Matematik i den teckenspråkiga hjärnan

Har du någonsin funderat på vad som händer i hjärnan när du löser en matematisk uppgift? Kanske har du märkt att du tänker olika när du ska räkna ut ett tal som 4 x 5 jämfört med om du ska räkna ut 34 – 8? I projektet ”Matematik i den teckenspråkiga hjärnan” undersökte vi hur hjärnan bearbetar olika matematiska uppgifter hos döva personer som använder teckenspråk.

Spelar det någon roll vilken typ av språk man använder när man ska lösa matematikuppgifter? Detta ville vi undersöka eftersom det finns teorier som menar att tal- och teckenspråk är olika bra på att stödja inlärning av olika matematiska processer. Tidigare forskning har visat att döva personer som använder teckenspråk är bättre än hörande personer som använder talspråk på vissa geometriska uppgifter (d.v.s. uppgifter som har med figurer och rumsliga samband att göra), medan hörande personer är bättre än döva på aritmetik, särskilt multiplikation.

Däremot har flera studier visat att subtraktion, som också ingår i aritmetik, inte skiljer sig åt mellan grupperna. En förklaring till detta mönster är att teckenspråk och talspråk är uppbyggda på olika sätt. Talspråk bygger på att språkljud och ord placeras i en följd efter varandra, medan teckenspråk använder parallella uttryck där fler aspekter sätts ihop i ett tecken. Dessutom kräver teckenspråket spatiala förmågor, vilket innebär att tecken måste placeras rätt i förhållande till kroppen. Man tror att denna parallella bearbetning, tillsammans med att teckenspråk bygger på spatiala förmågor, gör teckenspråk särskilt lämpligt för att lära sig geometri. Å andra sidan tror man att talspråk, som bygger på sekvenser, är särskilt lämpligt för att lära sig saker i ordning, vilket används när man lär sig multiplikationstabellerna.

Medan multiplikation kräver att man lär sig multiplikationstabellerna utantill så bygger subtraktion och addition på helt andra förmågor. Man brukar säga att vi har en mental linjal, eller en tallinje, inne i hjärnan, och att när vi ska räkna ut ett subtraktions- eller additionstal rör vi oss mentalt upp och ner på den linjalen.

För talspråkiga hörande personer har man kunnat se att olika områden i hjärnan aktiveras beroende på vilken typ av matematisk uppgift som utförs. När talspråkiga utför multiplikation aktiveras områden som är relaterade till språk (violetta områden i figuren – se bild nedan). När den mentala tallinjen används för att lösa subtraktionsuppgifter aktiveras området som är turkost i bilden. Geometriuppgifter kräver ofta uppfattning om likheter och skillnader mellan olika figurer. Sådana uppgifter resulterar i aktivering av områden som har att göra med spatiala relationer (gula området i figuren).

 

 

När det gäller döva personer som använder teckenspråk finns det nästan ingen forskning om matematik, så i det här projektet ville vi undersöka hur hjärnan fungerar när teckenspråkiga döva personer genomför olika matematiska uppgifter. Målet med projektet var att bättre förstå vilka likheter och skillnader det finns mellan döva och hörande när det gäller hur hjärnan bearbetar matematiska uppgifter. Kunskapen man får från sådana studier kan på längre sikt användas till exempel för att förbättra undervisning i matematik.

I vårt projekt bad vi teckenspråkiga döva och talspråkiga hörande utföra olika matematiska uppgifter inom geometri och aritmetik (multiplikation och subtraktion) samtidigt som de låg i en magnetkamera (se faktaruta om magnetkameran).

Artimetikuppgifterna var subtraktionstal och multiplikationstal där deltagarna skulle avgöra om uträkningen de såg var korrekt. Det kunde till exempel vara 15 x 3 = 45 (korrekt) och 35 – 9 = 29 (inte korrekt). Geometriuppgifterna handlade om att avgöra vilken figur som inte hörde samman med de övriga utifrån olika geometriska principer. I figuren (se bild nedan) finns ett exempel på en geometriuppgift där tre av de fyra trianglarna har en rät vinkel, medan den fjärde inte har någon rät vinkel och därför ska bort.

 

 

Resultaten från studien visade att hos döva personer ökade hjärnaktiviteten i de spatiala områdena (gult i figuren – se bild 1) när de utförde geometriuppgifter och i området för den mentala tallinjen (turkos i figuren – se bild 1) vid subtraktion, precis som för hörande talspråkiga. Däremot fanns det skillnader i områden relaterade till språk för multiplikation och för subtraktion (violett i figuren – se bild 1). Det fanns inga skillnader i de bakre området som är relaterat till språk, men i det främre området var aktiveringen lägre för döva än för hörande. Det berodde dock inte på att döva var sämre än hörande på uppgifterna.

Det kan vara så att detta främre språkområde är mer kopplat till användning av talspråk vid både multiplikation och subtraktion. Det kan betyda att det finns andra områden i hjärnan som döva personer är mer beroende av. En sak vi såg var nämligen att de döva deltagarna hade en starkare koppling mellan det här främre språkområdet och hörselcentrum.

Hörselcentrum används hos hörande personer för att bearbeta ljud, men det behövs ju inte för döva, så det är möjligt att det området i stället används för att bearbeta matematik. I tidigare studier finns det vissa bevis för att döva kan använda hörselcentrum för minnes- och språkuppgifter, så det är möjligt att samma sak gäller sak för matematik. För att ta reda på det behövs mer forskning.

Sammantaget kan man säga att hörande och döva var mer lika än vad vi trodde när det gäller att lösa matematiska uppgifter. Vi fann bara delvis bevis för att hörande som använder talspråk använde hjärnområden som är kopplade till språk mer än döva vid multiplikation, och det fanns inga bevis för att döva använder områden som har med spatiala relationer att göra mer än hörande.

Josefine Andin, biträdande professor i funktionsnedsättning och samhälle, Linköpings universitet
Åsa Elwér, universitetslektor i pedagogik
Theres Ekblad, forskningsassistent och teckenspråkstolk

Resultaten från aritmetikuppgifterna är publicerade i artikeln ”Arithmetic in the signing brain: Differences and similarities in arithmetic processing between deaf signers and hearing non-signers” i tidskriften Journal of Neuroscience Research (Andin, J., Elwér, Å., and Mäki-Torkko, E. (2023). “Arithmetic in the signing brain: Differences and similarities in arithmetic processing between deaf signers and hearing non-signers,” J. Neurosci. Res., 101, 172–195. doi:10.1002/jnr.25138).

Resultatet från geometriuppgifterna är inte publicerade än.

FAKTA: Att undersöka hjärnans aktivitet med magnetkamera
Vi använder stora delar av hela hjärnan nästan hela tiden, men när vi utför en viss uppgift så kommer olika områden att öka eller minska sin aktivitet. Det gör att blodflödet till de områdena ändras. Vi kan dra nytta av detta för att med en magnetkamera undersöka vilka delar av hjärnan som är aktiva vid olika uppgifter. Magnetkameran består av starka magneter som skapar ett starkt magnetfält. Eftersom syrefattigt blod är mer magnetiskt än syrerikt blod kan vi se skillnad mellan områden som har tillflöde av nytt, syrerikt, blod och områden som har mer syrefattigt blod. Utifrån det kan vi dra slutsatser kring hur hjärnan arbetar.