基于腦功能調適的閱讀學習與訓練研究

楊劍峰

學習閱讀的兩個關鍵點

閱讀是建立視覺詞匯與語音/語義系統聯結的過程。在本質上，閱讀學習與一般技能的學習一樣，都需要經過以下幾個環節：先是建立最初的行為方式，然后經過反復練習達到熟練程度，再經過長期的經驗積累形成特異化的大腦神經回路。從最初行為方式的建立到特異化神經回路的形成，有兩個關鍵點：第一個關鍵點是需要反復地練習以達到熟練，第二個關鍵點是需要長期的經驗積累才能形成特異化的神經回路。

這兩個關鍵點意味著學生在學會閱讀的過程中，面臨著巨大的挑戰。第一個關鍵點是反復練習。要求學生要想掌握一個知識或獲取一項技能，需要付出大量的時間和精力來反復練習，這是學生學習面臨的巨大壓力，成為許多學生學習痛苦的根源。第二個關鍵點是需要長期的經驗積累，它在閱讀過程中發揮了重要作用。2014年的一項研究中，被試選取的是一組大學生，他們都通過了六級考試。研究者對比了他們在閱讀中文和英文時的大腦激活，結果發現無論是閱讀詞匯還是句子，他們在兩種語言材料上都表現出很大的腦區激活差異。也就是說，即便是經過了多年學習的英語高水平大學生，他們也沒有形成相同的腦激活模式，關鍵是他們的腦激活也沒有像英語母語者一樣。綜上，我們可以了解到，這兩個關鍵點都極大地限制了在大腦神經回路上的“學會”閱讀。

長期以來，研究者都試圖清晰地揭示出閱讀學習的影響因素，試圖回答如何才能更好地學會閱讀這一問題。前人研究得到的影響因素大體可以歸結為教育、環境以及個體的基因，闡明清楚這些因素對于改善環境促進學習來說肯定是積極的，但無論歸結到哪個方面的因素，對于閱讀學習和訓練似乎都是消極的。尤其是歸結到基因方面，似乎就注定了個體終將無法學會。而教育面臨的現實問題是，無論個體出生于什么樣的家庭、社會經濟地位如何、先天的基因基礎如何，我們都需要個體能夠學會閱讀。近年來的腦科學研究為實現這個目標提供了可能。

基于神經調適的閱讀學習與訓練

在閱讀學習的基本過程中，“學會”閱讀的終極目標是建立合適的大腦神經回路。隨著腦科學技術的迅速發展，我們能否利用腦科學的研究發現突破傳統學習過程的困難，讓個體學得更快、更好？基于神經調適的腦功能增強技術，我們對這一問題回答是肯定的，可以從閱讀學習和訓練的神經調適相關研究切入。

基于神經調適的閱讀學習與訓練，需要解決一系列的問題。首先需要建立腦區功能與閱讀加工之間的因果聯系，只有建立了腦區活動與閱讀行為之間的關聯，才能對該腦區進行干預和調適，從而增強閱讀學習，最終起到事半功倍的效果。

以漢字獨特的語義加工為例，說明能否建立語義加工與腦區功能之間的因果聯系。我們知道，大約80%的漢字是形聲字，在2018年的一項研究中，我們操縱了形旁語義與整字語義的表義性，比如“钅”與金屬相關，而帶金字旁的漢字都與金屬相關，金字旁具有強表義屬性;而“阝”的表義性就比較弱，它并不能為整字（如“限”）提供語義線索。強/弱表義的形旁分別與不同的聲旁組合，有些能構成真字，有些組合是不存在的假字。我們具體建構了4類漢字，讓被試在核磁共振成像（MRI）設備中判斷這些漢字材料是否為真字，設備記錄被試的大腦活動。通過分析，我們識別出了4個語義加工的關鍵腦區：顳中回中部和后部區域，以及角回（AG）和顳前回（ATL）。其中角回同時對整字語義和形旁語義敏感，并不對二者的相互作用敏感。而顳前回同時對形旁和整字語義敏感，還對二者的交互作用敏感，表現出兩種語義整合加工的特點。

語義整合是閱讀過程中必不可少的加工，比如閱讀雙字詞，需要將兩個漢字的意義結合起來理解整字的意義。我們進一步通過實驗來探討這種雙字詞語義整合的腦機制。通過近紅外光學成像技術，實驗者讓被試閱讀三類雙字詞：透明詞，如“熾熱”的每個字義與整詞語義都是相同或者相近的;不透明詞，如“風流”的每個字義與整詞語義都是完全不同的;單語素詞，如“伶俐”的兩個漢字不具有獨立的字義，僅具備一個整詞語義。通過將單語素詞與前兩類雙字詞對比，可以識別出語素整合加工，而通過透明詞和不透明詞的對比，可以識別出語義整合加工。結果發現，大腦左側角回表現出透明度效應，加工透明詞要比加工不透明詞的血氧濃度變化更大;而左側顳前回沒有表現這種透明度效應，卻表現出單語素詞與兩種合成詞之間的差異。從而識別出在詞匯整合加工中，角回主要負責語義加工，而顳前回主要負責語素形態加工。

為了進一步建立角回和顳前回與詞匯整合加工的因果聯系，我們使用經顱磁刺激技術來干預它們的激活。通過對上述腦區分別施加40秒磁刺激來抑制其活動，并結合近紅外光學成像技術，直觀有效地觀測腦區的激活變化。我們發現，角回受抑制之后，透明度效應消失，而顳前回腦區受損之后，語素整合效應消失。研究結果從因果聯系的角度表明，在詞匯整合中角回負責語義整合加工，而顳前回負責語素形態整合。

該研究為腦功能調適的閱讀學習和訓練提供了極大的信心。當給大腦施加刺激干預之后，大腦的反應模式的確發生了改變，不僅建立了閱讀加工與腦區活動之間的因果聯系，而且也為腦功能調適技術的應用提供了實證依據。據此，我們可以得出肯定的結論，只要對特定腦區進行適當的刺激，就能對其功能起到相應的調適作用。

基于神經調適的閱讀學習與訓練，需要解決的另一個重要問題，就是如何從腦科學的研究視角出發，展開進行閱讀學習與訓練。對于這個問題，至少有三個方面的途徑可以展開探討。第一，針對特定腦區在閱讀中的功能，設計和開發特定的行為任務，讓被試進行針對性地訓練即可達到腦區功能的改善，從而建立合適地閱讀神經回路;第二，腦功能增強的閱讀學習/訓練技術，主要是識別腦區與閱讀任務的因果聯系之后，直接對該腦區施加刺激的同時訓練閱讀，以快速提升其腦區功能，并建立它與閱讀行為之間的聯系;第三，則是通過神經反饋技術，在閱讀訓練任務中即時反饋讓被試調節特定腦區的活動，從而快速建立合適的閱讀神經回路。

這里以第二種方法為例，簡要介紹神經調適技術如何改變腦區活動，從而促進閱讀學習，最終達到提升學習效果的目的。拼音文字的閱讀研究發現，大腦左側顳頂交接（TPC）區域主要負責形素到音素的對應加工，增強TPC的激活能否促進被試對于形素到音素的學習。2017年的一項研究對此進行了探討。在實驗過程中，漢語母語者被試進行人造語言的學習，建立詞形與語音的對應關系，每次學習之前對被試施加20分鐘的微弱直流電刺激以增強TPC腦區的活動。一種方式是整詞學習，讓被試直接記憶詞形與其讀音之間的對應;另一種方式是形-音轉換的拼讀學習，讓被試建立形素到音素的轉換規則。結果發現，增強TPC腦區功能有效地促進了形-音轉換的閱讀學習，而且，這種促進作用具有一定的持續作用。這就表明對增強特定腦區的功能，能夠對閱讀學習/訓練起到極大的促進作用。

綜上，基于神經調適的閱讀學習與訓練是完全可行的。腦科學研究已經在技術上解決了一些基本問題，能夠建立腦區功能與閱讀加工的因果聯系，也能夠通過增強腦區活動來促進閱讀學習。如果將已有研究發現的閱讀相關腦區都揭示出它們與閱讀加工之間的因果聯系，再基于此設計特定的腦區增強的閱讀訓練，能夠極大提高閱讀學習和訓練的效果。

重要的是，基于神經調適的學習和訓練在保證達到提升學習效果的同時，將直接跳過前面介紹的學習中最困難的部分，學生不需要大量地反復練習就可以直接建立最合適的神經回路，從而以最快速、高效的方法來“學會”閱讀。