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與許多5至10歲的單語兒童相比，他們的思維方式更加靈活（Bialystok等人，2012年；另見Groba等人，2018年）。例如，Jasinka等人（2017）觀察到，在6至10歲的西班牙語-英語和法語-英語雙語兒童中，與直接發音到印刷（透明）音系相關的左后顳區激活更大，但在顯性單詞閱讀任務期間，英語單語兒童中沒有這種情況（參見表3）。fNIRS的發現表明，這些神經回路與雙語者的閱讀技能高度相關（Jasinka等人，2017）。與這些發現一致，Jasinka和Petito（2013）觀察到，與單語兒童相比，雙語兒童（7-10歲）和成人的左半球語言區域以及右半球同源物（即右顳上回和額下回）的激活程度更高（參見表3）。
在一項大樣本研究中，484名小學兒童（6至10歲）使用母語和第二語言執行單詞重復任務，同時通過神經成像工具中的fNIRS記錄他們的大腦活動（Sugiura等人，2011），顯示了fNIRS設備的便攜性。FNIRS研究發現，與語言處理相關的皮層激活模式涉及雙側額葉、顳葉和頂葉網絡（Sugiura等人，2011）。母語單詞在顳上回和顳中回以及下頂葉區域（角上回和邊緣上回）誘發的左腦激活明顯大于外來單詞。外語單詞在右半球引起激活，因為小學兒童剛剛開始學習外語，不知道很多非母語單詞（另見Groba等人，2018）。此外，兩種語言中的低頻詞導致右側邊緣上回的顯著激活，而母語中的高頻詞在角回中檢測到左側激活，因為大多數這些詞的詞匯含義對兒童來說都很熟悉。Sugiura等人（2015）表明，高頻單詞處理會導致男孩角上和邊緣上腦回的激活增加，而女孩則沒有。雖然性在這兩個區域的主要影響是顯著的，但它與大腦半球的相互作用并沒有達到顯著水平。他們認為，男孩和女孩的這種激活不同（Sugiura等人，2015）。這一趨勢表明，在任何語言中，當詞匯熟練度提高時，下頂葉區域會從右向左移動。Sugiura等人（2011）還發現了年齡相關動態的一個統計顯著趨勢：兒童年齡越大，母語的聽覺和時間區域的激活越少。與功能磁共振成像研究一致，右側顳頂額葉網絡揭示了對低頻詞的反應，非語言信息在母語和非母語語言能力的發展中發揮了重要作用。這種大規模的腦成像研究在fNIRS而不是其他幾種成像技術的幫助下是可行的（因為成本較低且便攜）。與5歲時的單語兒童相比，雙語兒童右側顳上溝的激活程度更高，進一步證實了這一發現。Groba等人（2018）觀察到，在沒有行為差異的情況下，fNIRS結果表明，在形容詞學習過程中，西語-德語雙語兒童比德語單語兒童更依賴右側上顳溝。
數學和語言研究有相似之處。更困難的刺激（這里是低頻詞）、不同年齡組和專業知識組（這里是雙語兒童）會導致更多的額葉激活，這可能是更多領域一般過程的基礎，如數學研究。FNIRS似乎是一種合適的技術，不僅可以調查不同年齡組兒童的語言習得和理解，還可以在母語和外語以及雙語環境中閱讀和說話。
未來研究
在這篇綜述中，我們介紹了在兩個發展和教育重要領域中使用fNIRS的研究：數學和語言。我們承認認知變量的重要性，如工作記憶、注意力、執行功能和感覺運動發展，以及情緒激勵變量，如焦慮、抑郁、動機等。
雖然一些針對小學生的研究調查了基本算術技能以及計算和閱讀算術問題之間的差異，但其他研究利用了fNIRS的優勢，讓孩子們解決七巧板等幾何任務。斯圖對于年齡較小的兒童、專業知識較低的兒童或在解決更難的算術問題方面更活躍和/或更明顯。在語言方面，對發育中兒童的節段和超節段信息處理的許多方面進行了研究。然而，一些領域在學齡前兒童和小學生中沒有得到充分的研究，例如在不同環境下的閱讀和演講，這可能是因為其中一些范式很難在兒童的fMRI中實現。這就是為什么在我們看來，fNIRS應該更頻繁地用于研究數學和語言的原因之一。
到目前為止，fNIRS已經對研究幾種認知過程的大腦激活變化做出了貢獻，尤其是在嬰兒和成人中，但在小學生中使用頻率還不高。我們認為，fNIRS也有可能成為教育神經科學中一種可行且廣泛使用的技術，其中目標樣本是接受直接學術培訓的兒童。它測量血流動力學反應，并提供了一個高度生態有效性的程序，這使得將fNIRS帶到學校成為可能，以便學生可以在熟悉的環境中進行測試。因此，其應用可擴展到：
•有效地研究不同的認知功能，這是因為無聲、無噪音的程序不會干擾任務解決，也不會導致對陌生情況的焦慮或fMRI等某些技術所需的限制等問題（Soltanlou等人，2017a）；
•研究體現認知，因為它對運動的敏感性低于fMRI，并支持坐姿或站姿（Bahnmueler等人，2014）。事實上，fNIRS允許研究運動過程中的認知發展。運動可以是不同類型的，例如手指計數和抓握，在書面制作任務中移動主導手（Artemenko等人，2018a），甚至可以是全身運動，如在具體數字的研究中（Dackermann等人，2017；對于全身具體學習）；
•由于成本較低（例如，這是一次性購買，而fMRI每次使用都需要額外資金）和便攜性，在短時間內測量參與者的較大樣本（Dresler等人，2009年；Obersteiner等人，2010年；Sugiura等人，2011年）；
•為監測目的進行重復或連續測量（Soltanlou等人，2018）；
•在沒有任何測量干擾的情況下，輕松地與其他神經成像技術（如EEG）相結合，以便更好地理解大腦機制（Telkemeyer等人，2009；Soltanlou等人，2017a）；
•調查非典型發育人群的大腦激活變化，如患有閱讀障礙或注意力缺陷和多動障礙（ADHD）的兒童（Moser等人，2009年；Cutini等人，2016年）；
•將該方法用作認知發展研究中的神經反饋和干預工具（Hosseini等人，2016）。 |
