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本文選自Scientific Report，作者 Wexler, B. E. et al.，標(biāo)題 Cognitive Priming and Cognitive Training: Immediate and Far Transfer to Academic Skills in Children. ，來源 Sci. Rep. 6, 32859; doi: 10.1038/srep32859 (2016).譯者穎杰，編輯阿槑。

編者推薦：玩腦力訓(xùn)練游戲真的能提高智力，改善學(xué)習(xí)效果嗎？美國耶魯大學(xué)去年九月份的一項研究稱，特定的計算機(jī)腦力訓(xùn)練游戲確實有助于提高學(xué)生的數(shù)學(xué)和閱讀考試成績，甚至超過一對一輔導(dǎo)的效果。其理論依據(jù)在于，大腦的神經(jīng)系統(tǒng)具有可塑性，經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計的腦力訓(xùn)練游戲能夠幫助學(xué)生集中注意力，改善自我控制能力，工作記憶和認(rèn)知靈活性。

整個實驗概括如下：

在以583名二年級兒童作為樣本的實驗研究中，研究者對學(xué)校所使用的計算機(jī)腦力訓(xùn)練游戲的效果進(jìn)行評估，學(xué)校希望利用這種神經(jīng)可塑性的潛力改善學(xué)習(xí)。由于認(rèn)知操作由動態(tài)重構(gòu)神經(jīng)系統(tǒng)支持，而神經(jīng)系統(tǒng)是廣泛分布于整個大腦處理組件集成，環(huán)境輸入有力地塑造了這些系統(tǒng)的神經(jīng)元間的連接。

實驗結(jié)果顯示：

• 在數(shù)學(xué)或閱讀課上的游戲開始之前，做一個 5 分鐘的腦力訓(xùn)練游戲，能夠提升學(xué)生們在課程游戲中的表現(xiàn)。

• 而持續(xù)4個月每周進(jìn)行三次20分鐘的腦力訓(xùn)練，與對照組（同一時間進(jìn)行測試，但未進(jìn)行腦力訓(xùn)練的學(xué)生）相比，學(xué)生整體的數(shù)學(xué)和閱讀考試成績有所提升。

• 以上結(jié)果證實了具有即時效果的認(rèn)知啟動對學(xué)習(xí)的影響，以及具有長期遠(yuǎn)遷移效果的腦力訓(xùn)練對學(xué)業(yè)成就的影響。

實驗設(shè)計：BT游戲能否激活學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)？

針對動物和人類的研究指出，大腦的結(jié)構(gòu)和功能基本上由環(huán)境產(chǎn)生的神經(jīng)元活動形成。只引用三個例子來說明：

當(dāng)聽覺輸入被外科手術(shù)替換為視覺輸入，雪貂的聽覺皮層會表現(xiàn)其視覺皮層的結(jié)構(gòu)和功能；

對老鼠的感官系統(tǒng)進(jìn)行刺激和訓(xùn)練，可以逆轉(zhuǎn)年齡相關(guān)的神經(jīng)元校正、髓鞘和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化;

兒童長時間練習(xí)小提琴的行為，則與左手相對的右側(cè)感覺運(yùn)動皮質(zhì)的擴(kuò)展有關(guān)，使得他能做出快速且復(fù)雜的手指運(yùn)動。

醫(yī)學(xué)科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了基于這種神經(jīng)可塑性潛力的新治療手段。最引人注目的是可以讓盲人“復(fù)明”的感覺替代裝置。盲人佩戴一個眼鏡式的相機(jī)，將類似電視畫面的圖像發(fā)送到放置在舌頭上的小而密集的網(wǎng)格，交由大腦來處理，就好像是由眼睛傳入的。其他研究人員則通過用計算機(jī)呈現(xiàn)的神經(jīng)認(rèn)知練習(xí)，增強(qiáng)神經(jīng)系統(tǒng)功能不足的精神分裂癥或抑郁癥患者的活性依賴性。

這些基礎(chǔ)科學(xué)和臨床研究鼓勵研究人員和業(yè)界為兒童創(chuàng)造基于計算機(jī)的腦力訓(xùn)練游戲（brain-training games，簡稱BT），由于大腦具有高度可塑性，我們可以提高注意力，思維能力和學(xué)習(xí)成績等。然而，針對此項研究，最近有評論稱，對這些項目的評估顯示，其作用很小，甚至沒有超過打BT游戲能力的提升。但是，神經(jīng)可塑性的基礎(chǔ)和臨床證據(jù)表明，局限性可能在于這款BT游戲，而非這件事本身，需要做進(jìn)一步研究，確定BT游戲可以幫助兒童，特別是在學(xué)校應(yīng)用過程中。

表1.認(rèn)知啟動效應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn)錯誤）對閱讀表現(xiàn)的影響

我們設(shè)計了四種計算機(jī)BT游戲以增加學(xué)生的管控功能。管控功能是心理學(xué)理論中的一套認(rèn)知操作系統(tǒng)，在自我管理和信息管理方面十分重要，包括注意力集中，反應(yīng)抑制，工作記憶和認(rèn)知靈活性。當(dāng)我們預(yù)測 5-7 歲孩子的在學(xué)校能否成功時，管控功能就發(fā)揮作用。

本研究中使用的第一個游戲在其初始階段訓(xùn)練簡單的持續(xù)關(guān)注，但會系統(tǒng)地添加由判別注意，反應(yīng)抑制，認(rèn)知靈活性，工作記憶和同時多重關(guān)注構(gòu)成的管控功能訓(xùn)練。其他游戲也需要持續(xù)的注意力，但聚焦在使用類別，模式識別或空間工作記憶等方面。他們使用新的算法，通過不同的任務(wù)配置使得每時每刻的難度和進(jìn)度都達(dá)到個性化。

此外，總體上來講，BT游戲也包括體育鍛煉，有一般的有氧運(yùn)動和認(rèn)知要素鍛煉，認(rèn)知鍛煉用來激活神經(jīng)認(rèn)知系統(tǒng)。有研究數(shù)據(jù)顯示，數(shù)千名兒童在集中注意力、反應(yīng)抑制和工作記憶的研究測試中有顯著提升，而這些游戲在內(nèi)容、形式和用戶體驗上都大相徑庭，這表明，其隱含價值超越了訓(xùn)練游戲本身，觸及底層認(rèn)知操作。

本研究旨在評估BT游戲?qū)?shù)學(xué)和閱讀表現(xiàn)的即時影響（認(rèn)知啟動）和長期影響（學(xué)術(shù)成就）。

1. 在即將開始數(shù)學(xué)或閱讀課游戲之前進(jìn)行腦力游戲訓(xùn)練，真的能提升學(xué)生在認(rèn)知啟動上的表現(xiàn)嗎？

2. 在這幾個月中，相較于那些沒有進(jìn)行腦力訓(xùn)練游戲的學(xué)生，BT能提升學(xué)生在數(shù)學(xué)和閱讀標(biāo)準(zhǔn)化考試中的表現(xiàn)嗎？

已經(jīng)可以確定的是，前置刺激可以改變之后的信息處理?！皢印币辉~表示，可以增強(qiáng)語義上相關(guān)單詞的識別、歸類或生成。刺激出現(xiàn)之前的警報提示增強(qiáng)了對刺激的反應(yīng)，而任務(wù)相關(guān)的視覺刺激延遲了對視域中相同位置緊接而來刺激的反應(yīng)。通過處理數(shù)學(xué)方程的認(rèn)知操作可以促進(jìn)后續(xù)的語言任務(wù)。在fMRI（功能性磁振造影）之前，讀取包含單獨(dú)的代詞“I”（“我”）而不是代詞“we”（我們）的文章，能夠增強(qiáng)與觀看自己照片相關(guān)聯(lián)的右前額葉區(qū)域的激活，這一增強(qiáng)又與更快的反應(yīng)頻率相關(guān)。神經(jīng)系統(tǒng)是分布在整個大腦，相對活躍且互連的運(yùn)算資源，而認(rèn)知操作由動態(tài)的重新配置的神經(jīng)系統(tǒng)所支持。任務(wù)集是用于執(zhí)行任務(wù)的神經(jīng)系統(tǒng)配置。如上述研究中的操作啟動構(gòu)成了部分后續(xù)的任務(wù)集。

構(gòu)建有效的任務(wù)集是幼兒教育教學(xué)中的一項挑戰(zhàn)。在行為層面上，很明顯這需要讓孩子們參與、堅持、理解和記憶。在神經(jīng)認(rèn)知層面，學(xué)習(xí)課程材料所需的管控功能和相關(guān)的腦力資源在學(xué)校期間保持活躍的發(fā)展。

針對第一個問題，我們試圖確定，用于激活與管控功能相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)的BT游戲是否可以啟動這些系統(tǒng)，從而幫助大腦構(gòu)建更有利于學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)或閱讀的神經(jīng)認(rèn)知任務(wù)集。如果可行，則可以系統(tǒng)地確定不同學(xué)習(xí)課程內(nèi)容所需要的認(rèn)知啟動類型，以及什么樣的初始化學(xué)習(xí)對于每個孩子來說是最好的。

第二個問題則是，在為期幾個月的訓(xùn)練中，更頻繁地使用BT游戲來增強(qiáng)神經(jīng)認(rèn)知功能。其核心目標(biāo)是促進(jìn)與管控功能相關(guān)的神經(jīng)活動的開發(fā)。其關(guān)鍵問題是，這些結(jié)果能否真正讓學(xué)生從日常的數(shù)學(xué)和閱讀課程中學(xué)到更多，并在學(xué)校的數(shù)學(xué)或閱讀成績測試中表現(xiàn)得更好。如果是這樣，這將證明BT在遠(yuǎn)遷移和學(xué)業(yè)成績提升上的作用，而這在目前是一個有爭議的問題。

實驗結(jié)果：即時效果和長期遠(yuǎn)遷移效果

>>問題1：認(rèn)知啟動對閱讀和數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響。

• 閱讀CC游戲（curricular content game ）。

通過啟動模式識別（p <0.001），普通管控功能（p <0.001）和空間工作記憶（p = 0.01）等腦力訓(xùn)練游戲，學(xué)生閱讀CC游戲的準(zhǔn)確率有所提高。當(dāng)速度和準(zhǔn)確率一起考慮時，所有四種BT游戲的積極效果是更大且顯著（類別p = 0.05，所有其他p <0.0001）。模式識別游戲具有最大的效果，而類別游戲效果最小，兩者之間差異顯著（p = 0.08）（表1）。

• 數(shù)學(xué)CC游戲（curricular content game ）。

通過BT游戲模式識別（p <0.001）啟動，數(shù)學(xué)CC游戲的準(zhǔn)確率明顯增強(qiáng)，并且通用管控功能和空間工作記憶，BT游戲的效果顯著（p=0.07）。BT游戲在模式識別和空間工作記憶上的效果差異也十分大（p = 0.095）。當(dāng)速度和準(zhǔn)確性一起考慮時，所有四個BT游戲的積極效果再次更大且顯著：一般管控功能p = 0.000001，類別p <0.000001，模式識別p = 0.001，以及空間工作記憶p = 0.008。類別BT游戲比空間工作存儲器（p = 0.016）或模式識別（p = 0.034）BT游戲（表2）有更大的性能增強(qiáng)。

根據(jù)Keith關(guān)于學(xué)校學(xué)習(xí)影響的規(guī)則，0.05和0.10之間的影響被認(rèn)為是小而有意義的，0.10到0.25之間是中等，而0.25以上的影響很大23。在評估的16種觸發(fā)影響中，11種具有統(tǒng)計學(xué)上地顯著性，并且依據(jù)指南，11種的8種具有中等影響（表1和2）。

表2.認(rèn)知啟動效應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn)誤差）對數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響

圖1.學(xué)校數(shù)學(xué)測試成績。左側(cè)欄是控制類中沒有進(jìn)行大腦訓(xùn)練的兒童的冬季和春季分?jǐn)?shù)。 右側(cè)欄是在兩個測試日期之間進(jìn)行大腦訓(xùn)練的兒童的冬季和春季分?jǐn)?shù)。學(xué)校設(shè)置了熟練度的臨界分?jǐn)?shù)及以下。

>>問題2：遠(yuǎn)遷移之于學(xué)校數(shù)學(xué)和閱讀成就測試。

實驗結(jié)果：項目參與者比沒有做BT游戲但進(jìn)行相同數(shù)學(xué)和閱讀測試的控制組學(xué)生顯示出更大的提升。

在數(shù)學(xué)（74.10 +/- 16.7 vs. 74.23 +/- 15.6）或閱讀（22.65 +/- 5.5 vs. 22.54 +/- 5.8）中，BT和對照組之間基線分?jǐn)?shù)（平均值+/- sd）沒有差異。如由時間交互組所顯示的，在測試后組中的差異更大，數(shù)學(xué)（91.67 +/- 10.8 vs. 86.25 +/- 12.4）和閱讀（29.92 +/- 6.2 vs. 29.18 +/- 4.8 ）。效應(yīng)大?。–ohen's d）對于數(shù)學(xué)為0.49，對于閱讀為0.18。當(dāng)不排除具有完美或接近完美基線得分的受試者（參見“方法”）時，對數(shù)學(xué)的影響在p <0.001時仍顯著，但是對閱讀的影響不顯著。

在數(shù)學(xué)考試中，學(xué)校系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行分類，分為熟練、有風(fēng)險或有缺陷，如圖1所示（分別為綠色，黃色和紅色）。在年初，達(dá)到熟練程度孩子很少，但到年底時，腦力訓(xùn)練班比控制組多了12.8％的兒童達(dá)到熟練程度。相比于區(qū)域平均水平或同樣學(xué)校的對照班級，那些在數(shù)學(xué)和閱讀課程中使用了BT訓(xùn)練的班級學(xué)生顯示出更高的熟練度，但我們并未獲得單個學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

探討：不同的腦力游戲激活不同的神經(jīng)處理系統(tǒng)

在計算機(jī)化的數(shù)學(xué)或閱讀課程內(nèi)容學(xué)習(xí)游戲開始之前，做一個五分鐘的腦激活視頻游戲，能夠提高課程游戲的表現(xiàn)。

考慮到這一點，老師們嘗試建立適宜學(xué)習(xí)的心智/大腦狀態(tài)（任務(wù)集），比如教室環(huán)境（例如，避免分心，良好的光線），以及教學(xué)技巧，如“如果你的眼睛不在看我的眼睛，即你沒有注意我”。我們的實驗表明，旨在激活特定的神經(jīng)認(rèn)知處理系統(tǒng)的短視頻游戲可以作為大腦熱身操，提高在視頻游戲后的認(rèn)知表現(xiàn)。與教師目前可用的程序相比，視頻游戲認(rèn)知啟動可以更直接地建立內(nèi)部狀態(tài)以促進(jìn)學(xué)習(xí)，并且對緊隨其后的課程內(nèi)容產(chǎn)生作用。此外，技術(shù)能輕而易舉地使得認(rèn)知啟動進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同兒童認(rèn)知特性可能存在的差異。這些應(yīng)用也同樣可以用于學(xué)校以外的學(xué)習(xí)和表現(xiàn)情境。

我們的數(shù)據(jù)顯示了四種BT游戲之間不同的認(rèn)知啟動效應(yīng)，以及對不同的課程內(nèi)容產(chǎn)生的作用。類別BT（Categories BT ）游戲?qū)?shù)學(xué)CC游戲的認(rèn)知啟動影響最大，超過空間工作記憶以及模式識別類（ Pattern Recognition ）的BT游戲。

相比之下，類別BT游戲?qū)﹂喿xCC游戲的啟動效果是最弱的，模式識別類BT游戲?qū)ζ溆绊懽畲?，這與我們的假設(shè)一致：即不同的BT游戲激活不同的神經(jīng)處理系統(tǒng)，同時，最合適于學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和閱讀的任務(wù)集也并不相同。

我們的第二個發(fā)現(xiàn)是，在12-16周之間，玩過BT游戲的孩子在學(xué)校數(shù)學(xué)和閱讀測試中表現(xiàn)比對照組班級有更大的提高，其對數(shù)學(xué)測試結(jié)果（0.49）的影響力大于一對一輔導(dǎo)（0.40）。這一效果通過一個教師和超過20個孩子而不是一個教師對一個孩子來實現(xiàn)，并且在對每一主題需重復(fù)輔導(dǎo)的同時改善閱讀表現(xiàn)。數(shù)學(xué)（0.49）和閱讀（0.18）的結(jié)果明顯大于在課后周末和夏季課程的擴(kuò)展教學(xué)。本研究中的發(fā)現(xiàn)與許多以前沒有遠(yuǎn)遷移的兒童研究相反，這可能是由于BT游戲本身的特性。本研究中的BT激活和訓(xùn)練了多項神經(jīng)認(rèn)知功能，將其作為通道來激活支持管控功能的神經(jīng)系統(tǒng)。這與以往最常研究的項目形成對比，那些方案僅關(guān)注單維度的認(rèn)知功能。此外，該項目能夠以個性化的訓(xùn)練方式來調(diào)節(jié)其難度配置。最后，當(dāng)前的BT包括了體育鍛煉以及計算機(jī)化鍛煉，這同樣是此前的項目所缺乏的。計算機(jī)的呈現(xiàn)和體育鍛煉被設(shè)計為協(xié)同工作，雖然這可能是本研究中積極結(jié)果的一個原因，但這也意味著當(dāng)前研究中不可能確定每個觀察結(jié)果的相對貢獻(xiàn)。此外，我們注意到，本研究不包括主動控制條件，因此留下實驗條件中一些其他非特定方面的可能性，例如放松孩子或誘導(dǎo)積極的情緒也可能有助于產(chǎn)生積極結(jié)果。然而，我們的 BT干預(yù)措施效果明顯大于其他學(xué)校的干預(yù)效果，和“常規(guī)教育”相比，這與BT有特定影響的結(jié)論也是一致的。

BT的效果在數(shù)學(xué)測試表現(xiàn)上比在閱讀的更大，但這可能更多地與心理計量特質(zhì)的表現(xiàn)相關(guān)，而非BT本身的屬性。數(shù)學(xué)測試是一個客觀的紙筆測試，這使其比更主觀化評分和個性化的閱讀測試更為可靠。而且，來自閱讀測試的數(shù)據(jù)表明，教師評分有限的內(nèi)在打分可靠性潛在地增加了方差。

本研究也有局限性。

首先，四種類型的BT游戲在許多方面是類似的，且被設(shè)計用來激活與EF相關(guān)聯(lián)的重疊神經(jīng)系統(tǒng)。重要的是，盡管有這些相似性，它們具有明顯不同的啟動效應(yīng)，表明了即使在有限范圍內(nèi)的變化中，使用特定啟動活動性質(zhì)的BT游戲影響了啟動活動。但是由于這些相似性，我們不能定義有效的認(rèn)知啟動對數(shù)學(xué)或閱讀的局限性和基本特征。

第二個局限是，在評估對學(xué)校數(shù)學(xué)和閱讀成績測試的遠(yuǎn)遷移效應(yīng)時缺乏主動控制。有可能出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，學(xué)生堆參與學(xué)校新計劃的熱情帶來了更大的動機(jī)和努力來進(jìn)行成就測試，即“霍桑效應(yīng)”。但是，基于以下幾個原因，這不太可能影響我們的實驗結(jié)果。計算機(jī)練習(xí)是高度復(fù)雜的，很快會失去新奇感或相關(guān)的熱情，這只是學(xué)校周的一部分。更重要的是，對于做BT +閱讀CC游戲的團(tuán)隊，盡管在數(shù)學(xué)上沒有明顯的幫助，但他們在數(shù)學(xué)測試結(jié)果上顯示出非常大的收益。在年底和其他學(xué)校一起進(jìn)行的數(shù)學(xué)測試，沒有將之配合他們之前做過的BT+閱讀CC游戲。類似的考慮適用于做了BT +數(shù)學(xué)CC游戲的團(tuán)隊的閱讀結(jié)果。最重要的是對21項學(xué)校干預(yù)研究的元分析，所有這些研究都采用了常規(guī)教育作為非主動控制和廣泛的數(shù)學(xué)和/或閱讀成績測試，正如在我們的研究中作為結(jié)果測量的方式。這個平均效應(yīng)大小為0.0724。如果你假設(shè)這些干預(yù)措施根本沒有真正的效果并將所有的影響歸因于霍桑效應(yīng)，我們觀察到的影響是數(shù)學(xué)測試結(jié)果的七倍，閱讀的兩倍半。

第三，由于BT項目需要持續(xù)的課程時間投入，教育部門首先確定了愿意實施該項目的學(xué)校，然后選擇在學(xué)生人數(shù)、工作人員穩(wěn)定性、前一年考試成績和總體資源等方面相匹配的比較學(xué)校。這具有不可隨機(jī)分配的缺點，但同時有確保試驗和比較學(xué)校盡可能相似的優(yōu)點。由于所有學(xué)校每天大多數(shù)的活動旨在提高學(xué)生表現(xiàn)，所以沒有理由認(rèn)為試驗學(xué)校和比較學(xué)校在成功動機(jī)上有所不同。

最后，用學(xué)校的成就測試來證明BT的遠(yuǎn)遷移在心理測驗上有局限性。天花板效應(yīng)意味著我們無法評估BT對高成就學(xué)生的潛在好處以及從分析中去除那些學(xué)生，因為在BT和對照組之間，都引入了不對稱的還原平均人為潛在地增加平均提升結(jié)果的情況下，他們只有很少甚至沒有空間來展示BT的影響。這種效應(yīng)可以減少BT和對照組之間的差異。

總之，這項研究提供了強(qiáng)有力的證據(jù)表明遠(yuǎn)遷移大腦訓(xùn)練對兒童的影響，這是學(xué)術(shù)界一個重要但存在爭議的問題。此外，這項研究首次表明，在開始在線課程內(nèi)容游戲之前，一個簡短的大腦熱身或認(rèn)知啟動游戲可以增強(qiáng)學(xué)生的表現(xiàn)。這為未來的研究開辟了道路，以確定適用于不同課程內(nèi)容的大腦激活認(rèn)知啟動類型，不同兒童之間的個性化差異，同一個兒童在不同時間段發(fā)生的變化，以及從長遠(yuǎn)來看，即時認(rèn)知啟動如何促進(jìn)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。該研究在真實的學(xué)校環(huán)境中完成，表明BT和認(rèn)知啟動可能被廣泛應(yīng)用于基于神經(jīng)科學(xué)和技術(shù)賦能的教學(xué)中。

圖2.一般管控功能大腦訓(xùn)練的兩個用戶界面。左側(cè)面板的版本是孩子跟著移動光線，并在當(dāng)它變成一個符合目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的寶石時點擊它。在所示的游戲級別有兩個移動光線，在這一屏幕截圖時，是一個剛剛變成的藍(lán)色寶石。屏幕頂部的線索顯示了目標(biāo)是藍(lán)色的寶石。右側(cè)面板是相同認(rèn)知需求和計算機(jī)代碼的第二用戶界面。在這一屏幕截圖時，移動透鏡（黃色圓圈）剛剛在板條箱中露出了目標(biāo)猴子，孩子點擊了它，猴子從箱子中釋放出來并逃走了。游戲的計算機(jī)代碼是使用文本編輯器Sublime（https://www.sublimetext.com/）和在Photoshop（http://www.photoshop.com/）中創(chuàng)建的藝術(shù)作品所形成的。

研究方法：實驗中所使用的四個BT游戲

實驗的參與者。該項目是為4所位于Fairfax的弗吉尼亞公立學(xué)校（FCPS），來自13個班級的372名二年級學(xué)生所設(shè)立的。每所學(xué)校的班級被隨機(jī)分配接受BT加數(shù)學(xué)CC內(nèi)容游戲（170名學(xué)生）或BT加閱讀CC游戲（202名學(xué)生）。三所學(xué)校中額外的10個二年級班級作為沒有接受BT或CC游戲的控制對照組（72名學(xué)生和139名學(xué)生分別作為數(shù)學(xué)成績和閱讀成績的控制對照組）。試驗和控制對照學(xué)校的人數(shù)類似，所有學(xué)校中由于家庭低收入，有5-10％的兒童符合免費(fèi)或減少午餐的基準(zhǔn)。 所有研究程序均經(jīng)由耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院人類調(diào)查委員會批準(zhǔn)，所有研究程序均符合相關(guān)指南。

四個計算機(jī)腦力訓(xùn)練（BT）游戲。

游戲1旨在集中注意力，反應(yīng)抑制，認(rèn)知靈活性。這個游戲的兩個版本具有相同的底層計算機(jī)代碼和認(rèn)知挑戰(zhàn)的順序，但具有不同的用戶游戲體驗（圖2）。

在該游戲的第一個版本中，學(xué)生開始使用鼠標(biāo)來跟蹤一個移動的光線，當(dāng)它變成一個紅色的寶石時點擊它。正確反應(yīng)，光線移動得更快；錯誤反應(yīng)，光線移動得變慢。隨著游戲的進(jìn)行，增加了更多方面的管控功能。不應(yīng)該點擊的藍(lán)色寶石出現(xiàn)，增加了區(qū)別注意和反應(yīng)抑制。接下來，目標(biāo)隨機(jī)在紅色和藍(lán)色之間切換，增加反應(yīng)抑制需求和認(rèn)知靈活性。工作記憶的引入，是通過顯示半寶石，并指示孩子只點擊與前一個相同顏色的來創(chuàng)造一個完整的寶石。除了主要關(guān)注管控功能，這個游戲還需要視覺空間處理和手眼協(xié)調(diào)。所有級別在屏幕上重復(fù)兩個和三個移動燈光。

第二個版本具有相同的底層計算機(jī)代碼和認(rèn)知挑戰(zhàn)的順序，但是不同的用戶游戲體驗（圖2）：魔術(shù)棱鏡從一個移動的條板箱跳到另一個，透露出內(nèi)部是否有猴子。如果它是“目標(biāo)”的猴子，孩子點擊它，猴子逃出箱子。我們發(fā)現(xiàn)，每個組件管控功能（如反應(yīng)抑制）的神經(jīng)心理構(gòu)造與游戲玩法的任何操作方面（如對陪襯物無反應(yīng)）沒有一一對應(yīng)，因為操作行為需要多功能混雜，其本身在當(dāng)時的神經(jīng)生理學(xué)水平上具有另一整合身份。但是我們認(rèn)為，跨游戲級別操作的逐步組合，以及整套BT游戲的操作集合構(gòu)成一個BT程序，其強(qiáng)烈地激活了一套支持管控功能的神經(jīng)功能系統(tǒng)。

游戲2訓(xùn)練使用類別（類別）。海盜將東西從胸部投射到空中，孩子必須在其飛出屏幕前，點擊目標(biāo)類別的東西。通過正確的反應(yīng)，它們移動得更快，并且漸進(jìn)地增加級別到在屏幕上出現(xiàn)累計六個飛行物體。最初是簡單的和自然界的類別，如字母、數(shù)字、動物、植物、食品和家具。更高級別的類別包括工具，機(jī)器，運(yùn)動和“度假中帶的東西”。在最高級別中，孩子必須在屏幕上找到同一類別的對象。

游戲3訓(xùn)練模式識別（模式識別）。學(xué)生連續(xù)看到一列三個目標(biāo)，必須選擇三個附加目標(biāo)之一來完成這一模式。鴨子拿著目標(biāo)，當(dāng)一列成功完成后，鴨子愉快地飛走了。游戲從簡單的模式規(guī)則開始，如“所有相同的形狀”或“所有相同的顏色”，進(jìn)一步到規(guī)則像“所有不同的顏色和形狀”，模式像“藍(lán)色圓形-黃色三角形-藍(lán)色圓形-黃色三角形”。更高的級別包括數(shù)字模式，旋轉(zhuǎn)形狀和不同類型問題的混合。正確反應(yīng)，允許的反應(yīng)時間變得更短；錯誤反應(yīng)，反應(yīng)時間變得更長。

游戲4訓(xùn)練空間工作記憶（空間工作記憶）。孩子們必須記住一組在海灘上坐著的海盜舉手請求吃飯的順序，或者是一個嬉戲的猴子所到營地里的位置，并按照適當(dāng)?shù)捻樞螯c擊它們。要記住位置的數(shù)量從兩個開始，成功則數(shù)量增加，錯誤則減少。一些游戲級別要求孩子以相反的順序作出反應(yīng)。游戲指令通過聽覺-耳機(jī)和視覺-屏幕來呈現(xiàn)。

身體的大腦訓(xùn)練練習(xí)（PE）。像計算機(jī)練習(xí)一樣，認(rèn)知方面的身體鍛煉從持續(xù)注意力和反應(yīng)抑制開始，并逐漸延伸到認(rèn)知靈活性，多個同時注意力和工作記憶層面。例如，最初，孩子們在地板上他們自己圓圈內(nèi)分配自己的空間，照顧自己的身體，并練習(xí)像瑜伽的平衡姿勢。接下來，他們控制球成對傳遞，小組按照規(guī)則玩游戲，需要規(guī)劃、策略和自我控制，或像“西蒙說”的反應(yīng)抑制游戲。后來，他們學(xué)習(xí)武術(shù)和舞蹈順序，或者投擲兩個不同的彩色袋到另外五六個孩子的圓圈中，而孩子按照不同的順序投擲每一顏色。每天都有或多或者的有氧運(yùn)動，小組和個人集中練習(xí)。雖然身體鍛煉和計算機(jī)練習(xí)具有高度相似的認(rèn)知需求，并被設(shè)計為激活類似的、重疊的神經(jīng)功能系統(tǒng)，但我們沒有大腦成像數(shù)據(jù)來確認(rèn)重疊的程度。

課程內(nèi)容（CC）游戲。本研究按照紐約州二年級學(xué)生的共同核心學(xué)習(xí)目標(biāo)，創(chuàng)建了閱讀和數(shù)學(xué)游戲。對于閱讀和數(shù)學(xué)游戲，我們評估了兩個方面的表現(xiàn)。首先是準(zhǔn)確率，由正確的反應(yīng)/總反應(yīng)量，以及獨(dú)立的反應(yīng)速度。第二個測量，正確反應(yīng)/分鐘，組合的速度和準(zhǔn)確率。例如，如果一個孩子得到100％的準(zhǔn)確率，但反應(yīng)非常慢，他的正確反應(yīng)/分鐘將是相當(dāng)?shù)偷?。第二個孩子獲得50％的準(zhǔn)確率，但是兩倍的反應(yīng)速度，在正確反應(yīng)/分鐘他將得到相同的分?jǐn)?shù)。如果兩個孩子反應(yīng)同樣快，那么得到正確反應(yīng)更高百分比的人將獲得更高的正確反應(yīng)/分鐘得分。不同的個體可以優(yōu)先考慮不同的結(jié)果目標(biāo)或策略，并且認(rèn)知啟動可以不同地影響在這兩種措施中反映出來的策略和目標(biāo)。在這些措施和結(jié)果維度的二維空間中，定位每個個人以及評估相對優(yōu)先級如何隨時間變化，這超出了本報告的范圍。然而，這兩個措施讓我們開始考慮不同類型的啟動將如何影響整體的不同結(jié)果目標(biāo)和策略。

閱讀游戲。盡管游戲僅僅依賴于視覺刺激和匹配，閱讀游戲需要孩子們使用由元音聲音相似定義的正確鏈接來創(chuàng)建單詞鏈。鏈條像錨一樣固定浮動的海盜船，一個小海盜游到水下從選項中選出單詞，把單詞放到鏈條上的漁網(wǎng)中。在31個游戲難度級別中，比賽從簡單到復(fù)雜（例如，從一塊黃油-帽子-坐墊，到天-說話-星期日-圣代-干草-搖擺-戲劇-灰色-稱重量-嘶鳴聲-迷路）（注：這些單詞在英語發(fā)音中有部分發(fā)音相似）。

數(shù)學(xué)游戲。數(shù)學(xué)游戲基于填數(shù)字-由線連接的三個圓圈的集合，具有包含“整體”（例如，12）的大圓圈，以及包含其“部分”（例如5和7）的較小圓圈。在游戲中，這種視覺結(jié)構(gòu)被呈現(xiàn)為平衡秤。另外，在中心平衡點的一側(cè)有兩個較小的球體，在另一側(cè)有一個較大的球體。為了減法，在天平的每一側(cè)，有兩個相等大小的球體。孩子必須從一個特定的球體中添加或減去黃金以平衡秤，從一個不同價值的金片集合中選擇移動到一個球體，并選擇哪些金片從球體中刪除。這些問題旨在增加對十進(jìn)制和百進(jìn)制數(shù)字（計算）和概念的理解，并對兩位和三位數(shù)字的加減更為熟練。隨著學(xué)生們通過120個游戲關(guān)卡，問題變得更加困難。在數(shù)學(xué)游戲的計算能力中，移動以平衡稱被認(rèn)為是正確的步驟。在這個游戲中，移動之前，實際實現(xiàn)平衡的移動不按對或錯論，但過多的移動步驟會積累得到較低的分?jǐn)?shù)。例如，如果問題6 +？ = 24在左側(cè)的一個球體中是6，在左側(cè)的第二球體中為空，那么通過添加一個10單位片和兩個4單位片相較于添加一個5單位片，三個2單位片和一個1單位片直到秤平衡，前者是更快地回答。第一個策略將得到更高的精確度分?jǐn)?shù)（1/3 vs. 1/11），并且潛在地具有更高的組合速度和準(zhǔn)確率分?jǐn)?shù)，因為平衡秤的數(shù)量/分鐘反映了實現(xiàn)平衡所需的移動數(shù)量和每次移動的速度。

表現(xiàn)和學(xué)術(shù)成績。BT的遠(yuǎn)遷移通過學(xué)校數(shù)學(xué)和閱讀的標(biāo)準(zhǔn)化測試結(jié)果，和剛剛開始（測試前）之前和完成（測試后）之后閱讀成績的改變，以及在相同時間點的對照組進(jìn)行評估。數(shù)學(xué)成績測試由FCPS開發(fā)，并在整個地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)使用。測試包括20個問題，涉及數(shù)學(xué)相關(guān)知識的多個領(lǐng)域，要求學(xué)生識別對稱圖形，識別和描述幾何形狀，使用數(shù)據(jù)來預(yù)測實驗結(jié)果，構(gòu)建圖形，識別圖形模式，估計和測量長度，以及使用金錢、時鐘和日歷，以及計算、位值算術(shù)和分?jǐn)?shù)等。閱讀成績是通過發(fā)展性閱讀評估（DRA）來評估，第二版的閱讀流暢性和理解程度，由每個孩子的老師基于孩子如何朗讀和理解標(biāo)準(zhǔn)化測試段落來評估。教學(xué)手冊幫助老師來管理和評分測試27。測試-重測的可靠性基于同一教師對同一學(xué)生（n = 112，1-6年級），14天間隔（不指定不同教師的數(shù)目）的評級，非常高的0.97（流利）和0.99（理解）。為了評估評估者的可靠性，26位打分者評估了錄音記錄，并審查了來自30個DRA部門的學(xué)生寫作。Gwel的Kappa First整理了約定評分系數(shù)，0.57為流利，0.65為理解，其中41-0.60為中等，高于0.60為相當(dāng)好27。

大腦訓(xùn)練計劃。從2015年2月到6月，孩子們每周三次或每周四次做BT和CC電腦游戲，平均每個孩子31次，范圍6-65，兩個異常值被刪除，81％的孩子做至少20個部分。在研究中這些部分最初包括5個5分鐘的BT游戲和一個10分鐘的CC游戲，但CC游戲縮短到5分鐘約占20％，以適應(yīng)學(xué)校日程限制。為了評估潛在的認(rèn)知啟動效果，我們將當(dāng)沒有BT游戲時的CC效果與在四個BT游戲之后的CC效果進(jìn)行比較。為了最小化在玩CC游戲之前課程時間結(jié)束時的天數(shù)，CC游戲被隨機(jī)地安排為一天中的第一、第二或第三個游戲。由于我們有四種類型的BT游戲，我們有五個選擇條件（CC第一，BT1 / CC，BT2 / CC，BT3 / CC和BT4 / CC）。在10個訓(xùn)練環(huán)節(jié)的每個連續(xù)塊中，隨機(jī)選擇CC游戲最先出現(xiàn)的兩個環(huán)節(jié)。為了提高參與度，在孩子們玩BT游戲之前，他們會看到一個“游戲選擇”屏幕，允許他們選擇兩個BT游戲之一來進(jìn)行下一個游戲。他們的選擇限制了在每個10環(huán)節(jié)隨機(jī)塊中的未來選項，使得4種BT游戲中的每一種在這塊中的兩次CC之前。孩子們每周進(jìn)行一次或兩次PE訓(xùn)練游戲，每天大約30分鐘。教師門戶網(wǎng)站的在線材料提供了便利計算機(jī)練習(xí)和詳細(xì)的日常問題的PE計劃。老師們接受了4小時的計算機(jī)和PE訓(xùn)練游戲管理培訓(xùn)，所有的培訓(xùn)都由學(xué)校教師帶領(lǐng)。

統(tǒng)計分析。即時認(rèn)知啟動對數(shù)學(xué)和閱讀表現(xiàn)的影響。來自每個關(guān)鍵擊球或來自每個游戲的鼠標(biāo)點擊的未處理的數(shù)據(jù)被發(fā)送到國家評估、標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生測試研究中心（CRESST /UCLA）的統(tǒng)計分析團(tuán)隊來分析。因此，盡管整個研究團(tuán)隊參與討論總體目標(biāo)，戰(zhàn)略分析和發(fā)現(xiàn)解釋，數(shù)據(jù)分析在很大程度上獨(dú)立于設(shè)計這項BT研究的研究人員，以及支持在學(xué)校使用該計劃的商業(yè)公司（C8Sciences）。由于一些原因，BT游戲?qū)C游戲表現(xiàn)的影響評估在統(tǒng)計上是復(fù)雜的。數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)是多層次的，且游戲玩法部分嵌套在學(xué)生中。許多潛在的協(xié)變量可能影響CC游戲的表現(xiàn)。此外，在任何特定的環(huán)節(jié)中，只進(jìn)行CC游戲級別的子集。因此，期望環(huán)節(jié)表現(xiàn)也由于參與級別的屬性而復(fù)雜化，一個環(huán)節(jié)到另一個環(huán)節(jié)變化。為了解釋這些復(fù)雜性，我們采用靈活的多級反應(yīng)理論（IRT）28-31方法，連同學(xué)生之間變化實時建模的協(xié)變量，也解決CC游戲的不同特點包括CC游戲水平難度。

對數(shù)據(jù)集進(jìn)行反常值和異常值的篩選。消除不完整或過長的環(huán)節(jié)，如果在某一環(huán)節(jié)中的特定游戲級別上花費(fèi)的時間少于一分鐘或少于10個游戲移動，則不考慮該數(shù)據(jù)。這些過濾器創(chuàng)建了一個用于分析的數(shù)據(jù)集，其由讀取CC游戲的5876個（經(jīng)過濾器之前的6,534）和數(shù)學(xué)CC游戲的3884個（從過濾器之前的4,541）組成?？ǚ胶蚏MSEA項擬合統(tǒng)計表明所有結(jié)果測量優(yōu)秀適合。報告的p值是2尾。

遠(yuǎn)遷移對于學(xué)校數(shù)學(xué)和閱讀表現(xiàn)測試。程序參與者和控制對照組之間的差異，是通過在R中運(yùn)行的重復(fù)測量方差分析（ANOVA）評估而得。由于老師的誤差，BT組中的73名學(xué)生在春季被給到得錯誤的數(shù)學(xué)測試或沒有數(shù)學(xué)測試。這導(dǎo)致了BT組孩子的分析樣本中，數(shù)學(xué)測試結(jié)果有299名，閱讀測試結(jié)果有399名。在閱讀測試中觀察到的最高分?jǐn)?shù)為38分。在參與者和對照組兒童的整個樣品中，從測試前到測試后的平均提升超過6分。為了在評估參與者和對照組可能的不同提升時限制上限影響，將53名在之前測試有34分及以上評分的孩子從BT組中排除，從對照組中排除7個，分別留下319名和132名。 在之前測試有90分及以上（BT組中有68名和對照組中有24名）分?jǐn)?shù)的孩子從數(shù)學(xué)成績分析中排除，其中最高可能得分為100分，整體樣本的平均提升超過16分，留下來的組內(nèi)分別是231名和48名學(xué)生。在重復(fù)分析中，沒有學(xué)生被排除。由于來自多個以前學(xué)校實施的數(shù)據(jù)顯示了班級數(shù)學(xué)和閱讀測試的平均增長（補(bǔ)充數(shù)據(jù)1），所以研究中使用了單尾測試。在每組分析中使用的前/后差值分?jǐn)?shù)的分布滿足正常假設(shè)，并且各組在Fligner檢驗差異分?jǐn)?shù)的方差沒有差異。

>>聲明

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