当然还有一组是没有接受实际刺激的安慰剂组。同时，研究人员会用磁共振波谱技术测量了大脑中两种能反映当前学习和适应能力的化学物质：谷氨酸和γ-氨基丁酸（GABA）。结果研究人员发现，对于涉及大量计算的内容，被试背外侧前额叶皮质、顶后页皮层与海马体之间的神经连接越强，数学成绩就越好。但在记忆项目上却没有这样的关联。
对背外侧前额叶皮质的刺激和对顶后页皮层的刺激，也没有取得相似的成果。如果被试的初始连接较弱，数学成绩较差，刺激背外侧前额叶皮质可以有效改善他的计算表现，这会导致抑制性递质γ-氨基丁酸的水平降低。不过刺激顶后叶皮层并未取得相似效果。研究人员表示，这项研究支持了大脑脑区之间的神经连接强度影响数学能力的说法。
电刺激学好数学
面对电刺激提升数学学习水平的成果，Kadosh教授表示，学生在数学学习早期落后，很可能导致之后继续落后，而这种最初的差异存在生物学基础。该研究表明，定向脑刺激可能有助于弥合这一差距。
当然，这些成果并不意味我们能为杨永信之流开脱。杨永信当年使用已被叫停，采用无生产许可证的设备电击患者，目的在于制造痛苦和恐惧，并形成条件反射，在医学伦理上存在严重问题。而现代脑刺激技术则是精准、可控、以治疗为目的的医疗手段，不能因为都涉及“电刺激”而将两者混为一谈。
而对于论文中涉及的tRNS，和相对成熟的DBS等刺激方式相比，其实还处在比较前沿的学术探索领域。它的机制目前也未完全明确，是否会存在长期效应和个体差异也需要更多研究。不过，tRNS也因为其可增强学习和感知方面的潜力，正在成为脑刺激研究的前沿焦点。
Kadosh教授也表示，他们期望进一步扩大试验规模，摸索出更可靠的脑刺激模式。在更远的将来，他们期望通过神经生物学技术，帮助更多人实现自身的潜力，拓宽通往不同职业道路的机会，并减少收入、健康和福祉方面的长期不平等现象。
参考链接：
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003200&utm_source=pr&utm_medium=email&utm_campaign=plos006
https://www.eurekalert.org/news-releases/1088509
https://www.eurekalert.org/news-releases/1089076
https://www.psy.pku.edu.cn/xwzx/xyxw/318174.htm
https://news.cnnb.com.cn/system/2025/04/10/030661294.shtml
图片来源：unsplash 撰文 | 王昱
审校 | clefable
这个世界上所有人都会背叛你，只有数学不会，因为数学不会就是不会。
我们每个人似乎最初都会和数学过上一段亲密时光，那时课本上的加减乘除还显得非常可爱。但几乎每个人都会有那么一个时刻，不管是在初中、高中还是大学，数学突然就变得“面目狰狞”，非常陌生，再也学不明白了。并且，数学又是那种典型的“一步踏错终身错”的学科，马太效应在数学上体现得淋漓尽致。
英国政府就发现，英国年轻人的数学水平“似乎有一点死了”，他们正在想方设法提升学生的数学能力。到目前为止，他们大部分改善教育的努力都花在了改变环境上，比如培训教师、重新设计课程。
在这样的紧急关头，英国萨里大学（University of Surrey）心理学院的院长Roi Cohen Kadosh教授指出：“这些努力在很大程度上忽略了学习者本身的神经生物学因素。然而，越来越多研究表明，在数学教育成果的解释方面，生物因素往往比环境因素具有更强的解释力。”
他为什么会说出这样的话？或许我们可以从他最近发表的论文中一窥究竟。今年7月1日Kadosh教授的团队在《公共科学图书馆·生物学》（PLOS Biology）上发表了一篇论文，提出弱电刺激大脑或能帮助加强特定脑区的神经连接，进而提升数学学习水平。
脑刺激技术
第一眼看论文，你肯定会想起“电疗戒网瘾”的杨永信。2009年，卫生部命令叫停了“电疗戒网瘾”，理由是“安全性、有效性尚不确切，无循证依据”。而在杨永信的反面，现代医学一直在探索安全、有效、有依据且符合伦理的脑刺激（brain stimulation）技术。
比如脑深部电刺激（deep brain stimulation，DBS）技术通过给患者精准植入电极，利用微弱电信号刺激特定脑区，可以用于对帕金森、强迫症、重度抑郁的治疗。美国食品和药品管理局（FDA）目前已批准在帕金森病、肌张力障碍和原发性震颤上使用的DBS治疗，我国也将它写入了多部指南和标准，部分还纳入了医保报销范围。
而学术界对脑刺激的探索并没有局限在疾病治疗上，越来越多的科学家期待用脑刺激实现额外的增益。比如，科学家认为大脑的背外侧前额叶皮质（dlPFC）在执行功能和计算中起重要作用，顶后叶皮层（PPC）则与回忆有关。如果脑刺激它们，是不是就能通过提升计算能力和记忆能力，提高学生的数学学习水平呢？
在Kadosh教授的实验中，研究人员招募了72名18至30岁的参与者。这些被试被要求学习5天数学，有些内容涉及大量计算，有些则对记忆力有较高要求。在被试学习数学的同时，研究人员会在他们头皮上贴上电极，施加随机频率的微弱交流电，即高频经颅随机噪声刺激（tRNS）。这是一种非侵入性经颅电刺激技术，通过头皮电极向大脑皮层施加频率在0.1–640Hz之间、随机变化的微弱交流电，其波形类似于“白噪声”，电流强度通常在1–2mA之间，持续10–20分钟。
实验的刺激点位。图片来源：Zacharopoulos G et al., 2025, PLOS Biology, CC-BY 4.0
72名被试被平均分成三组，一组刺激背外侧前额叶皮质；一组刺激顶后叶皮层；当然还有一组是没有接受实际刺激的安慰剂组。同时，研究人员会用磁共振波谱技术测量了大脑中两种能反映当前学习和适应能力的化学物质：谷氨酸和γ-氨基丁酸（GABA）。结果研究人员发现，对于涉及大量计算的内容，被试背外侧前额叶皮质、顶后页皮层与海马体之间的神经连接越强，数学成绩就越好。但在记忆项目上却没有这样的关联。
对背外侧前额叶皮质的刺激和对顶后页皮层的刺激，也没有取得相似的成果。如果被试的初始连接较弱，数学成绩较差，刺激背外侧前额叶皮质可以有效改善他的计算表现，这会导致抑制性递质γ-氨基丁酸的水平降低。不过刺激顶后叶皮层并未取得相似效果。研究人员表示，这项研究支持了大脑脑区之间的神经连接强度影响数学能力的说法。
电刺激学好数学
面对电刺激提升数学学习水平的成果，Kadosh教授表示，学生在数学学习早期落后，很可能导致之后继续落后，而这种最初的差异存在生物学基础。该研究表明，定向脑刺激可能有助于弥合这一差距。
当然，这些成果并不意味我们能为杨永信之流开脱。杨永信当年使用已被叫停，采用无生产许可证的设备电击患者，目的在于制造痛苦和恐惧，并形成条件反射，在医学伦理上存在严重问题。而现代脑刺激技术则是精准、可控、以治疗为目的的医疗手段，不能因为都涉及“电刺激”而将两者混为一谈。
而对于论文中涉及的tRNS，和相对成熟的DBS等刺激方式相比，其实还处在比较前沿的学术探索领域。它的机制目前也未完全明确，是否会存在长期效应和个体差异也需要更多研究。不过，tRNS也因为其可增强学习和感知方面的潜力，正在成为脑刺激研究的前沿焦点。
Kadosh教授也表示，他们期望进一步扩大试验规模，摸索出更可靠的脑刺激模式。在更远的将来，他们期望通过神经生物学技术，帮助更多人实现自身的潜力，拓宽通往不同职业道路的机会，并减少收入、健康和福祉方面的长期不平等现象。
参考链接：
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003200&utm_source=pr&utm_medium=email&utm_campaign=plos006
https://www.eurekalert.org/news-releases/1088509
https://www.eurekalert.org/news-releases/1089076
https://www.psy.pku.edu.cn/xwzx/xyxw/318174.htm
https://news.cnnb.com.cn/system/2025/04/10/030661294.shtml