腦發(fā)育和早期語言學(xué)習(xí)

/ 華東師范大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院教授

當(dāng)我們討論語言能力的時(shí)候，通常是指?jìng)€(gè)體聽、說、讀、寫以及與他人交流的能力。語言的認(rèn)知能力是語言能力的基礎(chǔ)，語言能力更高級(jí)的階段是人類的社會(huì)文化能力。然而，聽、說、讀、寫這四個(gè)方面的能力并不全是與生俱來的?！奥牎钡哪芰υ趮雰河谀父怪袝r(shí)便已開始形成，“說”的能力一般在嬰兒六個(gè)月到一歲前開始發(fā)展，這兩種能力都是既有先天基礎(chǔ)，又是后天習(xí)得的。而回望人類演化的歷史進(jìn)程，文字可以說是人類的一大發(fā)明，有了圖形和文字，文明才得以流傳，我們才得以進(jìn)行閱讀。因此，相較于前兩種能力，“讀”和“寫”主要是通過后天習(xí)得的。一般而言，兒童要到五六歲才對(duì)兩者進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

喬姆斯基（Noam Chomsky）是近代最具影響力的現(xiàn)代語言學(xué)學(xué)者之一，他最廣為人知的觀點(diǎn)是兒童具有先天的普遍性學(xué)習(xí)功能，并稱之為“語言習(xí)得裝置”。他與福柯（Michel Foucault）進(jìn)行辯論時(shí)曾經(jīng)說過：“我們能不能從生物，甚至是物理的層面上來解釋（語言的）這種習(xí)得知識(shí)并進(jìn)一步將它運(yùn)用的屬性呢？ 我很難相信我們可以做到這一點(diǎn)?！?語言作為人類特有的能力并具有高度的復(fù)雜性，是人類最高等及復(fù)雜的一種認(rèn)知能力，它和視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)等人類和其他物種所共享的底層的神經(jīng)系統(tǒng)不同，語言的神經(jīng)機(jī)制很難使用侵入性的動(dòng)物模型等方法進(jìn)行研究，所以在仍未發(fā)展出無損的神經(jīng)影像學(xué)研究方法的時(shí)期，科學(xué)家很難對(duì)語言的腦機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的研究。近年來隨著神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)建模等學(xué)科的快速進(jìn)步和積累，我們正面臨一個(gè)有機(jī)會(huì)深入了解語言——這種人類獨(dú)有而復(fù)雜的認(rèn)知能力的生物機(jī)制的重要時(shí)期。

過去的二十多年中，美洲、歐洲、亞洲等多個(gè)國家啟動(dòng)了國家級(jí)或國家聯(lián)盟級(jí)別的腦計(jì)劃，他們各有側(cè)重，但大部分腦計(jì)劃都包括了以語言和意識(shí)等人類最高級(jí)認(rèn)知能力為目標(biāo)的研究，并使用了腦電、腦磁、功能性磁共振成像、近紅外成像等不同方法，應(yīng)用于不同年齡和人群。這些方法中有一些是基于大腦的腦電信號(hào)或者腦磁波的變化，有一些是基于與特定活動(dòng)相關(guān)的大腦血氧信號(hào)的變化。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，有些具有更好的時(shí)間分辨率，而另一些具有更好的空間分辨率。這些研究技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于推動(dòng)語言及其發(fā)展的神經(jīng)機(jī)制研究起到了重要的作用。

我們知道，人的大腦分為左半球和右半球，其表面包覆的薄薄的一層稱為皮層，主要由神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞等組成，因?yàn)樗鼈兛雌饋硎巧罨疑?，所以稱作灰質(zhì)。如果我們把灰質(zhì)比作一張行政圖，上面的每個(gè)位置表示不同城市的話，皮層以下的白質(zhì)就形成了一張立體交通圖，決定了不同腦區(qū)之間是否以及如何連接。左右半球之間就是由最大的白質(zhì)——胼胝體連接起來的。上文提到的技術(shù)方法主要用于考察大腦灰質(zhì)中的神經(jīng)元活動(dòng)，但同時(shí)，我們也需要了解這些腦區(qū)之間是如何協(xié)調(diào)工作的，因此對(duì)白質(zhì)纖維束，或者說腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究也同樣重要。也就是說，為了了解大腦是如何工作的，我們不但需要考察大腦的功能和功能網(wǎng)絡(luò)，還需要了解它們背后的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

從發(fā)展的角度來看，髓鞘化（myelination）的過程對(duì)腦發(fā)育非常重要。髓鞘是由髓鞘脂形成的，是白質(zhì)的一部分。那什么是髓鞘化呢？髓鞘化是指髓鞘的發(fā)展過程，是新生兒的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展的必經(jīng)過程。如果把我們大腦中的神經(jīng)比作電線的話，髓鞘化就是在導(dǎo)電的銅線外面包上了一層絕緣的電線皮，以保證穩(wěn)定高效的神經(jīng)傳導(dǎo)。在母親懷孕早期，嬰兒的神經(jīng)管就開始形成，之后的五個(gè)月左右，主要是細(xì)胞遷移的過程作用形成了大腦皮層；在出生前的最后兩個(gè)月一直到兒童十歲左右，持續(xù)進(jìn)行著髓鞘化的過程。一般而言，新生兒剛剛出生時(shí)的大腦只有300克左右，髓鞘化還遠(yuǎn)未完成。到三歲左右，兒童的大腦的重量就達(dá)到1.1公斤左右，差不多是一個(gè)成人大腦80%的重量，而一般成年人大腦的重量大概是1.4至1.5公斤。在這個(gè)發(fā)展過程中，大腦的體積和重量并不是線性增長(zhǎng)的。在早期胚胎的形成過程中，腦的生長(zhǎng)速度驚人；而出生后，隨著兒童的成長(zhǎng)，腦發(fā)育過程仍在繼續(xù)，但速度減緩，并以不同的形式呈現(xiàn)。在出生的早期，我們不但看到大腦體積的增長(zhǎng)，皮層的折疊形態(tài)也發(fā)生變化，在出生前的三個(gè)月左右，我們的大腦表面看起來還是相當(dāng)平滑的，但到出生前的最后幾周直到出生后的首兩個(gè)月內(nèi)，大腦的皮層折疊形態(tài)就發(fā)生了顯著變化，形成了和成人大腦相似的褶皺，與此同時(shí)，大腦灰質(zhì)和白質(zhì)的成熟度都在出生前幾周到出生后幾個(gè)月內(nèi)快速地提升。在大腦的不同區(qū)域中，前額葉被認(rèn)為是大腦的司令官，與認(rèn)知控制、語言等在內(nèi)的很多高級(jí)認(rèn)知功能有關(guān)。在發(fā)展過程中，兒童的腦體積增長(zhǎng)，前額葉灰質(zhì)體積也在增長(zhǎng)并發(fā)展成熟，除此以外，它們和大腦其他區(qū)域的聯(lián)系也變得更加緊密，從出生到十二歲左右，這種發(fā)展尤為迅速。這些近年來的研究成果得益于近年來基于神經(jīng)影像學(xué)方法。特別是磁共振成像和功能性磁共振成像的快速發(fā)展，大大豐富了我們對(duì)于腦發(fā)育過程的了解。

腦的早期功能發(fā)展和腦結(jié)構(gòu)的發(fā)展息息相關(guān)。從母親懷孕七個(gè)月左右到兒童十歲左右，髓鞘化過程一直在進(jìn)行，與此伴隨的是大腦的不同功能，包括語言能力的發(fā)展。出生并不是語言能力形成的開始點(diǎn)。嬰兒在出生前兩三個(gè)月時(shí)已具有基本的視覺和聽覺能力。嬰幼兒腦發(fā)育和語言與相關(guān)認(rèn)知能力發(fā)展的研究顯示，在早期聽覺能力的基礎(chǔ)上，嬰兒形成了對(duì)語音的識(shí)別能力，并逐漸形成語言及與其相關(guān)的認(rèn)知能力。言語理解的過程涉及對(duì)連續(xù)的語音進(jìn)行不同層次加工的過程，包括切分和辨別詞匯、對(duì)詞匯語義進(jìn)行提取并整合多個(gè)詞匯的意義，并與已有的知識(shí)結(jié)合進(jìn)行理解的過程。在對(duì)于其機(jī)制的討論中，常常被提到的一個(gè)問題就是語言學(xué)習(xí)的關(guān)鍵期。我認(rèn)為語言能力形成并不具有單一的關(guān)鍵期，因?yàn)檎Z言和視覺、觸覺等不同，它不是一個(gè)底層的能力。語言能力不是一種單一的能力，而是涉及很多不同的過程，包含一系列成分和一系列運(yùn)算，必然會(huì)涉及很多不同的腦區(qū)和腦網(wǎng)絡(luò)。不同過程和子能力的發(fā)展階段也是非常不一樣的。

研究發(fā)現(xiàn)，早期經(jīng)驗(yàn)在語言能力的形成過程中具有重要的作用。出生幾天的嬰兒對(duì)于他們?cè)谔浩诼牭降囊魳贰⒐适禄蛘吣赣H聲音等都會(huì)表現(xiàn)出偏愛。母親聲音有兩層意思，一層是嬰兒可以聽出來這是我媽媽，或者是聽起來很像我媽媽的女性，另一層是她講的是母語，也就是說嬰兒已經(jīng)基本具有分辨出母語和其他語言的能力。對(duì)30周早產(chǎn)兒（早產(chǎn)10周）的研究發(fā)現(xiàn)，他們左側(cè)的前額葉可以區(qū)分不同的音節(jié)（如ba和pa），不管是誰說的；而右邊的大腦既區(qū)分音節(jié)，也會(huì)區(qū)分是誰在說。過去幾十年的很多臨床研究，包括著名的“裂腦人”研究指出，對(duì)大部分人來說，左腦對(duì)語言加工更為重要。但是近年研究顯示左腦和右腦在語言加工中各有各的作用，其機(jī)制遠(yuǎn)比我們想象的更為復(fù)雜?；氐皆缙诎l(fā)展來看，Patricia Kuhl等人的研究表明，任何一個(gè)嬰兒在很小的時(shí)候，特別是在6～8個(gè)月之前，都是“世界公民”。所謂世界公民，指的是他們具有辨別任何語言中的不同的音的能力，而不像成人通常只有辨別母語中不同音的能力。例如“qi”和”xi”這兩個(gè)音，在6個(gè)月左右大的不同母語的嬰兒都覺得這兩個(gè)音有明顯的差別，到了10個(gè)月左右，英語環(huán)境的嬰兒就認(rèn)為這兩個(gè)音沒有區(qū)別，而漢語環(huán)境的嬰兒會(huì)非常清楚地分辨。從六七個(gè)月到九十個(gè)月，短短兩三個(gè)月的時(shí)間，嬰兒對(duì)母語產(chǎn)生了基于統(tǒng)計(jì)規(guī)律的更有效學(xué)習(xí)，或者說通過過度學(xué)習(xí)對(duì)母語語音進(jìn)行了歸類，但同時(shí)也降低了辨別其他語言中語音差異的能力。值得一提的是，在這個(gè)階段進(jìn)行一些小小的改變就可以影響這種能力的形成。Kuhl的一項(xiàng)研究中邀請(qǐng)了一個(gè)臺(tái)灣母語的女性，給6～10個(gè)月之間的嬰兒上12次課，讓他們接觸漢語環(huán)境。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些短暫的課程使在這一月齡段接觸了漢語環(huán)境的美國母語的嬰兒，在10個(gè)月大時(shí)，保留了對(duì)于“qi”和”xi”這兩個(gè)音的分辨能力，而這一月齡段沒有接觸漢語環(huán)境的嬰兒則沒有。所以說，在發(fā)展早期接觸不同語言環(huán)境對(duì)于嬰兒語言學(xué)習(xí)的靈活性是有益的，給半歲左右的嬰兒“磨耳朵”是有理論根據(jù)的。需要注意的是，研究也表明，在早期語言環(huán)境對(duì)語言能力的影響中，人的互動(dòng)是相當(dāng)重要的，光看電視可能無法達(dá)到同樣的效果。

近年的一些腦科學(xué)研究指出，大約2歲半的幼兒已經(jīng)具有和成人類似的言語理解能力和機(jī)制。研究人員怎樣來研究這類問題呢？以腦電為例，研究人員常常用“違背”范式來研究語義加工。例如，讓幼兒聽“老師正在給同學(xué)們上課”（正常）和“老師正在給蘋果們上課”（語義違背），雖然語法上沒錯(cuò)，但幼兒立刻發(fā)現(xiàn)后一句語義是不對(duì)的。同樣的方法也可以用于研究語法，例如讓幼兒聽“我馬上就去吃過了飯”或者“老師正在給跑步們上課”這樣的句子，這樣幼兒不需要主動(dòng)做任何任務(wù)，我們就可以通過腦電來偵測(cè)他們對(duì)于語義、語法的加工。用類似的方法，我們現(xiàn)在了解到，兩歲半的幼兒已具有和成人類似的言語理解的加工能力，并逐漸形成越來越完善的言語表達(dá)能力。

那么，大腦的哪些區(qū)域負(fù)責(zé)語言加工呢？近年，借助臨床研究和腦成像研究，我們對(duì)此有了一定的了解。前人研究發(fā)現(xiàn)，言語產(chǎn)生主要涉及左半球的額、顳、頂網(wǎng)絡(luò)。從語言的不同功能來說，比如在言語聽覺方面，Hikkok和Poeppel將言語聽覺加工系統(tǒng)分為兩條通路，分別是與聲音、運(yùn)動(dòng)有關(guān)的背側(cè)通路和與聲音、語義有關(guān)的腹側(cè)通路；而在閱讀方面，具有代表性的區(qū)域?yàn)槲挥谧笏鬆罨刂胁康囊曈X詞形區(qū)（visual word form area， VWFA），主要參與對(duì)詞匯視覺形狀的加工。此外， 讀寫時(shí)也會(huì)不同程度地涉及語音、語義、語法加工以及手部運(yùn)動(dòng)等腦區(qū)。

與聽、說不同，讀、寫的習(xí)得是語言能力發(fā)展的一個(gè)新階段。閱讀習(xí)得的過程首先是進(jìn)行視覺和聽覺信息整合的過程。五六歲左右，兒童能夠?qū)⑿铝?xí)得的詞形（視覺）和他已有的知識(shí)，包括語音（聽覺），繼而語義和語法進(jìn)行連結(jié)，形成新的功能網(wǎng)絡(luò)。近年研究發(fā)現(xiàn)，在任何一種語言中，視覺和聽覺的語言加工（聽和閱讀）都涉及類似的共同腦活動(dòng)。雖然有一些學(xué)者認(rèn)為漢語的獨(dú)特性使它在生物機(jī)制上與其他語言（如英語等）有所差異，但在視聽整合、神經(jīng)環(huán)路等整體層面上，不同語言和書寫系統(tǒng)都具有較高的一致性和共通性。文盲學(xué)習(xí)閱讀的研究指出，言語和閱讀加工之間是相互影響的。如果兩者的連結(jié)過程中產(chǎn)生了缺陷，就可能給兒童的閱讀習(xí)得帶來困難，最典型的例子是閱讀障礙。閱讀障礙常常與早期語音形成上的缺陷有關(guān)，這種缺陷進(jìn)而在兒童學(xué)習(xí)閱讀時(shí)進(jìn)一步影響整合詞形和語音的過程。然而，閱讀障礙也不只是因?yàn)橐暵犝系娜毕菟斐傻?，其發(fā)生常常涉及很多其他相關(guān)問題，例如早期形成的詞匯量，或是非語言獨(dú)有但與語言發(fā)展所相關(guān)的認(rèn)知能力，包括統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)（statistical learning）和序列加工（sequential processing）能力等等。根據(jù)不同的研究統(tǒng)計(jì)，在漢語環(huán)境中有6%～12%的兒童存在閱讀障礙，被視作為高發(fā)障礙。從腦科學(xué)的角度探究其背后的生物機(jī)制，一方面有助我們了解語言及其發(fā)展的神經(jīng)機(jī)制，另一方面也將幫助家長(zhǎng)、教師及早發(fā)現(xiàn)和干預(yù)障礙兒童，并使其有機(jī)會(huì)獲得更好的個(gè)人發(fā)展。

總之，隨著腦科學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，我們得以更加深入地了解語言的發(fā)展過程及其背后的生物機(jī)制，并借此與教育、臨床和人工智能等領(lǐng)域的研究者和實(shí)踐者進(jìn)行合作，切實(shí)地推進(jìn)這一領(lǐng)域的理論進(jìn)步和應(yīng)用發(fā)展。