ברוכים הבאים! בלוג זה נועד לספק משאבים לפסיכולוגים חינוכיים ואחרים בנושאים הקשורים לדיאגנוסטיקה באורייטנצית CHC אבל לא רק.

בבלוג יוצגו מאמרים נבחרים וכן מצגות שלי וחומרים נוספים.

אם אתם חדשים כאן, אני ממליצה לכם לעיין בסדרת המצגות המופיעה בטור הימני, שכותרתה "משכל ויכולות קוגניטיביות".

Welcome! This blog is intended to provide assessment resources for Educational and other psychologists.

The material is CHC - oriented , but not entirely so.

The blog features selected papers, presentations made by me and other materials.

If you're new here, I suggest reading the presentation series in the right hand column – "intelligence and cognitive abilities".

נהנית מהבלוג? למה שלא תעקוב/תעקבי אחרי?

Enjoy this blog? Become a follower!

Followers

Search This Blog

Wednesday, July 25, 2018

What is the relationship between reading words and numbers?




Joel is an engineer who has aphasia following a stroke he underwent at the age of 72.  Since the stroke, Joel expresses himself mostly in single words or in single utterances; He can't produce whole sentences.  He also can't read single words.  Does he have difficulty reading numbers as well?

Stanislas Dehaene, a renowned scholar of numerical cognition, developed in 1992 the Triple Code Model of numbers (Dehaene and Cohen, 1995).  According to this model, numbers are represented in the brain in three ways:  a)  Verbal Code:  numbers are represented as a series of words with a specific syntactic order ("one thousand and twenty four").  Basic arithmetic facts are coded in verbal form as well ("nine times nine equals eighty one").  Impaired verbal code affects a person's ability to name digits and numbers and to retrieve basic arithmetic facts.  b)  Visual Code:  numbers are represented as a series of digits (for instance, 4521).  This code underlies an internal representation of a number line.  This is akin to an orthographic representation.  c)  Analogical/Quantitative Code:  here the quantitative meaning of number is represented (this is actually a semantic representation).  This code enables one to determine that 9 is greater than 3.

The three codes are separate and there are dissociations between them (one of them may be impaired while the others are intact).  They are supervised by different brain areas.  However they are closely related and there are interactions between them.  Dehaene argues that there are direct "translation" paths between each pair of representations.  This means that when we process a number we don't always represent it in all three codes.  For example, the direct path between the verbal and the visual representation enables people to read or write numbers even without processing their semantic, quantitative meaning;  the direct path between the quantitative and the visual representations does not take syntactic information into account, etc.  We move between codes in order to perform tasks that can be performed only in a specific code.  For example, magnitude comparisons ("which is larger, 9 or 3?") are done using the quantitative code;  in order to retrieve the answer to the problem 2x3 one has to transform it to verbal code (Dehaene argues that arithmetic facts are stored in a verbal code).

Dehaene's model reminds me of the single word reading model (Friedmann and Coltheart, 2017).  According to this model, when a typical reader reads a familiar word, he activates three lexicons:  the Orthographic Lexicon (which stores the written form of words), the Semantic Lexicon (which stores word meanings) and the Phonological Lexicon (which stores the oral form of words – the sequence of sounds that make them up).  The Orthographic Lexicon may be analogous to the Visual Code in Dehaene's model; the Semantic Lexicon may be analogous to the Quantitative Code; and the Phonological Lexicon can roughly be analogous to the Verbal Code.

To what extent do these models overlap?

I'm sure they don't fully overlap.  Not every person who has difficulty reading single words also has difficulty reading numbers, and vice versa.  The linkage between the models may be strained, but I still find it interesting to think about:

The Orthographic Lexicon enables us to identify known words.  Is there a relation between the Orthographic Lexicon and the Visual Code of numbers?  Alexia is an acquired disorder which renders people unable to read written words but able to write words (!).  Their other language skills are intact as well.  One of the features of Alexia is slow and effortful but mostly accurate word reading.  The longer the word, the longer it takes for a person with Alexia to read it.  Even people with pure alexia tend to be less impaired in reading digits than in reading letters and words.  Under short exposure times, all people identify digits better than letters.  It is possible that the difference pure Alexics have between known word recognition and digit and number reading is an amplification of the normal difference between letter and digit processing (Behrmann and Starrfelt, 2011).  We said earlier that the Orthographic Lexicon enables us to recognize familiar words.  I wonder if the ability to recognize "familiar numbers" like 1492, 1776, also resides in the Orthographical Lexicon (this means that a familiar number is processed like a known word).

The Phonological Lexicon stores the phonological code of words.  A person with disability in the Phonological Lexicon can read words silently but has a difficulty reading words out-loud, or reads them incorrectly (for example, switches between phonemes).  An impaired Phonological Lexicon also affects speech.  Is there a connection between the Phonological Lexicon and the Verbal Code of numbers?  Since the verbal representation of a multidigit number is made out of several words ("three hundred and forty two") there are syntactic relations between the words.  In this aspect the single word reading model cannot be an exact parallel of the Triple Code model.  On the other hand, reading single words requires a grammatical analysis (parsing the word into a prefix, a suffix and a stem;  Work+ed).  Prof. Naama Friedman writes that the initial morphological analysis of a word is made in the Orthographic Input Buffer - that is, at a very early stage before the word reaches any of the lexicons.

The verbal code represents numbers as series of words in a specific syntactical order ("three hundred and twenty four").  Syntax is the meaning derived from the order of words in a sentence.  When the order of words is changed, the meaning is also changed (a dog bit a man vs. a man bit a dog).  Likewise in arithmetic:  the order of digits in a number has meaning, and when it is altered, the meaning of the number is altered (1984-1948).  People with Broca's Aphasia understand the meaning of words and sentences (their semantics is intact) but their syntax is impaired.  These people might make syntactical errors in reading and writing numbers.  For instance, they may read 14 as 4.  When they read "three hundred twenty six thousand four hundred fifty one" they have difficulty distinguishing the different meanings of each of the words "hundred".  They find it hard to translate from verbal code to visual code and vice versa (Ardila and  Rosselli,  2002).

Going back to "Joel", we've seen that he finds it hard to express himself in sentences and to read.  Prof. Naama Friedman, Dror Dotan and prof. Dehaene tested his number processing abilities.  Apparently, Joel has a difficult time reading multidigit numbers out loud.  He reads them digit by digit (for example, he reads the number "47" as "four, seven").  He has difficulty producing the tens form (eg.  Forty)  and the "teen" form (thirteen, fourteen etc.).  This means that he has difficulty translating multidigit numbers into number words.  His arithmetic disability has a syntactic character, but Joel did not lose all his syntactic abilities: in number reading tasks Joel never said the units digit before the tens digit.  This means than he successfully codes the relative order of the digits, an information that can be conceptualized as syntactic.

Joel's visual code of numbers is intact.  Contrary to his word writing difficulty, Joel can write numbers correctly, even by dictation.  This means that despite his difficulty translating visual code to verbal code, he can transform verbal code to visual code.  Joel understands the quantitative meaning of number, and his quantitative representation is intact (for example, he successfully places numbers on a number line and solves double digit addition problems, as long as he does not have to say the answer out loud).

The Semantic Lexicon stores word meanings.  An impaired semantic lexicon badly affects a person's ability to understand the meaning of words he reads.  Such an impairment affects not only reading but also the ability to understand spoken words.  Is there a connection between the semantic lexicon and the analogic/quantitative representation of numbers?  The main feature of dyscalculia is impaired number sense – an impaired grasp of quantity and the quantitative meaning of number.  Impaired number sense can be seen in several ways:  an adolescent computes the answer to simple math facts, sometimes using his fingers; an adolescent solves 22+5 by drawing 22 lines, drawing 5 more lines and then counting all drawn lines from 1 to 27; an adolescent doesn't use the Commutative law of addition (doesn't know that 7+5=5+7); an adolescent does not feel that the result he got is utterly unreasonable; an adolescent can't put a number on the number line  (I used the word "adolescent" in this paragraph to clarify that this does not apply to the performance of young children whose basic arithmetic skills are still developing). 

People with Wernicke's Apasia have difficulty understanding the meaning of words and sentences.  Consequently, they make very significant lexical and semantic mistakes.  This is apparent both in their use of language and in their reading and writing of numbers.  For example, when they write numbers from dictation, they may write entirely different numbers (a person is asked to write 257. He says "820" and writes "193"); people with Wernicke's Aphasia may read 37 as 27 or 1527 as 15,27  ( Ardila and  Rosselli,  2002). The scant descriptions I found in the literature of arithmetic mistakes committed by people with Wernicke's Aphasia are not very similar to the descriptions of mistakes committed by people with impaired number sense.

Prof. Naama Friedman describes different kinds of dyslexia caused by impairments in different components of the model for single word reading.  Is it possible to describe different kinds of arithmetic disabilities caused by impairments in each code/representation or by impairments in the translation processes between representations?  I did not find literature that presents this subject in a systematic way.  In addition, the boundaries between the three representations are permeable (naturally, since they work together).  For example, the visual representation of number (say 1948) is built according to a specific syntax (8 is the units digit, 4 is the tens digit etc.) but the syntactic aspect is related to the verbal code.


  
Ardila, A., & Rosselli, M. (2002). Acalculia and dyscalculia. Neuropsychology review, 12(4), 179-231.

Dotan, D., Friedmann, N., & Dehaene, S. (2014). Breaking down number syntax: Spared comprehension of multi-digit numbers in a patient with impaired digit-to-word conversion. Cortex, 59, 62-73.‏

(I actually read the Hebrew version of this paper):

פרידמן, נ., דותן, ד., ודהאן, ס. (2014)  הבנה לא מילולית של מספרים רב ספרתיים.  שפה ומוח, 11, 25-47.

Dehaene, S., & Cohen, L. (1995). Towards an anatomical and functional model of number processing. Mathematical cognition, 1(1), 83-120.‏

Friedmann, N., & Coltheart, M. (2016). Types of developmental dyslexia. Handbook of communication disorders: Theoretical, empirical, and applied linguistics perspectives.‏https://pdfs.semanticscholar.org/b100/09373f19aba3f68d3568fc25a5352e1e42e5.pdf

(I actually read the Hebrew version of this paper):
פרידמן, נ וקולטהארט, מ.  (2017).  דיסלקסיות התפתחותיות.  שפה ומוח, 12, 1-34.  http://www.tau.ac.il/~naamafr/hebmain.html


Starrfelt, R., & Behrmann, M. (2011). Number reading in pure alexia—A review. Neuropsychologia, 49(9), 2283-2298.‏



Monday, July 23, 2018

מה הקשר בין קריאת מלים לקריאת מספרים?


לפוסט זה הוכנס תיקון בתאריך 14.4.19.  כתבתי שהיצוג החזותי של מספרים מאפשר יצוג פנימי של ישר המספרים, אך זה אינו מדויק.  ישר המספרים המנטלי קשור כנראה יותר ליצוג האנלוגי של מספרים.  

יואל הוא מהנדס שסובל מאפזיה בעקבות ארוע מוחי שקיבל בגיל 72.  בעקבות הפגיעה המוחית, יואל מביע את עצמו בעיקר במילים בודדות או בצירופים קצרים ולא במשפטים שלמים, והוא מתקשה לקרוא מלים בודדות.  האם הוא מתקשה גם לקרוא מספרים?

סטניסלאס דהאן, חוקר נודע של הקוגניציה בכלל ושל קוגניציה מספרית בפרט, פיתח בשנת 1992 את מודל שלושת הקודם לקידוד המשמעות של מספרים   ( Dehaene and Cohen, 1995)    Triple code model   .  על פי מודל זה, מספרים מיוצגים במוח בשלוש דרכים:   א.  ייצוג ורבלי:  מספרים מיוצגים כרצפים של מלים בסדר תחבירי מסויים ("אלף שלוש מאות עשרים וארבע").  גם עובדות חשבון בסיסיות מיוצגות כמו משפט לשוני ("תשע כפול תשע שווה שמונים ואחת").  קשיים בייצוג הורבלי יכולים לפגוע ביכולת לשיים ספרות ולשלוף עובדות חשבון בסיסיות.    ב.  ייצוג חזותי:  המספרים מיוצגים כרצף של ספרות (למשל4521).   זהו בעצם ייצוג אורתוגרפי למיטב הבנתי.    ג.  ייצוג אנלוגי, של כמות.  ייצוג של המשמעות הכמותית של המספר (בעצם, ייצוג סמנטי).  בעזרת ייצוג זה ניתן, למשל, לקבוע שהמספר 9 גדול מהמספר 3. 

שלושת הייצוגים הינם נפרדים וקיימות דיסוציאציות ביניהם (כלומר אחד מהם יכול להיות פגוע אבל לא האחרים).  הם מנוהלים ע"י אזורים נפרדים במוח.  עם זאת, הם קשורים באופן הדוק זה לזה, וקיימת ביניהם אינטראקציה.  דהאן טוען שקיימים מסלולי "תרגום" ישירים בין כל זוג של ייצוגים (כלומר, לא בכל פעם שאנו מתייחסים למספר אנו מייצגים אותו בכל שלושת הייצוגים).  למשל, המסלול הישיר שבין הייצוג הורבלי לחזותי מאפשר לאנשים לקרוא או לכתוב מספרים גם מבלי לעבד את הייצוג הסמנטי שלהם (את המשמעות הכמותית שלהם).  המסלול הישיר בין הייצוג הכמותי לייצוג החזותי אינו לוקח בחשבון מידע תחבירי וכו'.  אנחנו עוברים מייצוג לייצוג כדי לבצע משימות שניתן לבצע רק בייצוג מסוים.  למשל, כדי להשוות בין ספרות (לומר מי יותר גדול, 9 או 3), צריך לתרגם את השאלה לייצוג כמותי, ואילו כדי לשלוף את הפתרון לתרגיל 3X2 צריך לתרגם את התרגיל לייצוג ורבלי (לדעת דהאן, עובדות החשבון כמו "שתיים כפול שלוש שווה שש" מאוחסנות בייצוג ורבלי).

מודל זה של דהאן מזכיר לי מאד את המודל לקריאה של מלים בודדות שהוצג כאן בעבר (פרידמן וקולטהארט, 2017).  על פי מודל זה, קריאת מלה בודדת מוכרת, אצל קוראים תקינים, נשענת על הפעלה של שלושה לקסיקונים:  לקסיקון אורתוגרפי (בו מצויה המלה בצורתה הכתובה), לקסיקון סמנטי (בו מצויה משמעות המלה) ולקסיקון פונולוגי (בו מצוי הצורה הדבורה של המלה – רצפי הצלילים המרכיבים אותה).   הלקסיקון האורתוגרפי עשוי להיות מקביל לייצוג החזותי במודל של דהאן; הלקסיקון הסמנטי עשוי להקביל לייצוג האנלוגי – כמותי; והלקסיקון הפונולוגי עשוי להקביל (באופן גס) לייצוג הורבלי. 


עד כמה קיימת באמת חפיפה בין שני המודלים? 

ראשית, אני בטוחה שלא קיימת חפיפה מלאה.  לא כל אדם שמתקשה לקרוא מלים בודדות מתקשה גם לקרוא מספרים, ולהיפך.  הקישור בין המודלים עשוי להיות מאד מאולץ, אך עדיין מעניין לחשוב עליו:

הלקסיקון האורתוגרפי מאפשר לנו לזהות מלים מוכרות.  האם יש קשר בין הלקסיקון האורתוגרפי לייצוג החזותי של מספרים?  אלקסיה ALEXIA היא הפרעה נרכשת שבה האדם לא מסוגל לקרוא מלים כתובות אבל כן מסוגל לכתוב מלים(!) ושאר כישורי השפה שלו אף הם תקינים.  אלקסיה מאופיינת בקריאה איטית ומאומצת אבל מדויקת ברובה.  ככל שהמלה ארוכה יותר נדרש לאדם עם אלקסיה זמן רב יותר כדי לקרוא אותה.  גם אנשים עם אלקסיה טהורה נוטים להיות פחות פגועים בקריאת ספרות מאשר בזיהוי אותיות ובקריאת מלים.  בתנאים של חשיפה מהירה של הגירוי, אנשים מזהים ספרות טוב יותר מאשר אותיות.  ייתכן שההבדל שקיים אצל אלקסים טהורים בין זיהוי מלים מוכרות לבין זיהוי ספרות וקריאת מספרים הוא העצמה של ההבדל הנורמלי בין עיבוד ספרות לאותיות Starrfelt)   Behrmann and (2011 .  אמרנו קודם שהלקסיקון האורתוגרפי מאפשר לנו לזהות מלים מוכרות.  מעניין אם זיהוי של "מספרים מוכרים" כמו 1948, 1492 מתבצע אף הוא בלקסיקון האורתוגרפי (כלומר שמספר מוכר מעובד כמו מלה מוכרת).

הלקסיקון הפונולוגי מאחסן את הקוד הפונולוגי של מלים.  אדם עם לקות בלקסיקון הפונולוגי יכול לקרוא מלים בקריאה דמומה אך מתקשה לקרוא מלים בקריאה קולית, או משבש את  קריאתן הקולית (למשל, משכל אותיות בקריאה קולית). פגיעה בלקסיקון הפונולוגי מתבטאת לא רק בקריאה אלא פוגעת גם בדיבור.  האם יש קשר בין הלקסיקון הפונולוגי לייצוג הורבלי של מספרים?  מכיוון שהייצוג הורבלי של מספר רב ספרתי מורכב ממספר מלים ולא ממלה אחת ("שלוש מאות ארבעים ושתיים"), מתקיימים בין המלים יחסי תחביר.  לכן בהיבט הזה, המודל לקריאת מלים בודדות לא יכול להיות לגמרי חופף למודל לקריאת מספרים.  מאידך, קריאת מלים בודדות דורשת פענוח של ההיבטים הדקדוקיים של המלה (למשל, פענוח המלה "התלבשתי" דורש את פענוח של מרכיבי השורש ומרכיבי הבניין).  פרופ' נעמה פרידמן כותבת שבמודל קריאת מלים בודדות, ניתוח מורפולוגי ראשוני של מלה (פירוק המלה מהמוספיות שלה והפרדה בין אותיות השורש לאותיות התבנית (למשל, מעבורות:  עבר +מ (מכשיר) +ות (נקבה, רבים)) מתבצע בבאפר הקלט האורתוגרפי, כלומר בשלב מוקדם מאד, עוד לפני שהמלה מגיעה אל כל אחד משלושת הלקסיקונים. 

הייצוג הורבלי מקודד מספרים כרצפי מלים בסדר תחבירי מסויים ("שלוש מאות עשרים וארבע").   תחביר מתייחס למשמעות הנובעת מסדר המלים במשפט.   כאשר משנים את סדר המלים במשפט משתנה גם המשמעות (כלב נשך אדם – אדם נשך כלב).  כך גם בחשבון.  לסדר הספרות במספר יש משמעות, וכאשר משנים את הסדר משמעות המספר משתנה (1984 – 1948).   אנשים עם אפזית ברוקה (פגיעה מוחית באזור ברוקה) מבינים את המשמעות של מלים ומשפטים (הסמנטיקה שלהם תקינה) אך התחביר שלהם פגוע.  אנשים אלה עלולים לבצע שגיאות תחביריות בקריאת מספרים ובכתיבתם.  למשל, הם עלולים לקרוא 14 כ – 4.   כאשר הם קוראים "שלוש מאות אלף וארבע מאות" קשה להם להבין שלכל אחת מהמלים "מאות" יש משמעות שונה.   לאנשים אלה קשה לעבור מקוד ורבלי ("שלוש מאות ארבעים ושתיים") לקוד חזותי (342) ולהיפך  (  Ardila and  Rosselli,  2002 ).

נחזור לאדם המכונה "יואל" שהוצג בראשית הפוסט.  ראינו, שיואל מתקשה להביע את עצמו במשפטים ומתקשה לקרוא מלים בודדות.  פרופ' נעמה פרידמן, דרור דותן ופרופ' סטניסלאס דהאן בדקו את יכולות עיבוד המספרים שלו.   התברר, שיואל מתקשה מאד לקרוא מספרים רב ספרתיים בקול, וקורא אותם ספרה ספרה (למשל, את המספר 47 הוא קורא "ארבע, שבע").  הוא מתקשה להפיק בדיבור את מלת העשרות ואת צורת העשרה ("ארבע עשרה").  כלומר הוא מתקשה להמיר מספרים דו ספרתיים ומעלה למלות מספר (לייצוג מילולי – פונולוגי).  הליקוי שלו בחשבון הוא בעל אופי תחבירי, אך יואל לא איבד את כל יכולותיו התחביריות: במטלות של קריאת מספרים יואל מעולם לא אומר את מילת היחידות לפני מילת העשרות. מכאן שהוא מצליח לקודד את הסדר היחסי בין הספרות, מידע שניתן להגדיר בתור מידע תחבירי.

הייצוג החזותי של מספרים תקין אצל יואל.  בניגוד לקושי שלו בכתיבת מלים, יואל מצליח לכתוב מספרים באופן תקין, גם על פי הכתבה.  זה מעיד על כך שלמרות הקושי שלו להמיר ספרות למלות מספר, הוא מצליח לבצע את המשימה בכיוון ההפוך:  להמיר מלות מספר לספרות.   יואל מבין את המשמעות הכמותית של המספר, והייצוג הכמותי שלו תקין (למשל, הוא מצליח למקם מספרים על ציר המספרים ומצליח לבצע חיבור דו-ספרתי כל עוד אינו נדרש לומר את התשובה במילים).  



הלקסיקון הסמנטי מאחסן את מאגר המשמעויות של המלים.  פגיעה בלקסיקון הסמנטי מפריעה לאדם להבין את משמעותן של מלים שהוא קורא.  פגיעה כזו מתבטאת לא רק בקריאה אלא פוגעת גם בהבנת מלים דבורות.  האם יש קשר בין הלקסיקון הסמנטי לייצוג האנלוגי / כמותי של מספרים? המאפיין המרכזי של דיסקלקוליה הוא פגיעה בחוש המספר – NUMBER SENSE – פגיעה בתפיסת כמות, במשמעות הכמותית של המספר.  קושי בתפיסת כמות יכול להתבטא, למשל, כך:  מתבגר מחשב תרגילים פשוטים באמצעות האצבעות; כאשר מתבגרת מנסה לפתור את התרגיל 22+5 היא מציירת 22 קווים, מציירת 5 קווים, וסופרת את כל הקווים שציירה מ – 1 עד 27; מתבגרת אינה משתמשת בחוק החילוף (אינה יודעת ש:   5+7=7+5); מתבגר אינו חש שהתוצאה שקיבל בלתי הגיונית בעליל; למתבגר יש קושי בסיסי מאד באומדן; מתבגרת מתקשה לשלוף ממאגר הידע עובדות חשבון בסיסיות, כמו חיבור, חיסור וכפל במספרים קטנים; מתבגר מתקשה למקם מספר על ציר המספרים (השתמשתי במלה "מתבגר" בפיסקה זו כדי שיהיה ברור שלא מדובר בתפקוד של ילדים צעירים שכישורי החשבון הבסיסיים עדיין מתפתחים אצלם).   

 אנשים עם אפזית ורניקה (פגישת ראש באזור ורניקה) מתקשים להבין את המשמעות של מלים ומשפטים, ולכן מבצעים טעויות לקסיקליות וסמנטיות משמעותיות מאד.  הדבר מתבטא הן בשימוש בשפה והן באמירה, קריאה וכתיבה של מספרים.   למשל, כאשר הם כותבים מספרים המוכתבים להם, הם עשויים לכתוב מספרים אחרים לגמרי (למשל האדם מתבקש לכתוב 257, הוא אומר בקול רם 820 וכותב 193);  אנשים עם אפזית ורניקה עשויים לקרוא 37 כ – 27, או לקרוא 1527 כ – 15,27)    ( Ardila and  Rosselli,  2002).
התיאורים המעטים שמצאתי בספרות של שגיאות בחשבון שמבצעים אנשים עם אפזית ורניקה אינם לגמרי דומים לתיאורי השגיאות שמבצעים אנשים עם פגיעה בחוש המספר/בתפיסת כמות.

פרופ' נעמה פרידמן מצביעה על סוגים שונים של דיסלקסיה שנגרמים כתוצאה מפגיעות במרכיבים שונים של המודל לקריאת מלים בודדות.  האם ניתן להצביע על סוגים שונים של לקות בחשבון שנגרמים כתוצאה מפגיעות בכל אחד משלושת הייצוגים או בכל אחד ממסלולי התרגום ביניהם?  לא מצאתי עדיין ספרות מקצועית שמציגה נושא זה בצורה שיטתית.  בנוסף, הגבולות בין שלושת הייצוגים אינם חדים (באופן טבעי, כי הייצוגים עובדים ביחד).  למשל, הייצוג החזותי של מספר (למשל, 1948) בנוי על פי תחביר מסוים (8 היא ספרת היחידות, 4 היא ספרת העשרות וכו'), אבל ההיבט התחבירי קשור לייצוג הורבלי.  


פרידמן, נ וקולטהארט, מ.  (2017).  דיסלקסיות התפתחותיות.  שפה ומוח, 12, 1-34.  http://www.tau.ac.il/~naamafr/hebmain.html

פרידמן, נ., דותן, ד., ודהאן, ס. (2014)  הבנה לא מילולית של מספרים רב ספרתיים.  שפה ומוח, 11, 25-47.


Ardila, A., & Rosselli, M. (2002). Acalculia and dyscalculia. Neuropsychology review, 12(4), 179-231.

Dehaene, S., & Cohen, L. (1995). Towards an anatomical and functional model of number processing. Mathematical cognition, 1(1), 83-120.‏

Starrfelt, R., & Behrmann, M. (2011). Number reading in pure alexia—A review. Neuropsychologia, 49(9), 2283-2298.‏


Friday, July 20, 2018

Is CHC a hierarchical or a Bi-factorial model of intelligence?



This is a very theoretical post that I hope will help me argue that some of the critique of psychologists' emphasis on broad abilities over general intelligence is unjustified.

According to the excellent paper by Beaujean ,(2015)there are two theoretical approaches that conceptualize the relations between g, broad cognitive abilities/group factors and narrow cognitive abilities/subtests: the British approach (bi-factor model) and the American approach (hierarchical model).

The American approach is shown in figure 1 (click to enlarge).


Figure 1


As is evident from the figure, this approach sees intelligence as a hierarchical structure.  The approach works "bottom up": at the lowest level are subtests which measure narrow abilities.  Higher order factors (broad abilities like  fluid ability, comprehension – knowledge) are formed from clusters of subtests that measure a common essence (and that have common variance).  Every subtest is a measure of the broad ability to which it belongs and also measures something unique.  If enough broad abilities/group factors are present, and they share enough variance, then their correlations can be factor analyzed to find higher-order factors.  The apex of this higher-order factor model often containes a single factor – general intelligence (g).  Each broad ability is a measure of g and also measures something unique.  Because g is formed out of the broad abilities, in this model the broad abilities and g are dependent on each other.  

Thus, in the American approach, which sees intelligence as a hierarchical structure, broad cognitive abilities are formed before g and precede it.  g is formed out of the broad abilities and expresses their common variance, their correlation, their common component.  Thus, g is secondary to the broad abilities.

In a hierarchical model the common variance of the subtests does not contribute directly to the formation of g because g is formed out of the broad abilities (not the narrow ones).  And vice versa:  g does not have a direct influence on the subtests.  It affects broad abilities directly and the broad abilities affect subtests.

In a hierarchical model, the main difference between g and broad abilities is their place in the hierarchy:  g is superior to the broad abilities and represents an entity that is more abstract than broad abilities.   

The British approach is presented in figure 2.

Figure 2


As you can see in the figure, g is formed directly from the subtests, and it expresses the common component of all subtests.  Each subtest is a measure of g and also measures something unique.  The broad abilities are estimated from the covariance remaining among the subtests after accounting for g; they reflect what is common among a group of subtests (after accounting for g).  There still remains in each subtest a component which is not common to the g or to the broad ability – a unique element that this subtest measures, which is specific to the narrow ability.  Since this approach begins with the g, and g precedes the broad abilities, this approach works "top down".

This model is a bi-factor model: one factor is g and the other factor is the broad abilities.  In a bi-factor model, the factors are independent of each other.  g is not dependent on the broad abilities.  A change in performance in specific subtests can affect specific broad abilities but not g.  A change in g will affect performance in the subtests directly, but it will not necessarily affect all broad abilities and so on.  General intelligence in this model directly affects the subtests (not through the broad abilities, as happens in the hierarchical model).

In a bi-factor model, the main difference between g and broad abilities is in the breath of influence.  General intelligence affects all subtests, while each broad ability affects only the subtests that measure it.

What's the significance of all this?

Since g in a hierarchical model and in a bi-factor model is created out of different sets of relations between variables, the general intelligence score derived by each model will usually be different.  One reason for this could be the composite score extremity effect (but I'm not sure.  This is only my guess and I haven't found basis for it in the literature yet).  Suppose a child has a low score, say 6, in each subtest.  Because of the composite score extremity effect, his broad ability scores will be even lower – say 5.  In a hierarchical model, since general intelligence is formed out of the broad abilities, the composite score extremity effect will work here as well. The child's g score will be even lower than the broad ability scores, say 4.  In a bi – factor model, the composite score extremity effect will work separately on g and on the broad abilities.  When a child scores 6 on all subtests, his g score will be lower than 6. The question is how low will it be, and whether it will be lower in a bifactor or in a hierarchical model.

The broad ability composites will also be different in the two models.  In a bi – factor model, a broad ability reflects the common essence of all subtests that comprise it, after accounting for g.  In a hierarchical model, a broad ability reflects the common essence of the subtests that comprise it; g is optional but is not always formed.  Only if there are enough broad abilities with enough common variance can g be formed.  If g is formed in the model, each broad ability can be said to measure both g and something unique.

Does this mean that in a bi-factor model the broad abilities are "cleaner" – reflecting more of the unique thing they measure and less of the g?  Does this mean that in a bi –factor model the broad abilities are more independent of each other?  That there is less correlation between them? That each broad ability in a bi-factor model reflects a skill that is more unique than in a hierarchical model?

Why is this interesting?   What are the consequences of the differences between the models?  Is CHC a hierarchical model of intelligence or a bi-factor model of intelligence?

Prof. McGill and his colleagues are attempting to prove that after accounting for g, broad abilities explain only a very small amount of incremental variance.  For example, McGill found that the general ability score explains 67% of the variance in reading comprehension at the age of 17; broad abilities explain only 10% of the variance in reading comprehension at this age.  Given these results, McGill suggests that "a more circumspect appraisal of the importance of CHC dimensions in relationship to the development of reading skills may be needed in the professional literature" (McGill, 2017).

McGill and Busse (2015) found similar results:  they re-analyzed the data of 6-19 year old children from the norming sample of the WJ3 test.  The children in this analysis were also given the WJ3 achievement battery.  McGill and Busse found that general intelligence explained between 29% (in math calculations) and 56% (in reading comprehension) of the variance in achievement.  Broad abilities explained between 2% (in mathematical reasoning) and 23% (in oral expression) of the incremental variance, over and above g.  It was comprehension knowledge that predicted 23% of achievement in oral expression (but oral expression tests are also measures of comprehension knowledge…).  The other broad abilities did not explain more than 5% of the variance in reading/writing/math over and above general intelligence.  The contribution of broad abilities was significant but very small.

However, McGill and his colleagues conducted these studies from a bi – factor orientation, and thus entered g first into the factor analysis.  McGill and Busse (2015) write that reverse entry of the independent variables (entering the broad ability clusters first), would result in the clusters accounting for approximately the same variance proportions that were attributed to the g. Consequently, the g would provide little incremental prediction. Order of entry arbitrarily determines whether scores such as the g mean everything or nothing. But they argue that "order of entry is not an arbitrary process and must be determined a priori according to expected theoretical relationships between the variables and causal priority. Contemporary intelligence theory (e.g., CHC) and the WJ III COG structural model support entering the GIA-E before the clusters because the cluster scores are both theoretically and statistically subordinate to the GIA-E" (GIA-E is the general intelligence score).

I think that they may be mistaken twice:

The first mistake is that if indeed g is hierarchically higher than broad abilities, we are in the domain of a hierarchical model.  In a hierarchical model it is befitting to enter g to the analysis last  -  not first.

The second mistake:  when g is entered into the analysis first, one works within a bi-factor model framework (not within a hierarchical one).  Beaujean(2015)  as well as Benson et al (2018) think that Carroll's model is bi-factorial, not hierarchical.  Since Carroll's model is one of the bases for the CHC model, they conclude that the CHC model is bi-factorial.  CHC is an integration of the models of Carroll and Cattell – Horn.  But in Cattell – Horn's model there is no g at all!  Cattell – Horn's model comprises of broad and narrow abilities and is a hierarchical model.  Thus, there are good reasons to think that the CHC model is hierarchical and not bi –factorial.  If it is hierarchical, it should be built "bottom up".   In a hierarchical model, broad abilities precede g, and they should be entered into the analysis first.

When researchers take a hierarchical model approach, they see that broad abilities do explain substantial variance in achievement, as was found by, for example, McGrew and Wendling (2010).



 July 26 update:

Enjoyed this post?

Check out the new and gradually growing English version of this blog. 






Benson, N. F., Beaujean, A. A., McGill, R. J., & Dombrowski, S. C. (2018). Revisiting Carroll's survey of factor-analytic studies: Implications for the clinical assessment of intelligence. Psychological assessment.‏

McGill, R. J. (2017). Re (Examining) Relations between CHC Broad and Narrow Cognitive Abilities and Reading Achievement. Journal of Educational and Developmental Psychology, 7(1), 265.‏ http://www.ccsenet.org/journal/index.php/jedp/article/viewFile/66066/36510

McGill, R. J., & Busse, R. T. (2015). Incremental validity of the WJ III COG: Limited predictive effects beyond the GIA-E. School Psychology Quarterly, 30(3),https://pdfs.semanticscholar.org/f5b5/d70077a1b7747a31bbcd5fb7b7dfcc38c2a3.pdf

McGrew, K. S., & Wendling, B. J. (2010). Cattell–Horn–Carroll cognitive‐achievement relations: What we have learned from the past 20 years of research. Psychology in the Schools, 47(7), 651-675.


Wednesday, July 18, 2018

האם CHC הוא מודל היררכי או מודל דו גורמי של המשכל?


האם CHC הוא מודל היררכי או מודל דו גורמי של המשכל?

זהו פוסט תיאורטי מאד אך אני מקווה שהוא יעזור לי לטעון שחלק מהביקורות על כך שמבחני משכל שונים בודקים פחות יכולות רחבות מכפי שהם טוענים שהם בודקים -  אינן מוצדקות. 

 על פי מאמרו המצוין של Beaujean (2015), קיימות שתי שיטות תאורטיות להמשגת הקשר בין רמת המשכל הכללית, ה – g,   לבין היכולות הקוגניטיביות/הגורמים ולבין תת המבחנים: הגישה הבריטית (מודל דו גורמי) והגישה האמריקנית (מודל היררכי).

הגישה האמריקנית מוצגת בתרשים מס.1 (לחצו על התרשים להגדלה).




תרשים מס. 1: הגישה האמריקנית למשכל: מודל היררכי


כפי שניתן לראות בתרשים, גישה זו מציגה את המשכל כמבנה היררכי.  הגישה עובדת "מלמטה למעלה": ברמה התחתונה נמצאים תת המבחנים במבחני המשכל, שבודקים את היכולות הצרות.  ממקבצים של תת מבחנים שבודקים תכונה משותפת (ושיש להם שונות משותפת) ניתן ליצור גורמים מסדר גבוה יותר – היכולות הקוגניטיביות הרחבות (כדוגמת היכולת הפלואידית, הידע המגובש וכו').  כל תת מבחן בודק משהו מן היכולת הרחבה אליה הוא שייך וגם משהו ייחודי משל עצמו.  אם יש מספיק יכולות רחבות ויש להן מספיק שונות משותפת, ניתן ליצור מהן משתנה בדרגת הפשטה גבוהה אף יותר, וזהו ה – g.  כל יכולת רחבה בודקת משהו מן ה- g  וגם משהו ייחודי לעצמה.  מכיוון שה – g נוצרת מתוך היכולות הרחבות, במודל זה קיימת תלות בין רמת המשכל הכללית לבין היכולות הרחבות.

כך, בגישה האמריקנית, הרואה את המשכל כמבנה היררכי, היכולות הקוגניטיביות הרחבות נוצרות לפני ה – g וקודמות לו.  ה- g  נוצר מתוך היכולות הרחבות ומבטא את המרכיב המשותף להן, את המתאם ביניהן, את השונות המשותפת להן.  לכן ה - g משני בחשיבותו לעומת היכולות הקוגניטיביות הרחבות. 

במודל ההיררכי השונות המשותפת של תת המבחנים לא תורמת באופן ישיר ליצירת ה –g, מכיוון שהוא נוצר מתוך היכולות הרחבות ולא הצרות.  כך גם בכיוון ההפוך: רמת המשכל הכללית לא משפיעה ישירות על תת המבחנים.  היא משפיעה ישירות על היכולות הרחבות שמשפיעות בתורן על תת המבחנים. 

במודל היררכי, ההבדל העיקרי בין רמת המשכל הכללית לבין היכולות הרחבות הוא מקומם בהיררכיה:  רמת המשכל הכללית נמצאת מעל היכולות הרחבות ומייצגת יישות מופשטת מהן.   

הגישה הבריטית מוצגת בתרשים מס. 2.




תרשים מס.2: הגישה הבריטית למשכל: מודל דו גורמי


כפי שניתן לראות בתרשים, במודל זה, ה – g נוצר ישירות מתת המבחנים, והוא מבטא את המרכיב המשותף לכל תת המבחנים הקיימים במבחן המשכל.  כל תת מבחן בודק משהו מרמת המשכל הכללית וגם משהו ייחודי לעצמו.  לאחר שלוקחים בחשבון את מרכיבי ה – g בתת המבחנים, בודקים האם המרכיבים הייחודיים של מספר תת מבחנים בודקים תכונה משותפת.  אם כן, ניתן ליצור מקבץ של תת מבחנים שיבדוק יכולת רחבה.  עדיין ישאר בכל תת מבחן מרכיב שאינו משותף לא ל - g ולא ליכולת הרחבה – מרכיב ייחודי שאותו תת מבחן בודק, שהוא ספציפי ליכולת הצרה.  מכיוון שבגישה זו מתחילים מה – g, והוא קודם ליכולות הרחבות, גישה זו עובדת "מלמעלה למטה". 

מודל זה נקרא מודל דו גורמי:  גורם אחד הוא ה – g        והגורם השני הוא היכולות הרחבות.  במודל הדו גורמי, הגורמים אינם תלויים זה בזה.  רמת המשכל הכללית אינה תלויה ביכולות הרחבות.  שינוי בביצוע בתת מבחנים מסוימים יכול להשפיע על יכולות רחבות מסוימות אך לא להשפיע על רמת המשכל הכללית.  שינוי ברמת המשכל הכללית ישפיע ישירות על הביצוע בתת מבחנים מסוימים אך לא בהכרח על כל היכולות הקוגניטיביות הרחבות, וכן הלאה.  רמת המשכל הכללית במודל זה משפיעה ישירות על תת המבחנים (ולא משפיעה על תת המבחנים באמצעות היכולות הרחבות, כפי שקורה במודל היררכי).    

במודל דו גורמי, ההבדל העיקרי בין רמת המשכל הכללית לבין היכולות הרחבות הוא במוטת ההשפעה.  רמת המשכל הכללית משפיעה על כל תת המבחנים, בעוד שכל יכולת רחבה משפיעה רק על תת המבחנים הבודקים אותה.   

מהי המשמעות של כל זה?

מכיוון שרמת המשכל הכללית במודל היררכי ובמודל דו גורמי נוצרת מסטים שונים של יחסים בין משתנים, רמות המשכל המופקות מכל אחד מהמודלים תהיינה בדרך כלל שונות זו מזו.  אחת הסיבות לכך יכולה אולי להיות אפקט ציון ההרכב הקיצוני COMPOSITE SCORE EXTERMITY EFFECT  שנידון בפוסט הקודם (אך זו השערה שלי, שטרם מצאתי לה סימוכין בספרות).  נניח שילד מסוים קיבל ציון נמוך, למשל 6, בכל אחד מתת המבחנים המרכיבים את היכולות הרחבות.  בגלל אפקט ציון ההרכב הקיצוני, ציוני היכולות הרחבות יהיו עוד יותר נמוכים -  למשל 5.  במודל היררכי, מכיוון שרמת המשכל הכללית נבנית מתוך היכולות הרחבות, אפקט ציון ההרכב הקיצוני יעבוד גם כאן.  ציון המשכל הכללי יהיה נמוך עוד יותר מציוני היכולות הרחבות, למשל 4.  במודל דו גורמי, לעומת זאת, אפקט ציון ההרכב הקיצוני פועל בנפרד על רמת המשכל הכללית ובנפרד על היכולות הרחבות.  כאשר הילד קיבל 6 בתת המבחנים, רמת המשכל הכללית שלו תהיה נמוכה מ - 6.  השאלה היא עד כמה היא תהיה נמוכה, ואם היא תהיה נמוכה יותר במודל דו גורמי או במודל היררכי.

 גם הרכב היכולות הרחבות שונה בין המודלים.  במודל דו גורמי, יכולת רחבה משקפת את מה שמשותף לתת המבחנים המרכיבים אותה, לאחר שלקחנו בחשבון את ה – g (את המרכיב המשותף לכל תת המבחנים במבחן המשכל).  במודל היררכי, יכולת רחבה משקפת את מה שמשותף לתת המבחנים המרכיבים אותה; לא תמיד נוצר g.  רק אם יש מספיק יכולות רחבות שיש להן מספיק שונות משותפת ניתן ליצור את ה – g.  אם g נוצר במודל, ניתן לומר על כל יכולת רחבה שהיא מודדת הן את ה – g והן את המרכיב המיוחד לה.

האם המשמעות היא שבמודל דו גורמי היכולות הרחבות נקיות יותר – כלומר משקפות יותר את הדבר שמיוחד להן ופחות את רמת המשכל הכללית?  האם המשמעות היא שבמודל דו גורמי יש פחות תלות בין היכולות הרחבות לבין עצמן?  יש פחות מתאם ביניהן?  כלומר כל אחת מהן משקפת דבר יותר שונה מהשניה מאשר במודל היררכי?

למה זה מעניין?  על מה ההבדל הזה משפיע בפועל?  האם ה – CHC הוא מודל היררכי של המשכל או מודל דו גורמי של המשכל?

פרופ' מקגיל וחבריו עסוקים מזה זמן בלהוכיח לנו שלאחר שמפיקים את רמת המשכל הכללית ממבחני המשכל, היכולות הרחבות מסבירות רק מעט מאד שונות נוספת.  למשל, ציון המשכל הכללי מסביר 67% מהשונות בהבנת הנקרא בגיל 17, ואילו היכולות הרחבות מסבירות רק 10% מהשונות בהבנת הנקרא בגיל זה.  בהינתן הממצאים האלה, מקגיל ממליץ על "זהירות בהערכת החשיבות של יכולות ה – CHC  בקשר להתפתחות של כישורי קריאה".  (McGill, 2017)

תוצאות דומות מצאו McGill and Busse (2015).  הם ניתחו מחדש את הנתונים של בני גילאי 6-19 שהשתתפו במדגם התקנון של הוודקוק3 ונבחנו הן בבטריה הקוגניטיבית והן בבטרית מבחני ההישג.  הם מצאו שרמת המשכל הכללית הסבירה בין 29% (בחישובים מתמטים) ל – 56% (בהבנת הנשמע) מהשונות בהישגים.  היכולות הרחבות הסבירו בין 2% (חשיבה מתמטית) ל – 23% (הבעה בעל פה) מהשונות הנוספת, מעבר לציון המשכל הכללי.  הידע המגובש הוא זה שניבא 23% מההישגים בהבעה בעל פה (אך מבחני ההבעה בעל פה בודקים אף הם ידע מגובש...).   היכולות הרחבות האחרות לא הסבירו יותר מ – 5% מהשונות בהישגים בקריאה/כתיבה/חשבון מעבר לרמת המשכל הכללית.  התרומה של היכולות הרחבות היתה מובהקת אבל קטנה מאד.

אבל מקגיל וחבריו עבדו במחקרים אלה מנקודת מבט של מודל דו גורמי ולכן הכניסו את רמת המשכל הכללית ראשונה לניתוח הגורמים.  McGill and Busse (2015)  כותבים שלו הם היו מכניסים לרגרסיה את הגורמים בסדר הפוך, כלומר קודם את היכולות הרחבות ואחר כך את רמת המשכל הכללית, התוצאות היו הפוכות:  היכולות הרחבות היו מסבירות את אותו אחוז שונות שרמת המשכל הכללית הסבירה, ורמת המשכל הכללית לא היתה מוסיפה כמעט כלום לניבוי מעבר ליכולות הרחבות.  אך הם טוענים שסדר הכנסת הגורמים לחישוב אינו שרירותי ושצריך לקבוע אותו מראש לפי התאוריה.  בגלל שרמת המשכל הכללית גבוהה בהיררכיה מהיכולות הרחבות זה הגיוני לדעתם להכניס אותה לחישוב ראשונה.


ובאנגלית:

Contemporary intelligence theory (e.g., CHC) and the WJ III COG structural model support entering the GIA-E before the clusters because the cluster scores are both theoretically and statistically subordinate to the GIA-E  (McGill  & Busse, 2015).


GIA-E)  זה ציון המשכל הכללי.  WJIIICOG זה מבחן הוודקוק.  CLUSTERS אלה היכולות הרחבות).


אך לדעתי יש להם כאן שתי טעויות:

הטעות הראשונה:  אם אכן רמת המשכל הכללית גבוהה בהיררכיה מהיכולות הרחבות, אנחנו נמצאים במודל היררכי.  במודל היררכי מתאים להכניס את רמת המשכל הכללית לחישוב אחרונה ולא ראשונה.

הטעות השניה:  כאשר מכניסים את רמת המשכל הכללית לחישוב ראשונה, עובדים עם מודל דו גורמי (ולא היררכי).   Beaujean (2015) וגם Benson וחבריו (שאחד מהם הוא מקגיל) (2018) חושבים שהמודל של Carroll (Carroll הוא ה – C השלישי של ה – CHC) הוא מודל דו גורמי ולא היררכי.  מכיוון שהמודל של קארול מהווה את אחד הבסיסים של ה – CHC, הם מסיקים שמודל ה – CHC הוא דו גורמי.  ה – CHC הוא אינטגרציה של המודל של Carroll ושל המודל של .Cattell and Horn              אבל במודל של קאטל והורן אין בכלל g!  זה היה מודל של יכולות רחבות שבנויות מיכולות צרות – כלומר מודל היררכי.  לכן יש סיבות טובות לחשוב שמודל ה – CHC כולו הוא מודל היררכי ולא דו גורמי.  אם הוא מודל היררכי, צריך לבנות אותו מלמטה למעלה.  במודל היררכי היכולות הרחבות קודמות לרמת המשכל הכללית ולכן יש להכניס אותן ראשונות לניתוח גורמים.  

כאשר עובדים על פי מודל היררכי נוכחים לדעת שהיכולות הרחבות מסבירות הרבה מהשונות בהישגים, כפי שמצאו, למשל,  McGrew   & Wendling,  
 (2010).





Benson, N. F., Beaujean, A. A., McGill, R. J., & Dombrowski, S. C. (2018). Revisiting Carroll's survey of factor-analytic studies: Implications for the clinical assessment of intelligence. Psychological assessment.‏

McGill, R. J. (2017). Re (Examining) Relations between CHC Broad and Narrow Cognitive Abilities and Reading Achievement. Journal of Educational and Developmental Psychology, 7(1), 265.‏ http://www.ccsenet.org/journal/index.php/jedp/article/viewFile/66066/36510

McGill, R. J., & Busse, R. T. (2015). Incremental validity of the WJ III COG: Limited predictive effects beyond the GIA-E. School Psychology Quarterly, 30(3),https://pdfs.semanticscholar.org/f5b5/d70077a1b7747a31bbcd5fb7b7dfcc38c2a3.pdf

McGrew, K. S., & Wendling, B. J. (2010). Cattell–Horn–Carroll cognitive‐achievement relations: What we have learned from the past 20 years of research. Psychology in the Schools, 47(7), 651-675.