Mathematical knowledge is constructed hierarchically from basic understanding of quantities and the symbols that denote them. Discrimination of numerical quantity in both symbolic and non-symbolic formats has been linked to mathematical problem-solving abilities. However, little is known of the extent to which overlap in quantity representations between symbolic and non-symbolic formats is related to individual differences in numerical problem solving and whether this relation changes with different stages of development and skill acquisition. Here we investigate the association between neural representational similarity (NRS) across symbolic and non-symbolic quantity discrimination and arithmetic problem-solving skills in early and late developmental stages: elementary school children (ages 7–10 years) and adolescents and young adults (AYA, ages 14–21 years). In children, cross-format NRS in distributed brain regions, including parietal and frontal cortices and the hippocampus, was positively correlated with arithmetic skills. In contrast, no brain region showed a significant association between cross-format NRS and arithmetic skills in the AYA group. Our findings suggest that the relationship between symbolic-non-symbolic NRS and arithmetic skills depends on developmental stage. Taken together, our study provides evidence for both mapping and estrangement hypotheses in the context of numerical problem solving, albeit over different cognitive developmental stages.

中文翻译：

---

符号和非符号量之间的神经表征相似性可以预测儿童期的算术技能，但不能预测青春期的算术技能

数学知识是从对数量和表示它们的符号的基本理解分层构建的。区分符号和非符号格式的数字量与数学问题解决能力有关。然而，很少有人知道符号和非符号格式之间的数量表示重叠在多大程度上与解决数值问题的个体差异有关，以及这种关系是否会随着不同的发展阶段和技能获得而改变。在这里，我们调查了符号和非符号数量歧视的神经表征相似性 (NRS) 与早期和晚期发育阶段的算术问题解决能力之间的关联：小学生（7-10 岁）和青少年和年轻人（AYA , 14-21 岁）。在儿童中，分布大脑区域（包括顶叶和额叶皮质以及海马）的跨格式 NRS 与算术技能呈正相关。相比之下，AYA 组的跨格式 NRS 和算术技能之间没有大脑区域显示出显着关联。我们的研究结果表明，符号-非符号 NRS 与算术技能之间的关系取决于发育阶段。总之，我们的研究为数字问题解决的背景下的映射和疏远假设提供了证据，尽管在不同的认知发展阶段。在 AYA 组中，没有一个大脑区域显示跨格式 NRS 和算术技能之间存在显着关联。我们的研究结果表明，符号-非符号 NRS 与算术技能之间的关系取决于发育阶段。总之，我们的研究为数字问题解决的背景下的映射和疏远假设提供了证据，尽管在不同的认知发展阶段。在 AYA 组中，没有一个大脑区域显示跨格式 NRS 和算术技能之间存在显着关联。我们的研究结果表明，符号-非符号 NRS 与算术技能之间的关系取决于发育阶段。总之，我们的研究为数字问题解决的背景下的映射和疏远假设提供了证据，尽管在不同的认知发展阶段。