Vastasyntyneiden lukumääräisyyden havaitseminen ja sen yhteys vanhempien matemaattisiin taitoihin

Abstract

Matemaattiset taidot ovat oleellinen osa tapaamme hahmottaa maailmaa, mutta niitä on tästä huolimatta tutkittu vain vähän verrattuna esimerkiksi kielellisiin taitoihin. Pro gradu -tutkielmamme tarkoituksena oli tutkia varhaisia matemaattisia taitoja tarkastelemalla vastasyntyneiden aivojen kykyä havaita eroja pienissä lukumäärissä auditorisessa äänisarjoja sisältävässä koeasetelmassa. Lisäksi tutkimme, ovatko vanhempien matemaattiset taidot yhteydessä vastasyntyneiden aivovasteisiin. Tutkimus on osa EarlyMath-tutkimushanketta, jonka tarkoituksena on selvittää varhaisten matemaattisten taitojen, tunteiden sekä motivaation kehitystä. Otos koostui 41 vastasyntynyt-vanhempi-parista (16 äitiä, 25 isää) ja tutkimusaineisto kerättiin vuosien 2022–2024 aikana. Aineisto koostui vastasyntyneiden EEG-aineistosta, joka oli kerätty auditorisen pienten lukumäärien koeasetelman aikana vastasyntyneiden nukkuessa, sekä vanhempien matemaattisia taitoja arvioivasta testistöstä. Vanhempien symbolisia matemaattisia taitoja mitattiin yhteen-, vähennys-, kertolasku- ja artimetiikkatesteillä. Vanhempien ei-symbolisia matemaattisia taitoja mitattiin määrienvertailun testillä. Tutkimuskysymyksiin vastattiin toistettujen mittausten varianssianalyyseillä, joissa käytettiin kovariaatteina vanhempien symbolisia ja ei-symbolisia matemaattisia taitoja. Teimme analyysin kullekin EEG-aineiston 100 ms pituiselle analyysivälille 100–1000 ms ärsykkeen alkamisesta. Tulokset osoittivat vastasyntyneiden aivojen havaitsevan selvästi eron 2-osaisen ja 1-osaisen siniäänen välillä aikavälillä 200–700 ms. 2-osaisen ja 3-osaisen äänen välillä tulos ei ollut yhtä selkeä, vaan se jäi yksittäisen analyysivälin 600–700 ms havainnoksi. Vastasyntyneiden päälakilohkojen välillä ei juuri havaittu eroja pienten lukumäärien havaitsemisessa. Vanhempien matemaattisilla taidoilla oli yhteys vastasyntyneiden kykyyn havaita pieniä lukumääriä, mutta havaitut yhteydet ilmenivät jälleen yksittäisillä analyysiväleillä, eivätkä kovinkaan johdonmukaisesti. Yksittäiset tulokset saattavat johtua tilastollisesta sattumasta tai esimerkiksi menetelmällisistä puutteista. Tutkimuksemme on ensimmäinen laatuaan ja tukee teoriaa siitä, että lukumääräisyyden taju on varhain ilmenevä synnynnäinen ominaisuus. Tuloksemme antavat myös viitteitä siitä, että matemaattiset taidot olisivat perinnöllisiä ja että perinnöllisyyden vaikutus kykyyn erotella lukumääriä olisi havaittavissa jo vastasyntyneillä. Lisäksi tutkimuksemme perusteella voi sanoa EEG:n olevan sopiva menetelmä varhaisten matemaattisten taitojen tutkimuksessa. Toisaalta tuloksemme korostaa tarvetta lisätutkimukselle, jossa keskityttäisiin useamman tai kaikkien EEGkanavien tarkasteluun sekä vanhempien mahdollisiin diagnosoituihin matematiikan oppimisvaikeuksiin.

Mathematical capabilities are an essential part of our way to perceive the world around us, yet they are not too well studied. The aim of our master’s thesis was to shed light on early mathematical capacities by exploring the abilities of the newborn brain to detect changes in small numerosity in auditory sound stream. We then further studied whether this ability is connected to the parents’ mathematical skills. Our study was a part of the EarlyMath research project which addresses the connection between early mathematical skills, motivation, and feelings. The sample consisted of 41 newborn-parent pairs (16 mothers, 25 fathers) and the data was collected between 2022 and 2024. The data included newborn EEG recordings and mathematical skill tests of the parents. Symbolic mathematical skills were assessed with basic addition, subtraction, multiplication and arithmetic tasks. Non-symbolic mathematical skills were assessed by visual quantity comparison task. Our research questions were answered using repeated measures ANOVAs where we used parents’ symbolic skills and parents’ non-symbolic skills as covariates. The newborn EEG data was analysed in 100 ms long time intervals in 100-1000 ms timeframe after the onset of the auditory stimulus. The results showed that the newborn brain was able to detect change between 2 and 1 sounds between 200–700 ms. However, based on our analysis the newborns could detect change between 2 and 3 sounds only during 600–700 ms time interval. There was not significant difference between the brain hemispheres. We found a connection between the parents’ mathematical skills and the newborns’ abilities to detect changes in small numerosity during some time intervals, but the connections were inconsistent. The sparse connections may be a result of statistical coincidence or the inapplicability of our analysis intervals. Our research is the first of its kind and supports the theory of number sense being an innate ability. The results also support the theory that mathematical skills are heritable and that the effect of heritability can already be seen in newborns. In addition, our research shows that EEG as a method is adequate when researching early mathematical abilities. However, our research highlights the need for more studies focusing on multiple or the whole topography of the EEG channels and paying more attention to parents’ mathematical learning disabilities.