感官型學習風格對詞匯學習效果影響機制的功能磁共振研究

李　黎　李霄翔　居勝紅

[摘要]通過功能磁共振實驗研究視覺型和聽覺型學習風格對詞匯學習所具有的潛在的生理機制，選擇不同學習風格的學生，使用1.5特斯拉的Philips Eclipse磁共振和NEC刺激器，借助功能磁共振BOLD(血氧水平依賴)技術，記錄兩種不同學習風格的被試者大腦皮層對聽覺輸入和視覺輸入的反應，橫向和縱向對比研究不同模式的輸入對兩種學習風格被試者的影響。實驗結果得出以下結論：(1)被試者在接受符合其學習風格的輸入時，全腦激活較大。(2)記憶 在語言學習的某些階段(如信息儲存和檢索過程中)起了不可估量的作用。(3)符合學習風格的輸入能更好地激發工作記憶的作用。

[關鍵詞]學習風格；學習效果；神經機制；磁共振

[中圖分類號]H0-05[文獻標識碼]A[文章編號]1671-511X(2009)01-0113-06

一、理論概述

1感官型學習風格界定的依據

Joy Reid就語言學習的偏愛方式進行了較為深入的研究，她將學習風格分為三大類：(1)認知學習風格(cognitive)；(2)與人格、情感特質有關(per-sonality/affective/temperament)的學習風格；(3)感官型(sensory preferences)學習風格。感官型學習風格又被進一步分為感知型(perceptual)，環境型，社會型。本文所涉及的聽覺型、視覺型均屬于感知型學習風格范疇。Reid認為學生獲取信息的主要感知通道是視覺、聽覺。視覺型學習者的典型特征是通過視覺刺激手段接受信息，直觀形象的視覺材料能在學習者腦海里形成清晰的視覺表象，使其具有用此感官學習的優勢。聽覺型學習者喜歡接受聽覺刺激進行學習，在聽覺學習過程中，學習者常按即時加工的方式接受信息。

心理學家Trechler關于感官與學習的關系研究發現，通過視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺而獲得的知識分別是83％、11％、3.5％、1.5％、1.0％。也就是說，人們通過聽覺和視覺獲取的知識高達94％。這也是人們語言學習最重要的兩個通道。也正是本文著重討論腦處理視覺和聽覺輸入的語言功能的原因之一，

2兩半球高級思維功能定位概說

近幾十年，神經語言學出現了前所未有的快速進步。從布洛卡第一次將語言活動定位在左半球到后來的腦功能(包括語言功能)整體論學說和局部定位學說的爭論，人們對腦功能，特別是語言功能的研究興趣與日俱增。著名的Sperry博士在上世紀60年代進行了第一例裂腦手術后，就有無數實驗試圖發現兩半球的功能。Joy Reid就兩半球功能給我們提供了一個比較全面的總結。

值得注意的是，許多描述兩半球功能的語言同時也用來描述學習風格。也許我們可以推測，不同風格的學習者在處理相同信息時，在大腦皮層的反應可能不同。我們能否作這樣一個假設，當某種學習風格的人學習時，會動用相應的半球或某半球相應的部位?例如，分析型學習者可能更多地使用左腦某些區域；場獨立的人，學習時不易受到干擾，邏輯性較強的人，左腦也可能激活較多。而右腦激活較多的人可能就屬于整體型、直覺型、審慎型、富有想像力學習者。

3學習風格生理機制研究概說

Stemberg曾試圖用神經機制解釋學習風格的一些現象。他在討論思維和學習風格時說，“學習風格是人們通過他們喜歡的方式使用他們能力。它本身不是能力，而是偏愛。……”“我愿意把學習風格看做是個人的神經心理學風格，也就是說，學習風格是腦功能的體現。”Joy Reid也認為很多學習風格的研究的一個特點就是研究腦的半球優勢(側化)。

Willing的說法略為詳細些。他認為右半球優勢的人更加場依存，注重整體性，情緒化較強。而左半球優勢的人更傾向于場獨立，分析型、邏輯性較強。

有學者(如Gesehwind和Galaburda)從生理學角度研究語言學習天才的大腦半球優勢(側化)現象。發現存在于某些部位的睪丸激素在胎兒發育階段會影響大腦皮層一些特征形成，從而導致異常神經心理發育。過多的睪丸激素會導致左腦某些區域細胞異常生長。也就是說，左腦，語言區所在，其側化程度明顯存在個體差異。這也許可以為我們更好理解語言學習風格的差異提供某些幫助。

有的研究，如springer~deutch，elias，associatedpress，試圖從解剖結構的差異來解釋學習風格的性別差異。發現男性左半球更加明顯地側化為語言活動，而右腦負責抽象和空間處理。而女性腦功能側化現象較弱，整體性較強，可能是因為女性的胼胝體和腦總重量比相對大，這使得有較多的信息交流。由此我們可以得出，男性在左腦處理信息，而女性用全腦。但是另一些學者不同意這個觀點，如Fausto-Sterling。

美國的Michael T.McKay等人曾經通過腦電圖研究認知風格。他所指的認知風格是分析型(an-alytic)，和整體型(holistic)。研究表明，腦電圖的al-pha波(8-13 Hz)在一項任務中或靜息狀態時的活動類型對于認知風格有預測意義，即alpha活動低說明更傾向于分析型的認知風格。

二、fMRI實驗

功能磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是一種無創性、可重復，解剖圖像和功能圖像結合較好的臨床影像學技術。近10年在許多領域得到廣泛應用，包括對腦功能的探索，尤其在探測腦的語言功能方面取得了一些令人注目的成果。fMRI的優點在于不僅應用安全，時間和空間分辨率高，而且成本較低，fMRI的基本機理是檢測大腦皮層血流動力應答過程的一過性磁場，即檢測局部腦血流內去氧血紅蛋白變化水平，這種反應叫做血氧水平依賴(blood oxygenation level dependant，BOLD)。

人們已經利用fMRI BOLD成像技術在語音(如Tan Lihai et al；Dav Clark et al；Wai Ting Siok，et al；彭聃玲；James R.Booth et al al)，詞匯(如Fumitaka Homae et al，Angela D.et aL.；LiPing et al)和語義加工(如郝晶等；彭聃齡；馬林等；Tan Li Hai et al a)、詞語生成(如Des-mond，John E.and Flea，Julie A.；Pu Yonglin；Tan Lihai et al)、失語癥(如Sparks，R.E.and L.Ganschow：Sparks，R.E.et al.；Ayumi Seki etal)、語法(如Opitz B，Friederici AD.)、腦的可甥性(如P.Kochunov，et al.)及語調(聲調)和情

緒(如Gandour et al)等神經生理學機制各個方面的研究取得了進展。

根據現有文獻，對于本次fMRI實驗，我們做以下預測和假設。

(1)視覺輸入時，雙側BA17/18/19激活，由于這些枕葉部位是視覺處理區域；BA6是運動區，該實驗要求被試做出反應，這個區域會被激活；前額皮質一工作記憶所在，包括布洛卡區(BA44/45)激活強烈，因為視覺輸入是語言符號，而且實驗中需要學習(輸人生詞或假詞)。聽覺輸入時，雙側BA20-22(聽覺區)、BA6、前額皮質包括BA44/45激活強烈。

(2)被試在接受不同方式輸入時，激活存在明顯差異，尤其是掌管工作記憶、即時處理信息的前額皮質的激活強度和廣度。因為一種輸入方式符合被試的學習風格，另一種不符合。

(3)可能有“公共”區域存在。即當輸入方式符合學習風格時，不同學習者有相同的激活。

(4)可能還有其他涉及語言，記憶或高級認知的區域同時激活。而且有個體差異。

1實驗目的

本研究旨在通過功能磁共振實驗探索視覺型和聽覺型學習風格對外語詞匯學習效果作用和影響，及其生理機制，即腦激活特點。

2實驗對象和方法

(1)實驗對象

被試從東南大學臨床醫學院本科生和研究生中經過兩輪篩選確定。第一輪選出CET4高于80分或CET6高于75分的優秀的語言學習者，為A組。CET4低于45分定為B組。第二輪使用Oxford的("Style Analysis Survey(SAS)：Assessing Your OwnLearning And Working Styles)問卷來確定學習者的學習風格。明顯的視覺型和明顯的聽覺型(分值差大于5)學習者可以參加實驗，最后選定8名右利手被試，男女各4名，視覺型和聽覺型各4名，年齡21-28。無精神、神經或聽力等既往病史，視力或矯正視力正常，獲得知情同意，無報酬。所有的被試都經過簡單的培訓，熟悉實驗環境和程序。

(2)實驗方法

①刺激

本實驗使用的是一套國內較先進的刺激器(NEC Multisync FE 991)。視覺輸入制作成Pow-erPoint，被投射到一個屏幕，被試可以通過眼前的三棱鏡看到。聽覺輸入通過耳麥傳送。我們可以通過被試握緊手中的氣囊了解他的反應，

我們使用假詞①(自造的詞)或外來詞，即德語、法語、日語作為輸入內容，而沒有使用英語，是因為被試的英語水平及心理因素可能會對之后的記憶結果造成影響。每一組輸入中字母和音節數相同，

每組視覺刺激分三個部分。同時顯示的4個單詞(刺激)，6個單獨顯示的單詞(目標)，及間隔時間顯示的“十”(用于固定視線)，連續三組。聽覺輸入中，每組分為2部分，即刺激和目標。每部分6個單詞。后一部分單詞中有個別和前一部分相同。連續三組。顯示順序如圖1所示。

②行為方式

視覺輸入時，被試需要判斷屏幕上顯示的“目標單詞”是否和第一張幻燈片上某一個(“刺激單詞”)相同，如果是，則按手中的氣囊。如果不是，則不作任何反應。聽覺輸入時，需要判斷聽到的單詞是否在“刺激單詞”中出現過，如果是，則按手中的氣囊。如果不是，則不作任何反應。任務間隙，要求被試盡量放松，停止思維。實驗人員可以在隔壁房間通過耳麥和被試交流。也可以通過電腦監控輸入情況。正式實驗前對被試進行簡單培訓以助其熟悉實驗步驟。

③圖像采集

本實驗使用1.5T.Philips Eclipse MRI系統采集圖像。被試頭部和線圈之間填塞海綿以減少活動造成的偽影。事先采集高分辨率的解剖圖像。之后將功能圖像疊加。每位被試視覺和聽覺輸入各經歷三個序列的掃描。

典型圖像(每組只節選一張最具代表性的圖像)如圖2所示。

(2)任務和刺激效果

由表1和表2可見，當輸入方式符合被試學習風格的時候，他的成績較高。兩種輸入方式中，A組平均成績也均高于B組。

如磁共振圖像所示，當輸入符合被試學習方式的時候，刺激在腦皮層引起的激活更強。

顳葉和枕葉在兩組，兩種輸入模式中均激活強烈。一些區域如前額皮質也強烈激活，說明在信息存儲和識別或檢索的時候，有工作記憶參與，而且工作記憶的激活和之后的記憶效果有正相關的趨勢。

被試每一個腦區域激活的強度和范圍都各有特點。總的說來，A組這些變量的值均比B組高。最明顯的部分就是前額皮質，它負責記憶。

4討論

從表1和表2可以看出，B組行為成績均低于A組。理論上說，如果我們根據學生的輸入喜好教學，有可能可以使得他們的學習潛力發揮到最大。然而，現在的事實是，雖然我們已經意識到并且努力去嘗試，我們的學生也非常努力，但是他們(B組)的外語學習成效依然不太令人滿意。如何將現有的外語教學理論和方法更有效地貼近學生的生理和心理認知機理、最大限度地對之進行激活和優化是值得我們的關注和研究，我們現在已知，僅僅了解和尊重他們的學習風格是遠遠不夠的。這也是我們為什么要致力于研究和開發“以腦為基礎”(“brain-based”curricula)的課程設置的原因之一。

從磁共振圖像(圖2)上看出，兩種輸入方式中，B組前額皮質的激活強度和廣度均低于A組。因此，我們是否可以推測，記憶，特別是記憶廣度，對于學習過程和成績非常重要?記憶廣度的不同，也許會導致成績的差別。工作記憶參與得越多，記憶效果有可能更好。這也許可以為“記憶在語言學習當中作用重要”的觀點提供生理學證據。

有趣的是，不僅僅是前額皮質，其他區域，如顳葉和枕葉的激活強度和廣度，A組也比B組高。這意味著，完全相同的輸入在大腦皮層的映射和反映可能是完全不同的。一些人中，刺激可能在反映到皮層之前就減弱或者濾過了；但是另外一些人，如A組，無論什么方式的輸入，符合或不符合學習風格的輸入，激活都比較強烈。這可能因為，能對語言學習產生影響的各種各樣的因素在長期的學習實踐中被優化，如智力、情感因素、學習策略等，所以輸入信息可以被被試利用到極致。

但是有研究表明語言水平低的人要動用的皮層比語言水平高的人多，而且，腦激活越強說明某項任務越難以處理。如，完成外語任務和母語任務相比就難得多。換句話說，語言水平高只需要較少的區域、較弱的激活就能完成一定的任務，而水平低的人則需要較多的區域、較強的激活才能完成相同的語言任務。我們由此可以推測，優秀的外語學習者需要較少的皮層來完成某項工作，而較差的外語學習者需要更多的皮層。這和本實驗結果不符。這有可能是因為我們討論的是學習的不同階段。在相對高級的學習階段，如母語和外語相比，人們只需要較少的激活就可以很好地執行各種母語任

務，具有一定的“自動性”。或者，經過多年的外語學習，優秀的學習者和困難的學習者之間也會發生這種情況，即優秀學習者動用的皮層和激活的強度較少，然而我們現在的實驗中，輸入對于兩組來說，都是陌生的，因此信息處理還處于整個學習過程的最初階段，而此時優秀的學習者更有能力動用現有的各種資源竭盡全力地來完成任務。我們也可以推測，經過一段時間的學習，當知識成體系、資源被整合優化，優秀學習者完成任務可能更容易些。同時，我們也發現，A組比B組激活更集中，這可能因為A組學習策略更加有效和優化，輸入一進人大腦就“知道”何去何從，于是信息處理就比較集中。由此可見，學習策略、內化知識體系本身比信息輸入本身更為重要。作為語言教師，我們也許應該再考慮一下，在當今信息化條件下——此時學生有無數種獲取知識的途徑——知識本身的輸入和幫助學生建立學習風格和策略的意識和構筑內化知識體系，孰重孰輕。輸入的信息能在優秀學習者大腦中最有效率地得以處理，可能是由于長期的充足的可理解的語言輸入(sufficient comprehensible input)所致，量變(sufficient)導致質變(comprehensible)，當然這種質變也不是一蹴而就，而是螺旋式上升的。這和Krashen提出的“輸入假說”在某種意義上不謀而合。但是，我們依然不能完全理解輸入開始進入腦和皮層激活之間這段時間究竟發生了什么。這還需要進一步研究。

兩種方式的輸入均能引起聽覺中心和視覺中心的強烈激活。這和Sparks等人的研究結果是一致的。他們認為利用拼寫對應使得言語輸入成為單位的能力和處理一系列復雜聲音的能力是相互緊密聯系的。即視覺輸入和聽覺輸入的處理有著密不可分的關系。前面提到的文獻幾乎都有類似的結果，即視覺刺激會導致聽覺中心激活，反之亦然。這是因為工作記憶中的信息編碼形式不是唯一的，而是多種多樣的，即聽覺編碼、視覺編碼和語義編碼。采取什么形式編碼，因人而異。很多研究已經證明了腦功能是可以定位的，但是也沒有人能夠否認它任何時候都作為一個整體工作，現在的實驗也許為此又提供了一點證據。多媒體教學，多渠道輸入可以使得信息更有可能進入長時記憶。這個結果也許也可以成為這一教學實踐的理論依據。

在本實驗當中，前額皮質可以被看做是“公共”區域。無論是什么學習任務，無論學習者是誰，它都會不同程度激活，但是，有一點清楚的是，符合學習風格的輸入能更好地激發工作記憶的作用。對于教學而言，無論使用什么教學策略，教師都應該盡可能吸引學生的“注意”(attention)，在學習初期盡可能多地激活記憶區域。而在之后的學習過程中，教師應該幫助學生形成信息“模塊”(chunks)以減輕工作記憶負荷，以備更多的信息進入。

該實驗還有一些問題沒有得到解決。如，之前的研究表明，小腦是負責記憶、信息處理很重要的一個部分。實驗中只有一部分人小腦在任務中有不同程度激活，但不是所有人。目前我們還不能解釋為什么一部分人的小腦沒有激活。還有，本實驗和其他大量實驗一樣，發現聽覺在語言學習中的重要性，這似乎和“全世界50％—80％人是視覺型學習者”的調查結果是矛盾的，另外，該實驗還存在一定局限性，一些方面有待改進。比如，由于實驗成本巨大，所以被試樣本較小；一些研究成果需要進一步深入探討等等。

5意義

美國把上世紀90年代最后十年定為“腦的十年”，歐洲確定了“腦的二十年研究計劃”，日本將21世紀視為“腦科學世紀”，腦科學的研究熱潮遍布全球，而語言功能更是熱點。神經語言學、腦科學等學科的研究成果如果應用于教育領域，可以幫助教育者解決很多問題。如，它可以幫助教育決策者制定“以腦為基礎的”(brain－based curricula)課程設置等等；同時，現代化的技術又為我們語言學的理論和實證研究找到堅實的證據提供可能。不管怎樣，此類實驗試圖將自然科學的研究方法、工具和手段引入到人文科學的研究中，也許可以為人文科學研究方法以及和自然科學的結合開辟了一條新的途徑。