孩子是否有数学天赋？转录组特征可以预测

斯坦福大学医学院的研究人员近日确定了似乎与儿童数学能力相吻合的大脑结构和相关基因表达特征，并预测了哪些儿童可能受益于更深入的辅导干预。

　　

在一些网站和论坛上，我们经常看到有人问：如何判断孩子是否有数学天赋？下面的这项研究也许能带来一些启发。

近日，斯坦福大学医学院的研究人员确定了似乎与儿童数学能力相吻合的大脑结构和相关基因表达特征，并预测了哪些儿童可能受益于更深入的辅导干预。

这项题为“Neuroanatomical, transcriptomic, and molecular correlates of math ability and their prognostic value for predicting learning outcomes”的成果于5月31日发表在《Science Advances》杂志上，有望大大促进个性化教育方法的发展。

研究人员谈到，幼儿时期获得的数学能力是在技术驱动的社会中取得成功的必要条件。然而，儿童的数学能力和学习成果存在个体差异，这背后的神经生物学机制在很大程度上仍不清楚。

于是，他们首先评估了219名儿童（7-13岁）的MRI神经成像数据，分析了Brainnetome图谱定义的246个大脑区域的灰质体积。他们注意到，特定脑区灰质的增加或减少与儿童在标准化评估中的数学运算和数学推理表现相关。

他们随后利用另91名相同年龄段儿童的大脑成像数据重复了这些结果，并根据基于成像的大脑表型分析线索提出了“数学能力相关的成像表型（MAIP）”。

“这些结果共同表明，数学能力的个体差异与灰质体积在大脑中的不同分布模式有关，并提供了一种称为MAIP的指标，”作者在文中写道。

基于此，研究人员开始寻找与成像表型相关的大脑基因表达谱，并引入了艾伦人类大脑图谱中246个大脑区域的15,600多个基因的表达数据。分析发现，大脑中与MAIP相关的表达模式与之前一项数学能力全基因组关联研究发现的基因重叠。

“这些结果表明，与MAIP相关的基因在数学能力候选基因中的代表性特别高，但在阅读或工作记忆相关基因中的代表性却不高，”作者指出，“这意味着MAIP与数学能力候选基因的上调之间存在着明显的关联。”

他们发现，神经元信号传导、突触传递和电压门控钾离子通道活动都对MAIP有贡献。

在后续分析中，研究人员还追踪了数百个大脑样本中与MAIP相关基因的表达轨迹，这些样本来自发育中大脑的15个区域，时间跨度从怀孕后8周到40岁。

有意思的是，他们还开发出一种转录组相似性指数（TSI）来定量MAIP相关基因表达谱与个体灰质体积模式之间的一致性，并在两个队列中测试是否可通过TSI来预测儿童的学习结果。

20多名7-10岁的儿童接受了为期八周的数学辅导。分析发现，TSI可以预测儿童在数学运算和数学推理方面的进步。随后，61名接受四周数学辅导的儿童的数学能力、大脑成像和TSI数据也证实了这些结果。

“我们的研究揭示了大脑结构、基因表达和教育成果之间复杂的相互作用，并发现了基于转录组的预测因子，可以识别哪些儿童可能受益于更深度的干预，”作者总结道。“这些结果对个性化教育和干预措施的开发具有重要意义。”