作为一门基础演绎科学,数学不仅是一门可以解决问题的学科,而且是一个结合逻辑、想象力和直觉,具有高度创造性的智力追求。有数学天赋的孩子都被视为具有数学的心态,在实际事物的许多方面都能找到数学的意义,并且能迅速地了解项目和组织的基本逻辑。以往的神经科学研究主要是研究数学天才大脑的静息状态神经活动、刺激诱发神经元反应和任务相关激活区,对于皮质层之间瞬时的因果影响并没有作出相应的研究。在大脑宽频复杂网络中,高频振荡起到了额顶功能绑定和信息处理作用,而低频同步性活动起到了半球间和两半球内功能同步性作用。因此本研究主要在θ频带和γ频带上,从脑网络的功能连接以及有效连接两个方面,深入挖掘任务周期内具备数学天分青少年大脑的认知神经特点。研究一:功能连接性网络研究。本研究调查分析推理任务三个阶段中数学天分被试和普通被试频带皮质网络的功率变化。同时运用溯源技术对脑电(electroencephalography,EEG)数据进行源电流空间转换,构建基于加权相位滞后指数(weighted phase lag index,WPLI)的功能连接矩阵,并在图论分析基础上比较分析数学天分组和对照组在功能连接网络上的结构差异。研究二:因果有效连接性网络研究。本研究应用是基于滑动时间窗的格兰杰因果,从因果密度和因果流两个方面,分析在整个推理任务过程中数学天分青少年大脑皮质源顶点间的瞬时因果影响。随后,在每个时间窗对任务态时间窗的格兰杰因果关系和基线周期的格兰杰因果关系进行显著性差异分析,并由此构建二元有效连接性网络。运用图论分析方法,从特征路径长度角度挖掘数学天分青少年认知因果网络的拓扑结构重组能力。基于以上结果,本研究发现数学天才青少年在执行推理任务时显示出比普通少年更强大的功能连接网络,具有更强的技能获取能力,具体表现为更短的特征路径长度和更高的全局效能,这与推理相关网络的工作区配置模式结果一致。同时在推理任务过程中,数学天分大脑额顶网络表现为更加“自动化”的信息处理。