【探索七】語言學、心理學與神經科學的交會:語言的認知、發展與運作

■探索第七期第二講即將於本週六下午兩點在台大應用力學所舉行,本場演講將由周泰立教授來跟大家談談<語言的演化、發展與差異>。在演講開始之前,為讓大家對周老師的研究有一些初步的認識,科教中心訪談了幾位周老師的研究生,以下為訪談的整理。

周泰立老師的研究生,照片由左至右分別是翁巧涵、范利霙和陳品臻。攝影:徐伊亭

撰文 ∣ 林欣怡

      大腦一直是人類身體中最神秘的器官,它主宰著人類的心智運作與行為,但直到現在科學家與醫學界對於大腦運作的了解仍然相當有限,近二十年來大腦研究方興未艾,其中最重要的一個領域就是所謂的認知科學,亦即探討我們的大腦如何認知外在環境、接受由外在環境而來的刺激,進而發展出智力、記憶、學習、語言等等能力,而這些能力又是如何在大腦中進行運作。

      認知科學的興起帶給心理學巨大的改變,過去的傳統心理學是以觀察人的外在行為表徵進行統計研究,但認知科學引進的神經科學與生理學技術,尤其是能以非侵入式的方式,即時偵測反應腦區活動的腦部功能性磁振造影(fMRI)技術,根本性地改變了心理學所能切入的角度及所能獲取的實際腦部行為,進一步發現即使外在行為看起來相似,內在腦部活動卻可能有更精細的差異,經由研究成果的累積,這些腦部活動的資訊可能可以讓我們進一步了解、甚至早期辨認與認知功能相關的或疾病,如閱讀障礙、自閉症、精神分裂症等等。

      在認知科學與認知心理學的研究領域中,最重要的研究課題之一就是人類的語言認知的歷程及發展。人類的語言能力在眾多物種中擁有獨特且複雜的內涵,同時語言的處理也和其他心智功能如記憶力、注意力、社交溝通等緊密相連,因此研究人類語言的同時也欲揭開人類心智運作不同於其他動物的奧秘。

語言:人類特有的能力

雖然有些學者認為語言不是人特有的能力,致力於研究大猩猩等其他動物是否可能發展出語言能力,但目前大猩猩的語言學習仍停留在配對學習。圖片來源:CHRISTIAN DARKIN/SPL @GettyImages

      語言是人類特有能力,語言處理之於人類大腦而言,是相當高階的認知功能,因為語言和其它認知功能運作皆有相關,至少包括記憶力、注意力、社交溝通、思考能力等等,處理過程精密而繁複。然而如此複雜的能力是一般人即具備的能力,讓我們有感於人類的語言與其他動物的溝通方式有很大的不同。

      雖然有些學者認為語言不是人特有的能力,致力於研究大猩猩等其他動物是否可能發展出語言能力,但目前大猩猩的語言學習仍停留在配對學習,最多是讓大猩猩了解到字詞與圖形物品之間存有某種關聯。牠們雖然可以用學到的「字」組成簡單的「句子」來表達,但無法靈活運用該字詞,只要情境一轉換,牠們可能就無法正確的表達出意義,因此很難說是真正進入了語言學習與發展的過程。

      如果說連最接近人類的動物學習人類語言都有如此大的困難,那麼人類語言究竟具有什麼樣的獨特性呢?

      首先,動物的溝通聲音符號多半簡單而缺乏變化,沒有任何動物有如人類語言般複雜的發聲系統,這點牽涉到人類與動物在生理架構上根本性的不同,人類的體格、肢體、音帶等發展都較其他物種精細,才能使用複雜的發聲系統。再者,例如動物間雖有用於溝通的聲音符號,但僅限於即時性(immediateness)的溝通,不像人類語言發展出各種時態,可指稱過去、現在、未來任一時點之人事物,甚至分化出複雜的社會性功能,對於不同對象會運用不同的語言,如日語演化出敬語、常體等不同變化。匯集無數的研究成果,研究者歸納出人類語言特性如創造性、結構性(語法)、武斷性、語言是多層次的、語言是會隨著時間演變的。最後一個關鍵性的差異當然就是文字,人類發展出文字系統,因此人類的語言重要架構不只局限於聲音,而是包括了字形、字音、意義等多重關係,用文字去表達意義是人類獨特的能力。人類的語言發聲與文字系統對其他物種而言都過於複雜,如大猩猩即使經過培訓,仍然無法說話、寫字。

      因此相較於其他物種,人類的語言可以說是「從無到有」的一種新系統,這是生物發展上很有趣的議題。人類的語言不只用於簡單的意義溝通,還發展出如譬喻、笑話等不同的表達與交流方式,人類究竟如何透過複雜的語言系統了解對方說什麼?為什麼會因為別人說的話而覺得好笑或悲傷?細究起來中間環節都包含不同心智功能的運作。

語言的演化與發展:從動物到人、從孩童到成人

      既然人類語言與動物有如此大的差異,為了說明人類語言的演化與特色,周泰立教授將從動物與人語言的比較,來突顯生物在其生涯、認知過程開始之前,其語言行為的異同之處。

      人類自誕生之後就處於母語環境,並不斷學習語言、發展語言能力,因此接下來便要談孩童在學習語言、發展語言能力的心理歷程為何,以及人從牙牙學語到語言能力穩定、純熟時,語言的處理能力究竟有何異同。

      人類的語言是複雜的系統,除了語言學從外顯行為中觀察到的字音、字形、字義規則,人類如何將意義與語言表徵進行對應,這正是語言心理學所欲探索的議題。更進一步的,是要瞭解在處理語言意義時,大腦的活動反應又是如何。

      周教授實驗室為了深入了解語言發展的過程,主要的探討對象是學齡兒童,此時期的兒童處於語言發展階段,語言能力尚不成熟,透過長期追蹤瞭解隨著年齡的成長,兒童語言能力是如何進展,逐漸精熟成像成人一樣。目前的研究指出,從兒童到成人的發展過程,語言能力的增進與腦區的活化有密切的關聯,如額葉的功能就有顯著的差異。由於大腦的發展是由後往前發育,額葉是最晚成熟的腦區,此區域負責主管注意力、記憶力、情緒、語言等功能,所以兒童的額葉尚未發展完全,因此兒童與成人在進行提取、選擇適當語意時的腦區活化表現有所不同。而隨著年齡增長與額葉的發育成熟,語言能力也日漸穩定,逐漸展現出接近成人的表現。

      周教授實驗室針對8至15歲學齡兒童與青少年進行語意處理的實驗,在兩年後,當實驗對象滿10至17歲,再次研究他們的語言能力發展與神經機制有何變化,以期了解從兒童時期到青少年時期,語言能力變化較大的階段發生在何時,以及其發展的情況為何。同時實驗室也欲盡力排除外在變因,因此未來希望能在兒童身上做長期的研究,針對同一群實驗對象觀察自兒童、青少年、成人的發展過程,進一步降低因世代、族群而形成的語言差異。

      除了孩童語意發展的歷程,周教授的實驗室也針對成人的中文語意處理作進一步的研究。研究首先著重在單一腦區的功能探討,發現顳中迴(middle temporal gyrus)負責語意表徵的儲存、額葉下迴(inferior frontal gyrus)負責語意的提取。此外也發現不同負責語意處理的腦區之間有「有效性連結」(effective connectivity),顯示腦區之間的影響存在著方向性,除了各司其職外,腦區之間也有「合作關係」,幫助我們進行語意處理。

語言認知歷程:中英大不同?

      在傳統語言學與心理學,以及喬姆斯基(Noam Chomsky)所奠定的神經語言學發展以來,西方學界對於語言處理之神經機制的相關研究文獻已十分豐富,對於特定腦區的功能,甚至腦區與腦區間的功能性連結有一定程度的了解。但相對的,然而在中文語言領域,目前關於語意處理的神經機制,仍有待相關研究探討。周泰立教授在研究所時期即對中文語言處理感興趣,其研究所畢業論文「中文字彙、詞彙的觸接歷程與頻率效果分析」不但對於中文處理的心智歷程有進一步的見解,也使其延伸對語言處理的興趣,以新興的神經科學技術,探討中文語意處理的歷程。此外,也希望透過大量實驗數據的收集,比較中英文語意處理的神經機制。

      究竟語言的習得、處理能力及運作歷程是由先天條件決定亦或是受後天環境影響?這是心理學界爭論多年的問題。有些學者認為個體的語言處理差異與先天因素如基因、神經生理發展等有關,也有些學者認為後天環境會影響語言能力及大腦發展。經過多年的研究累積,發現先天差異與後天環境皆會同時形塑、影響人的心智發展。而不同的人學習不同的語言、處於不同的語言環境,語言能力及神經機制的發展也會有差異。

      中文是世界語系中獨樹一格的系統。中文的語意認知歷程確實有些地方有別於西方語言。由於中文有特殊的字形與字音系統,不同於拼音文字。拼音文字的字母本身沒有意義,要組成單字後才形成有意義的詞;而要了解其意義,必須先對應到聲音的連結,然後再對應到字詞的意義。但中文字是象形文字,每個字本身都有意義存在,不同的字又可以組成不同的詞組、形成多元的意義,再加上要了解一個中文字的意義,不一定需要經過形-音的轉換,而是可以由字型連結到字義,對英文非常不一樣。換言之,中文的字形與意義之間的聯結,比起西方語言來說更為直接。因此對中文使用者而言,我們即使不確定某些字的正確發音,也無礙於我們推敲出它的意義。周教授實驗室一大研究目標便是研究以中文為母語的孩童,對照以英文為母語的孩童,在處理語意訊息時,腦神經機制與發展有何異同。此外也可能進一進探討生長在單語環境、雙語環境甚至多語環境的兒童,其語意處理能力及神經機制的發展,期能與新加坡、荷蘭等雙語或多語國家的研究資料做比較與討論。周教授將在演說中與我們分享研究資料與發現,也將呈現中文研究與西方語言研究的異同,讓我們進一步了解不同語系中語意處理與語言發展的神經機制。

      另外,「究竟讓孩童自小接觸多語環境,是否有助於其贏在起跑點?」。這個爭論不休的語言發展議題,也是許多人關心的議題。就目前的心理學研究來看,雙語環境與單語環境下孩童的語言能力及神經機制發展確實會不同,接觸不同的語言確實使某些心智功能(如抑制、選擇的能力)以及大腦某些腦區的活動較為活躍,但目前還未能找出學習雙語最適切的年齡,尚未能確定究竟幾歲接觸第二外語對於兩種語言的學習效果皆為最好。然而要特別注意的是,絕非如許多家長所想的「愈早愈好」,如果在熟練掌握母語前即強迫學習第二語言,可能會造成反效果。

由外而內進一步了解語言認知與語言障礙

      在了解大腦語言區分化功能如何發展、運作後,也希望可以跨出正常發展過程之外,進一步了解對於語意處理有困難的族群,是在那一個環節出了問題。周教授實驗室主要針對閱讀障礙、精神分裂及自閉症的患者進行探討,精神分裂患者對於語意關係的連結是失序的、紊亂的,而自閉症患者對於語意的瞭解也有著困難,研究欲探討的是這些患者在處理語意時,腦部的活化反應與一般人是否有所差異,進一步釐清造成他們語意處理缺失的原因。以閱讀障礙為例,從目前的研究可看出,閱讀障礙孩童運用語言時,所使用的腦區與一般兒童類似,但神經活躍狀態卻較弱;自閉症孩童也有類似的趨勢,相關研究指出,當自閉症的症狀愈嚴重、與外界溝通愈艱難,偵試到的腦部活動就愈弱;令人意外的是,精神分裂症的患者狀況恰好相反,他們使用語言的腦部活躍區不但與一般人一樣,甚至活躍度更高,過去因為精神分裂症患者表現的語言是破碎而不連貫的,研究者一直認為他們的語言區域可能有所缺損,但從fMRI實際偵測的結果卻發現實際情況恰恰相反,也引發許多相關探討。

      更值得注意的是,在當在處理語言活動若有困難時,大腦的其他腦區會發揮補償作用,來協助孩童完成語言活動。也就是說,單從外顯的語言表現行為與其他同儕沒有顯著的差異,但是內在的生理運作卻是存在著差異,若透過fMRI的觀察,就會發現腦區活動與一般人有異,這樣的研究結果,提供了對於可能有語言困難的兒童能及早發現,提早進行語言訓練等介入方案的機會。目前針對如閱讀障礙、自閉症和精神分裂等語言及心理疾病了解都還不完全,如果能透過語言使用的腦區差異解釋出其大腦認知的關鍵障礙所在,或許可以開啟不同的治療與復健方式。

      周教授在研究語言發展與語意認知的時候,漸漸發現跨領域是很重要的關鍵,唸博士時會從傳統心理學門跨到生物學門,就是因為單從外在行為了解心理表徵,只能猜測心中的反應與心智歷程,卻無法真正發現大腦內部精微的活動狀況,因此周教授已看到傳統方法論不足的部份。跨入生物學門後,援引fMRI的技術,希望能透過生理機制的確切測量,來解答傳統心理學從人類行為上發現的問題。像大腦其他區域在原本功能區障礙時發展出替代性的補償功能,使實驗者外在表現正常的狀況,不透過fMRI是難以偵測到問題所在的。

      在跨界整合的過程中,心理學門提供了優異的方法學與訓練,而生理測量又能使研究者更精準、仔細地探討特定議題,真正勾勒出過去心理學家所謂「黑盒子」的真面目。以生物學科技術偵測到腦部的實際變化後,再結合心理學的認知理論與觀察積累,想必能更全面了解人類處理語言的機制,由此揭開人類認知歷程之秘。

責任編輯:Nita Hsu


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One thought on “【探索七】語言學、心理學與神經科學的交會:語言的認知、發展與運作

  • 2014 年 11 月 15 日 at 21:54:25
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    " 拼音文字的字母本身沒有意義,要組成單字後才形成有意義的詞;而要了解其意義,必須先對應到聲音的連結,然後再對應到字詞的意義 "

    根據敝人的研究( http://add-ology.blogspot.tw/ ),英語與中文均具有六書的特質。果然如此,這部份的對照結果可能該作另外的解讀。

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