Hoạt động não bộ khi luyện tập bàn tính

Nghiên cứu bằng máy cộng hưởng từ.

........................................

Các nghiên cứu khoa học về tác động của việc luyện tập toán bàn tính từ trước năm 2000 thường chỉ dừng lại ở phương pháp thống kê so sánh. Lần đầu tiên, nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đứng đầu là Takashi Hanakawa và các nhà khoa học khác chủ yếu đến từ Đại học Y khoa Kyoto sử dụng máy chụp cộng hưởng từ để nghiên cứu não bộ trong quá trình tính nhẩm của học viên toán bàn tính. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học NeuroImage số 19, năm 2003, trang 296 đến 307. SuperMind xin lược dịch để quý vị phụ huynh và các em học sinh tham khảo.

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu từ máy cộng hưởng từ chụp não bộ 6 người luyện tập bàn tính và 8 người không luyện tập bàn tính. Những người luyện tập bàn tính tham gia thí nghiệm có độ tuổi từ 24-30 và đã có chứng nhận cao nhất (bậc 10) về bàn tính tại Nhật Bản, có trên 17 năm rèn luyện bàn tính hàng ngày với mục đích thi đấu. Nhóm người không luyện tập tuổi từ 22 đến 33. Để đảm bảo khách quan khoa học, toàn bộ người tham gia thí nghiệm đều thuận tay phải.

Đặt vấn đề

Các nhà khoa học bắt đầu từ việc nghiên cứu cơ chế bàn tính gẩy của Nhật (soroban). Bàn tính gồm các cột có nhiều hạt tính. Mỗi cột đại diện cho một "hàng" tương ứng như hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm v.v. theo hệ cơ số thập phân. Mỗi cột có bốn hạt ở hàng dưới gắn với một đơn vị, một hạt ở hàng trên gắn với năm đơn vị. Như hình bên, 9 đơn vị tương ứng với một hạt ở trên và bốn hạt ở dưới. Khi cộng với 7, do không có đủ hạt sẽ mượn một hạt ở cột hàng chục và bớt ba hạt ở cột đơn vị. Kết quả cuối cùng là 16 tương ứng với một hạt ở cột hàng chục, hai hạt ở cột đơn vị gồm một hạt ở trên và một hạt ở dưới.

Các nghiên cứu trước đây cung cấp những bằng chứng về tâm lý học cho thấy, người luyện tập bàn tính sử dụng hình ảnh trạng thái của bàn tính để nhớ được các số lớn trong giải phép tính. Tuy nhiên các vấn đề liên quan tới hệ thần kinh trong quá trình này chưa được biết tới. Với máy cộng hưởng từ, các nhà khoa học muốn trích xuất dữ liệu để có bằng chứng y học thực nghiệm về việc nhóm người luyện tập bàn tính sẽ có khác biệt trong não bộ khi xử lý thông tin so với nhóm người không luyện tập.

Các tình huống thí nghiệm

Những người tình nguyện tham gia sẽ thực hiện các kịch bản B, C, D để thí nghiệm hoạt động về con số, không gian và ngôn ngữ. Kịch bản B, người tham gia sẽ được yêu cầu làm phép cộng dồn các số hạng. Kịch bản C thì nghiệm về không gian. Người tham gia sẽ hình dung ra vị trí cuối của quân cờ trên ô bàn cờ khi được nghe các hành động di chuyển trái, phải, lên, xuống một nước hay hai nước. Kịch bản D xem xét khả năng xử lý ngôn ngữ khi người tham gia phải viết được bằng chữ kanji ngày trong tuần khi bắt đầu bằng một ngày và cộng số ngày tiếp theo. Ví dụ, xuất phát từ thứ Tư thì hai ngày sau thứ Tư là thứ Sáu, ba ngày sau thứ Sáu là thứ Hai và tiếp diễn tương tự. Cứ hai giây một lần người tham gia các kịch bản sẽ được nghe khẩu lệnh, tương ứng với tần số 0.5Hz.

Phản hồi của bộ não

Dữ liệu thu được từ máy cộng hưởng từ khi nhóm tình nguyện thực hiện ba kịch bản trên được mô phỏng lại trên hình ảnh của một bộ não chuẩn. Vùng kích hoạt màu đỏ là nhóm người luyện tập bàn tính. Vùng kích hoạt màu xanh của nhóm không luyện tập bàn tính và vùng kích hoạt màu vàng là vùng chồng lấn giữa xanh và đỏ, tức là, cả những người luyện tập và không luyện tập thì đều kích hoạt vùng này.

Trực quan hình ảnh mô phỏng cho thấy không có nhiều sự khác biệt giữa hai nhóm tình nguyện ở bán cầu não trái nhưng khá khác biệt ở bán cầu não phải. Sự khác biệt này đặc biệt ở tình huống thử nghiệm con số (B) và ngôn ngữ (D). Đối với tình huống thử nghiệm không gian (C) thì hai nhóm có phần trùng nhiều hơn, nhưng cũng có khác biệt đáng kể ở bán cầu não phải.

Tương quan giữa mức phản hồi và độ khó của tình huống

Nghiên cứu cho thấy việc luyện tập sẽ kích hoạt nhiều vùng thùy đỉnh bên phải, vùng quyết định trí thông minh cảm nhận không gian (visual-spatial intelligence). Các nhà khoa học tiến thêm một bước trong việc đo lường nhóm tình nguyện xem liệu phép tính khó hơn có làm diện tích kích hoạt tăng lên hay không. Nhóm tình nguyện có luyện tập bàn tình được yêu cầu thực hiện các phép tính có nhiều chữ số. Ở hình này, các ký tự là viết tắt tên khoa học của các vùng trên vỏ não. Khi phải thực hiện phép tính có đối với các số có 6 chữ số, vùng kích hoạt lớn hơn nhiều so với phép tính có 3 chữ số. Như vậy, phép tính càng khó thì vùng kích hoạt não càng lớn.

Qua các phép thử nghiệm, Takashi Hanakawa và các đồng sự kết luận rằng nhóm tình nguyện có luyện tập bàn tính sẽ có phần não bộ dành cho xử lý thông tin không gian hai chiều (thùy đỉnh) kích hoạt mạnh hơn. Ngoài ra, vùng não bộ bên phải quản lý tiền vận động (premotor) cũng được tác động nhiều hơn. Phụ huynh và các em học sinh có thể tham khảo bài báo nguồn tại đây hoặc liên hệ với SuperMind để được chia sẻ.