姜 珊 郭秀艷 凌曉麗 鄭 麗
(1.華東師范大學心理與認知科學學院,上海 200062;2.上海政法學院政府管理學院,上海 201701;3.復旦大學老齡研究院,上海 200433;4.山東師范大學心理學院,濟南 250358)
遠距離結(jié)構(gòu)是一種相鄰元素之間沒有順序限制,多個元素在時間或空間上間隔一定距離的結(jié)構(gòu),這一結(jié)構(gòu)廣泛存在于自然語言(Wilson et al.,2018)、音樂、生物運動等人類生活的諸多領(lǐng)域。例如,英語中助動詞和詞素之間存在遠距離的對應關(guān)系(is walking;has walked)、定語從句中包含復雜的層級嵌套結(jié)構(gòu){The boy [the girl(the woman admires)loves]likes the dog};漢語中詩歌、對聯(lián)中包含遠距離的平仄層級結(jié)構(gòu)(平平仄仄平——仄仄平平仄)等。音樂領(lǐng)域中不同的音樂形式(如西方古典音樂、爵士 樂 等,Cheung,Meyer,F(xiàn)riederici,&Koelsch,2018)都存在與自然語言語法結(jié)構(gòu)極為相似的遠距離結(jié)構(gòu)(Lerdahl & Jackendoff,1983;Rohrmeier,Zuidema,Wiggins&Scharff,2015)。而在生物運動領(lǐng)域,也存在一些動作上的遠距離層級結(jié)構(gòu)以及遠距離對稱關(guān)系(Dienes,Kuhn,Guo,& Jones,2012;Zhang et al.,2020)。
在不同領(lǐng)域的遠距離結(jié)構(gòu)中,語言領(lǐng)域的遠距離結(jié)構(gòu)尤其受到了研究者的關(guān)注。早在1957 年,喬姆斯基提出了對語言學、數(shù)學、計算機科學及人工智能領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響的句法層級結(jié)構(gòu)理論,在這一理論中,他闡明了遠距離結(jié)構(gòu)在自然語言句法領(lǐng)域的重要地位(Chomsky,1957)。喬姆斯基按照生成能力和復雜程度將句法結(jié)構(gòu)分成限定狀態(tài)語法(finite state grammar)和超越限定狀態(tài)的短語結(jié)構(gòu)語法(phrase structure grammar)。限定狀態(tài)語法包含有限數(shù)量的“狀態(tài)”(例如,單詞),以及這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換概率,前一個“狀態(tài)”與后一個“狀態(tài)”存在限定的依賴關(guān)系,是一種簡單的相鄰語法結(jié)構(gòu)。例如,在自然語言中,相鄰單詞之間存在簡單的依賴關(guān)系,構(gòu)成短語(“The dog”“on the sidewalk”“near the tree”);相鄰的短語之間存在依賴關(guān)系,構(gòu)成句子[The dog(on the sidewalk)(near the tree)]。然而,人類語言具備無限生成能力,限定狀態(tài)語法過于簡單,不足以描述人類語言的復雜結(jié)構(gòu),語言的使用需要掌握超越限定狀態(tài)的短語結(jié)構(gòu)語法。短語結(jié)構(gòu)語法是人類語言的重要組成部分,具備強大的生成能力,能將一串句子嵌入到另外一串句子中(例如,定語從句中包含的句子嵌套),生成更為復雜的遠距離句法結(jié)構(gòu)(李菲菲,喬福強,& 郭秀艷,2013;Fitch &Hauser,2004)。
在人類語言獲得過程中,加工遠距離句法結(jié)構(gòu)的能力是理解和構(gòu)建復雜句法結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),是學習和駕馭語言的重要前提。近期的跨物種研究發(fā)現(xiàn),人類和靈長類動物(如猴子、類人猿)都具備對遠距離結(jié)構(gòu)的敏感性,表明加工遠距離結(jié)構(gòu)的能力在人類語言出現(xiàn)的4000 萬年前就已具備,是一種重要的祖先特征(Watson,Burkart,Schapiro,Lambeth,&Townsend,2020)。一些發(fā)展性研究也揭示了人類在嬰兒時期就已經(jīng)能夠識別符合遠距離結(jié)構(gòu)的無意義音節(jié)序列(Gómez,2002;Gómez & Maye,2005)。而成年人不僅能夠在有外顯線索的條件下獲得遠距離結(jié)構(gòu),也具備在更接近自然狀態(tài)語言獲得模式的內(nèi)隱學習條件下習得遠距離結(jié)構(gòu)的能力(Dienes & Longuet-Higgins,2004;Jiang et al.,2012;Kuhn & Dienes,2005,2006;Li,Jiang,Guo,Yang,& Dienes,2013;Ling,Li,Qiao,Guo,& Dienes,2016;Qiao et al,2018;Rohrmeier,F(xiàn)u,& Dienes,2012;Zhang et al.,2020;李菲菲&劉寶根,2017)。鑒于遠距離結(jié)構(gòu)在語言領(lǐng)域中的重要地位,近十幾年來,研究者們圍繞人類如何學習遠距離結(jié)構(gòu)展開了眾多的研究,取得了大量的研究成果。本文聚焦于語言領(lǐng)域的遠距離結(jié)構(gòu),在人工語法范式的背景下,系統(tǒng)總結(jié)了遠距離結(jié)構(gòu)的種類,梳理了促進遠距離結(jié)構(gòu)學習的一系列額外線索,從神經(jīng)層面探討了Broca 區(qū)在遠距離結(jié)構(gòu)加工中的作用,并對未來的研究提出了展望。
在探討遠距離結(jié)構(gòu)學習過程中,研究者常采用Reber 于1967 年首創(chuàng)的人工語法范式,這一范式能夠排除先前的語法知識和語義信息的干擾,在限定狀態(tài)人工語法學習的研究中被廣泛使用(Batterink,Paller,& Reber,2019;郭秀艷,姜珊,凌曉麗,朱磊,唐菁華,2011;張劍心,湯旦,李瑩麗,劉電芝,2016)。使用這一范式時,首先需要基于自然語言中已有的結(jié)構(gòu)人為地創(chuàng)設(shè)一種語法規(guī)則,以這套規(guī)則生成一系列符合規(guī)則的序列串,讓被試在有明顯的外顯指導或者沒有提示的內(nèi)隱學習條件下進行學習,隨后的測驗要求被試對一系列序列串進行分類判斷,考察語法知識的習得情況。
在先前研究中,研究者創(chuàng)設(shè)了不同種類的遠距離人工語法規(guī)則,其中按照復雜程度由低到高,比較受關(guān)注的規(guī)則有:遠距離對應關(guān)系A(chǔ)XB 規(guī)則、遠距離層級結(jié)構(gòu)AB規(guī)則以及人工唐詩規(guī)則,下面我們將詳細闡述這些人工規(guī)則以及它們在自然語言中所對應的句法結(jié)構(gòu)。
在遠距離結(jié)構(gòu)的研究中,最簡單的遠距離規(guī)則為AXB 規(guī)則(見圖1),其中元素A 和元素B 存在遠距離的對應關(guān)系(non-adjacent dependency,NAD),這種關(guān)系和中間的X 無關(guān)。這一規(guī)則是自然語言復雜句法結(jié)構(gòu)的前身,是理解和構(gòu)建更為復雜的句法結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)(Wilson et al.,2018)。研究者在探討A 和B 的對應關(guān)系時,會考慮以下幾種情況:①A 元素和B 元素存在一一對應的關(guān)系(見圖1a 中的三對對應關(guān)系),例如,在英語中,存在時態(tài)的遠距離一致性(is walking;has walked);②A 和B 存在類別對應(見圖1b),類別A 對應類別B,例如,在英語中,存在主語的名詞——謂語動詞數(shù)的遠距離一致性(“the dog[down the street] barks”vs. “the dogs [down the street]bark”)。為了獲得這種規(guī)則,被試首先需要習得哪些元素屬于哪個類別,然后習得類別間的對應關(guān)系。這一方法的優(yōu)勢在于可以在測驗階段創(chuàng)設(shè)不同材料考察規(guī)則的遷移,在更為復雜的遠距離層級結(jié)構(gòu)規(guī)則的研究中也經(jīng)常使用。
圖1 遠距離對應關(guān)系A(chǔ)XB 規(guī)則
由于研究者可以選擇不同的對應關(guān)系控制規(guī)則的難度,這就使得AXB 規(guī)則在探討遠距離規(guī)則的學習時適用的人群范圍較廣。而在學習方式的選擇上,采用人工AXB規(guī)則的研究大多采用更加符合自然狀態(tài)下語言獲得的模式,在學習階段并不給予被試明顯的外顯指導和反饋,結(jié)果發(fā)現(xiàn)嬰兒、兒童和成年人在學習階段能夠習得遠距離對應關(guān)系A(chǔ)XB 規(guī)則(Frost & Monaghan,2016;Gómez,2002;Gómez & Maye,2005;Kant et al.,2020;Marchetto & Bonatti,2013;Mueller,F(xiàn)riederici,&Mannel,2012;Pena,Bonatti,Nespor&Mehler,2002;van den Bos,Christiansen,& Misyakvan,2012;Vuong,Meyer,& Christiansen,2016;Zettersten,Potter,&Saffran,2020)。
在遠距離對應關(guān)系A(chǔ)XB 規(guī)則的基礎(chǔ)上,可以衍生出更為復雜的遠距離層級結(jié)構(gòu)AB規(guī)則,其中元素A 和元素B 存在n個層次的遠距離對應關(guān)系,具體包括核心嵌套結(jié)構(gòu)和交叉結(jié)構(gòu)兩種(見圖2a 和2b)。在自然語言中,AB規(guī)則對應了更為復雜的句法結(jié)構(gòu),例如,英語中的核心嵌套結(jié)構(gòu)(center-embedded dependencies,“The mouse the cat the dog chased bit ran away”)、交叉結(jié)構(gòu)(crossed dependencies,“Tenzin,Trinley,and Tumpo wore yellow,black,and red hats,respectively”),荷蘭語中的交叉結(jié)構(gòu)(“Aad heft Jantje de lerares de knickers laten helpen opruimen.”)等。相對于AXB 規(guī)則中僅包含A 和B 的單層對應關(guān)系,對于遠距離層及結(jié)構(gòu)AB規(guī)則的加工需要同時識別和處理多個對應關(guān)系(Petkov&ten Cate,2019),帶來了額外的認知負荷(Wilson et al.,2018)。
圖2 遠距離層級結(jié)構(gòu)AnBn 規(guī)則(以n=3為例)
采用遠距離層級結(jié)構(gòu)AB規(guī)則的研究發(fā)現(xiàn),在學習階段有明確的外顯提示或者反饋的條件下,被試能夠習得這一結(jié)構(gòu)(Bahlmann,Schubotz,& Friederici,2008;Friederici,Bahlmann,Heim,Schubotz,& Anwander,2006;Lai & Poletiek,2011;Mueller,Oberecker,& Friederici,2009);此外,在沒有明顯的外顯提示及反饋的無意學習條件(Poletiek et al.,2018)以及包含簡單的意識性測量的內(nèi)隱學習條件下(Uddén,Ingvar,Hagoort,& Petersson,2012,2017),被試仍然表現(xiàn)出對這一規(guī)則的敏感性。
以上兩種規(guī)則都是以非聲調(diào)語言中的字母或者音節(jié)為載體創(chuàng)設(shè)規(guī)則,與非聲調(diào)語言不同,作為聲調(diào)語言之一的漢語語音體系包含音節(jié)和聲調(diào)兩個維度,使得漢語聽起來更具有起伏感和韻律感,這一特點在唐詩的平仄格律中表現(xiàn)得尤為明顯(例如,平平仄仄平——仄仄平平仄)。也正是受到唐詩這一特點的啟發(fā),研究者嘗試采用漢語語音體系中的特征——聲調(diào)為對象,創(chuàng)設(shè)了以人工唐詩規(guī)則為基礎(chǔ)的漢語聲調(diào)遠距離映射范式。在創(chuàng)設(shè)人工唐詩規(guī)則時,通常設(shè)置長度為10 的無意義聲音串,其中前五個音和后五個音在聲調(diào)的平仄維度上存在遠距離的交叉映射結(jié)構(gòu)(見圖3)。由于漢語語音包含音節(jié)和聲調(diào)雙維度,可以保證音節(jié)隨機的基礎(chǔ)上,將規(guī)則設(shè)置在聲調(diào)上,且聲調(diào)存在四聲和平仄兩個水平。因此,與上述單維度的遠距離層級結(jié)構(gòu)AB相比,這一規(guī)則更為復雜和隱蔽,尤其適合用來探討對復雜規(guī)則敏感的內(nèi)隱學習的特征。
圖3 人工唐詩規(guī)則樣例
Jiang 等(2012)的研究在同時控制組塊強度和重復結(jié)構(gòu)等表面相似性的基礎(chǔ)上,運用結(jié)構(gòu)知識(structure knowledge)這一嚴格的意識性測量方式探討了人工唐詩規(guī)則的內(nèi)隱習得。結(jié)果發(fā)現(xiàn),被試能夠內(nèi)隱地習得人工唐詩規(guī)則。隨后的研究進一步證明了人工唐詩規(guī)則的無意識可習得性(Li et al.,2013;Ling et al.,2016;Qiao et al,2018;李菲菲& 劉寶根,2017)以及靈活的遷移能力(姜珊,郭秀艷,楊靖,馬聞笛,2014;姜珊&關(guān)守義,2018)。
綜上所述,采用AXB 規(guī)則、AB規(guī)則以及人工唐詩規(guī)則探討遠距離結(jié)構(gòu)學習的研究證明了被試能夠習得遠距離結(jié)構(gòu),尤其具備在更接近自然語言獲得方式的內(nèi)隱學習條件下獲得這一結(jié)構(gòu)的能力。然而,遠距離結(jié)構(gòu)不僅僅存在于語言領(lǐng)域,還廣泛存在于視覺空間、音樂、生物運動等領(lǐng)域。非語言領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn),在意識層面和無意識層面,人們都表現(xiàn)出了對遠距離結(jié)構(gòu)的敏感性。例如,被試能夠外顯地習得音樂(Cheung et al.,2018) 和 圖 形(Bahlmann,Schubotz,Mueller,Koester,& Friederici,2009)的遠距離結(jié)構(gòu);在內(nèi)隱學習的條件下,能夠無意識地習得音樂(Dienes &Longuet-Higgins,2004;Kuhn & Dienes,2005,2006) 和身體動作(Dienes et al.,2012;Zhang et al.,2020)的遠距離結(jié)構(gòu)??梢姡藗兙邆淇珙I(lǐng)域習得遠距離結(jié)構(gòu)的能力,遠距離結(jié)構(gòu)的學習具備領(lǐng)域普遍性。
在加工遠距離結(jié)構(gòu)時,人們需要處理在1 個或者多個層次上存在遠距離對應關(guān)系的刺激,因此和簡單的相鄰結(jié)構(gòu)相比,加工遠距離結(jié)構(gòu)需要更高的認知負荷(Wilson et al.,2018) 和 更 強 大 的 記 憶 結(jié) 構(gòu)(Uddén et al.,2012)。大量采用人工語法的實驗研究發(fā)現(xiàn)遠距離結(jié)構(gòu)的學習非常困難。鑒于這一結(jié)構(gòu)在人類語言中的重要地位,許多研究者嘗試采用上述的幾種人工遠距離規(guī)則,尋找能夠促進遠距離結(jié)構(gòu)學習的額外線索。下面我們將從學習材料、學習情境和學習者的視角探討促進遠距離結(jié)構(gòu)學習的線索,具體來說,刺激材料本身的特征、訓練方式、先前的學習和知識經(jīng)驗都能夠影響遠距離結(jié)構(gòu)的學習。
人類學習的過程具備很強的靈活性。在遠距離結(jié)構(gòu)的學習過程中,這種靈活性體現(xiàn)在人們可以根據(jù)外界輸入的刺激特征調(diào)整注意指向,進而影響規(guī)則的習得。通過操縱刺激材料的特征,例如提高存在遠距離對應關(guān)系的元素間的相似性、增加背景變異性以及邊界停頓等方式,都能夠促進遠距離結(jié)構(gòu)的學習。
3.1.1 相似性
采用AXB 規(guī)則的研究發(fā)現(xiàn),格式塔相似性原則能夠促進這一規(guī)則的學習,具體來說,當存在對應關(guān)系的A 和B 屬于同一類型,而X 屬于另一類型時,被試更容易注意到A 和B 之間的遠距離關(guān)系(Creel,Newport,& Aslin,2004;Newport & Aslin,2004; Onnis, Monaghan, Richmond, &Chater,2005)。例如,在Gómez(2002)的研究中,A 和B 都是無意義單音節(jié)(如pel,vot,dak),而X 是無意義雙音節(jié)(如wadim,kicey,puser),促進了A 和B 遠距離關(guān)系的學習;Newport 和Aslin(2004)的研究發(fā)現(xiàn)當A、X 和B 都為音節(jié)時,被試不能夠習得A 和B 之間的對應關(guān)系,而當A 和B 都為輔音,X 為元音,或者A 和B 都為元音,X為輔音時,被試能夠習得A 和B 之間的對應關(guān)系。相似性也可以通過控制聲音的特征來實現(xiàn)。例如,Onnis 等人(2005)的研究發(fā)現(xiàn)只有當音節(jié)A 和B 都是摩擦音(具有高相似性),而X 是爆破音時,學習才能發(fā)生。此外,音樂領(lǐng)域的研究也發(fā)現(xiàn),知覺相似性能夠促進音樂遠距離結(jié)構(gòu)的學習(Creel et al.,2004)。
3.1.2 變異性
遠距離結(jié)構(gòu)的學習存在背景變異性效應(variability effect)。背景變異性效應是指當規(guī)則的背景高度變化時,對于人們學習穩(wěn)定結(jié)構(gòu)具有促進作用(李菲菲& 劉寶根,2017)。Gómez(2002)最早發(fā)現(xiàn)了這一效應的存在,他通過操縱AXB 結(jié)構(gòu)中的中間元素X 的變化情況,探討了18 個月的嬰兒和成年人對AXB 規(guī)則的學習X 個數(shù)的變化包括2、6、12、24 四種情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是嬰兒還是成人被試,隨著X 數(shù)量的增加,學習效應越來越好。Gómez 認為中間的元素X 是變化的,導致相鄰的關(guān)系是極其不穩(wěn)定的(AX 和XB),所以很難被習得,因此,被試會更加注意那些在變化的情境中保持不變的特征,即A 和B 之間的關(guān)系。Christiansen,Chater 和Gómez(2003)增設(shè)了一個零變異條件,結(jié)果發(fā)現(xiàn),零變異條件下學習成績最好,其次是高變異條件(24種),即變異性與學習成績呈現(xiàn)出U 型曲線關(guān)系。李菲菲和劉寶根(2017)采用人工唐詩規(guī)則中的交叉結(jié)構(gòu)和核心嵌套結(jié)構(gòu),操縱了音節(jié)的數(shù)量(大變異:20 個音節(jié);小變異:4 個音節(jié)),結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有在大變異的情況下,被試才能夠習得這兩種結(jié)構(gòu),表明漢語聲調(diào)遠距離結(jié)構(gòu)的內(nèi)隱學習中同樣存在背景變異性效應。
3.1.3 邊界停頓
由于以AXB 為規(guī)則的研究在學習階段大多采用連續(xù)語音流的呈現(xiàn)形式,因此目標刺激AXB 的邊界并不清晰,于是有研究者嘗試采用邊界停頓的方式調(diào)整被試的注意指向考察這一規(guī)則的學習。例如,Pena等人(2002) 發(fā)現(xiàn)只有通過短暫的停頓(25ms)使呈現(xiàn)給被試的連續(xù)音節(jié)流中所包含的AXB 邊界清晰時,被試才能夠習得遠距離結(jié)構(gòu),表明單詞邊界為遠距離結(jié)構(gòu)的習得提供了線索,Pena 認為這種短暫停頓使音節(jié)流與自然語言更加接近,從而促進了規(guī)則的學習。Mueller,Bahlmann 和Friederici(2010)采用核心嵌套結(jié)構(gòu),同樣發(fā)現(xiàn)了當與韻律信息相結(jié)合時,停頓有助于這一結(jié)構(gòu)的學習。
綜上,通過提高存在遠距離對應關(guān)系的元素間的相似性、增加背景變異性以及邊界停頓等方式,能夠調(diào)整被試的注意指向,進而促進遠距離結(jié)構(gòu)的學習。此外,刺激材料本身的特征之間可能存在交互作用,例如,Grama,Kerkhoff 和Wijnen(2016)的研究同時考察了停頓和相似性在AXB規(guī)則學習中的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當詞間的停頓時間與不同類型元素的韻律狀態(tài)相匹配的情況下,被試可以更好地依據(jù)相似性原則習得遠距離規(guī)則。
遠距離結(jié)構(gòu)的習得能力不僅取決于刺激材料的特征,還取決于采用何種學習方式,例如怎樣安排刺激呈現(xiàn)的順序,需要學習多久,如何鞏固等。
3.2.1 由簡單到復雜
在自然語言的獲得過程中,兒童首先接觸的往往是簡單的語法結(jié)構(gòu),隨著年齡的增長,逐漸接觸復雜語法結(jié)構(gòu),語言發(fā)展趨于成熟(Lai&Poletiek,2011)??梢?,在這一過程中,外界的信息輸入并非按照隨機方式,而是由簡單到復雜的順序出現(xiàn)。如果在學習復雜的人工遠距離結(jié)構(gòu)之前,讓被試先學習簡單的結(jié)構(gòu),是否會促進遠距離結(jié)構(gòu)的學習呢?Lany 和Gómez(2008)發(fā)現(xiàn),只有先讓12 個月大的嬰兒學習相鄰規(guī)則AB,隨后學習AXB 規(guī)則,被試才會表現(xiàn)出對這一規(guī)則的敏感性。采用核心嵌套規(guī)則的研究同樣證實了這一效應的存在。例如,Lai 和Poletiek(2011)發(fā)現(xiàn)了習得核心嵌套結(jié)構(gòu)的兩個必要條件:充分學習相鄰結(jié)構(gòu)和由簡單到復雜的學習方式。Poletiek 等(2018)的研究也證實了只有在由簡單到復雜的條件下,被試才能夠習得核心嵌套結(jié)構(gòu)。由于由簡單到復雜的呈現(xiàn)方式能夠凸顯規(guī)則的基本結(jié)構(gòu),使被試在加工復雜結(jié)構(gòu)之前,首先關(guān)注基本結(jié)構(gòu)模式,從而促進了復雜規(guī)則的學習。
3.2.2 長期訓練和鞏固
復雜語法規(guī)則的習得得益于不斷地學習和鞏固(Uddén et al.,2012,2017)。Uddén等(2012)采用長期訓練的方式比較了交叉結(jié)構(gòu)和核心嵌套結(jié)構(gòu)的習得。他們將“F-L”、“D-P”兩組對應字母構(gòu)成的遠距離規(guī)則串嵌入在限定狀態(tài)人工語法中讓被試進行長達9 天的學習。結(jié)果表明,被試在長期訓練條件下能夠?qū)W會兩種結(jié)構(gòu)。研究者進一步將兩種規(guī)則的學習成績與先前研究中訓練了5 天的相鄰規(guī)則成績進行了比較,發(fā)現(xiàn)二者并沒有學習量上的差異,表明要達到相同的學習量,遠距離規(guī)則需要更長的訓練時間來實現(xiàn)語法知識的抽象化。知識的鞏固除了源于長時間的學習,還得益于睡眠。Frost 和Monaghan(2017)讓被試學習AXB 規(guī)則,學習階段結(jié)束后,要求被試清醒或經(jīng)歷睡眠過程,之后進行測驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷睡眠的被試會表現(xiàn)出對AXB規(guī)則的敏感性,表明睡眠有益于遠距離規(guī)則的抽象化和鞏固。
先前的學習和知識經(jīng)驗能夠塑造和改變學習者的期望,并改變他們能夠習得的結(jié)構(gòu)(Lew-Williams & Saffran,2012;Potter,Wang,& Saffran,2017;Wang,Zevin,&Mintz,2017),這種影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面:
3.3.1 已有的知識經(jīng)驗對遠距離規(guī)則學習的影響
學習者已有的母語知識會影響其對即將到來的語言輸入結(jié)構(gòu)的期望(Zettersten et al.,2020),進而影響后續(xù)對結(jié)構(gòu)的加工。Lew-Williams 和Saffran(2012)發(fā)現(xiàn)9~10個月的嬰兒能夠更好地識別與其先前經(jīng)驗相匹配的結(jié)構(gòu)規(guī)則。Wang 等(2017)的研究發(fā)現(xiàn)只有當遠距離人工語法規(guī)則與先前呈現(xiàn)母語(英語)短語的節(jié)奏模式相匹配時,被試才能夠習得這種遠距離結(jié)構(gòu)。表明先前呈現(xiàn)的句子結(jié)構(gòu)影響了被試對即將到來的語言結(jié)構(gòu)的期望,進而影響了遠距離規(guī)則的學習。采用人工唐詩規(guī)則的研究也探討了先前知識經(jīng)驗對內(nèi)隱學習和遷移的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)相對于符合平仄知識經(jīng)驗的漢語聲調(diào)交叉規(guī)則,被試不能夠內(nèi)隱地習得和遷移任意聲調(diào)的交叉規(guī)則,表明先前知識經(jīng)驗在遠距離交叉規(guī)則內(nèi)隱學習過程中發(fā)揮著重要作用(姜珊,2012)。此外,音樂(Cheung et al.,2018;Kuhn & Dienes,2005)和生物運動(Zhang et al.,2020)領(lǐng)域遠距離結(jié)構(gòu)的研究同樣發(fā)現(xiàn),學習者過去的訓練經(jīng)驗會對遠距離結(jié)構(gòu)的學習產(chǎn)生影響。
3.3.2 先前的學習對遠距離規(guī)則學習的影響
讓被試在實驗室情境下預先學習特定的材料,考察對后續(xù)遠距離規(guī)則學習的影響,在上述提到的由簡單到復雜的效應上有所體現(xiàn),即學習相鄰結(jié)構(gòu)影響了遠距離規(guī)則的習得。近期的一項研究(Zettersten et al.,2020)采用AXB 規(guī)則直接探討了先前的學習經(jīng)驗對后續(xù)復雜遠距離規(guī)則習得的影響。研究的第一階段采用中間元素X 變異性較大的符合AXB 規(guī)則的簡單材料讓實驗組被試進行預先學習(可學組),控制組被試同樣學習變異性較大的但不符合AXB 規(guī)則的材料(不可學組);在第二階段,所有被試都學習中間元素X 變異性較小的符合AXB 規(guī)則的新的復雜材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與不可學組被試相比,可學組被試習得了更為復雜的遠距離規(guī)則。這表明預先接觸簡單遠距離規(guī)則的經(jīng)驗促進了后續(xù)新的復雜規(guī)則的習得。
綜上,采用人工遠距離結(jié)構(gòu)的研究表明,人們具備習得遠距離結(jié)構(gòu)的能力,且從學習材料、學習情境和學習者的視角來看,存在諸多影響遠距離結(jié)構(gòu)學習的因素,刺激材料本身的特征、訓練方式、先前的學習和知識經(jīng)驗等因素都會影響遠距離結(jié)構(gòu)的學習。
近十幾年,隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展,研究者不僅局限于從行為層面探討遠距離結(jié)構(gòu)的學習,也特別關(guān)注遠距離結(jié)構(gòu)加工的腦機制,試圖從神經(jīng)層面探討遠距離結(jié)構(gòu)是如何被習得的,這些研究發(fā)現(xiàn)在加工遠距離結(jié)構(gòu)時,Broca 區(qū)發(fā)揮了重要作用,此外,連接Broca 區(qū)和STG 的背側(cè)纖維通路似乎在復雜遠距離結(jié)構(gòu)的加工中起著關(guān)鍵作用。
Broca 區(qū)位于大腦皮層左側(cè)額下回(inferior frontal gyrus,IFG),該區(qū)域包含BA44(額下回的島蓋部)和BA45(額下回的三角部),這一區(qū)域在語言生成和理解過程中發(fā)揮重要作用(Friederici,2011,2018;Hickok & Poeppel,2007;Pulvermüller,2010)。早期的神經(jīng)心理學研究表明Broca區(qū)受損的病人在處理句法規(guī)則(包括層次規(guī)則)時明顯存在困難(Caplan&Waters,1999;Grodzinsky,2000)。與加工簡單結(jié)構(gòu)的句子(如主語在句首)相比,復雜句子(如包含賓語前置從句)的加工會激活Broca區(qū)(Just,Carpenter,Keller,Eddy,&Thulborn, 1996; Fiebach, Schlesewsky,Bornkessel,& Friederici,2004;Friederici,2019)。一些采用自然語言為材料的研究發(fā)現(xiàn)Broca 區(qū)參與了遠距離句法結(jié)構(gòu)的加工(Kant et al.,2020;Makuuchi,Bahlmann,Anwande & Friederici,2009;Santi & Grodzinsky,2010)。
除了自然語言領(lǐng)域外,研究者嘗試采用不同類型的人工遠距離結(jié)構(gòu),從外顯或者內(nèi)隱的角度,探討了遠距離結(jié)構(gòu)加工的腦機制,揭示了Broca 區(qū)在加工遠距離結(jié)構(gòu)中的核心作用。
Friederici,Bahlmann,Heim,Schubotz 和Anwander(2006) 探討了加工相鄰結(jié)構(gòu)(AB)和層級嵌套結(jié)構(gòu)AB的神經(jīng)機制。學習階段讓被試尋找規(guī)則并給予反饋,測驗階段讓被試進行語法判斷并進行掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對相鄰結(jié)構(gòu)和層級嵌套結(jié)構(gòu)的加工均激活了左側(cè)額葉島蓋(frontal operculum,F(xiàn)OP),而Broca 區(qū)(BA44)參與了遠距離層級嵌套結(jié)構(gòu)的加工。然而,由于上述研究中使用的語法規(guī)則是兩類音節(jié)的籠統(tǒng)對應,而不是一一對應,因此,被試很可能是基于計數(shù)策略,將A 和B 的個數(shù)加以匹配,在分類判斷任務中表現(xiàn)出較好的成績。于是Bahlmann 等(2008)通過設(shè)置A 和B子集的一一對應(A1—B1,A2—B2,A3—B3)嘗試排除計數(shù)策略可能造成的干擾,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與相鄰結(jié)構(gòu)(AB)相比,遠距離嵌套結(jié)構(gòu)AB的加工激活了Broca 區(qū)以及相鄰的腹側(cè)前運動皮層(BA44/6)。由于排除了計數(shù)策略,因此這一結(jié)果進一步表明Broca 區(qū)是遠距離層級結(jié)構(gòu)加工的重要腦區(qū)。
Opitz 和Friederici(2007)采用一種類似于自然語言的BROVANTO 語法,直接比較了相鄰結(jié)構(gòu)和遠距離層級結(jié)構(gòu)語法加工的神經(jīng)機制。這兩種結(jié)構(gòu)都是由名詞短語和動詞短語組成,二者的差異在于層級結(jié)構(gòu)語法圖中允許句子嵌套。學習階段讓被試尋找規(guī)則并給予反饋,測驗階段讓被試進行語法判斷并進行掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試能夠習得兩種結(jié)構(gòu),并且左側(cè)腹側(cè)前運動皮層和海馬的激活與相鄰結(jié)構(gòu)的加工有關(guān),而對遠距離層級結(jié)構(gòu)語法的加工激活了Broca 區(qū)(BA44)。
上述研究在有明顯提示和反饋的外顯學習條件下考察了遠距離結(jié)構(gòu)加工的神經(jīng)機制,那么在更加符合自然狀態(tài)下語言獲得的內(nèi)隱學習模式下,Broca 區(qū)是否同樣參與了遠距離結(jié)構(gòu)的加工?凌曉麗(2016)考察了人工唐詩交叉規(guī)則的內(nèi)隱學習所對應的腦激活模式,同時探查這一語法規(guī)則和相鄰組塊知識的加工所對應的腦區(qū)是否存在分離,結(jié)果發(fā)現(xiàn),被試均可內(nèi)隱習得組塊和底層的語法規(guī)則,合法串相對于非法串在Broca 區(qū)(BA44/45)有更強的激活,而對相鄰組塊的加工則激活了殼核和內(nèi)側(cè)顳葉??梢姡珺roca 區(qū)也參與了遠距離交叉規(guī)則的內(nèi)隱加工。
綜上所述,采用人工遠距離結(jié)構(gòu)的研究表明在加工復雜的遠距離結(jié)構(gòu)時,Broca區(qū)發(fā)揮了重要作用。基于上述研究,Uddén等(2017)采用重復經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)直接探討了Broca 區(qū)和交叉遠距離結(jié)構(gòu)內(nèi)隱學習之間的因果關(guān)系。學習階段共持續(xù)9 天,在第8 天的學習任務結(jié)束后的上午和下午分別對被試的Broca 區(qū)(BA44/45)或頂點(vertex)進行低頻的經(jīng)顱磁刺激(抑制),每次刺激之后均進行一次語法分類測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與抑制了頂點相比,抑制Broca 區(qū)會干擾被試的語法分類,導致成績的下降。這一結(jié)果為Broca 區(qū)在交叉遠距離結(jié)構(gòu)內(nèi)隱加工中的因果作用提供了支持。
Broca 區(qū)在包含遠距離層級結(jié)構(gòu)的語法規(guī)則加工中發(fā)揮重要作用已經(jīng)得到了眾多研究的支持,那么Broca 區(qū)對遠距離層級結(jié)構(gòu)的加工是否僅僅局限在語言領(lǐng)域呢?已有研究表明與相鄰結(jié)構(gòu)相比,對視覺空間序列遠距離嵌套結(jié)構(gòu)的加工激活了Broca 區(qū)以及一些前輔助運動皮層(pre-supplementary motor area,pre-SMA)(Bahlmann et al.,2009);采用音樂嵌套結(jié)構(gòu)的研究表明,雙側(cè)額下回,尤其是右側(cè)額下回在處理音樂層次結(jié)構(gòu)時起著一定的作用(Cheung et al.,2018);采用生物運動遠距離交叉規(guī)則的研究發(fā)現(xiàn),Broca 區(qū)(BA44)的灰質(zhì)密度與分類判斷成績存在高相關(guān)。上述結(jié)果表明Broca 區(qū)對遠距離層級結(jié)構(gòu)的加工并不僅僅局限在語言領(lǐng)域,而是具備領(lǐng)域一般性的特點。
綜上所述,Broca 區(qū)在遠距離結(jié)構(gòu)的加工中發(fā)揮核心作用,這一作用并非針對某一特定的領(lǐng)域、學習方式或者某種特定的遠距離規(guī)則,而是在更加廣泛的層面參與到了遠距離結(jié)構(gòu)的加工中。
Friederici(2011)曾提出了系統(tǒng)的語言加工神經(jīng)網(wǎng)絡,指出大腦左半球和語言相關(guān)的皮層包括:額下回的Broca 區(qū)(IFG)、顳上回的Wernicke 區(qū)(STG)以及部分顳中回(MTG)和頂葉的頂葉下回和角回,這些區(qū)域之間通過纖維束相連,存在結(jié)構(gòu)和功能上的關(guān)聯(lián)(Friederici,2011,2018,2019)。具體包含2 條背側(cè)通路和2 條腹側(cè)通路:①BA44 和STG 通過背側(cè)通路相連(這條背側(cè)纖維束由上縱束(SLF)和弓狀束(AF)組成,前者連接額葉皮質(zhì)和頂葉皮質(zhì),后者彎曲進入顳葉皮質(zhì)),在復雜句法加工過程中起著關(guān)鍵作用;②前運動皮層的BA6 和STG 通過背側(cè)通路相連,該通路與聽覺——運動映射(auditory-to-motor mapping)以及語句重復有關(guān);③BA45 到顳葉、頂葉和枕葉皮質(zhì)通過腹側(cè)通路相連,與語義加工有關(guān);④額蓋(FOP)和顳前上回通過腹側(cè)通路相連,與簡單規(guī)則的加工有關(guān)。其中,通路①在遠距離規(guī)則的加工過程中得到了研究者們較多的關(guān)注。
一些語言領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn),在加工自然語言復雜句法結(jié)構(gòu)時,會同時激活Broca區(qū)(BA44)和顳上回(STG),二者存在功能上的連接(den Ouden et al.,2012;Makuuchi& Friederici,2013)。Friederici(2018,2019)指出,Broca 區(qū)(BA44)和顳上回(STG)的功能連接源于兩個區(qū)域白質(zhì)纖維束的結(jié)構(gòu)連接。這一觀點得到了一些研究的支持。例如,一項發(fā)展性研究發(fā)現(xiàn),連接BA44 和STG 的背側(cè)纖維束在發(fā)育過程中的成熟程度與復雜句子句法理解的準確性和速度呈現(xiàn) 高 相 關(guān)(Skeide,Brauer,& Friederici,2016)。臨床研究也發(fā)現(xiàn)布羅卡區(qū)和顳葉皮質(zhì)之間的背側(cè)纖維束缺陷會導致加工復雜句法能力的缺失(Wilson et al.,2011)。因此,連接Broca 區(qū)和STG 的背側(cè)纖維通路似乎在復雜句法結(jié)構(gòu)的加工中起著關(guān)鍵作用。
Friederici 等(2006)的研究發(fā)現(xiàn)相鄰結(jié)構(gòu)和嵌套結(jié)構(gòu)的加工均激活了左側(cè)額蓋(FOP),而Broca 區(qū)(BA44)參與了遠距離嵌套結(jié)構(gòu)的加工。DTI 的結(jié)果顯示上述兩個腦區(qū)存在不同的結(jié)構(gòu)連通性,BA44 通過上縱束與顳上后部和中部相連,F(xiàn)OP 通過鉤束與前顳葉相連接。這一結(jié)果表明Broca區(qū)和STG 的背側(cè)纖維通路在加工遠距離結(jié)構(gòu)過程中的重要作用。近期的一項研究(Chen,Goucha,M?nnel,F(xiàn)riederici,&Zaccarella,2021)采用更接近人類自然語法結(jié)構(gòu)的人工層級語法結(jié)構(gòu)(hierarchical syntactic structure-building grammar,HG)和簡單的嵌套結(jié)構(gòu)(nested associating grammar,NG),探討了兩種結(jié)構(gòu)加工的腦機制。二者的區(qū)別在于:對于簡單的嵌套結(jié)構(gòu),各對應關(guān)系之間不存在關(guān)聯(lián),而層級句法結(jié)構(gòu)存在更為復雜的層級上的依存關(guān)系,更接近自然語言的句法結(jié)構(gòu)。fMRI 的結(jié)果表明,與NG 相比,加工HG 引發(fā)了更強的Broca區(qū)(BA44)和顳后上回(pSTG)的激活,以及兩個區(qū)域間不同性質(zhì)的功能連通性。具體來說,在加工HG 時,BA44 是主要的中心腦區(qū),它接收實驗任務信息,負責句法層次結(jié)構(gòu)的構(gòu)建,處理后的信息及時傳遞到pSTG 進行整合和存儲,并且同時從pSTG向BA 44 發(fā)送反饋;而在加工NG 時,pSTG接收實驗任務信息,負責對應關(guān)系信息的整合和存儲,而BA44 的滯后ROI 效應會進一步調(diào)節(jié)這一過程,因此,BA44 對pSTG的影響相對滯后。研究者進一步指出,加工HG 時BA44 和pSTG 的功能連接可能源于BA44 和STG 的兩個區(qū)域白質(zhì)纖維束的結(jié)構(gòu)連接。
總的來說,采用自然語言和人工語言的研究都表明在加工遠距離語法結(jié)構(gòu)時,Broca 區(qū)發(fā)揮了重要作用,這一作用與學習方式以及具體的遠距離規(guī)則類型無關(guān),且具備領(lǐng)域一般性,連接Broca 區(qū)和STG 的背側(cè)纖維通路在復雜遠距離語法結(jié)構(gòu)的加工中起著關(guān)鍵作用。
遷移是在知識獲得基礎(chǔ)上形成的一種舉一反三的能力,是人類由知識的掌握到能力形成的重要環(huán)節(jié)。先前采用人工唐詩范式的研究表明,聽覺通道獲得的漢語聲調(diào)遠距離映射結(jié)構(gòu)可以靈活遷移到不同的聲調(diào)(姜珊等,2014)以及不同長度(姜珊&關(guān)守義,2018)的材料上,為遠距離結(jié)構(gòu)學習的適應性和靈活性提供了初步的證據(jù)。神經(jīng)生理學的研究表明Broca 區(qū)在遠距離層級結(jié)構(gòu)的加工中發(fā)揮核心作用,參與了不同領(lǐng)域遠距離結(jié)構(gòu)的加工,具有領(lǐng)域一般性的特點,如果不同領(lǐng)域遠距離結(jié)構(gòu)的加工共享相同的神經(jīng)機制,那么由某一領(lǐng)域獲得的遠距離結(jié)構(gòu)能否實現(xiàn)跨領(lǐng)域遷移?在遠距離結(jié)構(gòu)的學習和跨領(lǐng)域遷移過程中大腦功能上具備怎樣的普遍性和特異性?這些問題都值得進一步探究。
采用fMRI 探討遠距離結(jié)構(gòu)的學習機制大多對測驗階段進行掃描,考察被試在區(qū)分合法串和非法串時不同的腦區(qū)、腦區(qū)間的功能連接以及結(jié)構(gòu)上的差異。而采用EEG 這種電生理指標,除了考察被試在測驗階段分類判斷時的特異性ERP 成分外,還可以探究學習階段被試遠距離結(jié)構(gòu)的加工過程。
先前的EEG 研究著重探討測驗階段遠距離結(jié)構(gòu)所引發(fā)的ERP 成分。例如,Muelle,Oberecker 和Friederici(2009)采 用學習和測驗交替進行的方式考察被試對意大利語中AXB(A 為助詞,B 為形態(tài)動詞)規(guī)則的學習。結(jié)果表明非意大利語母語被試能夠?qū)W到助詞A 和形態(tài)動詞B 的遠距離對應關(guān)系,并且對非規(guī)則句子中錯誤動詞后綴表現(xiàn)出分布于頭皮中心后方的N400 成分以及隨后的分布于頭皮中心前方類似于P3a,而意大利語母語被試則表現(xiàn)出分別于頭皮中心后方的N400 以及隨后的P600。Citron,Oberecker,F(xiàn)riederici 和Mueller(2011)的研究采用類似的遠距離規(guī)則,發(fā)現(xiàn)錯誤動詞后綴引發(fā)了雙向的ERP模式,即在N400 之后出現(xiàn)P600 成分。后續(xù)的研究也發(fā)現(xiàn)了錯誤的動詞后綴會引發(fā)N400 成分以及和注意相關(guān)的P200 成分(de Diego-Balaguer,Rodríguez-Fornells,&Bachoud-Lévi,2015;Friederici,Mueller,Sehm,&Ragert,2013)。
近年來基于EEG 的神經(jīng)振蕩研究有助于研究者采用時頻分析的方法探討遠距離結(jié)構(gòu)的在線學習過程,避免分類策略的干擾。Buiatti 等(2009)采用符合AXB 規(guī)則的三音節(jié)語音流和隨機語音流,并分別對單音節(jié)、雙音節(jié)和三音節(jié)進行頻譜分析考察被試對遠距離結(jié)構(gòu)的學習。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與隨機音節(jié)流相比,符合AXB 規(guī)則的三音節(jié)語音流的頻譜分析表現(xiàn)出如下特點:反映單音節(jié)呈現(xiàn)頻率的能量值(power)降低,對應于三音節(jié)單位頻率的能量值增加,且后者與三音節(jié)詞匯回憶的成績呈現(xiàn)正相關(guān)。在采用8 個月的嬰兒為被試的類似實驗中,發(fā)現(xiàn)暴露于包含遠距離規(guī)則AXB 語音流中的嬰兒表現(xiàn)出對符合規(guī)則的單詞頻率神經(jīng)夾帶的增加(Kabdebon,Pena,Buiatti M,& Dehaene-Lambertz,2015)。由于神經(jīng)夾帶反映了大腦神經(jīng)震蕩活動和外部刺激之間的同步性(Choi,Batterink,Black,Paller,& Werker,2020)。因此這些結(jié)果表明,人腦在學習過程中對包含遠距離結(jié)構(gòu)的序列進行了夾帶,逐漸習得了這一規(guī)則??梢姡瑫r頻分析為遠距離結(jié)構(gòu)的在線學習過程提供了一種有效的度量指標??紤]到EEG 存在空間分辨率較低的問題,未來研究可以在此基礎(chǔ)上采用MEG 技術(shù)通過時頻分析考察遠距離層級結(jié)構(gòu)AB規(guī)則以及人工唐詩規(guī)則的在線學習,同時探討在學習和測驗階段不同腦區(qū)之間的信息流傳遞過程,進一步明確遠距離結(jié)構(gòu)加工過程的腦機制。
從神經(jīng)層面來看,在內(nèi)隱和外顯學習條件下,Broca 區(qū)都參與了遠距離結(jié)構(gòu)的加工。但是從對結(jié)構(gòu)加工的腦區(qū)的操作上來看,凌曉麗(2016)考察人工唐詩規(guī)則內(nèi)隱學習所對應的腦激活模式時發(fā)現(xiàn),相對于非法串,合法串在Broca 區(qū)(BA44/45)有更強的激活。而其他一些采用外顯學習方式的研究則發(fā)現(xiàn),Broca 區(qū)對非法串更加敏感(Friederici et al.,2006;Opitz & Friederici,2007)。這表明雖然在內(nèi)隱和外顯學習的條件下,Broca 區(qū)都參與了遠距離結(jié)構(gòu)的加工,但是心理過程可能存在差異。在外顯學習的條件下,由于被試在學習階段就知道規(guī)則的存在,有時測驗階段還存在反饋,因此可能會采取特定的檢測錯誤策略,表現(xiàn)為對非規(guī)則串更加敏感;而在內(nèi)隱學習條件下,被試在學習階段僅僅完成記憶、復述等任務,在測驗開始前才得知規(guī)則的存在且沒有任何反饋,被試往往根據(jù)自己的猜測、直覺、流暢性等進行判斷,因此對整體的規(guī)則性(合法串)可能會更加敏感。Uddén等(2017)發(fā)現(xiàn)采用重復經(jīng)顱磁刺激探討B(tài)roca 區(qū)和遠距離結(jié)構(gòu)內(nèi)隱學習之間的因果關(guān)系時發(fā)現(xiàn),抑制Broca 區(qū)會干擾被試的語法分類,具體表現(xiàn)為對合法串的分類判斷判定率下降,而對非法串的判定率沒有影響。這表明在遠距離結(jié)構(gòu)的內(nèi)隱學習過程中,抑制Broca 區(qū)影響了被試對符合遠距離規(guī)則合法串的敏感性。未來的研究可以直接探討在兩種不同學習方式以及在內(nèi)隱學習向外顯學習轉(zhuǎn)化的過程中,Broca區(qū)是如何和其他腦區(qū)相互作用的,是否存在結(jié)構(gòu)和功能上的分離,這有助于研究者進一步明確被試在不同狀態(tài)、不同學習階段是如何學習遠距離結(jié)構(gòu)的,更深層次揭示這一規(guī)則學習的神經(jīng)機制。
遠距離結(jié)構(gòu)具備強大的生成能力,廣泛存在于人類生活的各個領(lǐng)域。在不同領(lǐng)域的遠距離結(jié)構(gòu)中,語言領(lǐng)域的遠距離結(jié)構(gòu)尤其受到了研究者的關(guān)注,研究者們在人工語法范式的背景下通過創(chuàng)設(shè)不同復雜程度的遠距離規(guī)則來探究遠距離結(jié)構(gòu)的學習。相對于相鄰結(jié)構(gòu),遠距離結(jié)構(gòu)的學習更加困難。從行為層面來說,一些額外的線索,如刺激材料本身的特征、訓練方式和先前知識經(jīng)驗能夠促進這一結(jié)構(gòu)的習得。從神經(jīng)層面來看,Broca 區(qū)參與了遠距離結(jié)構(gòu)的加工,Broca 區(qū)和STG 的背側(cè)纖維通路在加工遠距離語法結(jié)構(gòu)過程中發(fā)揮重要作用。未來的研究可以進一步探討遠距離結(jié)構(gòu)的跨領(lǐng)域遷移,明確遠距離結(jié)構(gòu)的加工過程,厘清遠距離結(jié)構(gòu)內(nèi)隱學習和外顯學習之間的關(guān)系。