2/05/2013
Overzicht • Inleiding • Representatie van hoeveelheden (number sense)
Hoe rekent ons brein?? Recente neurowetenschappelijke inzichten in de ontwikkeling van rekenen en dyscalculie
• Bewerkingen • Hersenstructuur en rekenen
Prof. Dr. Bert De Smedt
• Mogelijkheden neurowetenschappen Studiedag Neurowetenschappen en onderwijs
• Enkele kanttekeningen
Vlaams Parlement, 26 April 2013
Inleiding
Dyscalculie Rekenen/wiskunde
Getallenkennis Algebra 1) Er is een ernstige achterstand op een gestandaardiseerde rekentest (score Bewerkingen
Meetkunde
Schatten
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 Hoofdrekenen
Vraagstukken Breuken
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
www.prodiagnostiek.be
Dyscalculie
Inleiding
• Kosc (1974)
• Developmental dyscalculia: Zijn onze hersenen voorgeprogrammeerd om te rekenen? 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.
1
2/05/2013
Representatie van hoeveelheden • Dieren, baby’s en kleuters hebben een begrip van hoeveelheden
Representatie van hoeveelheden (Number sense)
(Ansari, 2008, NRN)
• Niet-exacte voorstelling
Representatie van hoeveelheden
Representatie van hoeveelheden
• Hersenonderzoek: intraparietale sulcus (IPS)
• Afstandseffect • Mogelijke verklaring: Overlap tussen representaties De geordende getallenlijn
o
activatie
o
1
2
3
7 89
Representatie van hoeveelheden
Representatie van hoeveelheden
• Hoeveelheden → getallen • Symbolische representaties vertonen afstandseffect
• Hersenonderzoek: Intraparietale sulcus (IPS)
(Moyer & Landauer, 1967, Nature)
(Sekuler & Mierkiewicz, 1977, Child Dev.)
(Ansari, 2008, NRN)
2
2/05/2013
Representatie van hoeveelheden
Representatie van hoeveelheden
• Speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van rekenen
• Voorspelt latere rekenprestaties
o
Geeft “betekenis” aan rekenen • Vb. 12 – 9 = 17
o
Hangt samen met verschillende rekenvaardigheden
o
Voorspelt latere rekenprestaties
De Smedt et al., 2009, JECP
Representatie van hoeveelheden
Representatie van hoeveelheden
• 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??
Representatie van hoeveelheden
Hersenonderzoek
• Kinderen met dyscalculie hebben er moeite mee
fMRI/MRI/DTI
EEG/ERP De Smedt & Gilmore, 2011, JECP
3
2/05/2013
Hersenonderzoek
Hersenonderzoek bij kinderen
• Intraparietale sulcus (IPS)
• IPS reeds actief bij zeer jonge kinderen • Ontwikkelingsproces!! (o.b.v. omgevingsinput) o
o
(Ansari, 2008, NRN)
Hersenonderzoek bij dyscalculie
o
Toenemende functionele specialisatie in IPS
Meer activatie in de prefrontale cortex bij kinderen dan volwassenen Activiteit in IPS neemt toe met leeftijd
Representatie van hoeveelheden • Pedagogische implicaties
• Rekenproblemen ~ activiteit in IPS? • fMRI: Verschil in activatie IPS o o
Controles → afstandseffect Dyscalculie → geen afstandseffect
• ERP: analoge resultaten
• Geen pariëtale specialisatie?
(Price et al., 2007, Curr. Biol. )
Interim conclusies • Hersenonderzoek suggereert het belang van representatie van hoeveelheden
• 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
3+6=
15 – 8 =
7x9=
78 : 6 =
getallen en hoeveelheden die ze voorstellen
4
2/05/2013
Ontwikkeling van rekenen 3+6=
15 – 8 =
7x9=
Ontwikkeling van rekenen 78 : 6 =
1. Telstrategieën o
Alles tellen
o
Doortellen
• Kinderen met dyscalculie: o
Problemen in het begrijpen en uitvoeren van procedures
o
Hardnekkige problemen in het ophalen van rekenfeiten
2. Rekenfeiten 3. Decompositie-strategie
Gevolg van afwijkingen in het hersennetwerk dat actief is tijdens rekenen ???
• Twee strategieën: procedure vs. rekenfeit o
Ontwikkeling: procedures ↓, rekenfeiten ↑
o
Betekenis van getallen speelt een rol
Hersenonderzoek
Hersenonderzoek
• Patiënten met een hersenletsel (neuropsychologie)
• Fronto-parietaal rekennetwerk
o
Prefrontale cortex
o
Hersenonderzoek
• Fronto-parietaal rekennetwerk
• Fronto-parietaal rekennetwerk
Prefrontale cortex (a) • Ondersteunende rol • Werkgeheugen en aandachtsprocessen
o
Gyrus angularis (L)
Activiteit is functie van strategie, leeftijd, instructie
Hersenonderzoek o
Intraparietale sulcus
Letsel in de (linker) pariëtale cortex → acalculie
Pariëtale cortex 1. Intraparietale sulci (b) • •
Uitvoeren van procedures Representatie van hoeveelheid
• Vooral actief tijdens uitvoeren van procedures • •
Grote > kleine oefeningen Aftrekken > optellen/vermenigvuldigen
2. Linker gyrus angularis (c) Oproepen van rekenfeiten Overlap met lezen • Verbale representaties • •
5
2/05/2013
Hersenonderzoek
Hersenonderzoek bij kinderen
• Hersenactiviteit wijzigt na training
• Rekennetwerk actief bij lagere schoolkinderen
o
Nabootsen van ontwikkeling (vb. 23 x 8)
o
Vergelijken van geoefende en niet-geoefende oefeningen
o
Frontaal ↓, Parietaal ↑
o
Pariëtale shift
o
Vergelijkbaar fronto-parietaal netwerk als volwassenen
o
Recent onderzoek bij 10-12-jarigen • Procedures (groot): •
• IPS → AG
Parallel aan volwassenen
• Rekenfeiten (klein): •
o
Vooral activiteit in de hippocampus
Opm.: kinderen ≠ volwassenen!!
Hersenonderzoek bij kinderen
Hersenonderzoek bij dyscalculie
• Evolutie van het rekennetwerk bij kinderen (Rivera et al., 2005)
• Dyscalculie
o
Kinderen van 8 tot 19 jaar
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
Hersenstructuur en rekenen
• Onderzoek bij kinderen met rekenproblemen
• Kwaliteit van de witte-stof banen
o
Minder grijze stof in IPS en prefrontale cortex
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
2/05/2013
Interim conclusies
Meerwaarde neurowetenschappen
• Fronto-parietaal netwerk actief tijdens rekenen
• Fijnmazige focus op cognitieve processen o
Digitale zoomlens
• Kinderen met dyscalculie vertonen afwijkingen in dit
(Stern & Schneider, 2011, ZDM)
Micro-level
netwerk
• Dit netwerk is niet statisch maar wijzigt door interventie en ontwikkeling/onderwijs Macro-level
o
Bijkomend analyse niveau
Meerwaarde neurowetenschappen
Meerwaarde neurowetenschappen
• Causaal model voor leer- en ontwikkelingsstoornissen
• The next step: o
o
Biologische oorzaak
o
Vroegtijdige detectie
o
Neuro-prognosis??
Enkele kanttekeningen
Hoe wijzigt ons brein op basis van onderwijs?
Meer info
• Oorzaak–gevolg probleem
• Weinig onderzoek bij kinderen → Kinderen ≠ kleine volwassenen
• Predictie van rekenproblemen (nog) niet mogelijk Contact:
[email protected]
7
