短期語言切換經驗調控雙語者認知控制的研究分析

黃彥紅,何小敏,程 榮

(安徽工程大學 外國語學院,安徽 蕪湖 241000)

認知控制,又稱執行控制、執行功能,是個體以目標為導向,通過自上而下的方式,靈活調控其思想和行為的一種高級認知過程[1-2]。它能影響大腦對信息的感知、思考、決策等加工活動[3],其功能失調會導致諸如抑郁癥、精神分裂癥等心理及行為失常[4]。因此,有關認知活動和認知控制的關系研究,尤其通過認知活動訓練來增強個體認知控制的研究引起了廣泛關注。雙語經驗被認為是促進認知控制發展的一種有效方式。雙語者在進行非語言的認知加工活動時,會比單語者呈現出一定的認知優勢,即“雙語認知優勢效應”。盡管這一結論受到一些質疑[5],但更多的研究支持雙語經驗對認知控制的促進作用[2,6-7]。那么,作為雙語經驗的核心環節,雙語者的語言切換會如何影響他們的認知控制?越來越多的學者從心理語言學和神經科學的角度對此進行了實驗考察。本文將雙語切換短期經驗調控認知控制的理論解釋、研究范式、調控方式和結果四個維度闡述相關研究。

一、調控作用的理論解釋

ACH(The Adaptive Control Hypothesis,適應性控制假設)[8]和CPM(Code-switching Processing Model,語碼切換控制過程模型)[9]表明,雙語實踐與潛在的認知控制有關,為人們探索語言控制和認知控制之間的關系提供了理論動機。ACH認為語言控制過程與非語言控制過程的操作和協調的精確方式會隨著具體語境需求的變化而獲得適應性調整。在單語語境中,雙語者在不同場所(如辦公室和家里)使用不同的語言,因此,不存在頻繁的語言切換。在雙語語境中,雙語者在同一語境(如學校)中面對使用不同語言的對象會選擇使用不同的語言,因此,語言切換可能發生在話語之間。在密集切換語境中,雙語者常常會在話語內部交替使用兩種語言,因此,存在頻繁的語言切換。CPM假設,在單、雙語語境中,控制過程以競爭模式運行,以禁止非目標語言的干擾,涉及更多的整體控制。而在密集切換語境中,兩種語言聯合使用,需要保持高度活躍以適應快速變化的語言需求,控制過程以合作模式運行,在更大程度上需要沖突監測和局部控制。因此,與不經常進行語言切換的雙語者相比,經常進行語言切換的雙語者的認知控制及其潛在機制的加工方式會有所不同,語言控制對其他認知控制過程的影響可能是自適應控制系統整體變化的結果。可見,ACH和CPM為語言切換調節和監控非語言的認知控制任務表現提供了解釋框架。

二、研究范式

根據實驗設計,以往的研究大致可以分為三類。

其一是只設置語言任務或者非語言任務,用混合代價和切換代價作為指標,考察語言切換對認知控制的調節作用。混合代價,與混合語境中的多任務維護相關,體現持續的、全局的認知控制;一般以不同語境(單語和雙語切換)條件下執行相同任務時所產生的認知耗費差異量計量。切換代價,是指被試在進行任務切換時耗費的腦力資源,體現了瞬時的、局域的認知控制;一般以加工切換和重復任務的認知耗費差異量計量[7,10]。焦魯等[10]通過計算被試進行數字命名任務時的混合代價和切換代價,呈現了雙語者在進行語言切換訓練后認知控制成分的順序性變化,詮釋了語言切換促進“雙語認知優勢效應”的加工進程。

其二是跨任務適應范式,在當前應用得最為廣泛。研究者通常以ABABAB……的方式依次為語言任務A和非語言任務B,語言任務A涉及單語語境和切換語境。被試在完成一個試次的語言任務后,立即完成非語言任務。這種設計背后的原理是,雙語者在進行語言切換時會調用認知控制,并且這種認知控制的參與還會持續一段時間,因而能更好地解決后續非語言任務中的沖突,出現“沖突適應”[11]。相關研究一般設置四種實驗情境:切換—沖突任務、切換—不沖突任務、非切換—沖突任務和非切換—不沖突任務,通過對比分析不同語境下被試執行非語言任務時行為或腦電差異,探討雙語者的認知控制能力在語言切換訓練情境下的自適應調整進程[11-13]。盡管跨任務適應范式已獲得廣泛應用,但該范式仍有一定局限性[14]。在混合語言環境中,除語言處理和執行非語言任務之外,還會發生額外的切換(即語言任務向非語言任務的切換),而這個過程也有可能會影響個體的認知控制表現,給衡量語境任務中(即語言切換)個體的認知行為表現增加了難度。

其三是Block(組塊)范式,將語言任務和非語言任務分別作為獨立的Block呈現,要求雙語者在完成一系列語言任務之后,再完成非語言任務。這種設計可以克服跨任務適應范式的上述局限性,允許在不同的語境任務中測量認知控制,不需要在語言任務和非語言任務之間進行反復切換,因而更易于測量和監控語言切換加工對個體認知控制的影響進程。Jiao等[2]設置了帶有瞬時切換的二個實驗,實驗一要求被試在完成含有和不含語言切換訓練的圖詞匹配任務后,分別執行判斷箭頭方向是否一致的Flanker(側抑制)任務,通過計算不同語境下的Flanker效應量,揭示語言切換經驗的瞬時調節作用;實驗二要求被試在完成含有和不含切換訓練的形狀—顏色任務后,分別執行Flanker任務,檢驗被試在實驗一中認知控制能力的變化是否源自語言切換訓練的調節,進一步考察了語言處理對調節認知控制的重要性。

三、對認知控制加工方式的調控

根據雙重認知控制理論[15],認知控制可分為主動性控制和反應性控制。主動性控制通過持續主動控制機制調整競爭任務集的激活,級別來實現。它由早期的、持續的DLPFC(Dorsolateral Prefrontal Cortex,背外側前額葉皮層)激活所支撐,伴隨著多巴胺能對背景(顯著)線索的反應。在即將發生的目標事件的驅動下,主動性控制會依賴目標線索對認知資源產生偏見,因此可以在潛在干擾發生之前進行預測和預防,所以它是一種受線索驅動的、自上而下的全局性控制。相反,反應性控制是對特定目標事件的回應,是在突發事件后重新引導注意力的一種“后期糾正”機制,由ACC沖突監測系統或時間聯想記憶區域觸發的短暫的DLPFC激活所支撐的。它源自由先前試驗中任務集的激活引起的干擾解決,通過刺激激活后的瞬態反應控制機制實現,因此,是一種探測驅動的、自下而上的局域性控制。雙語加工過程中的主動控制是通過在語言被激活之前調整語言的激活水平來實現的,從本質上來說,更具有持續性、穩定性和全局性(非試驗特異性)。而反應性控制則與短暫激活兩種語言后對非目標語言干擾的消解有關,由刺激激活后的瞬時反應控制機制解決,是短暫的和局部的(試驗特異性)[16-17]。

Zhang等[18]分析了雙語被試在接受為期10天的圖片命名訓練前后執行AX-TCP任務(the AX version of the Continuous Performance Test,AX持續表現測試)時的行為數據和ERP(Event-related Potentials,事件相關電位)數據,發現,語言切換的短期訓練改變了AX-CPT任務的表現,發現只有實驗組主動控制的行為測量,即目標發生前的目標維持,在訓練后階段顯著大于訓練前階段,表明主動控制發生了轉移;其次,訓練引起N2平均波幅的增加。N2是刺激呈現200ms左右,在中央頂區達到波峰的負波。N2平均波幅的增加,說明經歷語言切換加工訓練的被試需要將更多的注意力資源分配給線索檢測,語言切換加工訓練能增強雙語者的主動控制能力。與之不同,Timmer等[7]通過對被試進行為期一周左右的語言切換訓練(實驗組)或單一語言命名訓練(控制組),對比兩組被試在語言切換訓練后執行非語言任務(顏色—形狀任務)時的混合代價和切換代價。結果發現,語言切換訓練可以顯著降低切換代價;其次,在訓練后,兩組被試執行認知控制任務時的混合代價都明顯降低。這說明,短期語言切換訓練能增強個體的反應性控制能力,但不會對個體的主動性控制產生影響。上述研究結果的差異,可能源自實驗設計的不同。Ma等[17]發現,隨著CSI(Cue-Stimulus Interval,線索刺激間隔)的延長,切換代價和混合代價都會降低,說明較長的準備和反應時間有助于克服反應性抑制和主動性控制。在RCI(Response-Cue Interval,線索反應間隔)越短,切換代價的非對稱性越明顯;而只有RCI較長時,才會出現非對稱的混合代價。這些發現為反應性抑制隨時間的消散提供了證據,并證明較長的準備時間會使主動性控制機制對兩種語言的相對熟練程度更敏感,導致對L1(一語)更強的主動性控制。可見,反應性控制和主動控制并不完全相互獨立,而是相互依賴且具有動態性特征,會隨加工語境和雙語切換過程的變化而變化。

四、對認知控制加工系統的調控效果

抑制控制和沖突監控是語言切換中使用的兩個主要加工系統[19-20]。具體來說,雙語者監測交際環境中的沖突(即跨語言干擾),尋找觸發語言切換的變化,然后啟動語言控制過程來抑制跨語言干擾。

1.短期語言切換經驗對抑制控制的調節

抑制控制,又稱抑制,是指個體通過抑制優勢反應或抑制來自競爭刺激的干擾來解決沖突的過程[19]。來自腦成像的研究表明,雙語者在進行語言切換時,大腦活動區域與認知控制大腦網絡有一定的重合。在語言切換時,ACC(Anterior Cingulate Cortex,前扣帶回)、IFG(Inferior Frontal Gyrus,額下回)、preSMA(pre Supplement Exercise Area,前補充運動區)、DLPFC都可能參與語言抑制[21]。

在語言產生中,抑制一般用混合代價和切換代價來測量。研究顯示,雙語者會通過抑制和解除抑制實現兩種語言之間切換[19,22]。以圖片命名為例,呈現在雙語被試眼前的刺激圖片會引發他們語言系統內雙語詞匯的共同激活,因而在大腦內部產生沖突。此時,雙語者需要根據刺激線索抑制非目標語詞匯,以產出恰當的目標語詞匯,抑制能力隨之得到強化。Kang等[23]對中英雙語者進行了為期8天的語言切換任務訓練。結果顯示,切換試驗比非切換試驗誘發了更大的負向N2成分,表明經歷語言切換加工的雙語者在詞匯選擇時,會花費更多的認知資源施加抑制,即雙語者在切換語境中對優勢語L1的抑制需要花費更多的認知資源。他們還報告,實驗組在圖片命名后測時,N2峰潛伏期會提前,而對照組沒有變化,這說明語言切換訓練有利于語言競爭中的沖突解決。

在語言理解中,一般用Flanker任務、Stroop(斯特魯普)任務、Simon(西蒙)任務、Stop-signal(信號終止)任務、Go/No-go任務等非語言任務測量抑制能力。Wu和Thierry[12]首次揭示了雙語加工處理與認知控制尤其是抑制的在線交互作用。他們發現,被試在雙語切換語境中執行Flanker不一致性任務時,錯誤率更低,P300成分的波幅也更小。P300是由刺激誘發的潛伏期約300ms的晚期正波,其波幅大小反應了抑制強度。實驗中,P300的波幅變小,說明抑制能力增強,即語言切換加工會促進個體抑制能力。也有研究發現,與閱讀不含切換的句子相比,被試在閱讀含有語言切換的句子后,執行Flanker不一致性任務時,反應更快,錯誤率更低。這可能是因為被試在進行語言切換加工時,需要調用認知控制程序,克服句子會繼續使用同一種語言的期望,抑制無關信息,解決當切換發生時不可避免地在詞匯、語音和語法等多層面出現的跨語言表征競爭,并且這種抑制遷移到隨后的認知控制任務中。這說明,在處理沖突時,雙語切換增強了被試抑制無關信息的特定能力,從而有助于促進非語言任務中的沖突解決。Kalamala等[24]以自然會話場景中的雙語者為被試,以Stop-signal任務和Stroop任務測量抑制能力,采用行為研究和ERP研究相結合的方式,考察語言切換對抑制的影響。與前兩個研究不同的是,該研究未發現行為測量結果的差異。但與Wu和Thierry[12]類似,發現了ERP成分的認知差異量。具體來說,雙語者在經歷雙語加工尤其是L1切換到L2(二語)的加工后,執行抑制任務中產生的混合代價更小,體現在非一致性任務和一致性任務時,P3(P300)和N450的差異更小。對ERP成分的調節表明,語言切換加工增強了與抑制相關的神經機制。

為考察語言切換加工作用于抑制能力內在加工進程,有研究將抑制進一步分為克服由競爭性刺激引起的沖突的干擾抑制和克服由優勢反應傾向引起的沖突的反應抑制[25]。劉聰等[26]設計了2個實驗,要求被試先后完成有線索提示的數字命名任務和面孔任務,通過分析雙語者在經歷語言切換前后的認知控制成分差異量和被試在不同命名任務中的行為表現差異性,揭示語言切換對認知控制的影響。結果發現,經歷語言切換加工的雙語者在反應抑制任務中的反應明顯加快,在干擾抑制任務中的反應速度變慢,說明語言切換加工促進了非平衡雙語者反應抑制的發展,但對其干擾抑制卻形成了阻礙。這與范小月等[27]的研究結論不同,后者顯示雙語者的干擾抑制顯著優于單語者,而在反應抑制上沒有出現明顯差異,他們認為雙語優勢效應是長期語言使用雙語的結果。而劉聰等的研究考察的是語言切換加工對抑制的即時影響,在即時語境中,雙語者因為不熟悉語言切換過程,可能要耗費更多的認知資源關注任務需求和線索提示,這有利于發展其反應抑制成分。因為雙語者的認知資源儲備是有限的,隨著反應抑制耗費資源量的增多,分配在干擾抑制成分上的資源相應減少,從而阻礙了干擾抑制的發展。隨著語言切換經驗的積累,雙語者對切換流程日漸熟悉,耗費在反應抑制上的認知資源量就會減少。此時,語言間的順利切換,可能主要通過排除對非目標語干擾的抑制來實現的,所以在干擾抑制上呈現出優勢效應。

2.短期語言切換經驗對沖突監控的調節

沖突監控,或監控,是指個體監控環境中的沖突或信號的能力[17]。研究認為,大腦額葉中的特殊區域ACC,能檢測到沖突,允許由DLPFC調節的注意力控制在線轉移[28],這會頻繁地調節認知控制。更具體地說,當與任務有關的輸入和與任務無關的輸入自動引發相互競爭出現差異時,沖突監測系統會檢測到這種競爭差異,以減少與任務無關的維度對反應選擇的影響,提高認知控制水平。

在語言產生層面,Jiao等[13]采用跨任務適應范式,用圖片命名任務設置語言背景,用Flanker任務考察認知控制能力。結果發現,與單語語境相比,混合語境中的被試在執行Flanker任務時,誘發了更大波幅的N2和較小波幅的P3及LPC(Late Positive Component,晚期正成分),而且這種差異性在Flanker一致性任務和不一致性任務中相似。因此,研究者認為,語言切換加工更多地依賴沖突監控機制來識別目標刺激的關鍵特征。但該實驗并沒有發現被試在反應時上的差異。與之不同,Struys等[29]直接研究了執行控制(Simon任務)和雙語語言理解(語言分類)的相互作用,提供了雙語參與者的語言理解和執行控制之間密切相關的證據。在這項研究中,研究者們通過對分類任務測度和Simon任務測度的相關分析,檢驗了語言控制和兩個控制域之間的關系。結果顯示語言控制措施在分類任務和Simon任務的整體反應時之間存在相關性,但語言控制措施和Simon效應之間沒有相關性,驗證了監控在語言控制和執行控制的相互作用中的重要作用,這在Jiao等[2]采用獨立呈現語言任務和非語言任務的Block范式的研究中也得到了證實。可見,語言切換加工會對一般認知監測產生短期適應的關鍵作用。

結語

雙語者的語言控制過程會自發適應所處加工語境而做出調整。以混合代價和切換代價為指標,以往的研究通過測量雙語者執行雙語切換任務、交替或先后執行雙語切換與非語言任務時的認知資源耗費差異量,考察了個體短期雙語切換經驗對認知控制的影響。結果發現,短期雙語切換經驗對能調節雙語者的認知控制方式,隨著實驗設計的不同,能在不同程度上影響個體的主動性控制和反應性控制,因為主動性控制和反應性控制具有動態性。其次,短期切換經驗能夠調節個體的抑制能力和監控能力,這主要體現在短期語言切換能刺激ACC、IFG、preSMA、DLPFC等不同腦區的活動,在N2、P3、LPC等不同的腦電成分上會誘發不同的波幅差異性,并體現在行為表現中。但不論是ACC等腦區,或者是N2等腦電成分,它們究竟反應的是抑制還是監控,不同的研究會隨著自身研究目的的不同而給出不同的結論,這就缺乏一定的客觀性。今后的研究應注意研究方法和實驗語境的標準化和客觀性,兼顧認知控制的動態性,從認知控制整體和分離的角度多方面深入考察語言切換加工經驗對認知控制的影響。