嬰幼兒神經與語言的發展
作者: 曾志朗 / 21460次阅读 时间: 2011年11月15日
来源: 陽明大學校長 标签: 核磁共振 神经语言学 婴幼儿 功能性 曾志朗
www.psychspace.com心理学空间网

嬰幼兒神經與語言的發展 
曾志朗 
陽明大學校長
 

壹、前 言
 
  人的腦只有三磅重,但是它卻是我們靈魂與意志的主宰,對於腦的功能以前是莫測高深、無人知曉,因為沒有好的儀器可以來即時(on-line)的探測它內在工作的情形。雖然死後的解剖可以帶給我們結構上的知識,它卻不能帶給我們功能上的瞭解,我們只能從腦傷病人行為上的缺失去推測受損部位的功能,常有以管窺天,以釐測海的遺憾。現在因為科技的進步,實驗方法的精進,使我們對這個二十世紀最後一塊蠻荒之地(The last frontier)有非常不同的看法,大腦神秘的面紗正透過正子放射斷層掃瞄(Positron Emission Tomography, PET)以及功能性核磁共振(function Magnetic Resonance Imaging, fMRI)的造影技術,一層層的褪去。我們對大腦的形成以及神經的發展,知道的越來越多,也累積越來越多的知識。現在就對目前可搜集到的文獻,腦神經發展與嬰幼兒語言發展作一番介紹。因為本次研討會的主題是在○到三歲,因此,本文的探討也限於三歲之前的神經與語言發展。
 
貳、大腦與神經的發展
 
  人的腦是由一萬億(100 billion, 1012)個神經細胞所組成的,神經細胞又叫神經元,它可分成三個部分:樹狀突,細胞體及軸突(圖一),軸突是傳出單位,它將神經衝動傳到另外一個神經細胞或肌肉、器官去,它也可以延伸的很長,甚至可以跨越腦半球與另一邊的神經細胞相聯結。樹狀突是接收單位,專門接收別的神經元傳來的訊息,軸突的末端跟另一個細胞的樹狀突相連接之間有個很小的空隙叫作突觸,一個刺激必須要通過這個空隙才能到達另一個細胞(電傳導在此要先轉換成化學傳導,訊息才可以繼續往前送)。通常一個神經細胞可以接受及傳達一千個到一萬個其他神經細胞所傳送來的訊息,也就是說一個神經細胞可以有一萬個樹狀突。不同的神經細胞掌管不同的訊息,有的跟特殊的感受體細胞(receptor cells)連在一起,專管外界的刺激,如聲、光、壓力的變化。這些感受體會把外界的物理能量轉換成電的刺激,從而觸發神經元的神經衝動,把訊息傳送出去。感受體就好像機場換錢的地方,不管是那一個國家來的人,進入本國就必須兌換本國的錢幣才可以使用,所以電衝動是神經的語言,是它們之間彼此溝通交流的工具,不管是那一種神經元都必須用它們共同的語言,才能達到溝通的目的。不過因為在突觸的地方有一個小空隙,電流無法直接跳過,必須要靠化學物質來傳導,所以神經傳導物質也是大腦溝通的工具,對大腦的功能也有很大的影響,但是因為篇幅有限,此處只談大腦神經的發展,不談神經傳導物質對大腦的影響。
 
  其實,人在出生時就已經有所有的神經細胞,但是初生嬰兒的腦又只有成人的四分之一大,那麼,這四分之三增加的究竟是什麼?這的確是一個好問題,因為它讓我們看到影響神經發展的後天因素可以在那個層面作用。
 
一、神經細胞的再生
 
  人腦的這一萬億個細胞其實在懷孕七個月時就都存在(Rakic, 1995)。出生以後長的主要是突觸,樹狀突和神經維束。剛出生時嬰兒的神經維外面是沒有包著髓鞘的,隨著嬰兒的成長它逐漸完成絕緣的工作。在大腦的成長中,長的最多的是樹狀突,樹狀突不但變得茂密濃厚,還變得更特定,甚至可以說更專業化,在電子顯微鏡下可以看到突觸的密度大量增加。圖二是人類視覺皮質從出生到六個月大時細胞生長的情形,人類的視覺皮質可分成六層,其中第四層是接受視丘投射來的視覺刺激,所以第四層又細分為a,b,c。從圖中可以清楚看到樹狀突的縱橫交錯。接受外界刺激的越多,神經間的聯結越密集,訊息也傳達的越快。以前認為神經細胞一旦死去便不會再生,不過最近的一個研究顯示海馬迴的幹細胞有增新細胞的能力,有一種藥物bromodeoxyuridine是追蹤舌癌或喉癌腫瘤的藥物但是它同時是一個標記物(marker),如果大腦中有可以分裂增殖的幹細胞的話,那麼在注入標記物一段時間之後,我們應該可以在腦部的組織切片中找到具有標記物的神經元或神經膠,因為在注入標記物前就已經存在的神經元無法與標記物結合,所以有標記物的神經元一定是在注入標記物之後產生的。結果在五位因舌癌或喉癌死亡病人的大腦海馬迴切片上都看到有標記的細胞,證明大腦有新生細胞的能力。(Kempermann & Gage, 1999)。
 
  事實上,早在1987年,Nottebohm就發現鳴禽(如白冠麻雀White-Crown sparrow)在春天交配季節到臨時,左腦會增大使它能唱歌,冬天不唱歌時左腦會萎縮。(鳥類是惟一和人類一樣有腦部側化作用(lateralization)的動物,它的左腦是負責學習唱歌的區域)。另外,耶魯大學的Ratic在恆河猴身上也看到同樣神經再生的現象。因此,目前最新的看法是認為神經元是有再生的能力,這對阿滋海默症(Alzheimer Disease, AD)的患者或是巴金森病的患者是一個福音,對任何因神經萎縮(neural atrophy)而生病的人都是一個希望。
 
大腦各區域的成長速度
 
  大腦各個區域生長的速度和到達高峰的時期各不相同,例如掌管視覺的枕葉(occipital lobe)在嬰兒三個月到四個月大時,到達高峰,在四到十二個月大之間,神經的密度到達成人的一倍半,聽覺皮質也是一樣(Huttenlocher, 1990,1994),但是額前葉(prefrontal)皮質神經的密度就增加的比較慢,一直要到一歲才達到高峰,在中央神經系統中感覺區的髓鞘比運動區的早完成,聯結區的最後完成,因為髓鞘的完成可以加速神經的傳導,所以嬰兒在感覺方面的能力是先於運動方面的表現,這個髓鞘一直到二十五歲左右才最後完成,這是為什麼美國曾經有醫學院的老教授反對把投票年齡降低,因為他覺得大腦還沒有長好的人怎麼有能力去管政治呢?
密西根州Wayne State University的Chugani是第一個用正子放射斷層掃瞄來研究嬰兒的人,他發現一歲以後嬰兒大腦對葡萄糖的攝取急速增加,(葡萄糖的攝取代表著新陳代謝的速度),一直增加到四、五歲時到達成人的一倍半,到九歲左右才降下來到成人的程度一樣,這個高峰跟前面所說神經細胞突觸(synaptic)的密度很相似,PET的造影顯示一歲嬰兒在休息靜止時整個活動的情形就已經跟成人的腦很相似(Chugani et al, 1987)。
 
  在神經細胞快速成長到頂點後,有些突觸、樹狀突就開始消失。這個減少的速度也是每個區域不一樣,例如視覺皮質就在二歲到四歲之間降到跟成人的密度一樣。但是額前葉卻要等到十歲到二十歲之間才降到跟大人的密度一樣,為什麼要先長很多再來削減呢?從演化的觀點來看,這是非常不合理的,先長出來,再來丟棄,但是這個現象在嬰兒語音的辨認能力上也可看到,MIT的Pinker(Pinker, 1994)對這個現象有個有趣的解釋,在本文的第二部分會談到,現在先就Huttenlocher的說法來看。Huttenlocher認為這跟大腦的可塑性有關,可塑性是神經心理學最重要的一個議題,要談大腦的可塑性我們必須從大腦的發育開始談起。
 
三、大腦的可塑性
 
  人自受精開始細胞就快速的分裂發展,一分鐘生長二十五個神經元,在一週之內,神經管(neural tube)便已形成,這個中空的神經管後來分化成中央神經系統,一端變成前腦和中腦,另一端變成脊椎,腦幹最先形成,這是我們生命的中樞,掌管我們心跳與呼吸,然後小腦開始出現,掌管我們的動作與運動,在受孕五週時,大腦皮質開始出現,皮質是思維和知覺運作的地方,神經細胞在neural tube中空的地方所形成,所謂的"分裂增殖區"(proliferative Zone),神經管中間的這個空洞以後就變成腦窒。這些細胞形成後需要遷移到它們特定的終點站去。遷移的方式有兩種,一種是被動的細胞替代,新生的細胞把舊的細胞逐漸擠出分裂增殖區,所以舊的細胞在外面,新生的細胞在裡面,視丘、海馬迴及腦幹很多地方都是用這種方式形成的。另外一種是比較主動的遷移方式,年輕的細胞越過老細胞的頭往上面爬,大腦皮質和一些層次分明的皮質下組織就是用這種方法形成的。這些神經細胞要走到它們的目的地後才長出軸突來,軸突是神經元聯絡的工具,這些軸突的聯絡網構成大腦神經的迴路(circuits)。我們的基因決定這些主要的神經高速公路(pathway)該怎麼走,該應該去和誰聯接,但是後天的環境刺激決定誰被留下誰被淘汰。軸突尖端有一個很特殊的生長錐細胞(growth cones)它會認識路,會跟隨著神經通道上的化學物質而達到他應該到的終點。目標細胞也會釋放出化學分子來路,假如用基因工程的方式把這些作為線索的分子(molecular cones)去除掉的話,軸突就會漫無目標的到處遊走,不知該去那裡。一般來說,懷孕五個月時,大部分的軸突都已到達它的終點,不過雖然到達終點,在各就各位時仍需一段摸索,這需要非常多的嘗試錯誤才能最後拍板定案,這就是可塑性,或是說後天環境最能著墨的地方。
 
  那麼,這些神經細胞怎麼知道誰和誰是一起的呢?加州大學的柏克萊校區的Carla Shatz認為這些還在胎兒時期初生的神經元一開始是隨機發射,好像自動撥電話機。假如一些細胞一起發射,那麼這些細胞就一起作響,這時目標細胞就會釋放出一種化學物質叫作trophic factors來強化這群一起作響、一起發射神經元之間的聯接。一個活動的神經元對trophic factors的反應比一個不活動的神經元來的強,因此,當別的細胞很努力在與目標細胞作聯接時,一個安靜、不活動的神經元就會失去它「關愛的眼神」。沒有與目標細胞搭上線的話,後來的神經修剪就會把它修剪掉。因為我們出生時大腦的細胞遠比它實際需要的多,所以神經細胞的死亡並不會影響我們大腦的功能。有人估計大腦每天死亡5000個神經細胞,在這麼多的神經細胞中究竟誰應該被淘汰誰應該留下來呢?這是一個很有趣的問題。一般是認為一個活躍的神經會被留下來,而一個尸位素餐,從來沒有跟別人聯絡的神經細胞是會被淘汰掉的,好像公司中,一個下來不出聲,老板不知道他在做什麼的人,裁員時,第一個被裁的就是他,「用進退廢」在此非常的恰當。
在嬰兒出生以後神經元不再隨機發射,外界感官的刺激決定它的發射次數與途徑。從老鼠的實驗我們知道,一個有豐富環境刺激的老鼠他的突觸比環境貧乏沒有刺激的老鼠多百分之二十五,但是這個結果曾被誤用,許多商人成立各種嬰兒成長班或設計各種各樣彩色圖案的視覺刺激及各種聲音的錄音帶來賣給父母,宣稱這會幫助刺激嬰兒大腦的成長,其實這是完全不必要的。這個實驗的控制組是生長在完全沒有環境刺激,空無一物的實驗室中的老鼠,如果一個在正常環境長大的嬰兒,他的聽覺、視覺就已足夠,不需要再特別去加強,目前所看到的報告是孤兒院中長大的嬰兒,在機械式的餵奶、換尿片,幾乎沒有人類的接觸時才會產生發展遲緩的現象如成天躺在搖籃看天花板的嬰兒也有到21個月還不會坐或是到三歲還不會走的情形,不過這是極罕見的。雖然嬰兒需要各種鳥聲、光、肌膚的接觸刺激才會發展正常,但是一般家庭中的照顧就足以提供嬰兒正常發展的刺激。有關大腦皮質可塑性的證據,目前已累積很多,這裡就幾個最有名的實驗作一些介紹。
 
四、支持大腦可塑性的實驗
 
  我們的左右眼視神經在視覺皮質第四層上各有各的領域,這第四層上的每一個神經都已經分工好,只負責一個眼睛,不管另一個眼睛,但是這情形在剛出生時,並非如此。那時第四層上的神經元對左、右眼的刺激是一視同仁,作同等的反應的。圖三為一隻剛出生的小貓的左右眼神經從側膝核(lateral geniculate nucleus)投射到視覺皮質第四層上的情形,可以看見兩者在空間上是重疊的,出生後的視覺經驗,視覺刺激會使這些軸突自行分化,形成各自的領域,假如注射一種藥物,河豚魚毒素(tetrodotoxin)使視網膜上的節細胞(ganglion cell)不能產生運動電位(action potential)時,視覺皮質第四層上就不會分化出像正常時那種左右眼神經的各自專門領域。
 
  假如把小貓的一隻眼睛縫起來,使它不能接受外界的刺激,這時,睜開的那隻眼睛的神經細胞就會佔去大部分的皮質空間,侵佔另外一隻眼睛的地盤,如果眼睛縫的太久,即使拆去線,小貓也看不見,Hubel和Wiesel發現即使只縫住一星期,視覺皮質第四層的ocular dominance-collumn就已經改變,沒有刺激進來的神經,他的疆土就已經大大的縮小。這是為什麼一個天生就有白內障的孩子,如果拖到二歲以後才開刀的話,雖然取出白內障,這個孩子也看不見。例如把小貓的眼皮輪流縫起來,使大腦視覺皮質從來沒有同時接到兩個眼睛所傳送進來的訊息而產生雙眼像差的話,這隻小貓就不會有立體知覺(stereoscopic vision),因為大腦必須要同時接受到二個稍微不同的影像刺激的經驗才會形成立體知覺。
 
  雖然神經元沒有運動電位就無法分化領域,但是只有運動電位也不足以使視覺皮質分化。神經元的發射就好像我們撥電話一樣其實都有一定的形態的,不是隨機的,它必須是在某些特殊突觸中的某些時間上和空間上一定形態的發射才行。有一個實驗用人工的方法同時去刺激視神經上所有的神經元,使它們同時發射,結果軸突從側膝核投射到視覺皮質第四層去時也不能分化成各自特定的領域Stryker & Strickland, 1996)。所以雖然有運動電位,但是大家都同時發射,沒有時間和空間上的不同時,視覺皮質也不能分化成專門特定的管轄區,因此神經發射的時間和形態就變得非常的重要,它決定那一些突觸之間的聯結被強化,那一些被削弱,強化的通路會被保留而減弱的迴路會被剔除。通常,神經元會與鄰近的細胞去作自我調適使不會一起發射,因為鄰近的細胞常是與它接受一樣的刺激,作一樣的工作,所以他們會自我調適,我們可以舉一個例子來說明這個情形:對成人來說,每一個肌肉維(muscle fiber)都有一個運動神經元在管,但是在一開始時,當一個運動神經元走到肌肉維,與它作第一次接觸之後,這個肌肉維會接受到許多其他運動神經元送來的指令,但是逐漸地其它的聯結會消失,最後只剩下一個神經元,而來自運動神經元的運動電位形態是這些剔除或聯結消失的主要原因,就好像一位及笄小姐可以有許多人追求,但是最後她只能從中挑一個人嫁,而她挑選的條件便是電位形態,所以自胚胎期開始,神經元本身的經驗能夠修改及精進我們的神經系統,增加我們的適應力。
 
  這個現象在彌猴身上也可看到,假如把一隻剛出生的彌猴從視丘通往視覺皮質的通道剪斷一半,使視覺皮質區17號(在腦解部圖上(brodman)大腦的每一個地區都用數字標出來以利研究者溝通,如圖四)的地方接受的訊息只剩原來的一半時,17和18之間的邊界就改變,17變的比較小,18變大,不過皮質層的發展仍屬正常。因此,減少感官刺激的輸入並不會造成皮質結構上的改變(Rakic, 1988; O'Leary, 1989),但是分到18區去的原來17區的神經細胞卻變的跟18區一樣,它們輸出的特性也不一樣,例如17區原來沒有越過胼胝體投射到另一個腦半球去的,現在分過去的17也有,跟原來18的投射型態一模一樣。因此,外在的因素或後天的經驗是可以改變先天的結構的。
 
  有一些感覺管道互換(cross modal,即從聽覺轉到視覺或從視覺轉到觸覺等等)的實驗能更進一步呈現大腦的可塑性(Sur et al, 1990)。例如,有一個實驗是把雪貂(ferret)的視覺皮質以及側膝核(lateral geniculate)的部分破壞,使視覺刺激會送到掌管聽覺的中膝核(medial geniculate body)再投射到聽覺皮質去,結果雪貂的聽覺皮質就對視覺刺激起反應,而且原來的聽覺細胞變得對視覺的線條方向和角度敏感,有的細胞甚至變成雙眼視覺細胞(binocular)。這表示神經的細胞是可以re-wire的,而且從單細胞電位紀錄(single cell recording)的實驗(Sur et al, 1988; Roe et al, 1990)顯示是這些動過手術雪貂的聽覺皮質發展出二度空間的視網膜圖(retinal map)來。本來雪貂的聽覺皮質跟耳蝸是有一度空間的對應,它是在一個向度軸上從低頻率到高頻率逐漸上升上去,但是被改變過的聽覺皮質現在是像視覺一樣變成兩度空間的。Sur將剛出生的雪貂用手術的方式使視覺訊息投射到聽覺皮質去,等雪貂長大後,訓練雪貂去分辨呈現到正常腦半球的視覺和聽覺刺激,然後再把視覺刺激呈現到動過手腳的腦半球,結果雪貂每次都把視覺刺激解釋為視覺的而不是聽覺的,雖然它是在聽覺皮質處理(Sur, 1993)。
 
  這個情形在聾人(Neville, 1991)的研究上也可以看見。一個天生聾的孩子,他的聽覺皮質在看東西時是在活化的,我們從腦波圖(EEG)可以看到他的聽覺皮質是與視覺皮質同步活化,表示視覺皮質已延伸過來擴張它的領域到隔壁無人使用的地方去。加州大學聖地牙哥校區的幻肢研究(Ramachandran, 1996)也得到同樣的結果,被截肢後,無所事的神經元會去管鄰居的閒事,因此如果用棉花棒輕觸截肢者的臉頰他有手指被觸摸的感覺,雖然那個手早就被截肢。

五、從細胞移植來看大腦的可塑性
 
  大腦的可塑性更可從整塊皮質細胞的移植上可以看出。假如把剛出生老鼠枕葉的一小塊視覺皮質移植到感覺運動區去或把感覺運動區的細胞移植到枕葉來(O'Leary & Stanfield, 1985, 1989),這些新移民到新社會就立刻改頭換面以新社會居民的姿態出現,完全忘他原來的樣子,所以視覺皮質的神經到感覺運動區之後便發展出到脊椎的投射,投射的形態都和原來感覺運動神經元的特性一模一樣;感覺運動區的神經元到視覺皮質也開始對皮質下的superior colliculus投射,完全不帶一點感覺運動神經元的風味。好像從小移民美國的人,雖然外表上還是中國人,但是談吐舉止都是新祖國的風味。
 
  最近還有一個實驗顯示這些新移民不但能融入這個新社會變成它的一分子還能更進一步的織識新社會的結構,不單是被動的接受者而是積極的參與者(Schlagger & O'leary, 1991),實驗者把一小塊老鼠視覺皮質區的細胞移植到感覺區去,而我們知道感覺區(barrel field)的神經元與老鼠臉上的鬍鬚有一對一的對應關係。假如把一根鬍鬚拔掉,那麼在barrel-field上原來負責它的神經元就不會出現,旁邊的神經元就會把它的空間佔去,就好像一間宿舍沒有住,別人就逐漸搬進來佔去原來屬於你的空間。老鼠從出生第一天,它的外界經驗就開始形式成這個一對的聯結關係,所以早期的重複刺激對這個barrel-field結構的形成是很重要的。O'leary發現移植到barrel-field區的視覺皮質細胞很快的轉型為原來barrel-field細胞的型態,不但發展出符合新社會要求的輸入和輸出,而且從視丘傳送過來的輸入還能重新組織這塊移植區的內部結構使它變成有barrel-field的特性。這種大腦的可塑性令人嘆為觀止!
 
  不過也有學者(Roe et al, 1990; Johnson, 1997)提出雖然雪貂的聽覺皮質可以作視覺的功能,老鼠移植的視覺皮質可以變成barrel-field的結構,但是它在表現上還是不如原來沒有動過手腳的皮質區。例如雪貂聽覺皮質對左右角度的判斷就比上下水平的判斷來的準確,而正常的雪貂在這兩方面的表現是一樣好的。人類的情形也是一樣,人的腦有側化的現象,每一個腦半球有各自專長的功能,例如大家所熟知的左腦擅長語言、分析,右腦擅長圖形影像等等,假如一個孩子很小的時候左腦就因病變整個切除,這個孩子仍然會講話,仍然沒有溝通上的問題,但是在精細的語文測驗上,他還是會有一些不及正常人的地方,這點在後面語言發展時會詳細討論。
 
六、再談大腦的可塑性
 
  我認為最能說明大腦可塑性的實驗是Webster, 1995年比較剛出生的小猴子和成年猴子在大腦單側受損後學習上表現的實驗,這些猴子先學會做一個視覺作業(選擇與剛剛看到物件不一樣的作業),等到學會後再把單側腦的TE(專門負責物體辨認的區域)部位破壞掉,結果發現顳葉TE受損的成年猴子在物體的辨識上表現很差,但是小猴子的表現就很好,當然還是比TE葉沒有被切除的猴子差百分之五到十左右,好像大腦其它的區域會取代受損區域的功能來作物體辨認的工作,假如大腦還沒有定型,還有可塑性的話。
 
  Webster認為小猴子仍然可以做這個作業的區域是TE旁邊的TEO的區域,因為TEO也接受視覺的輸入,它可以增長發展出新的神經迴路來取代被切除的。所以他把TEO也破壞掉之後再作視覺選擇的測試,發現小猴子仍然可以做辨識與剛剛看見的物體不同的選擇,(當然表現又比只切除TE時更差一點)。這表示除TEO之外,另外還有其它的區域也在幫忙處理TE原來的工作。那麼這個其它的地方是什麼呢?本來頂葉(prietal lobe)是管空間位置的,而且跟受損的區域不在一起,假如把成年猴子的頂葉兩邊都切除,對猴子作選擇與剛才不一樣物件的作業並沒有影響,但是如果把那隻已經切除掉TE、TEO的小猴子的頂葉也切除時,小猴子在這項視覺選擇作業上的表現終於降的和成年後再切除TE的猴子一樣差。因此,這個本來在管Where的頂葉可以被用來作what的工作,只要這個徵令是在大腦仍在可塑期時頒布的話。
 
  所以大腦的認知功能是可以被重組的,它不但可以重新生出聯結的通道,使鄰居就近來幫忙。它更可以重新動員組織不鄰近的區域,使它們也投入救災的工作,只要它也有接受視覺的訊息,工作上沾上一點邊的都可以派上用場。
 
七、運動對大腦生長的幫助
 
  最近有一個研究顯示運動會促進海馬迴新細胞的生長,幫助老鼠學習迷宮。這個實驗是把老鼠隨機分成兩組,一組的籠子裡有踩會一直轉的風火輪圈圈,很像我們作心電圖時踩的那種運動步道。這些老鼠一天大約踩五公里的路,另一組(控制組)的籠子中沒有任何運動器材。然後這兩組老鼠一起去學習走水迷宮,這水中有暗藏一個平台,找到,老鼠便可在平台上休息,找不到便得一直游,不然會淹死。這水是不透明色,使老鼠看不見水中暗藏的台子。結果,有踩風火輪的老鼠學的比沒有踩的快。研究者同時也記錄這些老鼠在海馬迴地區細胞的活動情形,結果發現他們海馬迴的細胞有比較多的長期電位(Long-term potentiation, LTP),而這個長期電位是與記憶有關的,研究者發現運動可以增加trophic factors的分泌,前面說過,trophic factors可以幫助細胞生存,使不被淘汰。很有趣的一點是,假如這些老鼠不是自動自發的去游泳而是被逼著去運動的話,效果就不在。有一個實驗發現強迫老鼠游泳並沒有增加老鼠學習迷宮的能力(Pragg, 1999)。在人類的學習上,我們知道主動的學習比被動的效果好很多,想不到在老鼠身上也如此,這可能跟情意(affect)、動機(motivation)與大腦的關係有關。
 
八、音樂跟大腦發展的關係
 
  德國Konstanz大學的研究者發現學習音樂也可以新組織神經的迴路。他們替九位小提琴手作核磁共振的腦造影檢查。結果發現左手大姆指和小指在感覺運動區所佔的部位大於一般人。仔細問這些受試者時發現,這個現象與每天拉多少小時琴無關而與什麼時候開始學琴有關,年紀越小學琴,手指頭在大腦皮質所佔的地方就越大。
 
九、總結
 
  總結上面的實驗,我們可以看到大腦的結構和神經的數量,然是先天就設定好的,但是神經的迴路與密度分布卻受到後天的影響,而且影響的時間在發育的初期,也就是說在神經生長的時候,外界的感覺刺激是非常重要的,它決定神經細胞的聯結網路。對於孩子,我們不要太過保護,應該放手讓他去經驗各種不同的環境,接受各種不同的刺激,使他的電迴路更稠密、更發達。
 
參、語言的發展
 
  只要是正常人,都會說話,有人甚至覺得不應該叫作「智人」(homo sapiens),應該叫作「愛說話的人」(homo loquens)才對,因為人不停的說話,平均一天要講四萬個字,差不多等於4-6小時不停的演講。一個正常說話速度的美國人一小時講24000語音,這真是驚人的統計數字。人的確愛說話,有人認為語言學習不是為溝通而是為情緒的需求(Locke, 1994)。不論人為什麼要說話,口語的習得和書寫文字的習得非常的不同這點是沒有爭議的,一個會說話的人,不一定會閱讀,前者輕鬆自如的輕易上手,後者三更燈火五更雞的還不一定通得過考試,難怪麻省理工學校的史迪芬‧平克會認為語言是一個本能,是一個天賦的能力。在這一部分我們將介紹有關嬰兒學習語言的研究,因為本研討會是從○到三歲,因此討論只限口語的範圍,不討論閱讀的部分。
 
一、研究法
 
  Infant(嬰兒)這個字的意思是沒有語言的人,要研究一個沒有語言的人的語言能力是個非常困難的事,所以在七十年代新的研究方法發明之前,嬰兒方面的研究非常的少,幾乎所有的研究都是以主觀的觀察法來作推論,無法有客觀的實驗。主觀的推論在知識的累積上是很緩慢的,因此心理學家努力地要找出一個可以研究嬰兒內在認知的方法,心理學家注意到一個現象就是所有的嬰兒一生下來就有許多反射反應,例如抓住(grasp reflex)'(如果用手指輕觸嬰兒的手掌,他就會緊緊抓住你的手指,如果你把手指抬高,這個嬰兒可以憑著握住你的手之力把他的身體懸空而不會掉下來,可見嬰兒握的有多緊),rooting reflex(即有東西輕觸嬰兒面頰時,他的頭會轉向刺激的來源,他的嘴會張開,頭會一直轉直到他找到刺激的來源(通常是手指頭或乳頭)把它含到嘴裡為止,然後他就開始吸吮)。這些反射反應是嬰兒求生的本能,因此心理學家就利用吸吮的這個反射反應設計出一個非常聰明的實驗方法。
 
  我們知道所有的學習行為中最簡單的一種就是習慣化(habituation),一個刺激重複的出現使我們對它逐漸熟悉後,我們對它的反應就會減低,這是演化來的機制,使我們可以集中精力去專注新的可能是危險的信號上,因為大腦的資源是有限的,如果能減少對熟悉物體的注意力,我們就可以有更多的資源去注意新的刺激,增加我們生存的機率。所以假如我們給嬰兒看一個或聽一個刺激,一開始時,他一定會很注意在看,久一點後,他就會對這個刺激「習慣」而減低他的注意力。假如在這個時候我們改變刺激,如果他分辨的出不同,知道是個新的刺激,他的注意力會提昇起來,假如他分辨不出來,認為還是舊的刺激,那麼他的注意力就會更減低,所以,依照這個邏輯,如果給嬰兒吸一個假的奶嘴,這個奶嘴後面有一條電線和電腦相連,使我們可以記錄嬰兒吸吮的次數與力道的話,我們就可以說假如嬰兒分辨的出新舊刺激的不同,他的吸吮率應會上升,如果不能就會下降,為要更客觀的量化嬰兒的反應,通常只取習慣期(舊刺激時期)的最後二分鐘與測試期(新刺激出現的時期)的最初二分鐘的數據。我們必須要確定測試期間行為反應的再起是由於刺激改變的關係,而不是因為其他的因素。例如,有的新生兒會打盹,當他醒來時,他的吸吮也會增加,而這個增加並非是刺激改變的關係。所以我們做實驗時必須要有一個實驗組、一個控制組。實驗組的嬰兒在習慣後,我們給他看新的刺激,而控制組的嬰兒即便是到達習慣期,我們仍然讓他看同樣的刺激並不改變它。然後我們再比較兩組的成績,假如實驗組的吸吮率的確高於控制組,那麼我們可以確定嬰兒有察覺到刺激間的不同,因為這個刺激改變是這兩組唯一的不同。
 
  另外一個方法是偏好法(Fantz, 1963; Held et al, 1980),計算嬰兒凝視兩個刺激中某一個刺激的長度,假如他對這個刺激比較喜歡,他就會注意的久一點。我們將兩個刺激並列呈現給嬰兒看,然後記錄他凝視每一個的時間,或凝視每一個的次數。為避免實驗者效應,我們使實驗者坐在銀幕的後面,從銀幕當中的一個小洞裡來觀察嬰兒眼睛的動向。如此一來實驗者無法知道嬰兒看的是那一個圖形,這樣安排可以避免實驗者最細微的潛意識的偏見(即實驗法上的實驗者效應)。亦即在這種實驗中,嬰兒只能看見刺激,而實驗者只能看見嬰兒眼睛運動的方向。刺激只有在嬰兒的眼睛停留在銀幕的當中時,才出現(在銀幕上方可以裝一個偵測器,只有當嬰兒眼睛凝視到銀幕當中時,電腦才會啟動,圖片才會顯現出來)。很多時候嬰兒會凝視某一個圖形很久,這個圖形一出現,他就去看它,不管它是出現在左邊或右邊,所以我們知道嬰兒比較喜歡這個圖形。
 
  這個方法相當有用,現在變成研究嬰兒視覺世界的主要方法之一。對聽覺世界的研究也可以採用這個方式。我們對嬰兒閃動兩個紅光,假如他看右邊的光,他就聽到一個聲音,假如他轉看左邊的光,他就聽到另外一個聲音。這樣經過一段時間後,他就學會這個聯結,他就可以自己操弄(頭轉向那一邊)使他喜歡的聲音出現,我們就可以知道他的喜好。下面所介紹的嬰兒研究絕大部分是用這個方法來做的。

二、對母親語音的偏好
 
  我們在前面神經發展時就提到嬰兒的聽覺在未出生前就已發展完成,他們不但可以把頭轉向聲音的來源,也能區分不同音量的音,區分出人的說話聲音和環境中的物理音,並將音組合成旋律。才剛出生沒幾天的嬰兒就偏好他自己母親的聲音而不喜歡陌生女子的音(DeCasper & Fifer, 1980)。我們可以用制約的方式讓嬰兒學會刺激和他自己行為之間的聯結,當他吸吮假奶嘴的快時,擴音機傳來的是他母親的聲音,當他吸吮的比較慢時,擴音機傳來的是陌生的女聲,嬰兒很快的就學會這個聯結而努力的吸吮使他自己母親的聲音出現。才剛出生的嬰兒怎麼會偏好他自己母親的聲音呢?有一個研究顯示在母親的子宮中作錄音時,母親的聲音是所有其他人聲中聽的最清楚的一個聲音,所以,他會比較偏好自己母親的聲音,因為他在子宮中就已經聽習慣。
 
  我們知道熟悉度會增加我們的偏好,在對兩個完全中性的東西作選擇時,我們會去選擇比較熟悉的那一個,這是為什麼廣告每天疲勞轟炸我們,千篇一律的重複商品的名字,因為熟悉度會增加我們的偏好選擇。Gilbert Gottlieb曾經作過一個很有趣的實驗來顯示胎兒時期的學習是新生兒一出生就會作許多行為的原因,他認為鴨子一孵出來就會偏好他自己種類的叫聲是因為他在蛋殼中就聽到它自己的聲音。他把尚未孵出來的鴨子的syrinx用膠水黏起來,所以小鴨子在孵化的過程中聽不見它自己的聲音,結果這一組的小鴨子孵出來後就不會偏好自己鴨類的叫聲而控制組沒有被動手腳的小鴨子一孵出來便喜歡自己鴨類的叫聲。
 
三、嬰兒對母語的偏好
 
  Mehler發現才四天大的嬰兒就喜歡母親的語言,Mehler找一位真正的雙語者,即兩種語言都說的一樣好的人,請他用法語和俄語講同樣的故事,錄音起來;同時在美國的Jusczyk也請英語和義大利的雙語者作同樣的錄音。他們將這些錄音帶分割成十五秒一段,交互地呈給嬰兒聽。Mehler的實驗用的是四天大的嬰兒,Jusczyk的實驗用的是兩個月大的嬰兒。結果,這兩組嬰兒都能分辨出他的母語和外國語的不同。兩個月大的嬰兒知道這兩個語言的不同,但是沒有顯出對那個語言有偏好。但是四天大的嬰兒卻明顯地表現出他的偏好,他喜歡他母親說的母語。這是很令人驚奇的現象,因為我們會認為四天大的嬰兒無法辨認法語和俄語的不同,因為他們才剛剛來到這個世界,而兩個月大的嬰兒應該可以區分出英語和義大利語的不同,因為他們已經在英語的環境中生活兩個月。(Mehler, Lambertz, Jusczyk & Amiel-Tison, 1987; Mehler, Jusczyk, Lambertz, Halsted, Bertoncini & Amiel-Tison, 1988)。
 
  我們從前面知道胎兒在子宮中聽不清楚每一個字的發音,他所能聽到的是個大略的句調,所以Mehler就想知道句調是否是嬰兒可以區辨母語的原因,因此Mehler接下來將這個實驗用的錄音帶倒過來放給嬰兒聽。倒著放會破壞句調,整個句子的抑揚頓挫、旋律及其他的聲音的細節都改變,但是像聲音的聲調及說話音符的能量等絕對元素則維持不變。假如嬰兒是靠絕對元素來區分法語和俄語,或是英語和義大利語的話,他們應該在聽正放和倒放的錄音帶上沒有什麼差異。結果發現嬰兒不喜歡聽倒過來的母親讀書聲,所以我們知道嬰兒偏好母親的語言主要是因為熟悉語調的關係。每一種語言都有它自己的韻律和重音。假如把其它語音訊息都除掉只剩下語調又會怎麼樣呢?
 
  Mehler給四天大的嬰兒聽剛剛同樣的錄音帶,但是將四百赫茲以上的頻率過濾掉。這樣可以保持語調不變,但是除去其他辨識出語言的所有線索,就好像我們把頭埋在臉盆裡聽人說話一樣。我們可以辨識出是什麼語言,但是聽不出裡面是些什麼字。這種情況很像胎兒在母親肚子裡所聽到的聲音,(這是為什麼市面上所賣的胎教錄音帶沒有效的原因,水和空氣的傳音速度是不一樣的,而且子宮中背景雜訊很好,有母親心跳聲和血液流過血管的嘶嘶聲,因此胎兒浸在羊水裡是無法聽清楚錄音帶中的英文生字的)。實驗結果顯示在這種情況下,法國新生嬰兒可以區分出法語和俄語。兩個月大的美國嬰兒也可以分得出英語和義大利語。另一個實驗比較英語和西班牙語也得到同樣的結果(Bahrick & Pickens, 1988)但是,嬰兒只有在對一個已經熟悉的語言情況下才能區分出兩個語言的差異。所以法國的嬰兒無法區辨英語和義大利語,美國的嬰兒無法區辨法語和俄語。因為他們對非母語都不熟悉,分辨不出高下,就好像如果我們沒有學過英語或義大利語,我們也無從知道聽到的是那一國的語言,對我們來說,都是外國語。
 
  在嬰兒能夠說話之前,他們就對子句或句子的語調敏感。有一個研究發現六個月至十個月大的嬰兒就已經有這個敏感度。他們對個句子應該在那裡停頓很敏感,對語法上的界限也很敏感(Hirsh-Pasek, Kemler Nelson, Jusczyk, Druss & Kennedy, 1987)。當然我們不能說他們已經學會語法,這是不可能的。比較可能的解釋是語法的界限與語調、韻律和旋律是有相關的。到他們六個月至十個月大時,這些語調、韻律和旋律的原型已經抽取出來,並且會應用它們去辨識符合和不符合這個語言的刺激。
 
四、母親語的偏好
 
  很小的嬰兒就喜歡母親用所謂「嬰兒語」(baby talk)說話,而不喜歡聽一般大人說話時的語言(Fernald, 1985)。所謂嬰兒語又叫「母親語」,是全世界母親對嬰兒說話的方式:聲音的頻率比較高,而且語調的抑揚頓挫特別地明顯,最近(今年8月1日)的「科學」期刊上有一個實驗很有趣(Kuhl, 1999),顯示所有的嬰兒都喜歡「嬰兒語」而比較不喜歡聽大人彼此之間的對話。嬰兒在發現他可以用轉動頭的方式,使他聽到母親在說嬰兒語或大人語之後,便固定的把頭偏向某一邊,使聽到的都是嬰兒語(頭的轉向會啟動兩卷不同的錄音帶)。這個研究發現不論母親說的是英文、俄文和瑞典話,她們在對嬰兒說話時都會把這個語言的特點特別強調出來,Kuhl認為這是嬰兒學話的基礎,她選英、俄、瑞典這三種語言的原因是因為這三種語言母音的複雜度不同,俄文有五個母音,英文有九個,而瑞典文有十六個母音,Kuhl請這些母親在二十分鐘之內儘量的用三種語言中所共有的/i:/u:/a:/三個母音的字對她們的嬰兒講話,所以美國的母親就可能對她的孩子說「看這個漂亮的珠子」(look at the pretty beads.)等等。實驗者再錄下母親與大人以正常說話的速度對話,也是儘量用這三個母音所構成的字,結果在這二十分鐘之內,這些母親可以說上2500次以上的目標字。當用聲譜儀(spectrograph)來分析時,不論說的是"bead"或bussy(俄文的bead)他們都有把聲音拉長,強調這個語言中母音的特點。因為嬰兒的喉頭(larynx)很短很少,口腔不大,但是舌頭偏又塞滿空間使轉動不易,所以嬰兒不能發許多成人可以發的音,因此,母親這種很清楚的發音方式幫助嬰兒把聲音歸類,嬰兒並不是被動的去記憶父母所說的語音,他們是主動的去模仿如何發這個音,他們必須去分析歸類語音,五個月的嬰兒就開始發/i:/u:/a:/的母音。
 
  這個對人類語音的偏好使得嬰兒可以摒棄背景聲音中人的語音沒有關係的聲音,而特別去注意他母親的句調和節奏。因此,母親的聲音就是嬰兒決定他語言規則的模式。
 
  但是這個解釋並不能解決所有的現象。因為假如嬰兒的母親是說國語的,而他的菲傭說英話時怎麼辦呢?這種情形其實很普遍,現在許多嬰兒都是生活在多重語言的環境裡。他們如何得出一個合理的原則呢?他們是否會搞糊塗?像有些人以為的那樣,變成每一個語言都學得慢呢?因此我們需要知道嬰兒可不可以區分兩種語言以及在什麼時候可以區分它們。
 
五、語音知覺的肌動理論
 
  Liberman認為嬰兒對某些聲音特別敏感,因為它自己也會發出這種聲音。當他聽到這種聲音的刺激時,這個聲音在嬰兒腦海中的表徵可能是以嬰兒自己在發這個聲音時發音器官的操弄為表徵的。而當他聽到別的聲音時,則僅以聲音的物理特性做表徵。
 
  語音知覺的肌動理論(Motor theory of speech perception)(Liberman, 1970; Liberman, & Mattingly, 1985)認為嬰兒的牙牙學語(babbling)就是為練習他所聽到的與他所發音的之間的關係。即使是天生聾的孩子,他在七、八個月時也會牙牙學語,但是因為他耳聾聽不見自己的聲音,所以一陣子後他就停止這個動作。牙牙學語並不是一個模仿的動作而是發自內的一種出聲動作。天生聾的孩子他停止babbling因為他無法聽見他自己的聲音,而不是無法聽見別人的聲音。有一個研究顯示因病必須動氣管造口術(tracheostomy)的嬰兒,她的氣管與咽喉分離不能發聲,雖然她可以聽到別人講話,也可以作牙牙學語的動作,但是沒有聲音出來,所以她聽不見自己的聲音,結果這個五個月大就被動手術切開氣管,到二十個月才把氣管接回喉嚨的女孩第一個發出來的聲音竟然不是字(雖然20個月大的嬰兒是已經很聽的懂話),她發出來的聲音像是五個月大嬰兒牙牙學語的聲音,因為一般嬰兒是6個月以後才開始牙牙學語,她跳過這一段,現在得重頭開始,可見光是身體上的成熟是不夠的,必須是生理的成熟與經驗一起合作才可能發好話音(Locke, 1994)。正常的孩子則從這個babbling中發現他自己的語言所用到的音素,從而對自己語言的音素特別敏感,對自己母語中沒有用的音素則逐漸丟棄對它的敏感度。在這裡應該解釋一下什麼是音素?音素是語音的最小單位,如英文的cat這個字念起來只有一個音節,但是它卻是由k,ae,t三個音素所組成的,音素也是兩個字的最小差異,如pin和tin就只差一個音素,但是它們是兩個不同的字,代表兩個不同的意義。音素是個相當抽象的觀念,小孩子沒有成長到某個年齡很難判斷一個字是有幾個音素所組成的,這種對語音的敏感度影響著孩子的閱讀能力,I. Liberman(1976)就發現這個語音知覺能力與兒童閱讀有正相關,一個孩子在幼稚園時的語音知覺能力是她二年級時閱讀能力最好的預測指標。

六、語音的類別知覺(Categorical Perception)
 
  嬰兒很早就有這個語音知覺分類的能力。Peter Eimas 1971年的實驗是個劃時代的貢獻,他的實驗方法現在已經變成這個領域的研究典範。他先給四個月大的嬰兒聽一個由電腦合成的語音/pa/,在經過幾分鐘的播放/pa/,看到嬰兒吸吮的反應已經降低下來後,他給嬰兒聽/ba/的音節或是在物理向度上不同,但是我們大人聽起來仍然是/pa/的聲音,(這種聲音必須要由電腦來合成才行,人的聲音無法發出介於p和b之間的聲音,但是電腦可以取p和b一半的質,合成一個音是介於p和b之間的音)。我們對於語音的知覺並不像音的物理性質一樣是連續的,而是會不自覺地把它歸類成p或是b這兩種類別,即將連續的物理音區分不連續的語音類別。例如在/ba/的範疇裡,受試者聽到的都是/ba/原型的聲音。在兩類交接的邊界上,受試者比較不確定他聽到的究竟是p還是b,但是他會依照這個音比較靠近那一邊來歸類。這個語音的邊界相當的穩定,不會隨實驗或說話的人而改變。
 
  結果Eimas發現四個月大的嬰兒在語音知覺的分類上就已經跟大人一樣。因為這個研究典範的發明,使得我們可以更進一步的知道,一個月大的嬰兒能夠區分出p,t,k三個子音的不同,而p,t,k這三個所謂的stop consonant惟一的差別是在發音位置上的不同(Eimas, 1974),他們也可以從發音的方式上來區分和d和n(咬合音和鼻音),d和l(Miller & Eimas, 1983; Eimas & Miller, 1980b)、l和r(咬合音和流音)(Eimas,1975)。也可以分辨出母音(a或i,i或u)以及鼻音和非鼻音的母音(a和an)(Trehub, 1976)。嬰兒處理自然語言的驚人能力並不限於他的母語而已。一個嬰兒可以對所有語言的語音作分類。在語言學上的p可是送氣的或不送氣的。在英文中沒有分送不送氣,但是在北印度語中,就有分送氣或不送氣,它可以是兩個不同的字。Werker和Tess(1984)發現六到八個月大的嬰兒可以區辨印度語和北美印地安語音中所有的語音對立(contrast)特徵,但是這個能力隨著嬰兒的成長而消失,如圖五所示。也就是說,在日本出生的日本嬰兒他在十二個月大以前可以辨認出英文中有而他自己母語中沒有的/r/和/l/,但是等到他長大以後他的這個能力就消失,這個語音辨識的能力並不是來自父母,因為他的父母並不能分辨r和l,現在已有無數的證據顯示一個新生嬰兒可以區辨所有語言中的對立語音,包括他不曾聽過的非洲祖魯語中的"click"音,這個音在西方的語言中是不存在的(Best, McRoberts & Sithole, 1988)。那麼,為什麼我們要在有這個這麼敏感的區辨語音能力後又讓它消失呢?我們都知道過青春期以後學第二外國語很難把它學的跟母語一樣好,就算16歲就移民來美國的前國務卿季辛吉那樣在美國住四十年,張開嘴來說英文還是濃厚的德國腔,在這個地球村的時代,天涯若比鄰,如果我們能說的一口道地的外國話,作起生意來不是俐落很多嗎?這的確困擾很多學者,因為從演化觀點來看,一個對生存有利的特質應該會被保留下來才對。麻省理工學院平克的解釋是認為這完全是一個大腦資源有限的問題,他把學習語言的機制想成一個預算很節倨的劇團、所有的道具、布景、戲服要不斷的回收,改作他用。大腦消耗我們身體五分之一的氧,絕大部分的卡洛里。所以在語言學習完成後,這個機制就被回收,改作他用。既然語言是本能,它就和生物界其他的機制一樣有cost-benefit trade off,我們學第二外國語的口音就是我們嬰兒期語言能力卓越的代,就像老年時身體衰弱是年青時精力充沛的代一樣。
 
  演化是經過幾千百萬年才造成今天的樣子,人類發明噴射機能夠「朝辭白帝彩雲間,千里江陵一日還」是最近五十年的事情,在整個演化的歷史上五十年連一個毫秒都不到,或許過幾千百萬年,當人類的地球村變成地球家,去美國像「走灶腳」一樣時,這個能力或許會被保留下來。目前也有學者認為嬰兒並不是失去這個區辨的能力,只是母語的語音有優先權。所以,並不是日本人無法區辨r音和l音的不同,而是他們的語言沒有要他們去區分這兩個音,也不需要用這兩個音來辨識相連接的音段(Mann & Liberman, 1983)。一個比較強烈的證據是來自Tees和Werker(1984)的研究,她們測試在印度住到兩歲才回英國,第一個會講的話是印度話,然後搬回英去住二十年的受試者,他們自離開印度以後便沒有再說印度話,結果發現他們對印度語音的區辨能力遠優於英國人,幾乎跟印度人一樣的好。另一個解釋是劍橋的Ethologists所提出的競爭互斥學說 (Competitive exclusion)。假如資源是有限的,有機體就可能對後來的刺激不再敏感,"非不為也,不能也"(Bateson & Hinde)。
 
  嬰兒可能有注意到他生活中各種語音出現的頻率,比如說,某些音重複出現的頻率比其他的音來得高。我們也知道,在語音分類的類別中,靠近類型中央的音出現的機率比靠近兩音邊界的音機率來得高。一個愈少使用的語言,它基本類別的音出現的機率就愈低。這個自然分配曲線可以解釋為什麼嬰兒逐漸地去忽略他自己母語中所不區辨的那些音。
 
七、第二語言的學習
 
  現在國內在推行小學英語教學,有些父母很擔心太早學不同的語言會不會干擾小孩學國語的能力,但在文獻上我們找不到這樣的例子。其實,在雙語或三語家庭出生的嬰兒可以同時學會圍繞他的多種語言而不會將之混淆。從來沒有一個英/法雙語的嬰兒在英語的語法結構中使用法語語法。同樣的,一位雙語的成人在會話時,使用語言的變換也遵守著語言的規則(Joshi, 1985)。所以學習語言的機制一定是受到語音和語調性質的指,使得不同的語言可以在很早的時候就被分離,新進來的訊息很自動地就被儲存在所隸屬的語言中去。
 
  不過,這並不代表從小(在青春期之前)學習第二外國語或第三外國語就不受到原來語言的影響(Mehler, Dommegues, Frauenfelder & Sequi, 1981)。有一個實驗是給一位說法語的受試者聽「balance」這個字要他判斷裡面有沒有ba這個音節,他的的速度比判斷「balcony」中 有沒有ba來的快,但是聽到bal這個音節的速度卻是「balcony」比「balance」來得快。對說法語的受試者來說,一個字的第一個音節比其他音節容易區辨,但是英語的受試者正好相反(Cutler, Mehler, Norris & Segui, 1983)。所以,看起來,說法語的人用切割語音成音節的方法來達到字義,而說英語的受試者則不是這樣做。這個母語的機制常會被用到其他的語言上去,所以英國人在說法語時,常常不將法語切割成音節來處理,而法國人在說英語時又會犯切割成音節的毛病。有一個實驗發現在核磁共振的腦造影圖中,青春期以後再學第二外國語的人,他的第二語中心在布羅卡區(Broca's area)的位置是與第一母語有空間上的距離(大約9毫米),而很早就學第二外國語的話,他的第一語和第二語言幾乎是在同樣的位置上(Kim, Relkin, Lee & Hirsch, 1997),或許這是為什麼從小學外國語會學的比較好的原因吧!因為它們動用的是同樣的機制,用學母語的機制去學第二外國語,當然是應該駕輕就熟,這個最新核磁共振證據值得我國教育政策官員作參考。
 
八、語言與基因
 
  語言是一個複雜的行為,應該不可能被幾個語言基因,或文法基因所控制,我們應該說跟語言有關的基因是跟快速訊息處理的能力有關,跟工作記憶能量working memory capacity)有關,跟能在最少的訊息量之下捕捉到複雜的語言訊息有關,或是跟從背景雜訊中分辨出所要的訊號來的能力有關。基因上的缺陷會帶來上述訊息處理歷程的缺失,因而影響語言的表現。目前因基因的缺陷而起語言缺失的例子已經很多,最有名的便是一個加拿大家族(KE family)(Gopnik, 1990; Gopnik & Crago, 1991),三代人口中有一半是有語言缺失的,這些人到七歲之前說話都口齒不清,別人聽不懂,七歲入學以後,雖然口語上有進步一些,至少可以溝通,但是,句子充滿發音上和語法上的錯誤,他們聽得懂複雜的句子,比如說"The truck is not pulled by the car"跟"The truck does not pull the car"意義完全不同,他們可以在聽到句子後,正確指出描述這個句子的圖片,他們也知道He washes himself才對,He washes hin不對,也知道This is beautiful, isn't it?是個正確的用法,但是他們自己嘴巴張開來講時,句子卻是"The boy eat three cookie"Yesterday the girl pet a dog",不會加複數的"S",也不會第三人稱單數加s,教以後會改好,但是他們所學的不能類化,也無法轉移,而類化和轉移是學習的基本機制,所以他們被糾正過的的錯誤以後可以不再犯,但是他們還是學不會用規則。
 
  最近牛津大學研究者在這個家族有語言缺失者的第七號染色體(7q31)上找到一小段不正常的基因,他們的前葉(frontal certex)有功能上和結構上的不正常,顯示這種語言缺失可能是有基因上的原因。
 
  另外,在美國也有一個類似的家族,這個家族的兒童認知能力方面似乎都很正常,但是他們無法區分語音,聽不出"bet"和"pet"的差異也分不出"Cattle"和"tattle"的不同。在"聽話"上很有問題,他們開始都說話的很晚,咬字不清楚,閱讀都有困難,入學後就被老師界定為失讀症,他們最有困難的是stop consonant因為這種/p/t/k/子音在發音上說的比/m/l/短三分之一的時間,一般人說話的速度對他們來說太快,他們在還無法區分出前一個音時,後面一個音又進來把它弄混淆。假如這個原因是正確的話,把每一個音拉長應該可以幫助他們解,所以研究者利用電腦把原來40毫秒的音如/ba/接長到500毫秒,在孩子習慣語音以後再慢慢把音節的時間縮短。在密集的訓練一個月之後(每天一次)似乎有進步,而且在停止三個月之後再去做測驗時,成績並沒有退步,顯示這個改變可能是永久性的,研究者認為這種逐漸加快語音速度的訓練可以改變左腦聽覺皮質中掌管時間性(timing)的細胞和迴路,使它們可以及時傳送訊息到大腦的語言中心去。但是他們也認為補救的時間很重要,必須要大腦尚未定型,仍有可塑性時進行補救。
 
  對於上述研究成果並非每個人都同意,語音學家(speech scientists)就認為這些孩子並非不能區辨快速呈現的語音次序(sequence),因為他們可以區辨ba-sa, a-sha,他們只是不能區辨相似的音,如/ba//pa//da//va/而已。為解決這個問題,研究者去測試這些有語音區辨困難家庭的初生嬰兒,看看這些嬰兒是否也有困難。他們給初生嬰兒聽一序列的語音。實驗資料顯示這些嬰兒的表現都不及正常嬰兒的好,他們聽不出語音間的替換。
 
  失讀症有很多類型,成因也各有不同,但是目前的證據都指向有大腦功能上的異常,也指向遺傳上的原因,因為本文的重點在○到三歲,因此,此處對失讀症不多加著墨,但是很重要的一點是這些語音的研究改變以往認為失讀症者是視覺上的關係,是閱讀時眼球跳動不正常的關係或是認知能力上的不成熟的錯誤觀念,我們現在不可想像當年有幾百篇的論文都在支持失讀症是閱讀時眼球跳動不當的關係,也不可想像曾有無數的人力物力投到糾正孩子眼球跳動的治療上。
 
  每一個孩子都很自然的學會說話,所以一直到1959年Roger Brown和Ursala Bellugi他們系統上的研究三個小孩(Adam, Eve和Sarah)之後,我們才發現原來語言的習得背後有這麼多神奇的能力在運作,連一個貌不驚人的牙牙學語過程都帶給我們很大的啟示。世界上的語言雖然幾千種,但是世界上嬰兒牙牙學語時所發出來的聲卻出奇的一致,都是一些很容易發的,在所有語音中都有用到的音,如"媽媽"的m音,幾乎每一個語言中都有用到它,所以它的發音方式相當的一致,沒有什麼變化,而晚一點才學會的音如/r/,有的語言中就沒有(日文中就沒有),而且發音的方式也各有不同,法國人的/r/和美國人的/r/便不一樣, 我們本來會以為/m/的發音法應該比/r/多,因為幾乎每一個語言都有它,用多總是容易起變化,不同的人會有不同的念法,想不到/m/的發音異常的穩定(至少比/r/穩定多),不過,如果從生物的觀點來看,一個有普遍性的東西應該比較不受環境的影響,它的穩定性也是合理的。在嬰兒幼小的世界裡已經具備所有大人世界的縮小影子,穩定性、普遍性、恆常性就是隨手捻來的一些例子。

九、語言的側化
 
  胎兒在懷孕六個月的時候,兩個腦半球就已經不是一樣的。左腦顳葉的聽覺皮質區的地方比右邊的大,很多人認為這是語言到左腦去的原因,麻省理工學院的Lenneberg在1967年曾經寫過一本影響深遠的書叫做"Biological Foundation of Language",他認為「在語言一開始發展時,兩個腦半球是相等的投入,但是當右腦逐漸地退縮就變成左腦在主控。」(Lenneberg, 1967)。這本書曾經起二十年左右腦功能側化研究的熱潮,現在我們已經知道這個說法是不對的,下面我們來看一下嬰兒腦側化的證據。
 
  在實驗法上我們可以用雙聽的方式來推測左、右腦半球的優勢(dominance)。所謂「雙聽」就是將兩個不同的聲音同時輸入兩個不同的耳朵,通常輸入到右耳的語音訊息會聽得比較清楚,保存得也比較久,因為左腦是處理語言的,在大腦的結構耳朵與它相對的那個腦半球的神經聯結比較強而與同一邊腦半球的聯結比較弱。基於這種不對稱,左耳在聽音樂時就比較強,因為音樂是右腦的機制在處理的。運用這個雙聽的方式我們可以來檢驗新生嬰兒的大腦對稱性(Entus, 1977; Vargha-Khadem & Corballis, 1979; Bertoncini, Bijeljac-Babic, McAdams, Peretz & Mehler, 1989)。四天大的嬰兒對右耳所聽到的語音比較敏感。但是左耳對音樂的辨識比較強。出生才四天,大腦就已經有特殊的結構來處理語音或音樂這兩種不同的聲音。用其他實驗方法也得到相同的結論(Best, 1988)。所以,左腦的機制使我們的注意力到語音的聲音刺激上去。細想起來,嬰兒可以分辨語音真是不可思議的事,因為一個字,比如說「milk」老人說它,小孩說它,男人說它,女人說它,它的頻率與共振幅物理性質是不同的,然而嬰兒卻可以知道它代表的是一個可以使他免於飢餓的重要維生食物,如果顛倒,那就是另一個意思,一個飢餓的嬰兒聽到「klim」是不會興奮期待的。(台灣的嬰兒說不定會,Klim就是克寧奶粉)
本來左腦是負責語言的,假如孩子左腦損傷的話,他應該比右腦受傷的孩子更有語言上的問題,但是目前臨床上的現象卻不是如此。
 
  Stiles和Thal挑選在胎兒期或6個月以前就有腦傷的嬰兒來作實驗,不過他們只有左腦或右腦單一部位受傷,(受傷的部分都經過CT Scan或PET的確認)。他們追蹤這二十個從8個月到31個月大的嬰兒結果發現不管受傷的區域在那裡,有受傷的孩子發展都比較慢,表示腦傷對整體都有影響的,但是最重要的是他們發現右腦受傷的嬰兒在語意解更有問題,這點是與成人非常不一樣的,因此,Bates認為語言習得的地方跟以後使用語言的地方可能不一定非是同樣的區域,這點與我們自己做語言習得年齡(Age & Acquisition)實驗時發現早期學習的字右腦反應比較快,過關鍵期以後學會的字左腦反應比較快的結果是很一致的。(Tzeng & Hung, 1986)
 
  加州州立大學的Reilly用這同一組嬰兒來看他們說故事時心理詞彙,語法和文章結構的表現與同年齡(3到8歲)的正常兒童對照時的表現,結果發現在詞彙,語法和和句法的測驗上,左、右腦受傷的兒童沒有差異,但是這些有受傷的孩子都比正常的孩子表現差,這些差異在語言學習的每一個階段都存在,雖然隨著時光的流逝,這些差異會逐漸消失,但是每一次孩子進階到更上一層的發展時,他與正常兒童之間的差異又會再一次的顯現出來。
 
十、音素與音節
 
  語言是由序列的基本音組成的,就好像文章是由序列的字母構成的。二次世界大戰以後,美國的Haskins laboratory,麻省理工學院,瑞典的卡洛林斯卡(Karolinska)學院,都花很大的工夫想要發現音素是如何登錄在聲音的訊息中的。科學家一開始以為聲音訊息和音素之間有簡單的對應關係,所以口語應該可以自動地轉換成文章或把文章轉換口音。但是很快地就發現這個想法是不對的。子音是不單獨存在的,它沒有一個不變的元素(Invariance)。假如把一個音節,例如/ba/的錄音帶一直剪短,剪到某一個地方時應該只剩下/b/,但是我們發現當把母音全部剪去時,子音就突然不見,在音譜上,子音是不能單獨存在的。這個問題其實是相當複雜的。比如說,在/pa/這個音節中的音素p隨著說話的人是男人、女人或孩子而有音質上的不同。它在不同的語句中也有不同,在字首和字的當中發音也不相同,如"paper"中的兩個/p/發音不同,只是我們察覺不出,以為是相同的p罷。而且愈是複雜的結構,它裡面的音素愈是念得含混不清(Ohman, 1966)。
 
  我們為什麼可以聽得懂外國人講的中國話、或是語言有缺失的人說的語言?能聽懂這些與正常語音有差距的言語,我們內部機制的運作非常地複雜,而且是在潛意識下運作的。人類無時無刻不在進行一項非常複雜的工作而自己毫不自覺。Gazzaniga在1998寫的"Mind's Past"一書中對這一點有很精闢的解釋。
 
  在語音知覺上,音節的地位是不同的。一個字,例如「concrete」,音節con的辨識會比音素c來得快(Savin & Bever, 1970; Segui, Frauenfelder & Mehler,1981),Mehler認為嬰兒能夠從這些眾多的語音變數(例如說話人的聲音和他說話的方式)中去學習語言,他必須要找到一個穩定的表徵,使他可以忽略這變數,這個表徵就是音節(Mehler,1981; Mehler, Dupoux & Segui, 1990)。文盲對音節con有反應可以判斷一個字有多少音節,但是對音素c不起反應(Morais, Cary, Alegria & Bertelson, 1979; Morais, Bertelson, Cary & Alegria, 1986)。在文字上也有這個效應,即字母單獨存在時的辨識不及崁在字中的辨識力(如k單獨存在時的辨識就不及崁在"work"中來的快)。
 
  對小孩和文盲來說,字是由音節組成的,音素的地位是次於音節的。在知覺上,字音的單位是音節,中文是意符文字(logograph),一字一音,是音節文字,所以也沒有音素的概念。許多人認為字是由音素單位所組成的這個概念是由文字系統而來的、是學校教的,而不是由口語的處理過程得來的;它是「演練」得來的,而不是自然得來的。Charles Reed曾在北京做一個實驗,顯示沒有學過漢語拚音的老工人,他們作音素切割的能力比較差,雖然這個實驗在控制上有很多的問題,但是它至少呼應Bertelson在巴西和葡萄牙所做的文盲實驗結果,當外面的世界不要求你做它時,你對音素的敏感度就不會顯現出來。
 
  語言學大師Jakobson就認為音節是所有語言結構的根本(Jakobson & Waugh, 1980)。如果音節是所有語言的根本,那麼音節的辨識是所有語言都有的。如果給嬰兒聽全是子音所組成的音,如pst或tsp(人無法發這音,所以必須用機器來合成),嬰兒應該是無法區分pst或tsp,但是嬰兒應該可以區分tap或pat。
 
  實驗結果顯示嬰兒無法區分pst和tsp,但是可以區分tap或pat。這兩個實驗的程序與刺激全部一樣,唯一的不同在於中間加個母音。嬰兒表現的差異在於前者不是個音節而後者是。
 
  假如把剛才的pst和tsp前後各加一個母音,使upstu和utspu時,嬰兒就可以區分出這兩個刺激是不同的(Jusczyk & Thompson, 1978; Gottlieb & Karzon, 1985)。這個實驗顯示音節是嬰兒將聲音組織成字的重要因素,他們可以聽到up和stu與ut和spu,所以就能區分。
 
  Mehler再給新生嬰兒聽一個女聲念的三音節序列和雙音節序列,結果發現他們可以區分這兩組刺激。但是因為是人所念出的自然音,所以這兩組音長短不一樣,因此Mehler用機器合成音,使音節的時間一致,但仍然保持音的性質。實驗結果發現嬰兒仍然可以區分這兩組刺激。表示嬰兒的確可以處理多音節語音,將他們分割成基本音節。
 
十一、語音的知覺守恆
 
  嬰兒不但可以聽出音節而且和視覺一樣,有知覺守恆(Perceptual constancy)。我們知道大人可以在聽到一個音節的頭二十毫秒時,就辨認出子音和母音來(Blumstein & Stevens, 1980)。在不到一個自然音節的十分之一的時間,就能聽辨出來這個能力真是非常地驚人。
 
  Mehler給四天大的嬰兒聽一些縮短到三十毫秒的ba、da、ga、bi、di和gi音節。結果發現嬰兒也可以區辨縮短的ba和da以及ba和bi(Bertoncini, Bijeljac-Babic, Blumstein & Mehler, 1987)。顯示聽覺和視一樣有守恆效應。
 
  另外一個實驗顯示嬰兒在習慣一個母音的原型後,可以辨認出在物理向度上與這個原型相當不同的音來(Grieser & Kuhl, 1989)。但是假如嬰兒所習慣的原型是一個不完美的母音,則它的類化力就減弱很多。這個操弄原型的能力是在黑猩猩的研究上所沒有看到的。這表示人類語言的表徵和知覺是與動物非常不同的(Kuhl, 1991)。
 
結 論
 
  發展是自然界中最神奇的一件事,一粒微小種子會長成一棵枝葉繁茂的大樹,一個眼睛看不見的受精卵也會長成一個會走動、會說話的人類。這其中的奧妙是科學最吸人的一部分。就人的發展來說,最重要的是腦的發展,腦發育不完全,這個人的一生發展就有限。人在一出生時,所有的神經細胞都已經具備,但是細胞之間的聯結,神經網路之間的四通八達卻是靠後天的環境刺激才能完成,先天和後天的重要性現在已經不是辯論上的題目,重點是大腦的可塑性有多少,關鍵期的窗口什麼時候關閉。大腦固然有可塑性,一處損傷,附近的細胞會伸出援手來幫忙,但是有損壞的腦它的表現就是不如一個正常的腦,不論這個損傷是多小時候發生的。有關腦的重要性,大家似乎不是很清楚,騎機車要戴安全帽竟然得動用警察來抓才能執行,即便如此,大街小巷仍然見到許多不戴安全帽的人。今年因為鬼月緊著九月一日的入學期限日,很多父母為使孩子早一年上學要趕在九月一日以前讓孩子生下來,又因為避開鬼月,所以更要提早四個星期生,因此就有許多早產兒(懷孕不到三十五週)被父母強制剖腹取出,其實早產兒有發育上有許多不利的地方,今天五月英國的醫學期刊「刺絡針」(Lancet)上曾有一篇報告,Stewart追蹤七十二名早產兒十五年,發現提早五週出生的孩子在大腦的掃瞄造影上有不正常的地方,閱讀有落後的現象,在行為上也比足月兒多偏差。她發現七十二名中有四十名早產兒的核磁共振造影不正常,他們的腦室擴大,聯接兩個半球的胼胝體比較薄,而二十一個足月兒的控制組中只有一名有不正常的造影。
 
  這四十名不正常MRI的孩子中有十一名有行為偏差的記錄,他們的「閱讀年齡」(reading age)也比同年齡的孩子晚一到二年,雖然腦造影不正常並不一定表示腦受損,但是Stewart認為這些早產兒的大腦異常是他們行為偏差的原因,這篇報告值得國內父母省思。
 
  外面市面上也有許多滋補腦的藥品,民間甚至流行吃腦補腦的說法,這些都是不對的觀念。許多父母一週五天給孩子排英語班、才藝班、音樂班忽略遊戲才是孩子正常發展最重要的因素,在遊戲中,孩子接觸到許多不同的視覺與聽覺刺激,最主要的是孩子學習到如何與人相處,因為如果他不肯分享,要獨佔,別人就不跟他玩。一昧的上補習班會使孩子趨向被動學習,領略不到主動學習的樂趣,而且從老鼠的實驗中,我們知道主動才有學習發生。
 
  對大腦我們的了解太不夠,許多時候是「愛之足以害之」,從神經發展的文獻中,我們知道只要是在正常的家庭環境中長大的孩子,大腦的發育都沒有問題,嬰兒並不需要昂貴的Bull-Eye手套(美國的雅痞流行給嬰兒買上面畫有箭靶的小手套以練習眼手的協調),來幫助他神經的發展,他只要父母的關受與照顧就可以發展的很好。
 
  現在一般認為大腦神經網路的基本架構是天生的,但是樹狀突和突觸相連接的方式卻是後天的,先天如有不足(如早產兒)對孩子智能的發展有不利(如Stewart報告的閱讀程度落後,行為偏差等)但是後天的失調也會造成智能上的低落(如孤兒院中孩子)。從老鼠運動可以加強它的學習速度以及音樂對大腦的研究中我們知道音樂和體育應該是每天都該上的課。柏拉圖說:「音樂比其它的教授法都有效」,它可以訓練大腦去做高層次的思考,然而任何一個學校經費削減時,校方第一個想裁的就是音樂老師,在國內音樂、美術、體育課常被借去補國、英、數,體育的重要性不只是在身體的鍛鍊,它跟情緒的正常發展也有關,最近一些自閉症兒童的腦造影圖都顯示出小腦的不正常,而情緒和動機是學習最重要的二個因素。老鼠如果被迫運動就不會增加它學習的速度,這些研究應該帶給我們很大的警惕,如何激發學童學習的動機與情意應該是目前教育的主題。
 
  另外,對何時應該學第二外國語的爭紛應該在看到大腦語言顯影圖後有所定論。同時學兩個語言會影響母語的學習,會混淆母語與外國語的說法是沒有任何科學的證據的,瑞士的孩子必須學三種法定語言(德、義、法),他們並沒有「神經錯亂」,他們三種語言都說的很好,在解嚴後,國內這一代的孩子也很多都是國、台、客語三聲帶,他們也在認知的發展上表現的很好,對於大腦,我們應該儘量去探索,因為一個陌生的環境會帶給神經非常多的刺激,刺激就會促使神經分枝的茂密;迴路越密集,神經通道越順暢,孩子的學習越快,思考越敏捷,而且萬一將來大腦有病變,他復原的機會也越大,因為一條曾經跑過的路,神經是會有記憶的,它是會被留下來,不被削除的。
 
  先天和後天的爭論在二十世紀的今天已經失去它哲學上的意義,因為從大腦發展的研究中,我們可以看完它是一個相輔相成的作用。Gazzaniga用核磁共振的造影發現同卵雙生子在大腦的功能結構上有所不同,在看東西時,一個孩子的枕葉區佔大腦皮質的百分之二十,另一個只佔百分之十三,既然是同卵雙生子,他們的基因是相同的,大腦的結構也應該是相同的,所以他們在MRI所顯現出來的差異一定是來自後天(Tranio, Loftus, Tramo, Green, Mott & Gazzaniga,1994)。
 
  對於發展,我們應該抱著順其自然的心態,不要揠苗助長,曾有一個研究將雙生子中的一個施予特別的走路、爬樓梯訓練,在每週若干小的訓練後,果然這個有特別加工的孩子提早會走路,但是等到他雙胞胎的弟弟十五個月時,兩人走路的穩定與爬樓梯的速度都一樣,這表示「成熟」(maturation)是發展的主要因素,給予正常的環境我們會有正常的孩子,古語說"蓬生麻中,不扶自直",如何給予孩子一個快樂正常的環境應該是現代父母最應當關心的事。

www.psychspace.com心理学空间网
TAG: 核磁共振 神经语言学 婴幼儿 功能性 曾志朗
«为什么脚穿不进鞋里?—探索幼儿的象征思惟 教育与发展心理学
《教育与发展心理学》
美国5岁儿童早期学习标准的内容分析及启示»