De neurale basis van de rekenvaardigheid van kinderen

Rekenen is een essentiële vaardigheid voor verdere ontwikkeling en omvat een groot deel van ons dagelijkse leven. Ondanks dat er de voorbije jaren een toename in functioneel en structureel neurowetenschappelijk onderzoek rond numerieke cognitie en rekenvaardigheid bij kinderen heeft plaats gevonden, is er nog veel onduidelijk. Dit doctoraat tracht de hersengebieden die belangrijk zijn voor de rekenvaardigheid van typisch ontwikkelende kinderen verder te identificeren.

Neurowetenschappelijke studies bij volwassenen hebben aangetoond dat strategiegebruik (rekenfeiten of procedurele manipulaties) het hersennetwerk voor rekenen moduleert, maar dit werd nog nooit bestudeerd bij kinderen. Een eerste fMRI studie onderzocht de neurale activatie geassocieerd met deze strategieën tijdens aftrekken en vermenigvuldigen en observeerde diverse neurale netwerken voor beide strategieën, maar geen verschillen tussen de bewerkingen. Vervolgens heeft gedragsmatig onderzoek aangetoond dat prestatie op rekenfeiten bij vermenigvuldigingen beïnvloed wordt door verscheidene effecten, zoals het probleemgrootte- en interferentie-effect. Een tweede fMRI studie onderzocht de neurale basis van deze effecten en vond een duidelijk gedragsmatig effect van zowel probleemgrootte als interferentie, maar alleen een duidelijk neuraal effect van probleemgrootte. Het interferentie-effect werd niet gedetecteerd; er werden geen duidelijke verschillen in neurale activatie gevonden tussen laag en hoog interfererende rekenproblemen.

Buiten functie, werd de structuur van grijze stof ook eerder gekoppeld aan cognitieve vaardigheden. Zo onderzocht een derde studie hoe structurele eigenschappen van grijze stof samenhangen met rekenvaardigheid, door te kijken naar zowel volume als corticale complexiteit. Meerdere associaties werden zo gevonden met verscheidene corticale structuren. Daarenboven liggen de hersengebieden van het rekenkundige hersennetwerk niet naast elkaar, waardoor het ook cruciaal is om de structurele witte stofbanen die deze regio’s met elkaar verbinden te bestuderen. In een vierde studie werd de integriteit van deze witte stofbanen bestudeerd aan de hand van spherical deconvolution, een nieuwe non-tensor methode die verder gaat dan klassieke DTI om bepaalde methodologische beperkingen tegen te gaan. Er werden duidelijke associaties gevonden tussen de rechter inferieur longitudinale fasciculus en kinderen hun rekenvaardigheid.

Tot slot onderzocht een vijfde studie de toegevoegde waarde van de geobserveerde structurele neurale correlaten bovenop gedragsmatige predictoren in het voorspellen van individuele verschillen in kinderen hun rekenvaardigheid. Deze studie toonde aan dat de neuro-anatomische maten de beste predictie van prestatie geven, wat de waarde van deze correlaten benadrukt en bijgevolg streeft naar een brug tussen cognitieve neurowetenschappen en onderwijs.

Bij elkaar genomen heeft de combinatie van zowel functionele en structurele neurale maten gezorgd voor resultaten die ons begrip van de neurale basis van de rekenvaardigheid van kinderen uitbreiden.