不同熟練度雙語者非語言任務轉換的差異
——來自ERP證據*

姜淞秀 李 杰, 劉興宇 七十三 楊伊生

(1內蒙古師范大學教育科學學院, 呼和浩特 010020) (2內蒙古自治區心理學重點實驗室, 呼和浩特 010020)

1 前言

雙語經驗對認知能力的影響是語言認知神經科學關注的焦點問題。從積極影響角度看, 雙語經驗對個體中央執行功能具有促進作用, 會導致雙語者在語言與非語言的認知任務中表現出優勢效應(李瑩麗, 吳思娜, 劉麗虹, 2012)。轉換能力是中央執行功能具體體現的一個方面, 它涉及多種任務、操作或心理定勢間的來回變化, 也稱為認知靈活性(Miyake, Friedman, Emerson, Witzki, & Howerter,2000)。

關于語言轉換能力的對比研究發現, 無論熟練還是非熟練雙語者進行語言轉換任務時, 轉換序列的命名時間(語言產生)或按鍵反應時間(語言理解)皆比非轉換序列的長, 研究者稱之為語言轉換代價(Meuter & Allport, 1999)。但熟練雙語者在完成語言轉換任務中的轉換代價顯著小于非熟練的雙語者(Prior & Gollan, 2011 語言轉換實驗); 熟練雙語者由一語轉換到二語的轉換代價與二語轉換到一語的轉換代價無顯著差異, 表現為轉換代價的對稱性,而非熟練雙語者從不熟練的二語轉換到一語的轉換代價顯著大于從一語轉換到二語的轉換代價, 表現為轉換代價的非對稱性(Costa & Santesteban,2004; Costa, Santesteban, & Ivanova, 2006), 意味著熟練雙語者更容易完成語言間的轉換。語言認知心理學認為, 語言轉換代價源于心理詞典字詞識別系統之外(Thomas & Allport, 2000; Orfanidou &Sumner, 2005), 語言轉換的過程類似于任務轉換的過程, 實際上是任務策略轉換, 轉換代價并非人類語言系統所特有, 而是完成直覺上相沖突的任務轉換時所不可避免的普遍特征。近來, 來自腦功能成像的研究顯示出執行非言語任務轉換時會激活語言轉換時的相應區域, 如左額下回、額葉中回、前扣帶回和左尾狀核(Price, Green, & von Studnitz,1999; Garbin et al., 2010; Hosoda, Hanakawa, Nariai,Ohno, & Honda, 2012), 這些研究都表明語言轉換與任務轉換過程可能存在相同的機制(崔占玲, 張積家, 2010)。

如果語言轉換和任務轉換的實質相同, 那么語言轉換中必然會涉及到非語言任務轉換中所需的執行功能或神經網絡。也就是說, 雙語者在語言使用中獲得的優勢勢必會在非言語任務轉換中表現出來。因此, 研究者開始聚焦于雙語者在非言語任務轉換中的特點研究。早期的研究始于雙語兒童的維度改變卡片分類任務(Dimensional Change Card Sort task, DCCS), DCCS任務除了需要抑制控制能力外, 同時也需要被試在心理定勢或任務中轉換的能力。當對4～5歲的雙語和單語兒童進行DCCS任務研究時, 發現雙語兒童轉換到新維度更具有優勢(Bialystok, 1999; Bialystok & Martin, 2004)。研究者認為熟練或早期的雙語者存在一種非特定控制機制, 由于雙語者在日常生活中需要使用這一控制機制不斷地管理兩種語言, 因此這一控制機制得到了增強, 必然也會促進與之相關的非言語認知能力,并在相關任務操作方面表現出一定的優勢效應(Bialystok, 2001)。

近來, 采用任務轉換范式對雙語者的非語言轉換能力的研究結果表明, 同語言轉換一樣, 任務轉換在兩個任務間轉換時也存在轉換代價。對其來源的機制研究存在有三種觀點：任務設置重構、任務設置慣性及刺激-反應聯結競爭(黃四林, 林崇德,2009)。隨著研究的深入, 研究者認為這三個理論可能分別發生在任務轉換的不同時間階段中, 共同影響任務轉換代價。為了有效整合任務設置重構和慣性理論, 研究者提出了任務線索范式(Task-Cueing Paradigm)。該范式中包含兩個線索, 每個線索對應一個任務, 根據線索提示進行相應的任務反應。這樣可以分別操縱線索到刺激間的時間間隔(Cue-Stimulus Interval, CSI)和反應到線索間的時間間隔(Response-Cue Interval, RCI)觀察轉換代價的變化, 分別研究任務設置重構和慣性理論。任務設置重構也被稱之為內源性準備過程, 強調執行控制在轉換過程中的作用。該觀點認為當轉換到當前任務時, 需要進行一個任務設置的重構過程, 該過程包含轉移注意, 抑制之前的任務設置, 激活當前任務設置, 將反應規則提取到工作記憶中以改變之前的反應規則, 正是這一額外過程產生了代價。研究者發現如果在進行轉換前(即刺激出現前)有充分時間準備, 則轉換代價顯著減少, 即當CSI增加時,轉換代價會減小, 當CSI大于600 ms時, 轉換代價趨于漸近線, 轉換代價不再減小, 基本完成內源性準備。Monsell和Mizon (2006)稱這種減小現象為RISC (Reduction In Switch Cost, RISC)效應, 該效應被認為是內源性控制過程的指標。任務設置慣性強調前一任務設置激活的延遲效應, 其研究指標是RCI。Meiran, Chorev和Sapir (2000)分別操縱RCI和CSI, 發現兩個間隔的延長, 轉換代價都顯著減少, 并發現當RCI大于600 ms后延遲效應會迅速消散。他認為二種形式減少的內在機制不同, CSI反映了對即將任務的準備, 而RCI反映了之前任務設置激活的延遲。Prior和MacWhinney (2010)使用任務線索轉換范式要求英語單語和不同雙語大學生(包括漢-英、韓-英、西班牙-英、俄-英、粵-英)根據兩種不同的線索提示對刺激進行顏色和形狀的判斷任務, 線索到刺激出現的時間間隔為250 ms, 發現雙語者在轉換序列(trials)中雙語者比單語者的反應時快, 重復序列中無差異, 雙語者的轉換代價顯著小于單語者。Prior和Gollan (2011)使用同樣的任務轉換范式對日常語言間轉換頻率高的西班牙-英語雙語者和轉換頻率低的漢-英雙語者進行研究, 測試語言轉換能力和非言語轉換能力, 語言轉換中要求被試根據線索對呈現的數字進行母語或二語命名, 非言語任務轉換同Prior和MacWhinney(2010)的研究, 發現西班牙-英語雙語者在語言轉換和任務轉換中轉換代價皆小, 證實了Bialystok的觀點。

但有研究提出Prior的研究范式存在一定缺陷,在常規的任務線索轉換范式中, 任務轉換時線索也是轉換的; 而任務重復時線索也是重復的, 這樣會使得任務轉換與線索轉換相混淆(Logan & Bundesen,2003; Mayr & Kliegl, 2003), 即轉換代價混入了線索轉換代價, 因此, 雙語者的優勢效應也許不是存在于任務轉換方面, 而有可能是更易對線索進行編碼解釋或可能由于雙語者更易從線索提示中獲得警覺效應所致(Costa, Hernández, & Sebastián-Gallés,2008)。所以, 有研究者對實驗范式進行改進, 提出線索任務2:1轉換范式(task-switching paradigm with a 2:1 mapping between cues and tasks)。該范式有4個線索, 每兩個線索對應一個任務, 從而將線索轉換代價從任務轉換代價中分離出來。Monsell和Mizon(2006)采用線索任務2:1轉換范式開展了系列實驗,在實驗4中固定RCI的同時設置了兩個CSI：140 ms和790 ms, 觀察從短時CSI到長時CSI轉換代價的減小效應, 即RISC效應。結果發現, 轉換代價由短CSI時的192±13 ms下降至長CSI時的47±9 ms, 表明存在RISC效應, 轉換代價隨著CSI的增加而減小。這一結果表明由于線索任務2:1轉換范式中, 線索在重復和轉換序列中都是轉換的, 使其任務轉換代價不被線索轉換混淆, 可以較好的測量出任務轉換中的內源性準備效應。

作為行為層面的RISC效應證實了任務轉換中轉換代價的來源與內源性準備有關, 那么內源性準備的過程在大腦皮層的活動上是否存在差異？由于行為反應時的限制, 不能直接描述線索到刺激間的大腦活動時間進程特點, 即內源性準備在不同CSI上存在何種表現, 因此, 有研究者開始采用事件相關電位(Event-Related Potentials, ERPs)技術,以線索鎖時事件相關電位為直接測量指標, 考察CSI期間的大腦皮層的時間進程特點。多數研究發現, 在任務重復和轉換條件均存在一個正波, 但是轉換條件相比重復條件, 線索呈現后約400 ms左右中央-頂區出現更大的差異正波, 將其命名D-Pos(Differential Positivity, D-Pos) (Nicholson, Karayanidis,Davies, & Michie, 2006)。該波反映了任務設置重構的過程(Karayanidis, Coltheart, Michie, & Murphy,2003; Nicholson, Karayanidis, Poboka, Heathcote, &Michie, 2005), 其幅值的大小表示內源性準備過程中消耗的認知資源的大小, 幅值越小消耗越小。Nicholson等(2006)采用線索任務2:1轉換范式的ERPs研究發現, 在轉換序列下線索出現后450到500 ms可觀察到頂葉區域存在更大的正波, 可能是任務設置重構過程發生的表現。Verhoef, Roelofs和Chwilla (2009)使用ERPs技術, 采用線索任務2:1轉換范式, 通過線索預示將要命名圖片所使用的語言, 結果發現兩個獨立的內源性控制相關的ERP成分：線索出現后的200～350 ms時窗腦區后部發現的負波和350～500 ms時窗腦區前部的負波,他們認為雙語者在進行語言轉換時需要將注意力轉移到當前目標語言, 激活目標語言, 并抑制非目標語言。

上述不同角度的研究說明, 語言轉換過程會涉及到與任務轉換時的內源性準備相似的過程, 那么熟練蒙漢雙語者由于不斷地在兩種語言間轉換, 是否會促使其在非語言任務轉換的內源性準備過程中表現出優勢效應？而非熟練漢英雙語者日常生活中轉換語言的頻率低, 且未形成非特定的控制機制, 那么是否在非言語任務轉換中的表現與熟練蒙漢雙語者存在差異？除此之外, 盡管Prior的研究中已觀察到雙語者在非言語任務中存在優勢效應,但并未從腦皮層水平探索這一優勢效應究竟源于任務轉換中哪一階段, 而已有的微觀腦層面研究多數考察的是雙語者在執行語言任務中的特點。鑒于此, 本研究分別從行為和腦皮層兩水平對比不同熟練度雙語者在非言語任務中的轉換能力差異及內源性準備是否是產生差異的機制。首先, 在行為學層面上參考線索任務2:1轉換范式, 通過固定RCI并操縱CSI比較不同CSI轉換代價的差異即RSIC效應, 探討熟練蒙漢雙語者與非熟練漢英雙語者在非語言任務中是否存在優勢效應的差異。如果存在差異, 那么熟練蒙漢雙語者可能會表現出轉換代價小于非熟練漢英雙語者, 而這種差異的出現是否由于內源性準備方面造成的呢？如果是, 則可能熟練蒙漢雙語者的RISC效應大于非熟練漢英雙語者。其次, 采用時間分辨力精準的腦事件電位技術, 從大腦皮層活動角度進一步深入探查任務轉換優勢效應的差異原因是否源于內源性準備的不同。如果內源性準備不同導致優勢效應存在差異, 那么熟練蒙漢雙語者在內源性準備相關腦電成分D-Pos有別于非熟練漢英雙語者, 在不同CSI時間設置方面表現出不同的時間活動特點, 進而為證明語言轉換和任務轉換所需的執行功能或神經網絡具有重合性提供科學的參考依據。

2 行為實驗

2.1 目的

采用線索任務2:1轉換范式, 通過操縱CSI比較熟練雙語者與非熟練雙語者在不同CSI間的RISC效應, 以探索其轉換能力方面的優勢效應是否源于內源性的準備。

2.2 研究方法

2.2.1 被試

由于任務轉換中涉及多個認知過程, 工作記憶在其過程中對規則的激活、刺激的編碼和提取等具有很重要的作用(侯然, 2009)。在實驗前對被試進行工作記憶容量和瑞文標準推理測驗, 以確保被試在工作記憶容量和智力水平上的同質性。被試具體篩選流程如下：

(1)語言背景調查：包括被試的年齡、父母受教育的水平、家庭經濟水平、母語、二語的習得年齡、使用頻率、日常使用情況、漢語四級成績、二語的相關考試成績等, 并采用李克特七點量表對被試語言的聽、說、讀、寫能力自評。

(2)工作記憶容量測試：采用順序廣度任務(Bialystok, 2009)對被試的工作記憶容量進行測試。順序廣度任務是讓被試回憶隨機呈現的10到99間的數字序列, 數字序列由小呈升序增大, 數字序列中的數字無重復。當連續兩個序列錯誤時停止測試。每當正確回憶數字序列中的一個數字時得一分,其總分作為工作記憶容量。

(3)瑞文標準推理測驗：中國修訂版本。

根據上述篩選流程, 選取非數學專業的大三學生60名, 熟練蒙漢雙語者和非熟練漢英雙語者各30名。熟練雙語者中蒙班和漢班各半。熟練雙語者母語為蒙語, 二語為漢語, 且皆過漢語四級。非熟練雙語者母語為漢語, 二語為英語, 且英語成績均未過英語四級。所有被試的家庭經濟水平為中等,且農村和城市居住的人數比例相當。所有被試的工作記憶測量都能很好的完成包含5個兩位數字的序列, 但是無法完成包含6個兩位數字的序列; 為了確保被試在智力水平上的同質性, 選取瑞文推理得分在50～54分的被試, 實驗結束后給予所有被試一定報酬。被試情況如表1。

表1 不同熟練度被試情況(M±SD)

選擇漢英雙語被試進行對比, 是由于非熟練蒙漢雙語者較少, 而且本研究主要關注不同語言間的轉換頻率差異帶來的優勢效應, 與兩種語言的種類關聯不強。類似研究中單語被試者實際上也是非熟練雙語者(Prior & MacWhinney, 2010; 焦江麗, 劉毅, 王勇慧, 聞素霞, 胡炳政, 2013), 故本研究中的非熟練漢英雙語者也可作為單語者。

2.2.2 實驗設計

本實驗為2(雙語者類型：熟練雙語者、非熟練雙語者)×2(任務序列：轉換、重復)×3(CSI：0、250、600 ms)三因素混合實驗設計。雙語者類型為被試間因素, 其他兩個皆為被試內因素。因變量為反應時。

2.2.3 實驗材料及任務

實驗刺激為1、2、3、4、6、7、8、9這八個數字。實驗線索為紅、黃、綠、藍色的方塊, 紅色和黃色方塊表明下一任務為數字大小判斷任務, 綠色和藍色方塊表明下一任務為數字奇偶判斷, 預示任務的線索類型在被試間平衡。實驗的任務為數字大小判斷和數字奇偶判斷。數字大小判斷要求被試判斷呈現的數字大于“5”還是小于“5”; 數字奇偶判斷要求被試判斷呈現的數字是奇數還是偶數。鍵盤上貼上相應的標簽, 如果大于5則按“大”鍵, 如果小于5按“小”鍵; 奇數按“奇”鍵, 偶數按“偶”鍵。反應鍵與任務的對應關系被試間平衡。實驗材料由Photoshop制成圖片, 每個刺激圖片均為600×400像素。實驗程序由E-Prime編制。CSI為block間設計, 研究表明準備時間為block間設計時更易出現轉換代價的準備效應(Altmann, 2004)。為平衡block順序效應, 三個CSI分成三種順序組：ABC、BCA、CAB。將被試隨機分配到每組中。每個CSI的block內對應的實驗序列偽隨機, 控制相同任務trial連續重復不超過3個, 相同靶刺激不能連續重復出現。重復序列和轉換序列各半, 兩個任務也各半, 分三次進行, 每次48個, 共144個trials。正式實驗時間為40 min左右, 中間安排休息。

2.2.4 實驗程序

參考相關文獻設置不同的CSI (0 ms, 250 ms,600 ms)時間間隔, 使得被試由無法準備到能夠進行部分準備再到完全準備, 旨在觀察隨著CSI的變化, 熟練雙語者和非熟練雙語者的RISC效應的差異。為了防止任務慣性的影響, 且更好地與Prior和MacWhinney (2010)的研究進行比較, 將RCI設為1350 ms, 與其研究設置相同。具體實驗程序如下：

被試坐于距電腦約70 cm處, 要求仔細閱讀指導語, 并在完全理解指導語后, 將雙手的食指和中指按照要求放在相應的按鍵上, 按鍵進入練習階段。首先是單任務練習, 數字大小任務和數字奇偶任務各16個trials, 然后是兩個任務混合的轉換練習,練習包括32個trials。實驗先呈現注視點“+”350 ms,接著空屏150 ms, 當CSI為0 ms時線索和刺激同時出現, CSI為250 ms時顏色線索呈現250 ms, CSI為600 ms時顏色線索呈現600 ms, 要求被試根據線索提示準備即將進行的任務, 然后呈現目標刺激,按照線索提示的任務進行按鍵反應, 反應后給予正確與否的反饋, 正確提示“√”, 錯誤提示“×”, 反饋呈現850 ms。如此循環, 直到正確率達到90%后,進入正式實驗, 正式實驗不給予反饋。

表2 熟練和非熟練雙語者任務轉換的平均反應時和標準差(M±SD)

2.3 結果分析

為了控制教育背景對實驗的影響, 選取的熟練雙語者包含漢班和蒙班的學生, 并對兩者的語言轉換和任務轉換的表現進行比較, 結果發現兩者在反應時和正確率方面皆無顯著差異, 故將兩者數據合并與非熟練雙語者進行比較。

被試的數據做如下處理：刪除錯誤及其后一個trials, 刪除大于3000 ms小于250 ms的數據, 刪除2個標準差以上數據,平均反應時和正確率見表2。

反應時三因素混合設計方差分析：雙語者類型主效應不顯著,

F

(1, 58) = 2.96,

p

> 0.05; 任務序列主效應顯著,

F

(1, 58) = 500.15,

p

< 0.001,

η

= 0.90,轉換序列的RT大于重復序列的; CSI主效應顯著,

F

(2, 116) = 144.24,

p

< 0.001,

η

= 0.713, 多重比較的結果顯示：CSI為0 ms的RT顯著大于CSI為250 ms和600 ms,

p

< 0.001; CSI為250 ms的RT顯著大于CSI為600 ms,

p

< 0.001; 三者交互作用不顯著,

F

(2, 116) = 2.22,

p

> 0.05; 任務序列與雙語者類型的交互作用顯著,

F

(1, 58) = 6.49,

p

< 0

.

05,

η

=0.101; CSI與雙語者類型交互作用顯著,

F

(2, 116) =4.95,

p

< 0.05,

η

= 0.08; 任務序列與CSI交互作用顯著,

F

(2, 116) = 46.76,

p

< 0.001,

η

= 0.45。對任務序列與雙語者類型交互作用進行簡單效應分析表明：轉換序列條件下熟練雙語者RT顯著小于非熟練雙語者,

p

< 0.05。對CSI與雙語者類型交互作用進行簡單效應分析表明：250 ms時熟練雙語者RT顯著小于非熟練雙語者,

p

< 0.05。

對轉換代價進行雙語者類型(熟練雙語者、非熟練雙語者)×CSI (0、250、600 ms)重復測量方差分析：CSI主效應顯著,

F

(2, 116) = 46.76,

p

< 0.001,

η

= 0.71, 多重比較的結果顯示：CSI為600 ms的轉換代價顯著小于CSI為0和250 ms,

p

< 0.001;CSI為0 ms的轉換代價與CSI為250 ms差異不顯著,

p

> 0.05。雙語者類型主效應顯著,

F

(1, 58) =6.49,

p

< 0.05,

η

= 0.10, 非熟練雙語轉換代價大于熟練雙語者; CSI與雙語者類型交互作用不顯著,

F

(2, 116) = 2.22,

p

> 0.05。

對RISC效應進行雙語者熟練類型(熟練雙語者、非熟練雙語者)×RISC效應的時間間隔(0～250 ms,250～600 ms)重復測量方差分析：雙語者類型主效應不顯著,

F

(1, 58) = 0.48,

p

> 0.05, RISC效應的時間間隔主效應不顯著,

F

(1, 58) = 1.51,

p

> 0.05, RISC與雙語者類型交互作用顯著,

F

(1, 58) = 4.71,

p

<0.05,

η

= 0.08, 簡單效應顯示：0～250 ms的RISC效應熟練雙語者顯著大于非熟練雙語者,

p

< 0.05。

正確率三因素混合設計方差分析：雙語者類型效應不顯著,

F

(1, 58) = 0.01,

p

> 0.05; 任務序列主效應顯著,

F

(1, 58) = 6.50,

p <

0

.

05,

η

= 0.10, 轉換序列的ACC小于重復序列的; CSI主效應顯著,

F

(2,116) = 16.92,

p

< 0.001,

η

= 0.23, 多重比較結果顯示：CSI為0 ms的ACC顯著小于CSI為250 ms和600 ms,

p

< 0.001; CSI為250 ms的ACC顯著小于CSI為600 ms,

p

< 0.001; 所有的交互作用都不顯著。

2.4 討論

由實驗結果可知, CSI為250 ms時熟練雙語者無論是轉換序列還是重復序列的RT都比非熟練雙語者的快, 并且轉換代價也比非熟練雙語者的小,這表明熟練雙語者相比于非熟練雙語者存在優勢效應。但是更重要的是CSI從0 ms到250 ms期間的RISC效應, 熟練雙語者更大, 即當進行準備時熟練雙語者的轉換代價下降地更大。這表明熟練雙語者在內源性準備中獲利更多, 表現出優勢效應。為了能夠得到更直接的證據, 采用ERPs觀察CSI期間的線索鎖時事件相關電位成分。

3 腦電實驗

3.1 目的

使用ERPs技術考察線索到刺激出現的時間間隔期間(CSI)的大腦活動的信息, 以探尋熟練和非熟練雙語者在內源性控制過程中腦神經元活動特點。

3.2 研究方法

3.2.1 被試

選取方式同實驗1：熟練和非熟練雙語者各11名。

3.2.2 實驗設計

本實驗為2(雙語者類型：熟練雙語者、非熟練雙語者)×2(任務序列：重復、轉換)×3(前后腦區：額葉、中央和頂葉)三因素混合實驗設計。其中雙語者類型為被試間因素, 任務序列、前后腦區為被試內因素。因變量為D-Pos的平均波幅。根據相關文獻前后腦區選擇額葉、中央區和頂區三個區域(Jost, Mayr, & R?sler, 2008), 為了更好地觀察和比較不同線索到刺激的時間間隔中的大腦活動特點,將CSI設置為250 ms和750 ms。

3.2.3 實驗程序及實驗材料

實驗程序、材料、被試反應方式同實驗1。

3.3 數據記錄與分析

3.3.1 ERPs數據記錄

腦電數據通過德國BP公司生產的64導電極帽和腦電記錄系統進行收集。記錄參考電極為Reference點, 接地點為FPz和Fz的中點。在右眼上下放置電極, 記錄垂直眼電(VEOG)。所有信號的采樣率為500 Hz, 濾波帶寬為0.01～40 Hz, 頭皮與電極的接觸電阻均小于5 k?。

3.3.2 ERPs數據分析

連續記錄腦電數據, 將原始數據使用BP公司的Vision Analyzer Software (Version 2.0)軟件進行離線分析。具體步驟如下：將記錄參考電極轉為TP9和TP10的平均參考; 去除眼電偽跡, 采用低通30 Hz進行濾波, 以線索呈現前200 ms到線索呈現后1000 ms為標準進行分段, 用線索呈現前200 ms的腦電作基線矯正。對同類數據進行疊加處理, 經過基線矯正和平均后得出每個被試在線索呈現后的平均腦電波形。

根據D-Pos的相關文獻選取幾個電極代表腦部的三個區域進行統計分析：額區(Fz、F1、F2)、中央區(Cz、C1、C2)、頂區(Pz、P1、P2)。進行2(雙語者類型：熟練雙語者、非熟練雙語者)×2(任務序列：重復、轉換)×3(腦區：額葉、中央、頂葉)三因素方差分析, 并進行Geisser-Greenhouse校正。

3.4 結果分析

線索到刺激間的時間間隔分別為250 ms和750 ms時的ERP示意圖, 如圖1和圖2。圖1中可以發現CSI短時(250 ms), 線索鎖時的ERP成分與刺激鎖時的ERP成分重合, 但依然在線索出現后的400 ms左右出現了一個正波。CSI長時(750 ms), 線索出現后的400 ms左右出現了一個正波。

(1) CSI為250 ms時的線索鎖時的ERP分析：對D-Pos的平均波幅進行分析, 表3為熟練和非熟練雙語者在CSI為250 ms條件下不同腦區的平均波幅。

圖1 CSI為250 ms時熟練雙語者和非熟練雙語者不同腦區的平均波形圖

圖2 CSI為750 ms時熟練雙語者和非熟練雙語者不同腦區的平均波形圖

表3 CSI = 250 ms時熟練和非熟練雙語者不同腦區的D-Pos平均波幅(μv)

表4 CSI = 750 ms時熟練和非熟練雙語者不同腦區的D-Pos平均波幅(μv)

三因素方差分析顯示：任務序列主效應不顯著,

F

(1, 20) = 0.14,

p

> 0.05; 腦區主效應顯著,

F

(2, 40) =5.29,

p

< 0.05,

η

= 0.21; 多重比較得出：頂區的平均波幅顯著大于額區和中央區,

p <

0

.

05, 額區和中央區差異不顯著,

p

> 0.05。雙語者類型主效應顯著,

F

(1, 20) = 4.95,

p <

0

.

05,

η

= 0.20, 熟練雙語者平均波幅小于非熟練雙語者; 腦區和任務序列交互作用顯著,

F

(2, 40) = 4.82,

p <

0

.

05,

η

= 0.19; 其他交互作用不顯著。對腦區和任務序列交互作用做進一步的簡單效應分析得出：轉換序列和重復序列在頂區差異顯著,

p

< 0.05。

(2)CSI為750 ms時的線索鎖時的ERP分析：熟練和非熟練雙語者在CSI為750 ms條件下不同腦區的平均波幅, 見表4。

三因素方差分析顯示：任務序列主效應不顯著,

F

(1, 20) = 0.094,

p

> 0.05; 腦區主效應顯著,

F

(2, 40)= 32.04,

p

< 0.001,

η

= 0.62, 多重比較得出：頂區的平均波幅顯著大于額區和中央區,

p

< 0.001, 中央區的平均波幅顯著大于額區,

p

< 0.05; 雙語者類型主效應顯著,

F

(1, 20) = 5.02,

p

< 0.05,

η

= 0.20,熟練雙語者的平均波幅小于非熟練雙語者; 腦區和任務序列交互作用顯著,

F

(2, 40) = 22.88,

p

< 0.001,

η

= 0.53; 其他交互作用不顯著。對腦區和任務序列交互作用做進一步的簡單效應分析得出：轉換序列和重復序列在額區和頂區差異顯著,

p

< 0.05。

3.5 討論

從結果可以看出, 無論線索到刺激間的時間間隔是長還是短, 都可以發現線索出現后的400 ms后引發了一個ERP成分——D-Pos (盡管線索到刺激間的時間間隔為250 ms時, 線索引起的正波和刺激引起的正波重疊)。非熟練雙語者的D-Pos的平均波幅顯著的大于熟練雙語者。這可能說明非熟練雙語者在線索到刺激的時間間隔中, 需要耗費更大的認知資源進行內源性準備。

4 綜合討論

本研究旨在從行為層面和腦電層面探究熟練雙語者的非語言任務轉換優勢是否來源于內源性準備過程。為了與Prior的研究中的概率保持一致,避免由于概率的不同而造成實驗結果的不同。本研究中的范式類似Monsell和Mizon (2006)研究中的實驗4, 刪除了線索重復任務也重復的條件, 保留線索轉換任務重復和線索轉換任務轉換這兩種情況, 并且任務重復和任務轉換的概率為50%。另外為了使工作記憶的負荷降為最低, 本研究采用了非重疊反應映射, 即每個任務都由一只手反應。

在行為實驗中設置了三種CSI：(1) 0 ms, 即線索出現后立即呈現刺激, 被試無法進行內源性的準備; (2) 250 ms, 可以進行內源性準備但無法完成準備。(3) 600 ms, 內源性的準備基本可以完成。實驗結果顯示, 無論熟練雙語者還是非熟練雙語者的轉換代價都會隨著CSI的增加而逐漸減少, 證實了Monsell和Mizon (2006)的研究結果, 并驗證線索任務2:1范式能夠作為測量內源性準備的實驗范式。對于熟練雙語者和非熟練雙語者在不同CSI間的比較發現, 當CSI為0 ms時, 即無法進行內源性的準備時, 熟練雙語者無論轉換序列還是重復序列都比非熟練雙語者的反應時快, 但兩者未達到顯著性差異。直到CSI為250 ms時, 這種顯著性才表現出來。而當CSI為600 ms時, 由于可以進行充分的準備, 這種顯著性消失。對轉換代價的比較發現,相比于非熟練雙語者, 熟練雙語者的轉換代價在CSI為250 ms時轉換代價更小。最重要的是RISC效應的比較, 當CSI從0 ms到250 ms時熟練雙語者的轉換代價下降的更大, 由100 ms下降至63 ms,RISC效應更大; 而非熟練雙語者則由105 ms下降至95 ms, 轉換代價幾乎沒有下降。而當CSI從250 ms到600 ms時, 兩組雙語者的轉換代價都下降較大, 未達到顯著性。

上述結果表明熟練雙語者在內源性準備方面確實存在優勢, 當兩組被試無法進行準備時, 兩組被試的轉換代價都很大, 而當CSI為250 ms時, 可以進行部分準備時, 熟練雙語者的轉換代價下降更大, 在準備期間獲利較多, 而當600 ms時內源性基本完成, 非熟練雙語者也可以很好的進行內源性準備, 這時兩組被試的差異顯著性消失。行為實驗表明即使在需要認知資源較多的任務間轉換, 轉換頻率高的熟練雙語者比轉換頻率低的非熟練雙語者的表現更好, 符合實驗預期。但實驗中發現CSI為250 ms時, 無論是轉換序列還是重復序列, 熟練雙語者的RT都更快, 這與Prior和MacWhinney (2010)的研究部分一致。Prior的研究中發現轉換序列的反應時存在差異, 而重復序列不存在。其原因可能是由于本研究采用線索任務2:1范式, 當任務重復時線索也是轉換的, 而Prior的研究中任務重復時線索也是重復的, 因此本研究中即使在任務重復序列中, 可能也需要一定的內源性準備, 但該過程比轉換序列容易, 所以依然是熟練雙語者的反應時更快。另外, 也許是由于熟練雙語者更易從線索提示中獲得警覺效應(Costa et al., 2008), Prior的研究中任務重復時線索也重復使得熟練雙語者警覺優勢效應沒有得到體現, 而本研究中的范式使這一效應表現出來, 未來將進一步進行驗證研究。

從腦電數據結果來看, 實驗中ERPs波形圖顯示當CSI為250 ms時, 線索鎖時與刺激鎖時成分發生重疊, 這一現象與任務轉換的ERPs研究一致(Jost et al., 2008; Nicholson et al., 2006)。波形圖顯示無論CSI為250 ms還是750 ms, 重復和轉換序列中線索出現后400 ms左右都引發了一個正波,反映了預先任務設置重構的過程, 例如初始化新的任務設置等(Nicholson et al., 2005; Nicholson et al.,2006)。其幅值的大小表示內源性準備過程中消耗的認知資源的大小, 幅值越小消耗越小。比較熟練和非熟練雙語者的D-Pos波幅差異發現, 無論CSI為250 ms還是750 ms, 非熟練雙語者D-Pos的平均波幅要顯著的大于熟練雙語者, 可能說明CSI為250 ms時, 無法進行充分準備, 非熟練雙語者相比于熟練雙語者需要耗費大量的認知或注意資源。當CSI為750 ms時, 能夠充分的準備時, 非熟練雙語者盡管可以完成內源性的準備, 但是依然需要消耗大量認知資源才能在行為層面上達到與熟練雙語者相似的表現。

綜合實驗數據來看, 當CSI從250 ms增至600 ms時, 熟練雙語者降幅比非熟練雙語者大, 但RISC效應未達到顯著性差異。然而, 腦電層面的結果卻發現在CSI為750 ms時D-Pos的平均波幅存在顯著性差異, 即熟練雙語者小于非熟練雙語者。這表明當CSI增至可完全進行充分準備時, 在宏觀的行為層面僅顯示出兩種雙語者RISC效應上存在差異的趨勢, 然而腦電的數據結果卻證實了顯著性差異的存在, 即熟練雙語者在內源性準備方面比非熟練雙語存在優勢的差異性可在微細、精確的大腦皮層活動方面尋找到更客觀依據。因此, 無論行為指標RISC效應還是腦電層面上D-Pos成分的對比, 均表現為熟練雙語者在內源性準備中獲利更多, 從行為與腦電兩水平證實內源性準備可能是熟練雙語者優勢效應的原因之一。

上述實驗結果符合雙語表征競爭加工假設的理論。在日常交流過程中, 雙語者的兩種語言表征都處于激活狀態, 為了有效的表達和交流, 他們需要有意識地選擇目標語言和持續性地抑制非目標語言。而任務轉換的內源性準備過程中, 也需要對之前反應規則進行抑制, 選擇和激活當前的反應規則, 將注意力轉移到當前任務。因此, 語言轉換和任務轉換過程中可能涉及同樣的執行功能或神經網絡, 而熟練雙語者由于日常生活中的大量練習,使其在非語言任務轉換內源性控制過程中表現出優勢效應。將本研究行為與腦電結果綜合起來, 說明熟練雙語者在一般操作任務的早期表現出更大的效應(250 ms), 而心理活動過程早期階段的轉移注意、抑制等認知力是執行控制的組成成分, 語言轉換的特定經驗可能促進了這些認知力的提高, 進而在一般非語言任務中表現出共同認知資源的優勢效應。即雙語經驗對個體中央執行功能的促進作用具有一般性和非特異性特點。

實驗結果顯示任務序列主效應不顯著, 盡管轉換序列的幅值比重復序列的大, 但并未達到顯著性。有研究表明根據任務情況(例如, 任務難度的增加)重復序列也會有與轉換序列相似程度的準備過程的參與(Kiesel et al., 2010), 而本實驗存在4個線索, 任務難度比單線索的任務大, 因此可能導致任務序列主效應不顯著。

此外, 值得進一步思考的問題是, 既然語言控制過程中會涉及到執行控制, 那么是否可以在語言教學過程中, 引入執行功能訓練來促進二語的學習。自從認知可塑性概念出現后, 隨著執行功能研究的發展, 執行功能已成為認知干預的一個新的目標能力, 對執行功能各成分的訓練和干預研究正逐漸成為研究焦點。目前關于二語學習的訓練多集中在元認知策略的訓練, 根據執行功能發展的年齡特征, 采用何種執行功能訓練以及如何在語言環境中進行執行功能訓練, 這些問題都是未來需要深入研究的。

5 結論

行為實驗發現熟練雙語者存在轉換優勢效應,且熟練雙語者在CSI從0 ms到250 ms的RISC效應更大, 說明這種優勢效應可能源于內源性準備;腦電層面的研究表明優勢效應存在于內源性準備過程, 在時間進程方面顯示出不同差異。

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