儿童母语语音习得的神经机制

何鹏

（南京师范大学 文学院，江苏 南京 210097）

儿童母语语音习得的神经机制

何鹏

（南京师范大学 文学院，江苏 南京 210097）

语音习得是儿童语言习得的关键性的第一步，并且对之后的语言发展有着重要的影响。本文通过对国际上对儿童语音加工之下的脑神经基础的研究成果的总结和分析，以儿童的年龄为顺序，分析了儿童在语音习得的各个阶段中大脑偏侧化以及偏侧化之外的更具体的神经加工机制的情况。研究显示儿童语音习得之下的神经机制会随着年龄的增长而出现可塑性的变化，如神经的专门化以及效率化、神经的敏感性以及激活强度的变化等，说明儿童语音加工之下的神经机制是在后天学习、经验的作用下逐渐出现的，是一个动态发展的过程。

儿童语言习得 语音 神经机制 可塑性

1.引言

在语音系统中有许多层次，包括音素（音位）、音位结构规则、韵律等（Werker et al.2005），即语音加工既包括音段信息也包括超音段的信息。成人对母语的音段部分的语音感知（如元音、辅音、音位结构规则）会涉及左半脑的颞叶区、左半脑的颞顶联合区（韦尼克区）、左半脑颞上回的中部以及前部、额下回。而右半脑则用于韵律的加工（Takeshi Arimitsu et al.2011）。而儿童的母语语音习得之下的脑机制是否也像成人的这样在出生时就是左右脑分工的还是随着年龄的增长而逐渐呈现的呢？儿童的语音习得开始之前就已经有支持其语音习得的专门的神经机制了还是这种神经机制是在语音学习的过程中在学习和经验的作用下才出现的呢？如果学习和经验对这种神经机制的发展有着重要的影响，那么这种动态的变化具体是怎样的呢？

2.语音习得的神经基础

根据前人对儿童语音习得的神经联系的研究成果，现在我们按照儿童的年龄对儿童语音习得的过程进行一个年龄段的分类，从而更清晰地了解其语音习得之下的脑神经机制的具体的发展过程。

2.1 0-12个月

2.1.1 语音加工的大脑偏侧化

儿童在从出生到1岁时的语音习得其实就是语音感知，语音感知也是对婴儿和成人研究得最为广泛的语言技能之一（Patricia K.Kuhl，2010）。所谓语音感知（speech perception），指的是大脑对经由听觉器官传导而来的声波进行语音识别的过程（王理嘉、林焘，1992）。语音感知需要范畴化，范畴感知是语音感知的一个重要的决定因素（Einat Liebenthal et al.2005）。

早在二十世纪七十年代，研究就已经证明婴儿的语音感知是范畴化的，但没有描述这种能力的神经基础。最早对这种语音的范畴感知的脑神经机制进行研究的是Dehaene等（1994），他们对两个月的婴儿的音节识别进行了研究，结果发现，与标准的音节相比（如/ba/），婴儿对异常的音节（如/ ga/）表现出了一个失匹配的后部正波。当一串相同的音节中突然出现一个新的音节时，两个月的婴儿在400ms时有一个电生理反应。这个反应起于颞叶，并且在左脑中反应更大。van Leeuwen等（2007）也发现两个月的婴儿对单音节的语音的加工的脑区偏向于左侧的颞上回。Yasuyo Minagawa-Kawai等（2011）、Dehaene等（2000）对4个月的婴儿分别进行的NIRS和ERP研究发现，在进行音节加工时，有左半脑优势。Homae等（2006）利用FMRI（功能性磁共振成像技术）考察了3个月的儿童对正常的句子和有平调的句子的大脑反应，探究了3个月大的婴儿的韵律加工的大脑机制。结果发现，对两种情况的反应，在大脑两侧的颞-顶叶和额叶上都有激活，对这两种情况的对比发现右半脑的颞顶叶对句子韵律（音高信息）的加工有优势，这同成人的韵律加工的右脑优势是相似的（Meyer et al.2004）。从以上的研究中可以发现，早在新生儿时期，其语音感知的脑区就已经呈现出同成人类似的左半脑的优势了。这些研究都表明早在婴儿期，儿童就已经呈现出了类似于成人的语音加工的偏侧化的优势，然而我们还不能确定语音加工之下的脑区是否具有先天基因决定的初始的偏侧化，因为即使是还没出生的婴儿也会受到外界语言环境的影响，尤其是妈妈的语音对儿童出生后的语言发展有着重要的影响 （Anthony J.Decasper et al.，1986），而出生后几个月的儿童更会受到大量的语言信息的影响。

然而，不管上述这种语音加工的偏侧化是否有先天因素的影响，这种大脑的偏侧化在婴儿期就会因外界环境的影响而产生变化。Sato等（2003）对年龄更高的婴儿的语音感知进行了考察，却发现7-8个月以及9-10个月的婴儿对元音对比进行加工时，如/itta/和/itte/，在大脑两侧有平等的激活，直到11个月时才会出现明显的左偏化，即11-12个月时对音素的加工是左半脑占优势的。Arimitsu等（2011）也发现新生儿对元音的加工也是双侧大脑的激活，但是对元音对比的感知在左半脑的顶叶有更大的激活。Dehaene等（2004）对新生儿的研究还发现，当左半脑发生损伤时，其右半脑会取代左半脑的语言加工，如语音识别。这些研究表明这种左偏化还不像成人的那样明显和成熟，而且这种语音加工的左半脑优势只是一个偏向，后天学习经验以及成熟发展对其会产生极大的影响。所以语音加工之下的大脑的偏侧化确实会产生变化。

2.1.2 语音加工的更具体的神经反应

大量的研究结果发现婴儿音位感知的神经机制与成人的是类似的，但是在反应时间以及其他方面（如波极正负）还是存在差异的。ERP研究发现1个月的儿童 （甚至是新生儿）在识别元音时，有一个类似于MMN的负波（MMN，失匹配负波）（Cheour et al.，1997）。但是还不知道这些反应是由于听觉加工的识别还是同成人一样的语音识别系统。Dehaene、Baillet（1998）则对3个月的婴儿的语音加工进行了ERP研究，结果表明，3个月的婴儿就已经具备了同成人类似的一个用于语音加工的专门的神经网络了。不同的是，同成人相比儿童的第一个失匹配效应的潜伏期延迟了。虽然有这些差异，但是他们认为整体上还是相似的，在音位的感知上，从新生儿到成人的脑机制的加工是连续的（Dehaene、Gliga，2004）。Mantilla等（2012）利用ERP对6个月的婴儿的音节加工进行了考察，发现其对CV音节的加工的ERP成分所分布的皮层区域与成人的相似，都在颞叶区，只是反应时间不同。对韵律的加工也存在类似的结果。如Männel和Friederici（2009）发现5个月大的说德语的儿童对刺激的ERP反应模式中没有德国成人在对语调短语边界进行加工时所出现的独特的反应成分CPS（closure positive shift）。这说明5个月的德语学习的婴儿已经有对句子间的停顿信息的加工，但还没有对语调短语边界的识别加工。而Pannekamp（2006）则利用ERP技术，发现在8个月大的婴儿中这种CPS反应出现了，头皮上的分布也和成人的类似，只是潜伏期更延迟了。潜伏期的延迟表明婴儿加工需要更长的时间，也说明婴儿利用语调边界来分割语流的能力还在发展当中。这些研究的结果告诉我们婴儿的反应时间整体上比成人所需要的时间更长，这说明语言的语音加工的神经机制还没有达到成人的成熟水平，还处于发展中，也就是说婴儿在语音加工的神经效率上不如成人。而神经效率的提高又是学习引起的大脑的神经可塑性的一个指标。所谓大脑的可塑性是指大脑可以为环境和经验所修饰，具有在外界环境和经验的作用下塑造大脑结构和功能的能力（杨雄里等2003）。可见婴儿此时的脑神经机制存在可塑性的潜能。

除此之外，婴儿早期的对母语和外语的音位感知的神经机制的转折确实已证明了语音习得在1岁以下时在经验作用下的神经机制的可塑性。大量的研究发现，在0-12个月时婴儿的语音感知会发生重大的变化，即婴儿最初会识别世界上不同语言的语音，而到6-12个月的时候，对外语语音的感知能力下降了，而对母语的语音感知的能力提高了（如Werker JF et al，1984;Patricia K.Kuhl et al.2006）。关于这种现象的解释是“母语磁吸效应”（Native Language Magnet），认为早期的语音感知会改变之后的学习能力。对其潜在的神经机制的解释广为接受的是NCLC假说（Native Language neural commitment）（Kuhl，2004），NCLC一方面会促进对母语语音加工的神经敏感性和效率，另一方面会减少对非母语的语音加工的神经敏感性和效率（Yang Zhang，Yue Wang2007）。之所以会产生这种对母语加工的神经的专门化，一种解释认为是由于经验的作用 （如Kuhl，2000;Kuhl，2004；Christopher T.Fennell，Sandra R.Waxman2010），即由于对母语接触的增多，而对非母语接触的减少导致了这种神经的重组。关于婴儿的这种语音感知的转折，其神经机制到底是怎样变化的呢？许多脑成像研究也对此进行了探究。如Cheour等（1998）发现6个月的婴儿对母语和外语语音对比都有一个MMN，但是在12个月时，这种MMN只在对母语的元音对比的反应中有。这种语音感知的转折说明了语音感知的神经机制源于经验作用而产生的重组。这也表明了对母语语音加工的神经敏感性以及效率的提高，所以这种婴儿期对母语语音感知的提高正是大脑的神经机制在经验促发下产生的可塑性的变化。

对有脑损伤的儿童的神经病理学上的研究则从另一个方面证明了语言加工的神经可塑性的变化。Marchman，Miller，Bates（1991）对5个有先天性半脑损伤（左/右半脑损伤）的儿童的语音产出的研究发现，所有儿童在语音发展上都有迟缓，但是经过学习之后有3个进入了正常的水平。Bates等（2001）在对有半脑损伤的婴儿的研究中也发现早期脑损伤之后语言的发展仍会保持在正常的水平。对6个月之前有单边脑损伤的婴儿的研究发现，这些婴儿会继续获得正常的或接近正常水平的语言能力，而成人在这些脑区有损伤的话则会导致不可逆转的失语症。这证明了儿童的语言加工的神经组织具有极大的可塑性，而且这种可塑性会随着年龄的增长而下降。

对语音感知的这些研究表明，语音感知之下的偏侧化以及加工脑区早在婴儿期就与成人的是类似的了，但是还没有达到成人的水平，而且这种偏侧化会在后天的发展中产生变化。此外，婴儿此时的语音加工在神经的效率上还远不如成人。

2.2 1-3岁

2.2.1 语音加工的大脑偏侧化

Mills（1993）考察了20个月的儿童的语言能力对语音感知的神经机制的影响，发现随着语言能力的提高，语言加工的脑区越来越专门化于左半脑的颞叶以及顶叶区。我们知道这种词汇量的提高反映的是在后天学习、社交等经验的影响下产生的，所以这种随着语言能力的提高而产生的偏侧化的提高是在后天经验的作用下产生的。这种大脑偏侧化的提高也反映了神经的专门化的提高，而神经的专门化正是学习引起的神经可塑性的一个体现。所以，随着年龄的增长、语言能力的提高，儿童在这个年龄段的语音加工的脑区的偏侧化、集中化的提高反映了语音加工的脑区在后天经验的作用下产生的可塑性的变化。

2.2.2 语音加工的更具体的神经反应

一岁之前的婴儿的语音加工的神经机制与成人的在神经的效率、脑区分布等方面存在差异，说明了儿童的语音加工的神经机制还处于发展当中。那么1-3岁的儿童的语音加工的神经机制是否与之前的相比已得到了发展性的变化呢？Redcay（2008）对两岁和3岁的儿童的语音感知进行了功能性神经成像（FMRI）的对比研究。结果发现两岁儿童比3岁的儿童在额叶、枕叶、小脑区产生了更大的激活，这说明两岁的学步龄儿童在语音感知上利用了更广的神经网络，即需要正常的颞上回语言区域之外的其他神经系统的参与。这反过来也表明3岁的儿童比两岁的儿童在语音感知时，其加工的脑区更加集中化了。这种脑区加工的集中化反映了语音加工的神经的专门化的提高，是学习所引起的神经可塑性的一个标志之一。

在语音细节的感知上，儿童也表现出了神经可塑性的发展性的变化。Duta，Styles，Plunkett（2012）通过在图片环境下以听觉形式引入匹配的或不匹配的单词形式，研究了14个月的儿童和成人的反应，结果显示他们对两种违反形式都有敏感反应。成人表现出了一系列的连续的反应效应：在N1波上有正效应、在P2波上有负效应、在N2波上有负效应。儿童也有类似的反应，这表明在14个月的儿童中已经有了类似于成人的察觉语音细节的神经机制了。而Mills（2004）对14个月和20个月的婴儿对语音相似的单词的语音细节加工的神经机制进行了一个对比研究，发现在语言感知的语境中，14个月的对所熟悉的单词（bear）以及语音相似的有意义（gare）以及无意义的单词（kobe）都有一个N200-N400的激活，而20个月的词汇量较大的儿童对前者的反应的N200-N400比对后两者的振幅都更大，这表明14个月的婴儿在语音细节的区分上不如20个月的婴儿，说明了词汇量对语音细节的感知之下的神经系统有着重要的影响。这种词汇量对语音细节感知之下的神经系统的影响正反映了后天的学习经验对这种神经机制变化产生的作用，进一步证明了语音加工的神经机制的可塑性。

之前一岁以下的儿童与成人相比，在语音加工上所需要的时间更长，那么到3岁时，这种反应时间是否会随着随着年龄的增长而已经得到减少了呢？若语音加工所需要的时间在这个年龄段已经由于后天学习的作用减少了，从另一个方面也证明了神经机制由于可塑性而产生的变化。Kurtzberg（1985）记录了0-24个月的儿童对CV音节加工的ERP成分，发现18-24个月的儿童在颞叶的ERP反应主要是两个分别在150ms和400ms时的正波和两个分别在275ms和600ms时的两个负波。总体而言，成分的潜伏期随着年龄的增长而下降了，作者认为这种潜伏期的下降与儿童随着年龄的增长而提高的语言能力有关。潜伏期的下降正反映了反应时间的减少，说明语音加工的神经效率的提高，证明了神经的可塑性现象的存在。

从以上的这些研究中可以发现，与一岁之前的婴儿相比，1-3岁的儿童语音加工的脑机制会随着年龄的增长、语言能力的提高（词汇量的增长）而越来越偏侧化、集中化，而且在反应时间上也会越来越短。

2.3 3-18岁

2.3.1 语音加工的大脑偏侧化

从前面的研究中我们知道年幼的儿童的语音加工的偏侧化与成人的类似，但不像成人的那样明显，但这种偏侧化会随着年龄的增长而逐渐加强。那么这种偏侧化到什么时候才会同成人的一样呢？

大量的研究都证明了儿童在这一个阶段中语音加工的半脑偏侧化与成人的是一样的，证明了同成人类似的神经加工机制，即左半脑负责加工音段的信息，而右半脑负责加工超音段的信息。Chiara Spironelli等人（2009）将10岁的儿童与23岁以及59岁的两组成人在语音加工任务中的脑成像反应进行了比较，发现儿童在语音加工任务中所激发的N350分布于大脑的双侧，而在成人中则分布于左半脑。作者据此认为语音加工的语言神经网络的功能的偏侧化在10岁的儿童中还没有完全发展起来。这个结果与前面的研究结果完全不同，可能是因为实验任务的不同造成的。但也确实证明了10岁时的儿童在语音加工的某些方面与成人的在偏侧化上还存在差异，偏侧化在此时还没有完全成熟。Ressel等（2008）对7-16岁的儿童在元音识别中的神经联系利用MEG进行了探索，发现在颞叶后部、额叶下回有明显的偏侧化现象，而且在这个任务中大脑的偏侧化会随着年龄的增长而有明显的提高。作者认为这个偏侧化的提高与大脑的成熟有关。这些研究表明，至少在3-16岁这个阶段，儿童的语音加工的半脑偏侧化会随着年龄的增长而逐渐提高。这些研究都说明了在学习经验或成熟的作用下，语音习得之下的神经的发展性的变化。

总体来看，这些研究可以证明4-18岁的儿童的语音加工的大脑机制与成人的是类似的，并且其左偏化会随着年龄的增长而提高，从而说明语音感知的半脑的专门化会在后天经验的影响下而逐渐提高，反映了语音加工的脑神经的可塑性。

2.3.2 语音加工的更具体的神经反应

学习和训练可以引起大脑皮层某一功能代表区激活的增强，也可以引起大脑皮层进行重新组织（郭瑞芳、彭聃龄，2005）。Tali Bitan等（2007）发现9-15岁的儿童在以视觉呈现的单词的押韵任务中，在左额叶下回有随着年龄的增长而出现的激活的上升，而左颞叶上回则是随着年龄的增长而激活下降。作者认为这说明了随着年龄的增长会产生从依赖于感知表征到依赖于用于押韵判断的语音分割等能力。这种大脑活动的增强和下降都是与学习引起的可塑性相联系的，是儿童语音加工的神经联系发展的又一个表现。

对有阅读障碍的儿童的语音加工的研究发现，在经过训练之后儿童的语音加工以及阅读等表现都得到了提高，而这种行为表现提高之下的神经机制也有相应的变化。如Kujala等（2001）对7岁的儿童进行听视觉训练之后，发现这个训练引起了听觉皮层的可塑性的变化，具体表现为失匹配负波的增强以及对声音变化的反应速度的提高。Temple等（2003）还发现8-12岁的有阅读障碍的儿童在听觉和口语语言训练前后在语音加工上有了明显的提高，与语音加工相关的脑区（颞顶叶和额叶）也有了活动的变化——激活增强了。这些大脑神经活动的增强是在学习（训练）的作用下发生的，反映了大脑在学习经验的作用下支持语音加工的神经机制的发展性的变化。

从对3-18岁时的儿童的语音加工的研究可见，其加工的神经机制会随着年龄的增长在经验的作用下而逐渐向成人的发展，具体主要体现在神经的专门性、效率以及激活的强度上。虽然研究者并没有给出具体的成熟时间，但至少到16岁时这种可塑性的变化还是存在的。

3.结语

前人对儿童语音习得的神经机制的研究为我们展现了儿童从出生到成人期其语音习得之下的神经机制的发展性的变化。儿童从出生时似乎就已经具备了类似于成人的语音加工机制，如在偏侧化和脑区分布上都是相似的。但是这种相似性并不能证明儿童语音习得的神经机制是先天因素决定的，因为新生儿在没出生之前就已经会接受外界的语言环境的影响了，而且这种影响对其以后的语言发展也有着一定的影响效应。然而前人的研究也没有充分的证据能够否认这种先天因素的存在。但是有一点可以明确的是，语音加工之下的成熟的神经加工机制是在后天的学习和经验的影响下逐渐形成的，这主要体现在语音加工的大脑偏侧化会逐渐提高、加工脑区越来越集中化、语音加工的神经效率以及神经敏感性的逐渐提高、脑区激活的增强和下降等方面，这些都是大脑的神经可塑性的表现。因此，儿童语音加工的脑神经机制是在后天的学习和经验的作用和影响下逐渐出现的，它是一个连续的动态发展的过程。

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