Hoe rekent ons brein?? Recente neurowetenschappelijke inzichten in de ontwikkeling van rekenen en dyscalculie

Transcriptie

1 Overzicht Inleiding Hoe rekent ons brein?? Recente neurowetenschappelijke inzichten in de ontwikkeling van rekenen en dyscalculie Prof. Dr. Bert De Smedt (number sense) Bewerkingen Hersenstructuur en rekenen Mogelijkheden neurowetenschappen Studiedag Neurowetenschappen en onderwijs Vlaams Parlement, 26 April 2013 Enkele kanttekeningen Inleiding Dyscalculie Rekenen/wiskunde Getallenkennis Algebra Bewerkingen Hoofdrekenen Meetkunde Vraagstukken Breuken Schatten 1) Er is een ernstige achterstand op een gestandaardiseerde rekentest (score beneden percentiel 10) voor het vaardigheidsniveau van rekenen t.a.v. een relevante vergelijkingsgroep 2) De achterstand, in kaart gebracht door metingen op minimum twee momenten, blijft bestaan ook wanneer voorzien is in een periode van adequate remediërende instructie en oefening van minstens 3 tot 6 maanden 3) Er is geen afdoende verklaring voor de ernstige achterstand en didactische resistentie Dyscalculie Inleiding Kosc (1974) Developmental dyscalculia: A definition of developmental dyscalculia, stressing the hereditary or congenital affection of the brain substrate of mathematical functions is put forth. This disorder is clearly distinguished from other forms of disturbed mathematical abilities. Zijn onze hersenen voorgeprogrammeerd om te rekenen? 1

2 Dieren, baby s en kleuters hebben een begrip van hoeveelheden (Number sense) (Ansari, 2008, NRN) Niet-exacte voorstelling : intraparietale sulcus (IPS) Afstandseffect Mogelijke verklaring: o Overlap tussen representaties o De geordende getallenlijn activatie Hoeveelheden getallen Symbolische representaties vertonen afstandseffect : Intraparietale sulcus (IPS) (Moyer & Landauer, 1967, Nature) (Sekuler & Mierkiewicz, 1977, Child Dev.) (Ansari, 2008, NRN) 2

3 Speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van rekenen Voorspelt latere rekenprestaties o Geeft betekenis aan rekenen Vb = 17 o Hangt samen met verschillende rekenvaardigheden o Voorspelt latere rekenprestaties De Smedt et al., 2009, JECP Speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van rekenen Kinderen met dyscalculie hebben er moeite mee o Geeft betekenis aan rekenen o Hangt samen met verschillende rekenvaardigheden o Voorspelt latere rekenprestaties o Kinderen met dyscalculie hebben hier moeite mee Oorzakelijke factor?? Kinderen met dyscalculie hebben er moeite mee fmri/mri/dti EEG/ERP De Smedt & Gilmore, 2011, JECP 3

4 Intraparietale sulcus (IPS) bij kinderen IPS reeds actief bij zeer jonge kinderen Ontwikkelingsproces!! (o.b.v. omgevingsinput) o Toenemende functionele specialisatie in IPS (Ansari, 2008, NRN) o Meer activatie in de prefrontale cortex bij kinderen dan volwassenen o Activiteit in IPS neemt toe met leeftijd bij dyscalculie Rekenproblemen ~ activiteit in IPS? Pedagogische implicaties fmri: Verschil in activatie IPS o Controles afstandseffect o Dyscalculie geen afstandseffect ERP: analoge resultaten Geen pariëtale specialisatie? (Price et al., 2007, Curr. Biol. ) Interim conclusies suggereert het belang van representatie van hoeveelheden voorspelt latere rekenprestaties Bewerkingen Kinderen met rekenproblemen hebben moeite met (symbolische) representatie van hoeveelheden Focus in interventie en diagnostiek op connecties tussen getallen en hoeveelheden die ze voorstellen = 15 8 = 7 x 9 = 78 : 6 = 4

5 Ontwikkeling van rekenen = 15 8 = 7 x 9 = 78 : 6 = Ontwikkeling van rekenen Kinderen met dyscalculie: 1. Telstrategieën o Alles tellen o Doortellen 2. Rekenfeiten 3. Decompositie-strategie Twee strategieën: procedure vs. rekenfeit o Ontwikkeling: procedures, rekenfeiten o Betekenis van getallen speelt een rol o Problemen in het begrijpen en uitvoeren van procedures o Hardnekkige problemen in het ophalen van rekenfeiten Gevolg van afwijkingen in het hersennetwerk dat actief is tijdens rekenen??? Patiënten met een hersenletsel (neuropsychologie) o Letsel in de (linker) pariëtale cortex acalculie Fronto-parietaal rekennetwerk Intraparietale sulcus Prefrontale cortex Gyrus angularis (L) o Activiteit is functie van strategie, leeftijd, instructie Fronto-parietaal rekennetwerk o Prefrontale cortex (a) Ondersteunende rol Werkgeheugen en aandachtsprocessen Vooral actief tijdens uitvoeren van procedures Grote > kleine oefeningen Aftrekken > optellen/vermenigvuldigen Fronto-parietaal rekennetwerk o Pariëtale cortex 1. Intraparietale sulci (b) Uitvoeren van procedures Representatie van hoeveelheid 2. Linker gyrus angularis (c) Oproepen van rekenfeiten Overlap met lezen Verbale representaties 5

6 Hersenactiviteit wijzigt na training o Nabootsen van ontwikkeling (vb. 23 x 8) o Vergelijken van geoefende en niet-geoefende oefeningen o Frontaal, Parietaal o Pariëtale shift IPS AG bij kinderen Rekennetwerk actief bij lagere schoolkinderen o Vergelijkbaar fronto-parietaal netwerk als volwassenen o Recent onderzoek bij jarigen Procedures (groot): Parallel aan volwassenen Rekenfeiten (klein): Vooral activiteit in de hippocampus o Opm.: kinderen volwassenen!! bij kinderen Evolutie van het rekennetwerk bij kinderen (Rivera et al., 2005) o Kinderen van 8 tot 19 jaar bij dyscalculie Dyscalculie o Functionele afwijkingen in het rekennetwerk Verschil in IPS-activiteit tijdens kleine oefeningen Right Intraparietal Sulcus Minder goede automatisering??? De Smedt et al., 2011, NeuroImage Hersenstructuur en rekenen Onderzoek bij kinderen met rekenproblemen o Minder grijze stof in IPS en prefrontale cortex Hersenstructuur en rekenen Kwaliteit van de witte-stof banen o Verbindingen tussen pariëtale en frontale cortex o Samenhang met rekenprestaties (en lezen) (Isaacs et al., 2001, Brain) (Rotzer et al., 2007, NI) (Tsang et al., 2009, PNAS) 6

7 Interim conclusies Fronto-parietaal netwerk actief tijdens rekenen Kinderen met dyscalculie vertonen afwijkingen in dit netwerk Meerwaarde neurowetenschappen Fijnmazige focus op cognitieve processen o Digitale zoomlens (Stern & Schneider, 2011, ZDM) Micro-level Dit netwerk is niet statisch maar wijzigt door interventie en ontwikkeling/onderwijs Macro-level o Bijkomend analyse niveau Meerwaarde neurowetenschappen Causaal model voor leer- en ontwikkelingsstoornissen o Biologische oorzaak Meerwaarde neurowetenschappen The next step: o Hoe wijzigt ons brein op basis van onderwijs? o Vroegtijdige detectie o Neuro-prognosis?? Enkele kanttekeningen Meer info Oorzaak gevolg probleem Weinig onderzoek bij kinderen Kinderen kleine volwassenen Predictie van rekenproblemen (nog) niet mogelijk Contact: Bert.DeSmedt@ppw.kuleuven.be 7