感官型学习风格对词汇学习效果影响机制的功能磁共振研究

李　黎　李霄翔　居胜红

[摘要]通过功能磁共振实验研究视觉型和听觉型学习风格对词汇学习所具有的潜在的生理机制，选择不同学习风格的学生，使用1.5特斯拉的Philips Eclipse磁共振和NEC刺激器，借助功能磁共振BOLD(血氧水平依赖)技术，记录两种不同学习风格的被试者大脑皮层对听觉输入和视觉输入的反应，横向和纵向对比研究不同模式的输入对两种学习风格被试者的影响。实验结果得出以下结论：(1)被试者在接受符合其学习风格的输入时，全脑激活较大。(2)记忆 在语言学习的某些阶段(如信息储存和检索过程中)起了不可估量的作用。(3)符合学习风格的输入能更好地激发工作记忆的作用。

[关键词]学习风格；学习效果；神经机制；磁共振

[中图分类号]H0-05[文献标识码]A[文章编号]1671-511X(2009)01-0113-06

一、理论概述

1感官型学习风格界定的依据

Joy Reid就语言学习的偏爱方式进行了较为深入的研究，她将学习风格分为三大类：(1)认知学习风格(cognitive)；(2)与人格、情感特质有关(per-sonality/affective/temperament)的学习风格；(3)感官型(sensory preferences)学习风格。感官型學习风格又被进一步分为感知型(perceptual)，环境型，社会型。本文所涉及的听觉型、视觉型均属于感知型学习风格范畴。Reid认为学生获取信息的主要感知通道是视觉、听觉。视觉型学习者的典型特征是通过视觉刺激手段接受信息，直观形象的视觉材料能在学习者脑海里形成清晰的视觉表象，使其具有用此感官学习的优势。听觉型学习者喜欢接受听觉刺激进行学习，在听觉学习过程中，学习者常按即时加工的方式接受信息。

心理学家Trechler关于感官与学习的关系研究发现，通过视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉而获得的知识分别是83％、11％、3.5％、1.5％、1.0％。也就是说，人们通过听觉和视觉获取的知识高达94％。这也是人们语言学习最重要的两个通道。也正是本文着重讨论脑处理视觉和听觉输入的语言功能的原因之一，

2两半球高级思维功能定位概说

近几十年，神经语言学出现了前所未有的快速进步。从布洛卡第一次将语言活动定位在左半球到后来的脑功能(包括语言功能)整体论学说和局部定位学说的争论，人们对脑功能，特别是语言功能的研究兴趣与日俱增。著名的Sperry博士在上世纪60年代进行了第一例裂脑手术后，就有无数实验试图发现两半球的功能。Joy Reid就两半球功能给我们提供了一个比较全面的总结。

值得注意的是，许多描述两半球功能的语言同时也用来描述学习风格。也许我们可以推测，不同风格的学习者在处理相同信息时，在大脑皮层的反应可能不同。我们能否作这样一个假设，当某种学习风格的人学习时，会动用相应的半球或某半球相应的部位?例如，分析型学习者可能更多地使用左脑某些区域；场独立的人，学习时不易受到干扰，逻辑性较强的人，左脑也可能激活较多。而右脑激活较多的人可能就属于整体型、直觉型、审慎型、富有想像力学习者。

3学习风格生理机制研究概说

Stemberg曾试图用神经机制解释学习风格的一些现象。他在讨论思维和学习风格时说，“学习风格是人们通过他们喜欢的方式使用他们能力。它本身不是能力，而是偏爱。……”“我愿意把学习风格看做是个人的神经心理学风格，也就是说，学习风格是脑功能的体现。”Joy Reid也认为很多学习风格的研究的一个特点就是研究脑的半球优势(侧化)。

Willing的说法略为详细些。他认为右半球优势的人更加场依存，注重整体性，情绪化较强。而左半球优势的人更倾向于场独立，分析型、逻辑性较强。

有学者(如Gesehwind和Galaburda)从生理学角度研究语言学习天才的大脑半球优势(侧化)现象。发现存在于某些部位的睾丸激素在胎儿发育阶段会影响大脑皮层一些特征形成，从而导致异常神经心理发育。过多的睾丸激素会导致左脑某些区域细胞异常生长。也就是说，左脑，语言区所在，其侧化程度明显存在个体差异。这也许可以为我们更好理解语言学习风格的差异提供某些帮助。

有的研究，如springer~deutch，elias，associatedpress，试图从解剖结构的差异来解释学习风格的性别差异。发现男性左半球更加明显地侧化为语言活动，而右脑负责抽象和空间处理。而女性脑功能侧化现象较弱，整体性较强，可能是因为女性的胼胝体和脑总重量比相对大，这使得有较多的信息交流。由此我们可以得出，男性在左脑处理信息，而女性用全脑。但是另一些学者不同意这个观点，如Fausto-Sterling。

美国的Michael T.McKay等人曾经通过脑电图研究认知风格。他所指的认知风格是分析型(an-alytic)，和整体型(holistic)。研究表明，脑电图的al-pha波(8-13 Hz)在一项任务中或静息状态时的活动类型对于认知风格有预测意义，即alpha活动低说明更倾向于分析型的认知风格。

二、fMRI实验

功能磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是一种无创性、可重复，解剖图像和功能图像结合较好的临床影像学技术。近10年在许多领域得到广泛应用，包括对脑功能的探索，尤其在探测脑的语言功能方面取得了一些令人注目的成果。fMRI的优点在于不仅应用安全，时间和空间分辨率高，而且成本较低，fMRI的基本机理是检测大脑皮层血流动力应答过程的一过性磁场，即检测局部脑血流内去氧血红蛋白变化水平，这种反应叫做血氧水平依赖(blood oxygenation level dependant，BOLD)。

人们已经利用fMRI BOLD成像技术在语音(如Tan Lihai et al；Dav Clark et al；Wai Ting Siok，et al；彭聃玲；James R.Booth et al al)，词汇(如Fumitaka Homae et al，Angela D.et aL.；LiPing et al)和语义加工(如郝晶等；彭聃龄；马林等；Tan Li Hai et al a)、词语生成(如Des-mond，John E.and Flea，Julie A.；Pu Yonglin；Tan Lihai et al)、失语症(如Sparks，R.E.and L.Ganschow：Sparks，R.E.et al.；Ayumi Seki etal)、语法(如Opitz B，Friederici AD.)、脑的可甥性(如P.Kochunov，et al.)及语调(声调)和情

绪(如Gandour et al)等神经生理学机制各个方面的研究取得了进展。

根据现有文献，对于本次fMRI实验，我们做以下预测和假设。

(1)视觉输入时，双侧BA17/18/19激活，由于这些枕叶部位是视觉处理区域；BA6是运动区，该实验要求被试做出反应，这个区域会被激活；前额皮质一工作记忆所在，包括布洛卡区(BA44/45)激活强烈，因为视觉输入是语言符号，而且实验中需要学习(输人生词或假词)。听觉输入时，双侧BA20-22(听觉区)、BA6、前额皮质包括BA44/45激活强烈。

(2)被试在接受不同方式输入时，激活存在明显差异，尤其是掌管工作记忆、即时处理信息的前额皮质的激活强度和广度。因为一种输入方式符合被试的学习风格，另一种不符合。

(3)可能有“公共”区域存在。即当输入方式符合学习风格时，不同学习者有相同的激活。

(4)可能还有其他涉及语言，记忆或高级认知的区域同时激活。而且有个体差异。

1实验目的

本研究旨在通过功能磁共振实验探索视觉型和听觉型学习风格对外语词汇学习效果作用和影响，及其生理机制，即脑激活特点。

2实验对象和方法

(1)实验对象

被试从东南大学临床医学院本科生和研究生中经过两轮筛选确定。第一轮选出CET4高于80分或CET6高于75分的优秀的语言学习者，为A组。CET4低于45分定为B组。第二轮使用Oxford的("Style Analysis Survey(SAS)：Assessing Your OwnLearning And Working Styles)问卷来确定学习者的学习风格。明显的视觉型和明显的听觉型(分值差大于5)学习者可以参加实验，最后选定8名右利手被试，男女各4名，视觉型和听觉型各4名，年龄21-28。无精神、神经或听力等既往病史，视力或矫正视力正常，获得知情同意，无报酬。所有的被试都经过简单的培训，熟悉实验环境和程序。

(2)实验方法

①刺激

本实验使用的是一套国内较先进的刺激器(NEC Multisync FE 991)。视觉输入制作成Pow-erPoint，被投射到一个屏幕，被试可以通过眼前的三棱镜看到。听觉输入通过耳麦传送。我们可以通过被试握紧手中的气囊了解他的反应，

我们使用假词①(自造的词)或外来词，即德语、法语、日语作为输入内容，而没有使用英语，是因为被试的英语水平及心理因素可能会对之后的记忆结果造成影响。每一组输入中字母和音节数相同，

每组视觉刺激分三个部分。同时显示的4个单词(刺激)，6个单独显示的单词(目标)，及间隔时间显示的“十”(用于固定视线)，连续三组。听觉输入中，每组分为2部分，即刺激和目标。每部分6个单词。后一部分单词中有个别和前一部分相同。连续三组。显示顺序如图1所示。

②行为方式

视觉输入时，被试需要判断屏幕上显示的“目标单词”是否和第一张幻灯片上某一个(“刺激单词”)相同，如果是，则按手中的气囊。如果不是，则不作任何反应。听觉输入时，需要判断听到的单词是否在“刺激单词”中出现过，如果是，则按手中的气囊。如果不是，则不作任何反应。任务间隙，要求被试尽量放松，停止思维。实验人员可以在隔壁房间通过耳麦和被试交流。也可以通过电脑监控输入情况。正式实验前对被试进行简单培训以助其熟悉实验步骤。

③图像采集

本实验使用1.5T.Philips Eclipse MRI系统采集图像。被试头部和线圈之间填塞海绵以减少活动造成的伪影。事先采集高分辨率的解剖图像。之后将功能图像叠加。每位被试视觉和听觉输入各经历三个序列的扫描。

典型图像(每组只节选一张最具代表性的图像)如图2所示。

(2)任务和刺激效果

由表1和表2可见，当输入方式符合被试学习风格的时候，他的成绩较高。两种输入方式中，A组平均成绩也均高于B组。

如磁共振图像所示，当输入符合被试学习方式的时候，刺激在脑皮层引起的激活更强。

颞叶和枕叶在两组，两种输入模式中均激活强烈。一些区域如前额皮质也强烈激活，说明在信息存储和识别或检索的时候，有工作记忆参与，而且工作记忆的激活和之后的记忆效果有正相关的趋势。

被试每一个脑区域激活的强度和范围都各有特点。总的说来，A组这些变量的值均比B组高。最明显的部分就是前额皮质，它负责记忆。

4讨论

从表1和表2可以看出，B组行为成绩均低于A组。理论上说，如果我们根据学生的输入喜好教学，有可能可以使得他们的学习潜力发挥到最大。然而，现在的事实是，虽然我们已经意识到并且努力去尝试，我们的学生也非常努力，但是他们(B组)的外语学习成效依然不太令人满意。如何将现有的外语教学理论和方法更有效地贴近学生的生理和心理认知机理、最大限度地对之进行激活和优化是值得我们的关注和研究，我们现在已知，仅仅了解和尊重他们的学习风格是远远不够的。这也是我们为什么要致力于研究和开发“以脑为基础”(“brain-based”curricula)的课程设置的原因之一。

从磁共振图像(图2)上看出，两种输入方式中，B组前额皮质的激活强度和广度均低于A组。因此，我们是否可以推测，记忆，特别是记忆广度，对于学习过程和成绩非常重要?记忆广度的不同，也许会导致成绩的差别。工作记忆参与得越多，记忆效果有可能更好。这也许可以为“记忆在语言学习当中作用重要”的观点提供生理学证据。

有趣的是，不仅仅是前额皮质，其他区域，如颞叶和枕叶的激活强度和广度，A组也比B组高。这意味着，完全相同的输入在大脑皮层的映射和反映可能是完全不同的。一些人中，刺激可能在反映到皮层之前就减弱或者滤过了；但是另外一些人，如A组，无论什么方式的输入，符合或不符合学习风格的输入，激活都比较强烈。这可能因为，能对语言学习产生影响的各种各样的因素在长期的学习实践中被优化，如智力、情感因素、学习策略等，所以输入信息可以被被试利用到极致。

但是有研究表明语言水平低的人要动用的皮层比语言水平高的人多，而且，脑激活越强说明某项任务越难以处理。如，完成外语任务和母语任务相比就难得多。换句话说，语言水平高只需要较少的区域、较弱的激活就能完成一定的任务，而水平低的人则需要较多的区域、较强的激活才能完成相同的语言任务。我们由此可以推测，优秀的外语学习者需要较少的皮层来完成某项工作，而较差的外语学习者需要更多的皮层。这和本实验结果不符。这有可能是因为我们讨论的是学习的不同阶段。在相对高级的学习阶段，如母语和外语相比，人们只需要较少的激活就可以很好地执行各种母语任

务，具有一定的“自动性”。或者，经过多年的外语学习，优秀的学习者和困难的学习者之间也会发生这种情况，即优秀学习者动用的皮层和激活的强度较少，然而我们现在的实验中，输入对于两组来说，都是陌生的，因此信息处理还处于整个学习过程的最初阶段，而此时优秀的学习者更有能力动用现有的各种资源竭尽全力地来完成任务。我们也可以推测，经过一段时间的学习，当知识成体系、资源被整合优化，优秀学习者完成任务可能更容易些。同时，我们也发现，A组比B组激活更集中，这可能因为A组学习策略更加有效和优化，输入一进人大脑就“知道”何去何从，于是信息处理就比较集中。由此可见，学习策略、内化知识体系本身比信息输入本身更为重要。作为语言教师，我们也许应该再考虑一下，在当今信息化条件下——此时学生有无数种获取知识的途径——知识本身的输入和帮助学生建立学习风格和策略的意识和构筑内化知识体系，孰重孰轻。输入的信息能在优秀学习者大脑中最有效率地得以处理，可能是由于长期的充足的可理解的语言输入(sufficient comprehensible input)所致，量变(sufficient)导致质变(comprehensible)，当然这种质变也不是一蹴而就，而是螺旋式上升的。这和Krashen提出的“输入假说”在某种意义上不谋而合。但是，我们依然不能完全理解输入开始进入脑和皮层激活之间这段时间究竟发生了什么。这还需要进一步研究。

两种方式的输入均能引起听觉中心和视觉中心的强烈激活。这和Sparks等人的研究结果是一致的。他们认为利用拼写对应使得言语输入成为单位的能力和处理一系列复杂声音的能力是相互紧密联系的。即视觉输入和听觉输入的处理有着密不可分的关系。前面提到的文献几乎都有类似的结果，即视觉刺激会导致听觉中心激活，反之亦然。这是因为工作记忆中的信息编码形式不是唯一的，而是多种多样的，即听觉编码、视觉编码和语义编码。采取什么形式编码，因人而异。很多研究已经证明了脑功能是可以定位的，但是也没有人能够否认它任何时候都作为一个整体工作，现在的实验也许为此又提供了一点证据。多媒体教学，多渠道输入可以使得信息更有可能进入长时记忆。这个结果也许也可以成为这一教学实践的理论依据。

在本实验当中，前额皮质可以被看做是“公共”区域。无论是什么学习任务，无论学习者是谁，它都会不同程度激活，但是，有一点清楚的是，符合学习风格的输入能更好地激发工作记忆的作用。对于教学而言，无论使用什么教学策略，教师都应该尽可能吸引学生的“注意”(attention)，在学习初期尽可能多地激活记忆区域。而在之后的学习过程中，教师应该帮助学生形成信息“模块”(chunks)以减轻工作记忆负荷，以备更多的信息进入。

该实验还有一些问题没有得到解决。如，之前的研究表明，小脑是负责记忆、信息处理很重要的一个部分。实验中只有一部分人小脑在任务中有不同程度激活，但不是所有人。目前我们还不能解释为什么一部分人的小脑没有激活。还有，本实验和其他大量实验一样，发现听觉在语言学习中的重要性，这似乎和“全世界50％—80％人是视觉型学习者”的调查结果是矛盾的，另外，该实验还存在一定局限性，一些方面有待改进。比如，由于实验成本巨大，所以被试样本较小；一些研究成果需要进一步深入探讨等等。

5意义

美国把上世纪90年代最后十年定为“脑的十年”，欧洲确定了“脑的二十年研究计划”，日本将21世纪视为“脑科学世纪”，脑科学的研究热潮遍布全球，而语言功能更是热点。神经语言学、脑科学等学科的研究成果如果应用于教育领域，可以帮助教育者解决很多问题。如，它可以帮助教育决策者制定“以脑为基础的”(brain－based curricula)課程设置等等；同时，现代化的技术又为我们语言学的理论和实证研究找到坚实的证据提供可能。不管怎样，此类实验试图将自然科学的研究方法、工具和手段引入到人文科学的研究中，也许可以为人文科学研究方法以及和自然科学的结合开辟了一条新的途径。