内隐学习中神经生理机制研究的新进展

李宇龙，樊欣鑫，李宇飞，石文典

(1.宁夏大学教育学院，宁夏银川 750021;2.东南大学医学院，江苏南京 210009;3.解放军第四五五医院整形外科，上海 200052;4.上海师范大学教育学院，上海 200234)

1 引 言

一直以来，内隐学习都广泛地存在于人们的日常生活和学习之中，几乎任何复杂的知识都是通过外显和内隐学习过程的交互作用来完成的。自1967年Reber开创了内隐学习这一崭新研究领域后，在这40余年的研究中已经积累了不少鼓舞人心的成果，并且其在教育生活实践中具有重大的理论意义和现实价值。

到20世纪80年代中后期，随着认知心理学、神经生理学的融合发展，以及神经科学中脑成像技术(包括fMRI与ERP等技术)的采用，进一步探察内隐学习的神经生理机制成为研究的一大热点和前沿问题，其深层脑神经机制的证据也越来越多，这使得我们对内隐学习的研究更为深刻化、复杂化，特别是在其研究方法和脑神经机制的研究上取得了巨大发展。下面，作者对内隐学习研究近些年来的某些新成果加以梳理，并展望其未来的研究方向。

2 内隐学习的特征及其不足

在内隐学习中知识是在没有察觉的情况下被获取的，并且学习的过程是无意识的，也不需要依靠先前所学过的知识，这种无意识发生的学习不同于有意识且需要注意的外显学习。迄今为止，教育类文献中都已经证实了内隐学习基本不需要注意。目前，与之相关的主题(非正式学习)研究有很多，它是一种除了官方学术机构(比如博物馆)之外常用的一种基本的学习方式，尽管这种学习能够被意识和注意到，但它却与内隐学习有着相似之处。

对于内隐学习主要有两种观点:一种认为规则能够被内隐地提取出来，而且这个观点已经在人工语法学习(AGL)实验中被证实了，这个实验要求被试去记忆有一定规则的刺激物，最后的结果发现被试能够准确地区分出符合规则与不符合规则的刺激物，但却无法表述出这种规则［1］。郭秀艳等［2］认为直觉即是指判断该字符串是否符合规则，也属于无意识结构知识的一种知识表征。另一种持不同观点的学者认为被试根本学习不到抽象的规则，但确实对于频繁出现的特征反应会比较敏感，而且被试能够从这些包含有序列或程序的组成中提取出概率性信息［3］。对于内隐序列学习，我们常常采用序列反应时任务(SRTT)去证明内隐学习的存在，研究表明被试对再次出现的序列反应要比对随机序列反应更加快速，但对于再次出现的序列却仍然没有意识。当被试在SRTT中反应显著加快，而又否认觉察到了序列结构并且不能回忆序列内容，那么根据主观标准便被视为无意识地习得了知识［4］。卢张龙等［5］通过采用单任务范式发现，在高、低注意负荷序列条件下内隐序列学习量差异均不显著，这表明内隐序列学习不受注意负荷的影响。

尽管内隐学习体现在知识获取的各个方面(比如，本土语言的学习、第二语言的获取)，但是其对于教育的贡献相比起外显学习的影响来说还是相对较少的。Saetrevik等［6］的研究证实了这一观点，他们运用教授给被试化学上的原子键合规律这种内隐学习范式在几种条件下去测试，其中一个简单的前期实验是让被试判断原子键合模式(图1)，后面的实验通过分成4组被试分别让其掌握碳原子的键合规律:检查并记忆图片、数出图片中的所有字母、数出所有连接碳原子的字母以及已知4种正确的键合去检验是否符合该规律。最后去分类测试并询问被试是否习得相关的外显知识，以上结果表明被试并未获取关于规律的外显信息，因此证明了这是内隐学习，但该研究的最终结果显示获取外显规律被试的成绩要远远好于内隐学习。这也同时说明呈现有规律的材料是远远不够的，还应当适时地采取外显的方法作为指导。

图1 正确与错误模型和控制组刺激材料示例Fig 1 Correct the error model and the control group sample stimuli

3 认知神经科学对于内隐学习的研究

在许多的神经成像研究中，我们对于内隐学习方面的研究已经取得了长足的进步，这其中包括对于病人的研究。付秋芳等［7］发现基底神经节似乎与反应程序有关，联合区似乎与内隐学习中的知觉概念有关，额叶似乎与评价内隐知识的概念流畅性有关(表1)。相关研究成果表明在内隐学习(常为程序上的)和外显(常为陈述性的)学习中记忆机制分别体现在皮质和皮层下的脑区。研究证明，内侧颞叶(MTL)、前扣带皮层(ACC)和内侧前额叶皮层(MPFC)这些脑区与外显学习或陈述性记忆相关连，而纹状体(基底节、尾状核)结构已经被证明是对内隐学习或程序性记忆有帮助［8-9］。然而，近年来也有研究发现内隐学习和外显学习可能在一定程度上共用内侧颞叶记忆系统［10-11］。Aizenstein 和他的同事［12］最近的一项研究表明，在外显学习和内隐学习两种状态下都会激活前额叶皮层(PFC)、纹状体区域、ACC及一些视觉区域。有趣的是，这些研究者发现在内隐和外显操作的反应中，对于视觉皮层的激活模式不同，在内隐学习后激活的减少区域却在外显学习模式中增加了，但是它们均伴随有纹状体的激活(图2)。Reber和他的同事［9］也发现了一个内隐学习分类规则的枕叶视觉激活差异，相比较于外显学习，内隐学习会在一些脑区明显激活，包括海马、左颞叶皮层和扣带回后部。在另一些研究中，Destrebecqz等［13］发现在外显学习后的回忆中有ACC/MPFC和纹状体(尾状核)的一个功能性连接，然而在内隐学习之后的回忆中这两个系统则会出现相关部分的补充报告。

表1 脑损伤病人内隐学习的研究成果Tab 1 Implicit learning research in brain injury patients

图2 外显条件(a)和内隐条件(b)学习下的fMRI结果分析Fig 2 Learning under explicit conditions(a)and the implicit conditions(b)fMRI results

Thomas等［14］通过研究内隐学习时纹状体发展的变化发现，当把孩子与成人相比较时内隐学习和外显学习会在神经生理学上出现分化。Thomas等［14］发现不论是成人还是儿童都无法明确地意识到内隐学习序列，但是两群体内隐学习的效果与速度是不同的，成人明显超过了儿童。特别要注意的是，成人在大脑皮层运动区域的激活表现得更为明显，而儿童在皮层下的运动结构(双侧壳核)则明显激活。尽管与学习相关的激活会随发展的不同分别体现在海马和上顶叶皮质中，但与学习相关的(右)尾状核激活并不因年龄的变化而改变。

在上述的研究中，SRTTs已经被应用于并发脑成像技术之中(PET;fMRI)，而运用事件相关电位技术(ERPs)来研究语言领域是发现内隐学习的一个有效指标。唐菁华等［15］认为ERPs可以实时记录因某些心理过程而引起的脑电变化，从而帮助研究者发现被试获得规则的特殊时刻和方式。在对于第二语言的研究中(被试的母语是英语，第二语言为西班牙语)，Tokowicz等［16］发现，学习者对于与第一语言结构形成相似的第二语言在其结构差异方面反应敏感(对于符合语法与不符合语法的句子有不同的大脑反应，表现在P600上)，而对独特的第二语言结构(L2)却产生了一个语法效应，表明学习者对于这些差异是一种内隐性的敏感。同时行为数据的结构也显示，学习者的判断准确率近似于所有的结构变化次数。这些研究都发现学习者甚至在早期阶段就可以内隐地处理第二语言语法上的一些内容，但是这种知识取决于L1与L2之间的相似程度。与之相类似，Thierry等［17］所关注的并不是语法，而是语义，他们使用一个内隐启动范式去研究当被试阅读(或听)英语单词时，他们能否运用自己所掌握的中英双语机制自动地将英文翻译成中文(表2)。他们的最终研究发现内隐启动并不存在行动数据上的结果，但会产生明显的N400 ERP成分(图3)，这表明被试虽然是使用双语机制来阅读第二语言的单词，但却仍然是运用的第一语言获得的语义。

表2 实验设计与刺激材料示例Tab 2 Example of experimental design and stimulus material

4 未来研究的方向

综上所述，在某些情况下内隐学习和外显学习和它们分别所对应的程序性记忆与陈述性记忆在某些方面出现了重叠，因此未来的研究方向应该去揭示这种明显错综而又复杂的相互作用。

图3 不同类别下的N400(Cz)Fig 3 Different category of N400(Cz)

睡眠，尤其是慢波睡眠，对于记忆的巩固作用是非常重要的［18-19］，然而对内隐学习与外显学习比较研究发现，睡眠对于它们的有利作用是明显不同的。快速眼动睡眠(REM)(而非慢波睡眠)可以提高内隐学习［20］。另一方面，非快速眼动睡眠(NREM)却并未对内隐学习产生有利作用［21］，尽管其他研究曾证明NREM(第二阶段)睡眠有积极的作用［22］。由于实证研究所产生的发展性差异使得这个领域变得更加复杂［23］，因此，弄清楚睡眠在对内隐学习材料巩固记忆中的作用就显得尤为重要。

另一个相关研究便是内隐知识究竟能否转化为外显知识。例如，Lang等［24］研究发现了几个 ERPs成分，其中包括一个早期成分，它让我们用内隐序列范式区分出了未获得灵感的被试和获得灵感并发现隐藏规律的被试，而且一些获得灵感的被试甚至产生了意识知觉(自知力)进而还获得了相关的外显知识。未来的研究应该进一步地去探索相关机制以及研究内隐学习和(先前)自知力间的关系。

先验知识和预期的作用已经被研究所证实［25］，但仍旧需要更进一步去探讨。因为相比起实验室中运用的人工范式来说，先验知识和预期是非常重要的，这不仅仅体现在外显的学习中(明显的原因)，而且也体现在内隐学习之中。先验知识很可能是运用学习材料的一个早期经验的体现，并且同时也可能在与之相似的基础上跟这个材料所产生的内隐记忆相联系［26］。即便是我们不去比较内隐学习和外显学习，可内隐学习者间差异的研究(获了得一些成果)也促使了内隐学习机制自知力的产生［27］。更进一步对于内隐学习的相关研究表明错误相关负波(ERN)反应了特异性对错误的察觉，这是一个发生在当错误被做出或者错误被发现后的反馈时所产生的ERPs成分［28］，并且对于内隐学习也有不同程度的贡献作用［29］。

通过对近年来研究的梳理，我们不难看出，总体来说内隐学习的神经生理机制研究才刚刚起步，一些关键性的问题仍然有待于进一步的探讨。除了以上涉及到的问题以外还有如专家与新手在内隐学习中知识表征方式上的差异，以及被试相关经验的多少与内隐学习相互间的关系均需要在神经生理机制的研究中去进一步澄清。我们相信，在不久的将来，人们一定能够获取对内隐学习全面而又深入的认识。

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