Дискалькулія - це знижена здатність до навчання арифметиці - подібно до того, як нездатність до навчання читання та письма називають дислексією.
Але дислексія - загальновизнана медична проблема, на боротьбу з якою виділяються солідні кошти у світі, в порівнянні з дослідженнями дискалькулії. Так, американський Національний інститут охорони здоров'я (NIH) починаючи c 2000 років витратив на дослідження дислексії 107,2 млн доларів, а на дискалькулію - тільки 2,3 млн.
Дискалькулія зустрічається рідше, ніж порушення читання та письма. Близько 5-7% дітей шкільного віку страждають від дискалькулії.
Відсутність математичної грамотності знижує якість життя людей навіть сильніше, ніж відсутність звичайної грамотності. Спеціальне дослідження, проведене у Великобританії, показало, що люди, які відчувають серйозні труднощі з арифметикою, менше заробляють, частіше хворіють і частіше порушують закони. Звичайно, можна довго сперечатися, що тут причина, а що наслідок, однак багато експертів переконані, що причина саме в невмінні рахувати, а погане життя є наслідком цього.
Дискалькулія в багатьох випадках є самостійною недугою, а не побічним наслідком якихось інших дефектів. Зазвичай, людина з патологічною нездатністю до арифметики може бути абсолютно нормальною у всіх інших відносинах. Деякі дорослі люди, які страждають на дискалькулію, прекрасно розуміють геометрію і навіть програмують на професійному рівні. З іншого боку, дискалькулія часто (частіше, ніж можна пояснити простою випадковістю) зустрічається спільно з дислексією і синдромом дефіциту уваги і гіперактивності.
За допомогою близнюкового методу було показано, що арифметичні здібності в значній мірі (як мінімум на 30%) залежать від генів, а не від умов навколишнього середовища. Крім того, з'ясувалося, що математичні здібності успадковуються окремо від інших генетично обумовлених здібностей (наприклад, до читання або засвоєнню імен та назв). Все це дозволяє припустити, що у арифметичних здібностей повинна бути своя власна нейрологічна основа: можливо, існує якийсь спеціалізований відділ мозку, що відповідає саме за арифметику.
Діти, які страждають дискалькулію, не розуміють сенсу чисел: їх мозок не може встановити відповідність між числом і його величиною (розуміння про кількість). Психологи, які вивчають розумовий розвиток дітей, на основі численних експериментів і спостережень прийшли до висновку, що першоосновою арифметичних здібностей є вміння автоматично, «на око» оцінювати кількість об'єктів у великих кількостях. Новонароджені діти в нормі здатні розрізняти множинність з невеликою кількістю об'єктів (до трьох). Дорослі, як правило, миттєво (без підрахунку) оцінюють множини, що містять до п'яти об'єктів. Якщо об'єктів більше, для визначення їх точної кількості потрібен підрахунок, але нормальна людина, як правило, з одного погляду розуміє, в якому кількостях об'єктів більше, а в яких менше. При дискалькулії ця здатність відсутня. Наприклад, нормальна дитина відразу бачить, яка з двох гральних карт старше - п'ятірка чи вісімка. Дитині з дискалькулією, щоб це зрозуміти, доводиться старанно перераховувати значки на обох картах.
Здатність до кількісних оцінок якимось чином пов'язана з умінням розрізняти власні пальці. Діти, як правило, починають освоювати арифметику через рахунок на пальцях. Для цього потрібно встановити відповідність між своїми пальцями і перелічуваними предметами. Діти, які страждають на пальцьову агнозію (синдром Герштмана), плутаються у власних пальцях: наприклад, вони не можуть знайти у себе на руці палець, названий або показаний на своїй руці учителем. Пальцьова агнозія пов'язана з дефектами тім'яної частки. Як правило, таким дітям важко дається арифметика.
Базове уявлення про кількості, здатність оцінювати число об'єктів у великих кількостях - ці якості, очевидно, можуть мати важливе адаптивне значення. Тож не дивно, що вони є не тільки у людини, але і у інших тварин Багатьом тваринам - від бджіл і мурах до ворон і мавп - величезну користь приносить вміння визначати, на якому з кущів більше їстівних ягід, на якій з двох галявин більше квітів з солодким нектаром і т.п. Цілком логічно тому припустити, що для цього вміння , на основі якого у людей в ході навчання в подальшому розвиваються більш складні арифметичні навички, в мозку існує спеціалізована ділянка - «арифметична зона».
Те, що ключову роль в математичному мисленні грають тім'яні долі, відомо вже близько 100 років. Було відмічено, що травми тім'яних доль можуть призводити до виборчої втрати арифметичних навичок. Нові неінвазивні методи вивчення мозку, такі як ФМРТ, дозволили уточнити ці відомості. Виявилося, що функцію головної «арифметичної зони» у людей виконує внутрішньотімяна борозна (intraparietal sulcus). Саме ця ділянка тім'яної кори відповідає за оцінку кількості об'єктів у великих кількостях. Той факт, що внутрішньотімяна борозна збуджується при виконанні будь-яких розумових операцій, пов'язаних з кількостями і арифметикою, підтверджує виявлену раніше психологами центральну роль даної функції в математичному мисленні.
Крім внутрішньотімяної борозни є й інші ділянки мозку, злагоджена робота яких необхідна для нормального розвитку математичних навичок. При зіткненні з новими типами задач активно працює префронтальная кора, відповідальна за свідому розумову діяльність, довільну увагу і робочу пам'ять. При вирішенні знайомих завдань активізується кутова звивина (angular gyrus) лівої тім'яної частки, яка відповідає, зокрема, за витяг інформації з довготривалої пам'яті. Осмислення символів - слів і цифр, що позначають числа, - вимагає активної роботи деяких ділянок скроневої частки, таких як веретеновидна звивина (fusiform gyrus). Крім чисел і слів веретеновидна звивина займається також розпізнаванням обличчь.
У дітей, які тільки починають вчити арифметику, математичні роздуми супроводжуються більш сильним збудженням префронтальної кори (свідомі, активні роздуми); в міру навчання все більше роботи беруть на себе тім'яні долі і веретеновидна звивина (навички стають більш автоматичними), але без активної роботи внутрішньотімяної звивини жодна арифметична задача, проста або складна, ні в якому віці не вирішується. Навіть у досвідченого обчислювача, який вирішує найпростішу задачу типу 2 + 3, мозковий центр, що відповідає за оцінку кількостей, неодмінно збуджується. Схоже на те, що людський мозок, навіть добре навчений, не в змозі впоратися з елементарними арифметичними діями без активації уявлень про кількісні значення (величини) чисел. З цією обставиною, мабуть, пов'язаний так званий «ефект величини проблеми» (problem size effect): парадоксальний факт, що заключається в тому, що навіть людям з великим досвідом обчислень, які знають на зубок не тільки таблицю множення, а й багато складніших речей, все одно потрібно більше часу для перемноження двох великих однозначних чисел (8 × 9), ніж двох маленьких (3 × 4).
Виходячи з цих даних, логічно припустити, що дискалькулія, можливо, є результатом якихось порушень (вроджених або придбаних) в роботі внутрішньотімяної борозни або інших компонентів «арифметичної нейронної мережі». Дослідження підтвердили це припущення. З'ясувалося, що у дітей, які страждають на дискалькулію, при вирішенні арифметичних завдань внутрішньотімяна борозна працює менш активно, а обсяг сірої речовини в цьому відділі мозку у них менший, ніж у однолітків, які не зазнають труднощів з арифметикою. Крім того, виявилося, що при дискалькулії в середньому слабкіше розвинені нейронні зв'язки між веретеновидною звивиною і тім'яними частками. Це, очевидно, має створювати труднощі при співвідношенні символів, що позначають числа, з їх величинами.
Вчені працюють над розробками ефективних методів корекції дискалькулії. Недорозвинені ділянки мозку в принципі можна розвинути наполегливими тренуваннями - приблизно так само, як і м'язи. Наявні нейробиологичні дані дозволяють зробити втручання педагогів і психологів більш спрямованим. Ясно, що тренувати потрібно в першу чергу внутрішньотімяну борозну. Потрібні вправи, які розвивають здатність до оцінки кількості об'єктів у великих кількостях. Це, в свою чергу, має сприяти розумінню сенсу чисел. На жаль, важливість цих досліджень недооцінюється, і зробити вдалося поки небагато. Традиційний підхід до роботи з дітьми, що страждають на дискалькулію - додаткові заняття, під час яких учитель намагається роз'яснити дитині конкретні факти і правила, - мабуть, себе не виправдовує. До того ж це вимагає індивідуальних занять із репетиторами. На думку авторів, вирішити проблему допоможуть навчальні комп'ютерні програми, розроблені з урахуванням нейробиологичних даних.
Зараз робляться перші спроби використання таких програм, націлених на тренування внутрішньотім`яної борозни. Наприклад, при роботі з програмами The Number Race і Graphogame-Math дитина повинна визначити, яке з двох зображених на екрані множин містить більше об'єктів, а програма повідомляє, чи вірна відповідь. Ефективність цих програм вивчалася в ході суворих експериментів з усіма необхідними контролями. Виявилося, що 6-7-річні діти зі зниженими математичними здібностями, які грали в ці ігри по 10-15 хвилин щодня протягом трьох тижнів, стали набагато краще справлятися із завданнями в порівнянні чисел. На жаль, ефект не поширився на інші типи арифметичних завдань, такі як рахунок або додавання.
Зараз автори працюють над наступним поколінням навчальних програм, які, можливо, будуть більш ефективними. Нові програми, такі як The Number Bonds, тренують не тільки здатність оцінювати кількості, а й уміння ними маніпулювати. Попередні результати виглядають обнадійливо, але для остаточних висновків про ефективність цих програм поки занадто мало даних.
Автори нарікають, що через недостатню увагу до проблеми дискалькулії досі залишаються без відповіді деякі ключові питання. Наприклад, як і раніше невідомо, чи можна повністю скоригувати важкі форми дискалькулії. Не виключено, що, як і в випадку з дислексією, раннє втручання дозволить послабити зовнішні прояви недуги, але мозок все одно буде працювати не так, як у звичайних людей, які не мають проблем з арифметикою. Може бути, замість непрацюючих нейронних мереж будуть розвиватися ті чи інші «обхідні шляхи».