雙語經驗對執行功能的影響 *

劉 艷 朱 智 馬 諧

(1 昆明理工大學外國語言文化學院，昆明 650500) (2 云南師范大學民族教育信息化教育部重點實驗室，昆明 650500)(3 云南師范大學教育科學與管理學院，昆明 650500)

1 引言

隨著經濟全球化程度的進一步加深，雙語學習日益成為一種普遍現象。據估計，世界上有一半的人口會說兩種及兩種以上的語言（Grosjean,2012），在全球化趨勢下，雙語學習的收益與習得成本越來越成為認知科學研究的重要領域（Diamond,2010； Bialystok, 2011）。以往的研究在雙語經驗對執行功能的影響方面進行了大量的探討，結果發現雙語者在注意控制、抑制控制、認知控制、認知轉換和沖突監控上的表現都顯著地比單語者要好（Costa, Hernández, & Sebastián-Gallés, 2008；Bialystok & DePape, 2009； Adi-Japha, Berberich-Artzi,& Libnawi, 2010； Prior & MacWhinney, 2010），這些任務都需要執行功能的參與，調控注意資源獲取相關信息，并忽略干擾信息（Poulin-Dubois, Blaye,Coutya, & Bialystok, 2011）。雙語者長期在兩種語言之間切換，需要執行功能選擇目標語言并且抑制非激活語言的干擾，由此在執行功能上體現出顯著的雙語認知優勢效應（Bialystok, Craik, & Luk,2012； Costa & Sebastián-Gallés, 2014）。

以往的研究雖然發現了眾多雙語經驗對執行功能起促進作用的證據，但仍有學者認為這種影響具有局限性，對于雙語優勢效應的存在性目前仍存爭議。本文將在對以往研究進行回顧總結的基礎上，綜合討論雙語經驗對執行功能的影響；其次，雙語經驗影響執行功能的作用機制也是本文所要討論的重點，雖然前人從多種角度對執行功能中的雙語優勢效應做出了解釋，但現有的理論仍然存在不足，需要我們進一步的探討；最后在展望中提倡對雙語學習和教育的優化和推廣，并更多地考慮其對“熱”執行功能的影響；未來還應更多關注雙語經驗在不同人群中的作用，優化雙語教學可以促進更多群體的認知和社會性發展，有利于提升其情緒調節的能力。

2 雙語經驗與執行功能

2.1 雙語者與雙語經驗

雙語者是指掌握兩種語言的個體（Nagel,Temnikova, Wylie, & Koksharova, 2015），長久以來，對于如何界定雙語者，學界內部一直沒有達成普遍共識。有一些定義比較嚴格，如有學者認為雙語者的第二語言應該像母語一樣熟練；與之相反的觀點則認為雙語者只需要能夠熟練運用母語，第二語言能夠清晰明確的表達交流即可（Hakuta, 1986）。在研究中使用最多的分類是根據個體第二語言的熟練程度是否達到與個體年齡相當的水平，將雙語者劃分為平衡雙語者和非平衡雙語者（龔少英, 方富熹, 陳中永, 2002）。國內外對雙語的認知研究很多，證實了雙語經驗會對個體的腦功能和認知活動產生影響。研究表明，雙語經驗對執行功能具有促進作用（Miyake &Friedman, 2012； Kroll & Bialystok, 2013）。

執行功能是以目標導向的行為控制和自我控制中必不可少的認知功能，與個體的社會性發展和認知發展密切相關（Hughes & Ensor, 2007； Best,Miller, & Jones, 2009）。一般來說，執行功能包括抑制控制、認知轉換、工作記憶、自我監控和問題解決（Jurado & Rosselli, 2007）。同時，執行功能也可分為“冷”執行功能和“熱”執行功能，“冷”執行功能是由去情境的、抽象化的刺激材料引起的認知活動；“熱”執行功能是由情境性的、情感高度卷入的刺激材料引起的認知過程，在情感決策領域起到重要作用（Zelazo & Müller,2002）。雙語經驗對“冷”執行功能的影響方面研究眾多，主要體現在抑制控制、認知轉換和工作記憶三大方面。

2.2 雙語經驗與抑制控制

最早研究雙語經驗影響執行功能是從抑制控制開始，抑制控制普遍表現為一種在任務加工過程中，選擇和保存與任務相關的信息，并能無視干擾信息的能力（Botvinick, Braver, Barch, Carter, &Cohen, 2001）。抑制控制通常包括干擾抑制和反應抑制（Robertson, Manly, Andrade, Baddeley, & Yiend,1997）。前者通過注意控制，選擇與任務相關的刺激，并忽略干擾刺激來實現沖突解決；后者主要是抑制不符合當前需要的行為反應（Bunge, Dudukovic,Thomason, Vaidya, & Gabrieli, 2002）。干擾抑制的經典范式有Stroop 范式、Flanker 范式和Simon 范式，后期的研究者更多的采用經典范式的變式，如有研究者通過Stroop 顏色命名任務，發現雙語者在識別字體顏色方面比單語者更加具有優勢（Coderre & van Heuven, 2014）。Bialystok, Craik 和Luk（2008）采用Stroop 范式對青年被試進行研究，結果發現雙語者的Stroop 效應更小；青年雙語者在Simon 范式中，沖突任務的反應時比單語者要快；中年雙語者在Flanker 范式中也表現出了雙語優勢效應（Emmorey, Luk, Pyers, & Bialystok, 2008）。

除了成年人群體的結果以外，研究者在兒童群體中也發現雙語經驗會對干擾抑制起促進作用。Bialystok 和Viswanathan（2009）挑選了三組分別生活在加拿大和印度的8 歲單雙語兒童，發現雙語者具有更高的干擾抑制能力。在幼兒園兒童中，有雙語經驗的兒童在模糊圖像任務上（Ambiguous Figures Task）的得分要比單語兒童要高，重新解釋圖像需要干擾抑制能力和注意控制能力，這些能力可能在雙語兒童中得到了更好的發展。Bialystok, Barac, Blaye 和Poulin-Dubois（2010）利用Stroop 任務對3、4 歲的兒童進行了測驗，該任務需要被試抑制非目標刺激，結果雙語兒童表現出更強的抑制控制能力，并且隨著語言經驗的加深，這種效應更加顯著。Poulin-Dubois,Blaye, Coutya 和Bialystok（2011）也發現了同樣的結果，讓8 個月大的兒童完成圖片Stroop 任務，雙語兒童的表現顯著地比單語者要好。國內學者陶云等人（2015）采用語碼切換范式對傣-漢雙語小學生在二語切換過程中的干擾抑制能力進行了探究，結果發現雙語小學生的干擾抑制能力比單語小學生好。

與之相對應的，研究者在反應抑制上的研究卻沒有發現雙語優勢效應，研究反應抑制的經典范式有晝夜Stroop 范式、停止信號任務（stopsignal task）和眼跳任務，在反應抑制中，刺激并非如同干擾抑制中一樣是互相沖突的，而是需要被試對單個屬性做不一致的反應。有研究者發現，在晝夜Stroop 任務中，4～6 歲的單、雙語兒童的正確回答次數無顯著差異（Martin-Rhee &Bialystok, 2008）；另外在停止信號任務和眼跳任務中，無論成年還是兒童被試，其任務結果均未發現雙語優勢效應（Morales, Gómez-Ariza, & Bajo,2013）。這說明在抑制控制領域，雙語經驗的促進作用可能只存在于干擾抑制中，這也與雙語者在日常生活中使用兩種語言的過程中通常需要抑制非目標語言的干擾，而不需要抑制言語表達的行為反應的特性相一致。

2.3 雙語經驗與認知轉換

雙語經驗還會影響個體的認知轉換，認知轉換是指在不同的任務要求和規則模式中進行轉換的能力。與單語者相比，雙語者需要在日常生活中進行語言切換，可能會需要更高的轉換能力。以往對雙語者的認知轉換研究一般可以分為兩種，即基于雙語的語言轉換和基于認知能力的任務轉換。由于語言轉換的研究主要考察語言轉換的流暢性，大部分對認知轉換的實驗研究都集中于任務轉換。在任務轉換的研究中，普遍采用轉換代價作為衡量個體轉換能力的指標。如有研究者發現，低熟練度的二語學習者在簡單語言轉換任務中的轉換代價顯著高于復雜語言轉換任務（Calabria, Hernández, Branzi, & Costa, 2012）。

雖然有少部分研究者認為雙語者的認知轉換并沒有顯著優勢（Paap & Greenberg, 2013），但更多的實驗結果均傾向于雙語者的轉換能力優于單語者，如Pior 和MacWhinney（2010）采用線索任務轉換范式對大學生被試進行實驗，結果發現雙語者在轉換能力方面存在優勢效應。Hernández,Martin, Barceló和Costa（2013）采用間歇式線索轉換任務對西班牙雙語大學生和單語大學生的轉換能力進行了測驗，任務線索分為內隱和外顯兩種，結果發現在內隱線索的情況下，雙語者的重啟代價（restart cost）更小。Garbin 等人（2010）利用非言語轉換任務對西班牙語單語者和西班牙語-加泰羅尼亞語雙語者進行了研究，結果發現雙語者表現出較低的轉換代價。國內的學者利用威斯康辛卡片分類任務（WCST）在漢-英雙語者中同樣發現了雙語者的轉換能力存在顯著優勢（Dong & Xie, 2014）。

雙語兒童在認知轉換上的表現同樣比單語兒童要好，具體表現為雙語兒童能夠完成維度變換卡片任務（DCCS）的起始年齡更早（Martin-Rhee& Bialystok, 2008），同時在Go/No-Go 任務中，雙語兒童不僅得分更高而且速度更快（Engel de Abreu, Cruz-Santos, Tourinho, Martin, & Bialystok,2012）。Kovács 和Mehler（2009）通過有線索提示的轉換任務發現，在7 個月大的嬰兒中，有雙語經驗的嬰兒可以更快地根據線索調整尋找獎勵的方向，這說明即使在嬰兒期，雙語經驗的認知優勢效應依然存在。Akhtar 和Menjivar（2012）的研究采用了維度變化卡片分類任務（dimension change card sort task），在該任務中，先前習得的規則會對后續規則轉換后的任務造成干擾，使被試變得更加容易犯錯誤。而雙語兒童的錯誤率顯著地低于單語兒童，這說明雙語兒童可以更好地將先前的規則轉換為新的規則。

2.4 雙語經驗與工作記憶

雙語經驗對雙語者的工作記憶也有影響，工作記憶是指在任務加工過程中，對信息暫時的保持與操作的系統（Baddeley & Hitch, 1994）。Feng（2009）發現，在數字記憶廣度相同的情況下，雙語者比單語者的空間位置記憶能力更好，說明雙語者能夠更好地組織刺激材料以獲得更大的工作記憶容量。Baker（2013）發現雙語經驗對工作記憶的促進作用可能存在其他形式，實驗要求被試完成即時回憶測驗后5 天進行重測，結果發現5 天后雙語者對目標詞匯的記憶顯著多于單語者，即雙語優勢體現為減緩遺忘過程。Bialystok,Poarch, Luo 和Craik（2014）對雙語者的言語/非言語工作記憶進行了更為細致的研究，結果發現雙語者僅在非言語任務中有優勢，而言語任務的差異并不顯著。

在兒童群體方面，有研究選取了3 歲、8 歲和11 歲的兒童完成情節記憶任務（episodic memory tasks），結果發現雙語兒童在再認和復述上的表現均比單語兒童要好（Kormi-Nouri, Moniri, & Nilsson,2003）。Morales, Calvo 和Bialystok（2013）利用青蛙矩陣任務（frogs matrix task）發現，5 歲的兒童在工作記憶上依舊存在雙語優勢效應。Blom,Küntay, Messer, Verhagen 和Leseman（2014）為了分別探測雙語兒童和單語兒童在視空間記憶和言語記憶方面的差異，采用點矩陣任務（dot matrix）和找不同任務（odd-one-out）對工作記憶的視空間部分進行了探究，并采用正序及倒序數字回憶任務（digit recall/backward digit recall）對工作記憶的言語部分進行探究，結果發現雙語兒童在視空間記憶和言語記憶方面都比單語兒童要好。以往的研究更多是針對學前兒童和中學兒童進行研究，但近年來越來越多的研究開始關注嬰兒期的雙語經驗和學習，如Brito 和Barr（2014）在18 個月大的嬰兒身上發現有雙語經驗的嬰兒在模仿行為上要表現的更好。

但是與此同時，雙語者在工作記憶上是否存在雙語認知優勢效應仍存在爭議，Namazi 和Thordardottir（2010）選取15 名法語-英語雙語者、15 名法語單語者和15 名英語單語者進行了實驗，比較他們在言語工作記憶和視覺工作記憶上的差異，結果顯示雙語者與單語者的任務得分并無顯著差異。與之相類似，Ratiu 和Azuma（2015）在對52 名雙語者和53 名單語者的工作記憶容量測驗中，依舊沒有發現雙語認知優勢效應。由此我們發現，在對雙語經驗影響工作記憶的爭論當中，現有的研究普遍支持一種觀點，即雙語經驗可能并非直接影響工作記憶的廣度和容量，而是在語言切換的過程中，提升了認知操作的能力，從而在更高級的認知加工過程中體現出雙語認知優勢。

3 雙語經驗影響執行功能的作用機制

隨著腦成像技術的普遍運用，雙語經驗影響執行功能的作用機制正在逐漸明晰，目前學界普遍認同三種觀點，第一種觀點認為由于雙語切換和選擇的腦區和完成執行功能任務的腦區有所重疊，使得更高強度的雙語訓練可以增強個體的執行功能（Rodriguez-Fornells, De Diego Balaguer, &Münte, 2006）。如背外側前額葉是執行功能的核心腦區，個體在完成任務時背外側前額葉會被激活，同時當雙語者對兩種語言進行轉換和控制時，背外側前額葉也將被激活（Buchweitz & Prat,2013）。同樣在執行功能和雙語切換中均扮演重要角色的腦區還有基底神經節，它在語言加工過程中主要負責控制語言的選擇（Ullman, 2001）。執行功能的神經基礎即以背外側前額葉和基底神經節等腦區共同組成的聯結網絡（Abutalebi & Green,2007），雙語者在日常的語言切換過程中，與執行功能密切相關的神經網絡得到不斷訓練，因而使個體的執行功能得到增強。

第二種觀點認為，雙語經驗影響執行功能是在更為微觀的層面，即通過雙語訓練可以影響個體的神經系統可塑性，從而增強了雙語者的認知加工能力。前人的研究確實發現了雙語經驗對神經系統具有可塑性（M?rtensson et al., 2012； Hosoda,Tanaka, Nariai, Honda, & Hanakawa, 2013）。多數研究也發現各種經驗，如音樂學習會對相應的神經網絡產生顯著影響。雙語者在日常對話中需要執行功能選擇目標語言并且抑制非激活語言的干擾，在一定程度上增強了與執行功能密切相關的額葉、頂葉尤其是前扣帶回皮層（ACC）的激活（Dosenbach et al., 2007）。更多的證據來自于對雙語經驗可以延緩老年人認知老化的研究，如Luk,Bialystok, Craik 和Grady（2011）利用磁共振技術發現，雙語老年人與單語老年人相比，在腦功能尤其是白質組織上存在差異。說明雙語者的日常語言轉換訓練，即高強度的雙語經驗可以使他們激活更多與執行功能相關的腦區，增強個體的神經可塑性，從而在腦功能上增強了個體的執行功能。

第三種觀點則更多地著眼于雙語者在雙語訓練的過程中，更高強度的雙語經驗促進了左右腦的共同激活，從而提高了個體的認知加工能力。如Garbin 等人（2011）發現，在處理非語言的任務轉換時，單語者激活的腦區域是右下額葉和前扣帶回，而雙語者則表現為左下額葉皮層（IFG）的激活增強，該區域也被稱為雙語神經標簽，是重要的語言加工區域之一，它的激活增強說明雙語者在處理語言任務時需要更多認知資源，并帶來更大的認知負荷（Kovelman, Shalinsky, Berens, &Petitto, 2008）。Hull 和Vaid（2007）發現，不同的熟練度的雙語者，其大腦進行語言表征的區域有所不同。先天雙語者，即6 歲之前學習第二外語的個體，其語言表征的腦區呈現雙半球分布，而后天雙語者，即6 歲以后學習第二外語的個體，其語言表征為左半球控制。上述研究表明，雙語經驗可以增強個體的左右腦交流，進而促進雙語者的執行功能，使雙語者在任務加工過程中更有優勢。

雖然上述三種觀點都有其合理性，但是仍有一些學者持質疑態度，如現有研究僅僅證實雙語切換和選擇的腦區與執行功能的腦區有所重疊，但并不是完全重合；并且腦區的重疊并不能確切說明存在促進關系，腦區重疊的程度還與第二語言的熟練程度有關（Abutalebi & Green, 2007）。其次，關于雙語者腦的左右半球同時激活的解釋，可能并非由于雙語經驗存在促進作用，而是因為兒童期個體的腦可塑性最強，而到了青春期以后，個體的腦可塑性降低，需要其他腦區協同合作，才能完成語言信息的加工。最后，現有研究的證據大多來自于已經具備表達能力的雙語者的腦功能變化和行為學結果，對于年齡較小無法表達的嬰兒則較難使用腦成像技術加以研究。

4 總結與展望

第一，雙語教育和雙語經驗對于個人信息加工能力的影響是近年來國際研究的熱點問題。前人的研究發現雙語經驗確實會對執行功能產生影響，但其結果僅限于對“冷”執行功能的探究，如大量來自于抑制控制、認知轉換和工作記憶的研究證據。執行功能除了“冷”執行功能外，還包括“熱”執行功能。“熱”執行功能即由情境性的、高度情感卷入的刺激所誘發的認知過程。“熱”執行功能與情緒調節密切相關（Wagner et al., 2010； R??ner et al., 2017）。情緒調節是一種抑制、加強、維持和調整情緒喚醒來實現個人目標的能力（Eisenberg & Spinrad，2004），情緒調節能力對個體的人際交往、社會適應、學業水平和人格發展起到重要作用（Rydell, Berlin, & Bohlin,2003； Denham et al., 2011）。盡管如此，以往研究對“熱”執行功能的關注卻普遍較少。增強雙語教育和教學是否可以有效促進個體的“熱”執行功能，并對其未來的情緒調節能力帶來有益影響，是我們亟需解答的問題。

第二，進一步探究雙語經驗對工作記憶刷新功能的影響，尤其是對情緒背景下的工作記憶刷新功能的影響。既然雙語經驗對工作記憶的影響并非由于其直接對記憶的廣度和容量進行提升，那么在刷新功能上，雙語經驗是否會存在優勢效應，是我們需要進一步探討的問題。刷新功能是工作記憶系統中用于處理信息的核心功能，它是指根據新呈現的信息不斷更新工作記憶內容的過程，其主要作用是監控輸入的信息，用與當前任務相關較大的新信息來替換與當前任務聯系不大的舊信息，以不斷對記憶中的內容進行修正（Hamann, 2001）。情緒背景下的工作記憶刷新加工是相對于單一工作記憶刷新加工更為復雜的認知操作，與個體的情緒調節和社會適應具有重要關聯。已有學者對雙語經驗影響兒童在情緒背景下的記憶刷新做了探究，但是沒有發現顯著的結果（Janus & Bialystok, 2018）。可能的原因在于，該研究選取的8 ～ 11 歲被試，對情緒沖突可能更多地采用認知再評價等認知策略來調節，并且雙語經驗對抑制控制的促進作用在兒童早期最為顯著，隨著年齡的增長和神經系統的成熟，促進作用會減弱（Landry, 2011； Bialystok, 2014）。希望未來可以有更多的研究從行為學和認知神經科學的角度來探索雙語經驗對情緒背景下的工作記憶刷新功能的影響機制。

第三，雙語經驗作為影響執行功能的重要因素，提倡和優化雙語教育和學習顯得尤為重要。但是雙語經驗的影響效應可能會受到人群差異的調節，如兒童群體和老年群體。以往的研究對兒童群體的探討，實驗范式集中于延遲滿足任務，實驗類型更多地采用行為學實驗，而較少探究具體的神經機制等問題。兒童群體固然由于其特殊性，數據收集較為困難，但是，雙語學習的關鍵期（5～9 歲）和執行功能的關鍵期（3～6 歲）都處于兒童早期階段（Hernandez & Li, 2007； Yeganeh,2013）。早期的兒童第二語言學習可以有效地促進執行功能的發展（Yang, Yang, & Lust, 2011； Calvo &Bialystok, 2014），國際學者在雙語經驗對兒童腦認知功能的影響，以及如何優化雙語教學、培養雙語兒童等方面做了大量的研究（Petitto, 2009；Garcia-Sierra, Ramírez-Esparza, & Kuhl, 2016； Jasińska,Berens, Kovelman, & Petitto, 2017； Arredondo, Hu,Satterfield, & Kovelman, 2017）。反觀國內，在兒童的早期雙語教學上較少將心智、腦與教育相結合，我國學者陶云、馬諧、劉艷和俞先茹（2017）探究了教學模式對傣-漢雙語兒童漢語學習的影響，結果發現雙語雙文的教學模式更有利于傣族兒童漢語的學習。綜上所述，在現有雙語教學的基礎上，著重關注不同教學模式和雙語教學對兒童的學習能力和“熱”執行功能的影響，就顯得尤為重要。

第四，增加對老年人群體的關注度，進一步深入雙語學習對延緩腦老化和促進大腦可塑性的研究。在我國人口老齡化的趨勢逐漸加深的情況下，如何延緩老年群體的認知老化就成為了一個重要問題。長期第二語言學習和教育可以提高大腦可塑性，如有學者發現，在知覺轉換任務中，老年雙語者的表現要比老年單語者要好（Gold,Kim, Johnson, Kryscio, & Smith, 2013）。除此以外，第二語言學習還可以推遲阿爾茲海默癥的臨床癥狀（Mortimer, Alladi, Bak, Russ, & Duggirala,2014）。這說明老年群體進行第二語言學習，不僅在促進認知功能、提高執行功能方面起到重要作用，還可以促進腦結構和神經可塑性的發展，對于防患疾病也有重要意義。目前，在“熱”執行功能領域，對于老年人情緒調節和管理等方面的研究仍然較少，未來應著重探究第二語言學習對老年群體“熱”執行功能促進作用的研究。

第五，在雙語經驗促進“熱”執行功能的基礎上，進一步談及雙語學習對特殊人群的治療作用。如前人的研究發現，與正常人相比，患有反社會人格障礙的個體在“冷”執行功能上沒有顯著差異，但是在“熱”執行功能上卻表現出明顯的缺陷，在情感決策任務和抑制反應任務上的表現較差，這說明有人格障礙的個體可能在認知加工和信息處理上與正常人無異，而在情緒調節和抑制控制上有嚴重問題（Fitzgerald & Demakis,2007； Swann, Lijffijt, Lane, Steinberg, & Moeller,2009）。還有學者研究發現，成癮者（如酒精成癮、藥物成癮和網絡成癮）在執行功能上的障礙是導致其問題行為的關鍵，他們普遍在抑制控制上存在問題（Dong, Lu, Zhou, & Zhao, 2010）。雙語經驗可以使個體的腦區結構發生改變，尤其是前額葉和前扣帶回等與執行功能密切相關的腦區，在此基礎上可以通過系統有效的雙語學習和教育幫助有行為抑制障礙的個體，促進成癮和人格障礙患者的治療和康復。