內隱學習中神經生理機制研究的新進展

李宇龍，樊欣鑫，李宇飛，石文典

(1.寧夏大學教育學院，寧夏銀川 750021;2.東南大學醫學院，江蘇南京 210009;3.解放軍第四五五醫院整形外科，上海 200052;4.上海師范大學教育學院，上海 200234)

1 引 言

一直以來，內隱學習都廣泛地存在于人們的日常生活和學習之中，幾乎任何復雜的知識都是通過外顯和內隱學習過程的交互作用來完成的。自1967年Reber開創了內隱學習這一嶄新研究領域后，在這40余年的研究中已經積累了不少鼓舞人心的成果，并且其在教育生活實踐中具有重大的理論意義和現實價值。

到20世紀80年代中后期，隨著認知心理學、神經生理學的融合發展，以及神經科學中腦成像技術(包括fMRI與ERP等技術)的采用，進一步探察內隱學習的神經生理機制成為研究的一大熱點和前沿問題，其深層腦神經機制的證據也越來越多，這使得我們對內隱學習的研究更為深刻化、復雜化，特別是在其研究方法和腦神經機制的研究上取得了巨大發展。下面，作者對內隱學習研究近些年來的某些新成果加以梳理，并展望其未來的研究方向。

2 內隱學習的特征及其不足

在內隱學習中知識是在沒有察覺的情況下被獲取的，并且學習的過程是無意識的，也不需要依靠先前所學過的知識，這種無意識發生的學習不同于有意識且需要注意的外顯學習。迄今為止，教育類文獻中都已經證實了內隱學習基本不需要注意。目前，與之相關的主題(非正式學習)研究有很多，它是一種除了官方學術機構(比如博物館)之外常用的一種基本的學習方式，盡管這種學習能夠被意識和注意到，但它卻與內隱學習有著相似之處。

對于內隱學習主要有兩種觀點:一種認為規則能夠被內隱地提取出來，而且這個觀點已經在人工語法學習(AGL)實驗中被證實了，這個實驗要求被試去記憶有一定規則的刺激物，最后的結果發現被試能夠準確地區分出符合規則與不符合規則的刺激物，但卻無法表述出這種規則［1］。郭秀艷等［2］認為直覺即是指判斷該字符串是否符合規則，也屬于無意識結構知識的一種知識表征。另一種持不同觀點的學者認為被試根本學習不到抽象的規則，但確實對于頻繁出現的特征反應會比較敏感，而且被試能夠從這些包含有序列或程序的組成中提取出概率性信息［3］。對于內隱序列學習，我們常常采用序列反應時任務(SRTT)去證明內隱學習的存在，研究表明被試對再次出現的序列反應要比對隨機序列反應更加快速，但對于再次出現的序列卻仍然沒有意識。當被試在SRTT中反應顯著加快，而又否認覺察到了序列結構并且不能回憶序列內容，那么根據主觀標準便被視為無意識地習得了知識［4］。盧張龍等［5］通過采用單任務范式發現，在高、低注意負荷序列條件下內隱序列學習量差異均不顯著，這表明內隱序列學習不受注意負荷的影響。

盡管內隱學習體現在知識獲取的各個方面(比如，本土語言的學習、第二語言的獲取)，但是其對于教育的貢獻相比起外顯學習的影響來說還是相對較少的。Saetrevik等［6］的研究證實了這一觀點，他們運用教授給被試化學上的原子鍵合規律這種內隱學習范式在幾種條件下去測試，其中一個簡單的前期實驗是讓被試判斷原子鍵合模式(圖1)，后面的實驗通過分成4組被試分別讓其掌握碳原子的鍵合規律:檢查并記憶圖片、數出圖片中的所有字母、數出所有連接碳原子的字母以及已知4種正確的鍵合去檢驗是否符合該規律。最后去分類測試并詢問被試是否習得相關的外顯知識，以上結果表明被試并未獲取關于規律的外顯信息，因此證明了這是內隱學習，但該研究的最終結果顯示獲取外顯規律被試的成績要遠遠好于內隱學習。這也同時說明呈現有規律的材料是遠遠不夠的，還應當適時地采取外顯的方法作為指導。

圖1 正確與錯誤模型和控制組刺激材料示例Fig 1 Correct the error model and the control group sample stimuli

3 認知神經科學對于內隱學習的研究

在許多的神經成像研究中，我們對于內隱學習方面的研究已經取得了長足的進步，這其中包括對于病人的研究。付秋芳等［7］發現基底神經節似乎與反應程序有關，聯合區似乎與內隱學習中的知覺概念有關，額葉似乎與評價內隱知識的概念流暢性有關(表1)。相關研究成果表明在內隱學習(常為程序上的)和外顯(常為陳述性的)學習中記憶機制分別體現在皮質和皮層下的腦區。研究證明，內側顳葉(MTL)、前扣帶皮層(ACC)和內側前額葉皮層(MPFC)這些腦區與外顯學習或陳述性記憶相關連，而紋狀體(基底節、尾狀核)結構已經被證明是對內隱學習或程序性記憶有幫助［8-9］。然而，近年來也有研究發現內隱學習和外顯學習可能在一定程度上共用內側顳葉記憶系統［10-11］。Aizenstein 和他的同事［12］最近的一項研究表明，在外顯學習和內隱學習兩種狀態下都會激活前額葉皮層(PFC)、紋狀體區域、ACC及一些視覺區域。有趣的是，這些研究者發現在內隱和外顯操作的反應中，對于視覺皮層的激活模式不同，在內隱學習后激活的減少區域卻在外顯學習模式中增加了，但是它們均伴隨有紋狀體的激活(圖2)。Reber和他的同事［9］也發現了一個內隱學習分類規則的枕葉視覺激活差異，相比較于外顯學習，內隱學習會在一些腦區明顯激活，包括海馬、左顳葉皮層和扣帶回后部。在另一些研究中，Destrebecqz等［13］發現在外顯學習后的回憶中有ACC/MPFC和紋狀體(尾狀核)的一個功能性連接，然而在內隱學習之后的回憶中這兩個系統則會出現相關部分的補充報告。

表1 腦損傷病人內隱學習的研究成果Tab 1 Implicit learning research in brain injury patients

圖2 外顯條件(a)和內隱條件(b)學習下的fMRI結果分析Fig 2 Learning under explicit conditions(a)and the implicit conditions(b)fMRI results

Thomas等［14］通過研究內隱學習時紋狀體發展的變化發現，當把孩子與成人相比較時內隱學習和外顯學習會在神經生理學上出現分化。Thomas等［14］發現不論是成人還是兒童都無法明確地意識到內隱學習序列，但是兩群體內隱學習的效果與速度是不同的，成人明顯超過了兒童。特別要注意的是，成人在大腦皮層運動區域的激活表現得更為明顯，而兒童在皮層下的運動結構(雙側殼核)則明顯激活。盡管與學習相關的激活會隨發展的不同分別體現在海馬和上頂葉皮質中，但與學習相關的(右)尾狀核激活并不因年齡的變化而改變。

在上述的研究中，SRTTs已經被應用于并發腦成像技術之中(PET;fMRI)，而運用事件相關電位技術(ERPs)來研究語言領域是發現內隱學習的一個有效指標。唐菁華等［15］認為ERPs可以實時記錄因某些心理過程而引起的腦電變化，從而幫助研究者發現被試獲得規則的特殊時刻和方式。在對于第二語言的研究中(被試的母語是英語，第二語言為西班牙語)，Tokowicz等［16］發現，學習者對于與第一語言結構形成相似的第二語言在其結構差異方面反應敏感(對于符合語法與不符合語法的句子有不同的大腦反應，表現在P600上)，而對獨特的第二語言結構(L2)卻產生了一個語法效應，表明學習者對于這些差異是一種內隱性的敏感。同時行為數據的結構也顯示，學習者的判斷準確率近似于所有的結構變化次數。這些研究都發現學習者甚至在早期階段就可以內隱地處理第二語言語法上的一些內容，但是這種知識取決于L1與L2之間的相似程度。與之相類似，Thierry等［17］所關注的并不是語法，而是語義，他們使用一個內隱啟動范式去研究當被試閱讀(或聽)英語單詞時，他們能否運用自己所掌握的中英雙語機制自動地將英文翻譯成中文(表2)。他們的最終研究發現內隱啟動并不存在行動數據上的結果，但會產生明顯的N400 ERP成分(圖3)，這表明被試雖然是使用雙語機制來閱讀第二語言的單詞，但卻仍然是運用的第一語言獲得的語義。

表2 實驗設計與刺激材料示例Tab 2 Example of experimental design and stimulus material

4 未來研究的方向

綜上所述，在某些情況下內隱學習和外顯學習和它們分別所對應的程序性記憶與陳述性記憶在某些方面出現了重疊，因此未來的研究方向應該去揭示這種明顯錯綜而又復雜的相互作用。

圖3 不同類別下的N400(Cz)Fig 3 Different category of N400(Cz)

睡眠，尤其是慢波睡眠，對于記憶的鞏固作用是非常重要的［18-19］，然而對內隱學習與外顯學習比較研究發現，睡眠對于它們的有利作用是明顯不同的。快速眼動睡眠(REM)(而非慢波睡眠)可以提高內隱學習［20］。另一方面，非快速眼動睡眠(NREM)卻并未對內隱學習產生有利作用［21］，盡管其他研究曾證明NREM(第二階段)睡眠有積極的作用［22］。由于實證研究所產生的發展性差異使得這個領域變得更加復雜［23］，因此，弄清楚睡眠在對內隱學習材料鞏固記憶中的作用就顯得尤為重要。

另一個相關研究便是內隱知識究竟能否轉化為外顯知識。例如，Lang等［24］研究發現了幾個 ERPs成分，其中包括一個早期成分，它讓我們用內隱序列范式區分出了未獲得靈感的被試和獲得靈感并發現隱藏規律的被試，而且一些獲得靈感的被試甚至產生了意識知覺(自知力)進而還獲得了相關的外顯知識。未來的研究應該進一步地去探索相關機制以及研究內隱學習和(先前)自知力間的關系。

先驗知識和預期的作用已經被研究所證實［25］，但仍舊需要更進一步去探討。因為相比起實驗室中運用的人工范式來說，先驗知識和預期是非常重要的，這不僅僅體現在外顯的學習中(明顯的原因)，而且也體現在內隱學習之中。先驗知識很可能是運用學習材料的一個早期經驗的體現，并且同時也可能在與之相似的基礎上跟這個材料所產生的內隱記憶相聯系［26］。即便是我們不去比較內隱學習和外顯學習，可內隱學習者間差異的研究(獲了得一些成果)也促使了內隱學習機制自知力的產生［27］。更進一步對于內隱學習的相關研究表明錯誤相關負波(ERN)反應了特異性對錯誤的察覺，這是一個發生在當錯誤被做出或者錯誤被發現后的反饋時所產生的ERPs成分［28］，并且對于內隱學習也有不同程度的貢獻作用［29］。

通過對近年來研究的梳理，我們不難看出，總體來說內隱學習的神經生理機制研究才剛剛起步，一些關鍵性的問題仍然有待于進一步的探討。除了以上涉及到的問題以外還有如專家與新手在內隱學習中知識表征方式上的差異，以及被試相關經驗的多少與內隱學習相互間的關系均需要在神經生理機制的研究中去進一步澄清。我們相信，在不久的將來，人們一定能夠獲取對內隱學習全面而又深入的認識。

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