兒童母語語音習得的神經機制

何鵬

（南京師范大學 文學院，江蘇 南京 210097）

兒童母語語音習得的神經機制

何鵬

（南京師范大學 文學院，江蘇 南京 210097）

語音習得是兒童語言習得的關鍵性的第一步，并且對之后的語言發展有著重要的影響。本文通過對國際上對兒童語音加工之下的腦神經基礎的研究成果的總結和分析，以兒童的年齡為順序，分析了兒童在語音習得的各個階段中大腦偏側化以及偏側化之外的更具體的神經加工機制的情況。研究顯示兒童語音習得之下的神經機制會隨著年齡的增長而出現可塑性的變化，如神經的專門化以及效率化、神經的敏感性以及激活強度的變化等，說明兒童語音加工之下的神經機制是在后天學習、經驗的作用下逐漸出現的，是一個動態發展的過程。

兒童語言習得 語音 神經機制 可塑性

1.引言

在語音系統中有許多層次，包括音素（音位）、音位結構規則、韻律等（Werker et al.2005），即語音加工既包括音段信息也包括超音段的信息。成人對母語的音段部分的語音感知（如元音、輔音、音位結構規則）會涉及左半腦的顳葉區、左半腦的顳頂聯合區（韋尼克區）、左半腦顳上回的中部以及前部、額下回。而右半腦則用于韻律的加工（Takeshi Arimitsu et al.2011）。而兒童的母語語音習得之下的腦機制是否也像成人的這樣在出生時就是左右腦分工的還是隨著年齡的增長而逐漸呈現的呢？兒童的語音習得開始之前就已經有支持其語音習得的專門的神經機制了還是這種神經機制是在語音學習的過程中在學習和經驗的作用下才出現的呢？如果學習和經驗對這種神經機制的發展有著重要的影響，那么這種動態的變化具體是怎樣的呢？

2.語音習得的神經基礎

根據前人對兒童語音習得的神經聯系的研究成果，現在我們按照兒童的年齡對兒童語音習得的過程進行一個年齡段的分類，從而更清晰地了解其語音習得之下的腦神經機制的具體的發展過程。

2.1 0-12個月

2.1.1 語音加工的大腦偏側化

兒童在從出生到1歲時的語音習得其實就是語音感知，語音感知也是對嬰兒和成人研究得最為廣泛的語言技能之一（Patricia K.Kuhl，2010）。所謂語音感知（speech perception），指的是大腦對經由聽覺器官傳導而來的聲波進行語音識別的過程（王理嘉、林燾，1992）。語音感知需要范疇化，范疇感知是語音感知的一個重要的決定因素（Einat Liebenthal et al.2005）。

早在二十世紀七十年代，研究就已經證明嬰兒的語音感知是范疇化的，但沒有描述這種能力的神經基礎。最早對這種語音的范疇感知的腦神經機制進行研究的是Dehaene等（1994），他們對兩個月的嬰兒的音節識別進行了研究，結果發現，與標準的音節相比（如/ba/），嬰兒對異常的音節（如/ ga/）表現出了一個失匹配的后部正波。當一串相同的音節中突然出現一個新的音節時，兩個月的嬰兒在400ms時有一個電生理反應。這個反應起于顳葉，并且在左腦中反應更大。van Leeuwen等（2007）也發現兩個月的嬰兒對單音節的語音的加工的腦區偏向于左側的顳上回。Yasuyo Minagawa-Kawai等（2011）、Dehaene等（2000）對4個月的嬰兒分別進行的NIRS和ERP研究發現，在進行音節加工時，有左半腦優勢。Homae等（2006）利用FMRI（功能性磁共振成像技術）考察了3個月的兒童對正常的句子和有平調的句子的大腦反應，探究了3個月大的嬰兒的韻律加工的大腦機制。結果發現，對兩種情況的反應，在大腦兩側的顳-頂葉和額葉上都有激活，對這兩種情況的對比發現右半腦的顳頂葉對句子韻律（音高信息）的加工有優勢，這同成人的韻律加工的右腦優勢是相似的（Meyer et al.2004）。從以上的研究中可以發現，早在新生兒時期，其語音感知的腦區就已經呈現出同成人類似的左半腦的優勢了。這些研究都表明早在嬰兒期，兒童就已經呈現出了類似于成人的語音加工的偏側化的優勢，然而我們還不能確定語音加工之下的腦區是否具有先天基因決定的初始的偏側化，因為即使是還沒出生的嬰兒也會受到外界語言環境的影響，尤其是媽媽的語音對兒童出生后的語言發展有著重要的影響 （Anthony J.Decasper et al.，1986），而出生后幾個月的兒童更會受到大量的語言信息的影響。

然而，不管上述這種語音加工的偏側化是否有先天因素的影響，這種大腦的偏側化在嬰兒期就會因外界環境的影響而產生變化。Sato等（2003）對年齡更高的嬰兒的語音感知進行了考察，卻發現7-8個月以及9-10個月的嬰兒對元音對比進行加工時，如/itta/和/itte/，在大腦兩側有平等的激活，直到11個月時才會出現明顯的左偏化，即11-12個月時對音素的加工是左半腦占優勢的。Arimitsu等（2011）也發現新生兒對元音的加工也是雙側大腦的激活，但是對元音對比的感知在左半腦的頂葉有更大的激活。Dehaene等（2004）對新生兒的研究還發現，當左半腦發生損傷時，其右半腦會取代左半腦的語言加工，如語音識別。這些研究表明這種左偏化還不像成人的那樣明顯和成熟，而且這種語音加工的左半腦優勢只是一個偏向，后天學習經驗以及成熟發展對其會產生極大的影響。所以語音加工之下的大腦的偏側化確實會產生變化。

2.1.2 語音加工的更具體的神經反應

大量的研究結果發現嬰兒音位感知的神經機制與成人的是類似的，但是在反應時間以及其他方面（如波極正負）還是存在差異的。ERP研究發現1個月的兒童 （甚至是新生兒）在識別元音時，有一個類似于MMN的負波（MMN，失匹配負波）（Cheour et al.，1997）。但是還不知道這些反應是由于聽覺加工的識別還是同成人一樣的語音識別系統。Dehaene、Baillet（1998）則對3個月的嬰兒的語音加工進行了ERP研究，結果表明，3個月的嬰兒就已經具備了同成人類似的一個用于語音加工的專門的神經網絡了。不同的是，同成人相比兒童的第一個失匹配效應的潛伏期延遲了。雖然有這些差異，但是他們認為整體上還是相似的，在音位的感知上，從新生兒到成人的腦機制的加工是連續的（Dehaene、Gliga，2004）。Mantilla等（2012）利用ERP對6個月的嬰兒的音節加工進行了考察，發現其對CV音節的加工的ERP成分所分布的皮層區域與成人的相似，都在顳葉區，只是反應時間不同。對韻律的加工也存在類似的結果。如M?nnel和Friederici（2009）發現5個月大的說德語的兒童對刺激的ERP反應模式中沒有德國成人在對語調短語邊界進行加工時所出現的獨特的反應成分CPS（closure positive shift）。這說明5個月的德語學習的嬰兒已經有對句子間的停頓信息的加工，但還沒有對語調短語邊界的識別加工。而Pannekamp（2006）則利用ERP技術，發現在8個月大的嬰兒中這種CPS反應出現了，頭皮上的分布也和成人的類似，只是潛伏期更延遲了。潛伏期的延遲表明嬰兒加工需要更長的時間，也說明嬰兒利用語調邊界來分割語流的能力還在發展當中。這些研究的結果告訴我們嬰兒的反應時間整體上比成人所需要的時間更長，這說明語言的語音加工的神經機制還沒有達到成人的成熟水平，還處于發展中，也就是說嬰兒在語音加工的神經效率上不如成人。而神經效率的提高又是學習引起的大腦的神經可塑性的一個指標。所謂大腦的可塑性是指大腦可以為環境和經驗所修飾，具有在外界環境和經驗的作用下塑造大腦結構和功能的能力（楊雄里等2003）。可見嬰兒此時的腦神經機制存在可塑性的潛能。

除此之外，嬰兒早期的對母語和外語的音位感知的神經機制的轉折確實已證明了語音習得在1歲以下時在經驗作用下的神經機制的可塑性。大量的研究發現，在0-12個月時嬰兒的語音感知會發生重大的變化，即嬰兒最初會識別世界上不同語言的語音，而到6-12個月的時候，對外語語音的感知能力下降了，而對母語的語音感知的能力提高了（如Werker JF et al，1984;Patricia K.Kuhl et al.2006）。關于這種現象的解釋是“母語磁吸效應”（Native Language Magnet），認為早期的語音感知會改變之后的學習能力。對其潛在的神經機制的解釋廣為接受的是NCLC假說（Native Language neural commitment）（Kuhl，2004），NCLC一方面會促進對母語語音加工的神經敏感性和效率，另一方面會減少對非母語的語音加工的神經敏感性和效率（Yang Zhang，Yue Wang2007）。之所以會產生這種對母語加工的神經的專門化，一種解釋認為是由于經驗的作用 （如Kuhl，2000;Kuhl，2004；Christopher T.Fennell，Sandra R.Waxman2010），即由于對母語接觸的增多，而對非母語接觸的減少導致了這種神經的重組。關于嬰兒的這種語音感知的轉折，其神經機制到底是怎樣變化的呢？許多腦成像研究也對此進行了探究。如Cheour等（1998）發現6個月的嬰兒對母語和外語語音對比都有一個MMN，但是在12個月時，這種MMN只在對母語的元音對比的反應中有。這種語音感知的轉折說明了語音感知的神經機制源于經驗作用而產生的重組。這也表明了對母語語音加工的神經敏感性以及效率的提高，所以這種嬰兒期對母語語音感知的提高正是大腦的神經機制在經驗促發下產生的可塑性的變化。

對有腦損傷的兒童的神經病理學上的研究則從另一個方面證明了語言加工的神經可塑性的變化。Marchman，Miller，Bates（1991）對5個有先天性半腦損傷（左/右半腦損傷）的兒童的語音產出的研究發現，所有兒童在語音發展上都有遲緩，但是經過學習之后有3個進入了正常的水平。Bates等（2001）在對有半腦損傷的嬰兒的研究中也發現早期腦損傷之后語言的發展仍會保持在正常的水平。對6個月之前有單邊腦損傷的嬰兒的研究發現，這些嬰兒會繼續獲得正常的或接近正常水平的語言能力，而成人在這些腦區有損傷的話則會導致不可逆轉的失語癥。這證明了兒童的語言加工的神經組織具有極大的可塑性，而且這種可塑性會隨著年齡的增長而下降。

對語音感知的這些研究表明，語音感知之下的偏側化以及加工腦區早在嬰兒期就與成人的是類似的了，但是還沒有達到成人的水平，而且這種偏側化會在后天的發展中產生變化。此外，嬰兒此時的語音加工在神經的效率上還遠不如成人。

2.2 1-3歲

2.2.1 語音加工的大腦偏側化

Mills（1993）考察了20個月的兒童的語言能力對語音感知的神經機制的影響，發現隨著語言能力的提高，語言加工的腦區越來越專門化于左半腦的顳葉以及頂葉區。我們知道這種詞匯量的提高反映的是在后天學習、社交等經驗的影響下產生的，所以這種隨著語言能力的提高而產生的偏側化的提高是在后天經驗的作用下產生的。這種大腦偏側化的提高也反映了神經的專門化的提高，而神經的專門化正是學習引起的神經可塑性的一個體現。所以，隨著年齡的增長、語言能力的提高，兒童在這個年齡段的語音加工的腦區的偏側化、集中化的提高反映了語音加工的腦區在后天經驗的作用下產生的可塑性的變化。

2.2.2 語音加工的更具體的神經反應

一歲之前的嬰兒的語音加工的神經機制與成人的在神經的效率、腦區分布等方面存在差異，說明了兒童的語音加工的神經機制還處于發展當中。那么1-3歲的兒童的語音加工的神經機制是否與之前的相比已得到了發展性的變化呢？Redcay（2008）對兩歲和3歲的兒童的語音感知進行了功能性神經成像（FMRI）的對比研究。結果發現兩歲兒童比3歲的兒童在額葉、枕葉、小腦區產生了更大的激活，這說明兩歲的學步齡兒童在語音感知上利用了更廣的神經網絡，即需要正常的顳上回語言區域之外的其他神經系統的參與。這反過來也表明3歲的兒童比兩歲的兒童在語音感知時，其加工的腦區更加集中化了。這種腦區加工的集中化反映了語音加工的神經的專門化的提高，是學習所引起的神經可塑性的一個標志之一。

在語音細節的感知上，兒童也表現出了神經可塑性的發展性的變化。Duta，Styles，Plunkett（2012）通過在圖片環境下以聽覺形式引入匹配的或不匹配的單詞形式，研究了14個月的兒童和成人的反應，結果顯示他們對兩種違反形式都有敏感反應。成人表現出了一系列的連續的反應效應：在N1波上有正效應、在P2波上有負效應、在N2波上有負效應。兒童也有類似的反應，這表明在14個月的兒童中已經有了類似于成人的察覺語音細節的神經機制了。而Mills（2004）對14個月和20個月的嬰兒對語音相似的單詞的語音細節加工的神經機制進行了一個對比研究，發現在語言感知的語境中，14個月的對所熟悉的單詞（bear）以及語音相似的有意義（gare）以及無意義的單詞（kobe）都有一個N200-N400的激活，而20個月的詞匯量較大的兒童對前者的反應的N200-N400比對后兩者的振幅都更大，這表明14個月的嬰兒在語音細節的區分上不如20個月的嬰兒，說明了詞匯量對語音細節的感知之下的神經系統有著重要的影響。這種詞匯量對語音細節感知之下的神經系統的影響正反映了后天的學習經驗對這種神經機制變化產生的作用，進一步證明了語音加工的神經機制的可塑性。

之前一歲以下的兒童與成人相比，在語音加工上所需要的時間更長，那么到3歲時，這種反應時間是否會隨著隨著年齡的增長而已經得到減少了呢？若語音加工所需要的時間在這個年齡段已經由于后天學習的作用減少了，從另一個方面也證明了神經機制由于可塑性而產生的變化。Kurtzberg（1985）記錄了0-24個月的兒童對CV音節加工的ERP成分，發現18-24個月的兒童在顳葉的ERP反應主要是兩個分別在150ms和400ms時的正波和兩個分別在275ms和600ms時的兩個負波。總體而言，成分的潛伏期隨著年齡的增長而下降了，作者認為這種潛伏期的下降與兒童隨著年齡的增長而提高的語言能力有關。潛伏期的下降正反映了反應時間的減少，說明語音加工的神經效率的提高，證明了神經的可塑性現象的存在。

從以上的這些研究中可以發現，與一歲之前的嬰兒相比，1-3歲的兒童語音加工的腦機制會隨著年齡的增長、語言能力的提高（詞匯量的增長）而越來越偏側化、集中化，而且在反應時間上也會越來越短。

2.3 3-18歲

2.3.1 語音加工的大腦偏側化

從前面的研究中我們知道年幼的兒童的語音加工的偏側化與成人的類似，但不像成人的那樣明顯，但這種偏側化會隨著年齡的增長而逐漸加強。那么這種偏側化到什么時候才會同成人的一樣呢？

大量的研究都證明了兒童在這一個階段中語音加工的半腦偏側化與成人的是一樣的，證明了同成人類似的神經加工機制，即左半腦負責加工音段的信息，而右半腦負責加工超音段的信息。Chiara Spironelli等人（2009）將10歲的兒童與23歲以及59歲的兩組成人在語音加工任務中的腦成像反應進行了比較，發現兒童在語音加工任務中所激發的N350分布于大腦的雙側，而在成人中則分布于左半腦。作者據此認為語音加工的語言神經網絡的功能的偏側化在10歲的兒童中還沒有完全發展起來。這個結果與前面的研究結果完全不同，可能是因為實驗任務的不同造成的。但也確實證明了10歲時的兒童在語音加工的某些方面與成人的在偏側化上還存在差異，偏側化在此時還沒有完全成熟。Ressel等（2008）對7-16歲的兒童在元音識別中的神經聯系利用MEG進行了探索，發現在顳葉后部、額葉下回有明顯的偏側化現象，而且在這個任務中大腦的偏側化會隨著年齡的增長而有明顯的提高。作者認為這個偏側化的提高與大腦的成熟有關。這些研究表明，至少在3-16歲這個階段，兒童的語音加工的半腦偏側化會隨著年齡的增長而逐漸提高。這些研究都說明了在學習經驗或成熟的作用下，語音習得之下的神經的發展性的變化。

總體來看，這些研究可以證明4-18歲的兒童的語音加工的大腦機制與成人的是類似的，并且其左偏化會隨著年齡的增長而提高，從而說明語音感知的半腦的專門化會在后天經驗的影響下而逐漸提高，反映了語音加工的腦神經的可塑性。

2.3.2 語音加工的更具體的神經反應

學習和訓練可以引起大腦皮層某一功能代表區激活的增強，也可以引起大腦皮層進行重新組織（郭瑞芳、彭聃齡，2005）。Tali Bitan等（2007）發現9-15歲的兒童在以視覺呈現的單詞的押韻任務中，在左額葉下回有隨著年齡的增長而出現的激活的上升，而左顳葉上回則是隨著年齡的增長而激活下降。作者認為這說明了隨著年齡的增長會產生從依賴于感知表征到依賴于用于押韻判斷的語音分割等能力。這種大腦活動的增強和下降都是與學習引起的可塑性相聯系的，是兒童語音加工的神經聯系發展的又一個表現。

對有閱讀障礙的兒童的語音加工的研究發現，在經過訓練之后兒童的語音加工以及閱讀等表現都得到了提高，而這種行為表現提高之下的神經機制也有相應的變化。如Kujala等（2001）對7歲的兒童進行聽視覺訓練之后，發現這個訓練引起了聽覺皮層的可塑性的變化，具體表現為失匹配負波的增強以及對聲音變化的反應速度的提高。Temple等（2003）還發現8-12歲的有閱讀障礙的兒童在聽覺和口語語言訓練前后在語音加工上有了明顯的提高，與語音加工相關的腦區（顳頂葉和額葉）也有了活動的變化——激活增強了。這些大腦神經活動的增強是在學習（訓練）的作用下發生的，反映了大腦在學習經驗的作用下支持語音加工的神經機制的發展性的變化。

從對3-18歲時的兒童的語音加工的研究可見，其加工的神經機制會隨著年齡的增長在經驗的作用下而逐漸向成人的發展，具體主要體現在神經的專門性、效率以及激活的強度上。雖然研究者并沒有給出具體的成熟時間，但至少到16歲時這種可塑性的變化還是存在的。

3.結語

前人對兒童語音習得的神經機制的研究為我們展現了兒童從出生到成人期其語音習得之下的神經機制的發展性的變化。兒童從出生時似乎就已經具備了類似于成人的語音加工機制，如在偏側化和腦區分布上都是相似的。但是這種相似性并不能證明兒童語音習得的神經機制是先天因素決定的，因為新生兒在沒出生之前就已經會接受外界的語言環境的影響了，而且這種影響對其以后的語言發展也有著一定的影響效應。然而前人的研究也沒有充分的證據能夠否認這種先天因素的存在。但是有一點可以明確的是，語音加工之下的成熟的神經加工機制是在后天的學習和經驗的影響下逐漸形成的，這主要體現在語音加工的大腦偏側化會逐漸提高、加工腦區越來越集中化、語音加工的神經效率以及神經敏感性的逐漸提高、腦區激活的增強和下降等方面，這些都是大腦的神經可塑性的表現。因此，兒童語音加工的腦神經機制是在后天的學習和經驗的作用和影響下逐漸出現的，它是一個連續的動態發展的過程。

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