人類大腦的起始學(xué)習(xí)

/ 美國(guó)匹茲堡大學(xué)博士后、卡耐基梅隆大學(xué)心理學(xué)系科研員

一個(gè)嬰兒呱呱墜地時(shí)如同一張白紙，然而在0～5歲的短短五年之內(nèi)，嬰幼兒的腦容量就已經(jīng)可以達(dá)到成年人大腦容量的92%。這段時(shí)期，對(duì)于人腦的認(rèn)知發(fā)展來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于“宇宙大爆炸” : 神經(jīng)元連接的突觸數(shù)量以每秒新增700個(gè)的速度在生長(zhǎng)，同時(shí)為建立有效的連接而進(jìn)行著瘋狂的修剪。那么，在短短幾年之內(nèi)，嬰幼兒大腦是如何掌握語(yǔ)言這個(gè)龐大、復(fù)雜又精細(xì)的符號(hào)系統(tǒng)的呢？

具體細(xì)化下來(lái)就是，嬰兒是如何區(qū)分哪些音節(jié)是母語(yǔ)里的？詞和詞之間的邊界在哪里？每個(gè)詞具體是什么含義，指向哪個(gè)概念？詞是如何組成短語(yǔ)的？詞語(yǔ)又是如何組成句子的？每個(gè)詞語(yǔ)和句子應(yīng)該是怎樣的語(yǔ)氣？重音應(yīng)該落在哪個(gè)詞上？嬰幼兒又是如何掌握語(yǔ)感和平仄的呢？這一系列有意思的問(wèn)題，要從1996年Science上的一篇論文講起。美國(guó)威斯康辛麥迪遜大學(xué)心理系教授Jenny Saffran、羅切斯特大學(xué)大腦與認(rèn)知科學(xué)系教授 Richard Aslin和Newport發(fā)現(xiàn)，嬰兒切分語(yǔ)言詞匯利用的是統(tǒng)計(jì)概率的原理。

彼時(shí)，心理學(xué)家剛剛掌握了一個(gè)讓“嬰兒回答問(wèn)題”的實(shí)驗(yàn)方法。以往，做嬰兒行為學(xué)實(shí)驗(yàn)是很難的，因?yàn)楹⒆硬粫?huì)說(shuō)話，他無(wú)法告訴你，他究竟是怎么學(xué)習(xí)的。1996年，心理學(xué)家剛剛掌握了一個(gè)讓“嬰兒回答問(wèn)題”的實(shí)驗(yàn)方法——“扭頭實(shí)驗(yàn)法”。讓6～8月齡的寶寶坐在家長(zhǎng)的膝蓋上，實(shí)驗(yàn)員用玩具吸引著他，同時(shí)放著各種各樣的背景音。當(dāng)寶寶聽(tīng)到他感興趣或者他已經(jīng)學(xué)會(huì)的音節(jié)時(shí)，就會(huì)看向另一邊，此時(shí)另一邊的熊貓敲鼓玩具就會(huì)發(fā)光并敲鼓，給寶寶以鼓勵(lì)，告訴他做對(duì)了。

用這種方法，Saffran et al. 開(kāi)始研究八個(gè)月大的嬰兒是怎么學(xué)習(xí)語(yǔ)言的。學(xué)習(xí)語(yǔ)言，第一步就是要對(duì)聲波進(jìn)行切割（word segmentation）。比如一個(gè)母語(yǔ)是英語(yǔ)的小朋友，聽(tīng)到媽媽說(shuō)“pretty baby”這段音節(jié)時(shí)，她是如何區(qū)分pretty和baby是兩個(gè)詞呢？對(duì)此，Saffran et al.的假說(shuō)是，嬰兒切分詞匯用的是條件概率。所謂條件概率是指，如果一個(gè)事件A已經(jīng)發(fā)生了，那么下一個(gè)事件B發(fā)生的概率是多少。用數(shù)學(xué)公式表示，則為P（B|A）。嬰兒在長(zhǎng)期接觸語(yǔ)言的過(guò)程中，對(duì)事件發(fā)生順序的概率分布逐漸熟悉了。他會(huì)發(fā)現(xiàn)，“pre”這個(gè)音，和“tty”這個(gè)音同時(shí)出現(xiàn)的概率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“tty”和“ba”這個(gè)音同時(shí)出現(xiàn)的概率，也就是：P（tty|pre）>>P（ba|tty）。換句話說(shuō)，“pre”和“tty”常常同時(shí)出現(xiàn)，而“tty”和“ba”很少同時(shí)出現(xiàn)。根據(jù)這種概率分布的不同，嬰兒就可以切分單詞。

為了驗(yàn)證自己的假說(shuō)，Saffran et al. 發(fā)明了幾種不同的人造語(yǔ)言（artificial languages）讓嬰兒聆聽(tīng)。人造語(yǔ)言的單詞和單詞之間，沒(méi)有時(shí)間上的間隙，只是同一個(gè)單詞的兩個(gè)音先后一起出現(xiàn)的概率，比分布在單詞邊界上、隸屬于不同單詞的兩個(gè)音一起出現(xiàn)的概率大。而通過(guò)上面提到的扭頭實(shí)驗(yàn)方法，科學(xué)家讓八個(gè)月大的嬰兒“回答”哪里是單詞的邊界。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是驚人的。僅僅8月齡的嬰兒，就可以通過(guò)條件概率，在短時(shí)間內(nèi)毫不費(fèi)力地切分出這個(gè)人造語(yǔ)言的所有詞匯。

這篇論文可以說(shuō)顛覆了人類腦認(rèn)知科學(xué)的很多領(lǐng)域。漸漸地人們發(fā)現(xiàn)，兒童學(xué)習(xí)語(yǔ)言的很多方面都運(yùn)用著統(tǒng)計(jì)規(guī)律。比如，很多語(yǔ)音只在特定語(yǔ)言里存在，其他語(yǔ)言并不區(qū)分。比如，/r/和/l/在日語(yǔ)里是不做區(qū)分的同一音位，而雙唇清塞音/p/只在印地語(yǔ)里面是區(qū)分送氣與不送氣的。嬰兒剛出生時(shí)，能分辨出所有音節(jié)的區(qū)別，可以說(shuō)他們生下來(lái)就是“世界公民”。但在嬰幼兒生長(zhǎng)和認(rèn)知的過(guò)程中，大腦會(huì)不斷演進(jìn)，弱化對(duì)那些母語(yǔ)中不需要辨識(shí)的音節(jié)的認(rèn)知。這同樣也依靠在母語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)學(xué)習(xí)中，去運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。

如圖所示，左邊是一個(gè)美國(guó)媽媽，右邊是一個(gè)日本媽媽。左下角是美國(guó)媽媽發(fā)音的分布，可以看見(jiàn)/r/和/l/有清晰顯示的兩個(gè)峰頂；右下角是日本媽媽的發(fā)音分布，/r/和/l/都擠在中間。日本的嬰兒在母語(yǔ)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)這個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律就能知道，/r/和/l/的區(qū)分在日語(yǔ)中不重要，從而刺激大腦去除母語(yǔ)認(rèn)知系統(tǒng)中這個(gè)音的分布。

此外，在語(yǔ)言學(xué)習(xí)過(guò)程中，嬰兒的大腦也會(huì)根據(jù)不同的統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)來(lái)做出判斷。他們可以憑借單一事件出現(xiàn)的頻率來(lái)學(xué)習(xí)（frequency）， 也可以靠?jī)蓚€(gè)獨(dú)立事件同時(shí)出現(xiàn)的頻率 （occurrence frequency）來(lái)學(xué)習(xí)，乃至靠前后事件共同發(fā)生的條件概率(conditional probability)來(lái)學(xué)習(xí)。比如研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)漢語(yǔ)的小朋友要區(qū)別四個(gè)語(yǔ)調(diào)發(fā)聲（mā、má、mǎ、mà），四個(gè)語(yǔ)音的聲韻母相同，但音調(diào)和平仄不同，這也是嬰兒依靠對(duì)統(tǒng)計(jì)概率規(guī)律的指標(biāo)運(yùn)用來(lái)習(xí)得的。

除了學(xué)習(xí)語(yǔ)音之外，孩子們還可以用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)理解每個(gè)詞的意思。當(dāng)詞匯已經(jīng)被切分了，孩子們就把已經(jīng)切分好的詞匯，當(dāng)作新的單元符號(hào)，來(lái)做更深的意思理解。比如，孩子能夠通過(guò)某個(gè)場(chǎng)景和某個(gè)單詞同時(shí)出現(xiàn)的概率來(lái)學(xué)習(xí)詞的意思。比如，指著香蕉對(duì)孩子說(shuō)“香蕉”，此時(shí)香蕉這個(gè)東西和“香蕉”這個(gè)詞同時(shí)出現(xiàn)的概率是100% ；而在別的場(chǎng)景中，大人也可時(shí)而提到“香蕉”這個(gè)詞，但不出現(xiàn)香蕉，這樣其他東西和“香蕉”這個(gè)詞同時(shí)出現(xiàn)的概率不是100%，孩子的大腦神經(jīng)連接就會(huì)強(qiáng)化對(duì)那個(gè)有100%概率關(guān)聯(lián)的語(yǔ)義的認(rèn)知。

利用統(tǒng)計(jì)概率來(lái)學(xué)習(xí)語(yǔ)言，甚至可延伸至語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的層次。比如，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在孩子學(xué)會(huì)了部分語(yǔ)句結(jié)構(gòu)后，當(dāng)聽(tīng)到“the apple and the jabberish” 這個(gè)短語(yǔ)時(shí)，雖然他不認(rèn)識(shí)jabberish這個(gè)詞，但是會(huì)歸類為一個(gè)名詞。而當(dāng)他聽(tīng)到“I qacked you” 時(shí)，同理也會(huì)認(rèn)為quacked是動(dòng)詞。而實(shí)際上，這兩個(gè)都是人造語(yǔ)言中的詞匯。對(duì)于母語(yǔ)是英語(yǔ)的幼兒來(lái)說(shuō)，即便沒(méi)有正式學(xué)過(guò)“名詞之間用連詞”，或者“動(dòng)詞后面跟賓語(yǔ)”這類邏輯化的語(yǔ)法知識(shí)，他們也能依靠不斷從日常成人的語(yǔ)句中提取統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從而學(xué)會(huì)這一造句模式。

所以人們常常說(shuō)的“語(yǔ)感 ”，實(shí)際就是源于在反復(fù)獲取同一語(yǔ)言的大量樣本后，所總結(jié)出來(lái)的規(guī)律。 進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，嬰幼兒在認(rèn)知一些其他學(xué)科規(guī)律時(shí)，也脫離不開(kāi)統(tǒng)計(jì)概率的運(yùn)用。比如，小嬰兒起初并不知道物體是會(huì)往下落的。嬰幼兒常常扔?xùn)|西，其實(shí)是測(cè)試這個(gè)東西是往哪個(gè)地方飛。

可以說(shuō)，嬰幼兒在很大程度上是靠總結(jié)統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)學(xué)習(xí)的。事件A和事件B總在一起，所以事件A和事件B應(yīng)該有所關(guān)聯(lián)——這種思維模式，是人類進(jìn)化帶來(lái)的。而學(xué)校的傳統(tǒng)教育往往就抹殺了這種統(tǒng)計(jì)式的直覺(jué)，而是用代數(shù)式樣的邏輯符號(hào)系統(tǒng)來(lái)（algebraic symbolic system）來(lái)代替（statistical learning）。 從這個(gè)角度講，傳統(tǒng)的學(xué)校教育體系，在幼小階段很多時(shí)候反而是不符合人腦學(xué)習(xí)規(guī)律的。如何平衡這組矛盾，讓兒童的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和邏輯符號(hào)系統(tǒng)這二者能互相制約、平衡發(fā)展，是一個(gè)教育神經(jīng)科學(xué)要著力解決的難題。