脳振動変化に基づく精神計算の神経処理機構.そろばんのエキスパートと初心者の比較

Neural Processing Mechanism of Mental Calculation Based on Cerebral Oscillatory Changes: A Comparison Between Abacus Experts and Novices.

• Abdelkader Nasreddine Belkacem
• Kanako Kiso
• Etsuko Uokawa
• Tetsu Goto
• Shiro Yorifuji
• Masayuki Hirata

抄録

:そろばんのエキスパートは、複数桁の数字を用いたいくつかの数学的計算を高速に行うことができた。本研究では、脳内振動の変化に基づいた脳内振動の変化を明らかにすることを目的とし、脳内振動の変化に基づいた脳内振動の変化を明らかにすることを目的とした。そこで、本研究では、脳振動の変化に基づいて計算時の神経磁気反応を調べることで、熟練者と初心者の間の共通点と相違点を明らかにすることを目的とした。実験1と2では、乗算課題を検討しながらの加算時に、振動変化の空間分布から精神的な計算と時間的な周波数プロファイルが提示された。MEGデータを適応ビームフォーマを用いた合成開口磁力法(SAM)を用いて解析し、振動変化の空間分布とその時間的周波数プロファイルの群平均を算出した。振動変化の空間分布のグループ平均を用いて、右利きそろばんの熟練者と非熟練者に共通する脳活動を観察した。非熟練者では、右背側前頭前皮質（DLPFC）と両側頭頂内溝（IPS）が検出されたのに対し、熟練者では、両側頭頂後頭頂溝（POS）、右下前頭回（IFG）、左感覚運動野が主に検出された。これらの知見をもとに、そろばんエキスパートとエキスパート以外の計算処理モデルを便利に提案することができました。一方、そろばんエキスパートは、IFGと感応運動野の両側半球に分布する記憶された虚数のそろばんを用いた空間処理を利用している。

: Abacus experts could mentally calculate fast some mathematical operations using multi-digit numbers. The temporal dynamics of abacus mental calculation are still unknown although some behavioral and neuroimaging studies have suggested a visuospatial and visuomotor neural process during abacus mental calculation. Therefore, this contribution aims to clarify the significant similarities and the differences between experts and novices by investigating calculation-induced neuromagnetic responses based on cerebral oscillatory changes. : Twelve to 13 healthy abacus experts and 17 non-experts participated in two experimental paradigms using non-invasive neuromagnetic measurements. In experiments 1 and 2, the spatial distribution of oscillatory changes presented mental calculations and temporal frequency profiles during addition while examining multiplication tasks. The MEG data were analyzed using synthetic aperture magnetometry (SAM) with an adaptive beamformer to calculate the group average of the spatial distribution of oscillatory changes and their temporal frequency profiles in source-level analyses. : Using a group average of the spatial distribution of oscillatory changes, we observed some common brain activities in both right-handed abacus experts and non-experts. In non-experts, we detected the right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and bilateral Intraparietal sulcus (IPS); whereas in experts, detected the bilateral parieto-occipital sulcus (POS), right inferior frontal gyrus (IFG), and left sensorimotor areas mainly. Based on the findings generated, we could propose calculation processing models for both abacus experts and non- experts conveniently. : The proposed model of calculation processing in abacus experts and novices revealed that the novices could calculate logically depending on numerical processing in the left IPS. In contrast, abacus experts are utilizing spatial processing using a memorized imaginary abacus, which distributed over the bilateral hemispheres in the IFG and sensorimotor areas.

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