第二语言学习的认知神经机制

梅磊磊， 屈 婧， 李会玲

第二语言学习的认知神经机制

梅磊磊， 屈 婧， 李会玲

第二语言学习的认知神经机制是语言心理学研究的一个前沿课题。对第二语言学习的认知神经机制研究进行梳理和分析，总结发现：(1)第二语言学习者主要使用母语的神经网络学习和加工第二语言；(2)使用母语加工神经网络越多的学习者，第二语言学习成绩越好；(3)第二语言是在母语和第二语言不断交互作用中习得的。未来研究需要借助fMRI、ERP、tDCS等现代认知神经科学技术，在自然语言环境和实验室语言学习环境下，综合使用单变量和多变量数据分析方法，系统探讨第二语言学习的认知神经机制，并在此基础上探寻促进第二语言学习的有效方法和途径。

双语者 母语 第二语言 语言学习

第二语言是人们在习得母语后学习和使用的另一门语言。随着经济的快速发展与全球化的推进，越来越多的人需要学习和掌握一门或多门第二语言。2006年，欧洲委员会(the European Commission)对欧洲国家第二语言学习的情况进行了调查，发现有56%的个体能够使用两种语言进行交流。而在许多国家，这个比例甚至更高。[1]在中国，第二语言学习的人群也非常大。2001年，中国教育部颁布了《关于积极推进小学开设英语课程指导意见》，要求把小学开设英语课程作为21世纪初基础教育课程改革的重要内容，并要求从三年级开始开设英语课程。因此，学习第二语言的人群日益增长，庞大的第二语言学习人群已成为推动第二语言学习研究的强大现实需求。另外，关于第二语言学习认知神经机制的研究不仅能够丰富已有的语言加工机制和理论，而且是研究学习与脑可塑性关系的一个重要窗口，并能为促进第二语言学习和设计基于脑、适于脑的学习方法和软件提供理论指导。

20多年来，随着以功能性磁共振成像(fMRI)为代表的现代脑成像技术的飞速发展，大量研究对第二语言学习的认知神经机制进行了考察，并取得了丰硕的研究成果。本文将从如下三个方面对这些研究进行总结：学习经验对第二语言神经表征的塑造作用、母语加工和第二语言学习的相互作用以及第二语言学习个体差异的认知神经机制。并且，在此基础上，我们将提出一些未来研究的方向。

一、学习经验对第二语言神经表征的塑造作用

第二语言学习研究的一个基本问题是第二语言的表征是如何通过学习而获得的。近年来，大量研究采用现代脑成像技术对上述问题进行了深入探讨。其中一部分研究通过对不同熟练程度双语者的对比，探讨学习经验对第二语言神经表征的塑造作用[2—4]；而另一部分研究采用实验室环境下的语言学习范式，直接考察第二语言的神经表征如何通过学习而获得[5—8]。

(一)双语研究

在双语研究中，研究者通过对不同熟练程度双语者的对比，考察了学习经验对第二语言神经表征的塑造作用。[9—18]研究者发现，与高熟练程度双语者相比，低熟练程度双语者由于第二语言的熟练程度较低，所以在第二语言加工时需要更多的认知努力。换句话说，低熟练程度双语者需要征用更多的语言加工相关脑区和非语言加工脑区去加工第二语言。例如，与高熟练程度双语者相比，低熟练程度双语者在完成词汇阅读任务时需要付出更多的认知努力，因而在额叶皮层和顶叶皮层的激活更强。[2, 9]还有研究发现，在加工第二语言词汇时，低熟练程度双语者在后部视觉皮层表现出更强的激活。[15]另外，第二语言熟练程度可以调节母语加工神经网络在第二语言加工中的参与程度。[18]双语者的第二语言熟练程度越高，其母语网络在第二语言加工中的参与程度也越高。

母语网络在第二语言加工和学习中的参与程度会受第二语言习得年龄(age of acquisition)的影响。[19—22]第二语言习得年龄越小，母语神经网络的参与越多。Kim等人比较了早期双语者(婴儿时期开始学习第二语言)和晚期双语者(10岁之后开始学习第二语言)母语和第二语言加工的神经机制。[19]结果发现，晚期双语者的第二语言和母语在布洛卡区(Broca’s area)的神经表征是分离的，而早期双语者的两种语言在布洛卡区具有相似的神经表征。近期一项关于同时双语者(同时学习两种语言)和继时双语者(先学母语后学第二语言)的对比研究也发现了类似的结果。[20]具体而言，同时双语者阅读两种语言时激活了相似的神经网络，而继时双语者阅读第二语言比阅读母语激活了更多的左侧额下回、前运动皮层和梭状回。进一步的研究证据表明，第二语言习得年龄对第二语言的句法表征影响较大，而对语义表征影响较小。[21]除对脑功能的影响之外，第二语言的习得年龄还会影响双语者额下回的皮层厚度[23]、顶叶皮层的灰质密度[24, 25]、与额叶相连接的白质纤维的各向异性[26]以及双侧额下回的静息态功能连接强度[27]。

(二)实验室环境下的语言学习研究

除双语研究外，很多研究还使用实验室环境下的语言学习范式对第二语言学习的认知神经机制进行了探讨。[8, 28—31]使用实验室环境下的语言学习范式，研究者可以在短期内观察到第二语言的神经表征如何随着学习经验而变化，并且能够分离第二语言不同方面学习(如字形学习、语音学习、语义学习、句法学习)的认知神经机制。通过这种实验范式，研究者探讨了第二语言阅读学习和听觉言语学习的认知神经机制，并取得了重要的成果。[5—8,31,32]

在听觉言语学习方面，研究者首先探讨了声调学习的认知神经机制。[33,34]Wang等人考察了英语母语者学习辨别汉语声调的认知神经机制。[33]他们发现，声调加工引起了布洛卡区、威尔尼克区、听觉皮层、辅助运动区等听觉言语加工相关脑区的激活。进一步的分析发现，与学习前相比，学习后左侧颞上回和右侧额下回的激活增加。该结果说明，学习一门有声调的第二语言不仅需要使用母语加工的脑区，而且还需要额外征用非言语加工脑区帮助学习。与此类似，在另一项研究中，Wong等人考察了英语母语者学习带有汉语声调的英文假词的认知神经机制。[34]结果发现，学习后学习成绩较好的个体在言语加工脑区(左侧后部颞上回)的激活更强，而学习成绩较差的个体在右侧颞上回和右侧额下回等非言语加工脑区的激活更强。这些结果说明，个体的声调学习与左侧颞上回密切相关。并且，在声调学习中，左侧颞上回使用越多的个体，声调学习成绩越好。

除声调学习外，研究者还考察了第二语言音位(phoneme)学习的认知神经机制。[32, 35]例如，Callan等人对日语母语者学习分辨英语音位/r/和/l/的脑机制进行了研究。[32]在实验中，他们训练日语母语者分辨/r/和/l/的声音，并在训练前后使用fMRI技术采集被试的脑功能数据。结果发现，经过大量知觉辨别训练后，日语母语者的辨别成绩显著提高。并且，语音训练引起了双侧颞上回，额下回以及皮层下组织的激活增加。Golestani及其合作者关于英语母语者学习印度语平音(dental)和卷舌音(retroflex)的研究也发现了类似的结果。他们发现，印度语平音和卷舌音的学习需要左侧额下回、颞上回和脑岛的参与。并且，这些脑区在母语的音位辨别任务中也有相似的激活。[35]这些研究结果说明，第二语言音位辨别学习与听觉言语加工的脑区密切相关。

在阅读学习方面，研究者对第二语言的字形、语音和语义学习进行了大量研究。[30, 36—39]例如，Hashimoto及其合作者考察了日语母语者学习韩语形音联系的脑机制。[5]实验包括两种学习条件：语言学习条件(学习韩字与其读音的联系)和非语言学习条件(学习韩字与非言语声音的联系)。结果发现，与非语言学习条件相比，语言学习条件引起了左侧后部颞下回和顶枕区域的更强激活。并且，左侧后部颞下回的激活强度与个体的语言学习成绩相关，说明形音联系的学习可能与左侧后部颞下回相关。Lee等人也对日语母语者学习阅读韩语单词的脑机制进行了考察。他们发现，在韩语学习之前，阅读日语单词比阅读韩语单词激活了更多左侧角回，而在学习之后，两者在左侧角回的激活没有差异。该结果说明，左侧角回在第二语言词汇学习中具有重要的作用。[30]

关于阅读学习进一步的研究发现，第二语言词汇不同方面的学习具有不同的神经机制。[8, 37]Xue等人采用分阶段人工语言训练范式考察了第二语言字形、语音、语义学习的认知神经机制。[8]具体而言，他们训练汉语母语者依次学习一门人工语言(基于韩字设计)的字形、语音和语义。结果发现，字形学习显著降低了学习者双侧梭状回皮层的激活强度，而语音、语义学习后，学习者双侧梭状回的激活明显增强。该结果说明，第二语言的字形、语音和语义学习经验对阅读关键脑区梭状回的活动具有不同的塑造作用。

除词汇的不同方面外，研究者还发现正字法深度(depth of orthography)不同的文字系统的学习也具有不同的神经机制。[7, 40, 41]为了考察拼音文字(如英文)和图形文字(如汉字)学习的认知神经机制差异，Mei等使用人工语言训练范式训练两组匹配的英语母语者分别按照拼音文字和图形文字方式学习同一门人工语言。[7]在拼音文字学习条件下，被试需要先学习字母的读音，然后通过字母的读音拼读而获得整字的读音。在图形文字学习条件下，被试直接学习整字与整音的联系。结果发现，拼音文字学习引起了左侧缘上回的更多激活，而图形文字学习引起了右侧眶额皮层、颞中回等腹侧脑区的激活。该结果一方面说明拼音文字和图形文字学习具有不同的神经机制，另一方面也为阅读的双通路模型(dual-routes model)提供了脑科学的证据。[42]除脑区差异外，他们还发现拼音文字和图形文字学习在梭状回的功能一侧化上也存在差异。[40]具体而言，拼音文字学习后，人工语言词汇的阅读主要依赖于左侧梭状回；而图形文字学习后，人工语言词汇的阅读依赖于双侧梭状回。该结果也为先前研究关于阅读汉字比阅读英文单词激活更多右侧梭状回的发现提供了一种解释。[37, 43—45]

综上所述，双语研究和实验室环境下的语言学习研究极大地推进了人们对第二语言学习认知神经机制的理解。双语研究说明，随着第二语言熟练程度的提高，第二语言逐渐表现出与母语类似的神经表征，但是会受到第二语言习得年龄的调节。实验室环境下的语言学习研究也发现，第二语言学习者需要使用已有的语言加工相关神经网络去学习第二语言。

二、母语加工和第二语言学习的相互作用

第二语言学习领域的第二个重要研究问题是母语加工和第二语言学习的相互作用。双语者掌握了母语和第二语言，两种语言存储在同一个大脑之中，那么母语加工和第二语言学习之间势必会相互影响和相互作用。一方面，大部分第二语言学习者是在已经掌握母语的基础上学习第二语言，那么学习者先前的母语经验可能会影响第二语言学习和加工的认知神经机制；另一方面，在第二语言学习中，个体会掌握一门与母语不同的语言系统，长期的第二语言学习和加工经验可能会反过来影响母语加工的认知神经机制。

(一) 母语经验对第二语言学习认知神经机制的影响

认知神经科学的研究证据支持了上述两种假设。已有研究发现，母语经验会显著影响第二语言学习和加工的认知神经机制。[46—48]具体而言，在加工和学习第二语言时，个体很可能将母语加工的规则和策略迁移到第二语言加工上。比如，一项行为研究考察了母语为非拼音文字(汉语)和母语为拼音文字(韩语)的个体在英语单词识别机制上的差异。[48]结果发现，韩语母语者在语音相近的刺激上的错误率明显高于字形相近的刺激，而汉语母语者则恰恰相反，他们在字形相近的刺激上的错误率较高。这一结果表明由于长期汉字加工经验的影响，汉语母语者在识别英语单词时更依赖于视觉字形信息，而韩语母语者由于母语是拼音文字，所以更依赖于语音信息。

与行为研究一致，脑成像研究发现母语经验会显著影响第二语言学习和加工的神经机制。Nakada 等人比较了日语-英语双语者和英语-日语双语者加工日语和英语的神经机制差异。[46]结果发现，日语-英语双语者阅读英语时的大脑激活模式与日语阅读相似，而英语-日语双语者阅读日语时的大脑激活模式与英语阅读类似。这一结果表明母语加工能够决定第二语言阅读加工的神经机制。后来的一项关于汉语-英语双语者和英语母语者的对比研究也发现了类似的结果。[49]他们发现，汉语母语者在加工英文时显著激活了左侧额中回区域，而英语母语者在阅读英文时显著激活了负责语音拼读的左侧额下回后部和颞上回及相邻的缘上回。由于已有研究发现左侧额中回是负责汉字语音提取的关键区域[50]，所以他们认为这一结果反映了母语经验对第二语言阅读加工的影响。尽管如此，这些研究大多依赖于母语者和第二语言学习者的对比，而母语者和第二语言学习者在语言熟练程度、习得年龄、学习方法等方面都存在很大差异，而这些因素会对语言加工的认知神经机制产生显著影响。[11]为了排除上述额外因素的干扰，Mei等人使用人工语言训练范式，训练汉语母语者和英语母语者以语音提取或语音拼读的方式学习同一门人工语言。在语音提取学习条件下，被试需要学习整字和读音的联系；而在语音拼读学习条件下，被试需要先学习字母读音，然后根据字母读音拼读获取整字读音。行为结果表明，汉语母语者和英语母语者在两种学习条件下的反应时没有显著差异，说明两类被试在人工语言的熟练程度上没有差异。脑成像研究结果表明，汉语母语者由于具有长期的语音提取经验，所以在进行语音提取时激活了更多的语音提取相关脑区(左侧颞中回)；而英语母语者由于具有长期的语音拼读经验，所以在进行语音拼读时激活了更多的语音拼读相关脑区(左侧缘上回)。[6]该研究使用严格控制的人工语言训练范式和因素设计的方法，证明了母语经验会影响第二语言学习和加工。

为了解释母语经验对第二语言学习和加工的影响，Perfetti及其团队提出了双加工模型(dual-process model)，即同化(assimilation)和顺应(accommodation)假设。[51]该模型认为，母语与第二语言学习的相互作用包含两个加工过程，分别为同化和适应。同化假设认为，第二语言学习是在已有母语系统的基础上完成的，所以人脑会以加工母语的方式学习和加工第二语言，用母语加工的神经网络学习和加工第二语言；而顺应假设认为，当新的语言与母语的差异达到不能简单采用母语加工的神经网络加工新语言时，人脑就会征用新的区域来加工新语言的独特特征。

双加工模型得到了很多脑成像研究的支持。一方面，已有研究发现，英语母语者主要使用左侧额下回和颞上回后部阅读英语单词。与此不同，汉语母语者在阅读英语单词时主要使用汉语加工的神经网络，即使用负责汉字语音提取的脑区(左侧额中回)进行英文加工。[47, 49, 50]并且，与英语母语者主要使用左侧梭状回阅读英文单词不同，汉语母语者使用双侧梭状回阅读英文单词，梭状回的活动模式与汉字加工类似。[47]这些研究结果说明第二语言学习者会使用母语的神经网络去学习和加工第二语言，为同化假设提供了实验证据。另一方面，英语母语者在加工和学习汉语时，会额外激活左侧额中回、右侧梭状回等与汉字加工密切相关的脑区。[18, 37, 47]这说明英语母语者需要额外征用左侧额中回去满足汉字语音提取加工的需要，征用右侧梭状回去满足汉字视觉空间分析加工的需要。这些结果为顺应假设提供了实验证据。研究者还发现，双语者的同化和顺应加工会受第二语言熟练程度和母语与第二语言相似性的调节。具体而言，第二语言熟练程度越高的双语者在第二语言阅读时表现出越多的顺应加工[52]，并且母语与第二语言差异越大，第二语言阅读表现出越多的顺应加工[53]。

(二) 第二语言学习对母语加工认知神经机制的影响

研究者还发现母语加工与第二语言学习之间的相互作用并不是单向的，第二语言学习也会反过来影响母语加工的认知神经机制。[54—56]通过双语者和单语者母语加工的对比，研究者发现长期的第二语言学习经验会影响母语加工的认知神经机制。如Park Jones等人通过比较英语母语者英语加工和希腊语-英语双语者希腊语加工的神经机制发现，双语者加工母语时比单语者在左侧额下回和颞上回后部区域激活更强。[57]这一结果可能反映了第二语言学习对母语加工脑机制的影响。然而，由于该研究中单语者和双语者的母语不同，所以他们在语言加工相关脑区的激活差异并不一定是由第二语言学习所导致的。为了排除语言差异带来的效应，Mei等人比较了英语-汉语双语者和没有汉语经验的英语母语者在母语加工时大脑活动模式的差异。[58]已有研究表明，汉字阅读会引起双侧甚至偏右侧颞枕区域的激活[43, 59, 60]，而英语加工主要由左侧颞枕区域负责[44, 61]。如果第二语言学习经验会影响母语加工的认知神经机制，那么英语-汉语双语者加工英语时会表现出双侧颞枕区域的激活，而没有汉语经验的英语母语者加工英语时会表现出左侧颞枕区域的激活。与此一致，Mei等人的研究发现，英语-汉语双语者在阅读英语单词和假词时梭状回的功能一侧化与汉字阅读类似，表现出双侧化的活动模式，而没有汉语经验的英语母语者则表现出左侧化的活动模式。与此类似，Zou 等人的研究发现，与汉语单语者相比，汉语—手语双语者的汉语加工会更多征用右侧缘上回、右侧颞上回和右侧枕上回。这些结果为第二语言学习经验影响母语加工的认知神经机制提供了直接的证据。[55]

除长期的第二语言学习经验外，短期的第二语言学习经验也可以暂时改变母语加工的大脑活动模式。[54]Mei等人使用人工语言训练范式考察了短期第二语言学习经验对母语加工认知神经机制的影响。实验包括两种训练条件：语义训练(学习字形、语音和语义的联系)和语音训练(学习字形和语音的联系)。结果发现，与训练前相比，语义训练后阅读相关脑区(左侧额下回和双侧颞枕区域)的激活水平明显降低，而这些脑区在语音训练后的激活水平没有明显改变。这些结果说明，第二语言学习以语义为中介，对母语加工产生影响。

综上所述，在第二语言学习中，母语经验会显著影响第二语言学习和加工的认知神经机制，而第二语言学习反过来也会影响母语加工的认知神经机制。换句话说，第二语言学习是在母语与第二语言不断的交互过程中完成的。

三、第二语言学习个体差异的认知神经机制

个体在语言学习时，会表现出显著的个体差异(individual difference)，有的个体学习快，能在短期内达到较高的熟练程度，而另外一些个体学习较慢。同时，已有研究表明，个体语言加工诱发的神经活动也表现出显著的个体差异[62]，即个体在完成相同语言任务时相同大脑区域的活动强度或模式不同。这种个体差异在第二语言加工中表现得更为明显。[63]有研究者提出，语言加工诱发的大脑活动的个体差异可能与语言学习能力的个体差异存在关联。[64]这个假设得到了许多研究的支持。具体而言，很多研究发现，与语言加工密切相关的大脑区域的结构和功能确实与个体在第二语言加工和学习中的行为表现相关。[65]

(一) 语言学习引起的脑功能变化对语言学习成绩的预测作用

已有研究发现，语言学习前后，与语言加工密切相关的脑区活动的变化量与语言学习成绩的提高量之间存在显著相关。[34, 66—73]在语音学习领域，Golestani及其合作者使用fMRI技术研究了英语母语者学习印度语平音(dental)和卷舌音(retroflex)的神经机制。结果发现，与学习前相比，印度语语音学习后，左侧额下回、颞上回和脑岛的激活显著增强。更有趣的是，他们发现与语音加工相关的脑区在学习前后激活的变化量与语音学习成绩的提高量存在显著相关。具体而言，学习后双侧角回激活降低量越小的学习者，学习成绩越好；而双侧脑岛和左侧颞中回后部激活增加量越小的学习者，学习成绩越好。[35]

Wong等人在训练美国人学习中文声调的研究中也有类似的发现。他们训练英语母语者学习带有中文声调的英文假词及其语义。结果发现，与学习前比较，声调学习后，双侧颞上回、颞下回、左侧额下回等区域的活动显著增强。并且，训练后，音调学习成绩较好的个体在言语加工相关脑区(左侧颞上回后部)激活更强，而学习成绩较差的个体在非言语加工脑区(右侧额下回和颞上回)激活更强。[34]

进一步的研究证据表明，第二语言习得年龄会显著调节第二语言学习个体差异的认知神经机制。具体而言，大脑活动与第二语言学习成绩之间的相关在早期第二语言学习者和晚期第二语言学习者上表现出不同的模式。Sakai等人在探讨日语母语者英语句法加工的神经机制时发现，英语的习得年龄会影响脑活动与语言能力之间的关系模式。具体表现为，在控制其他额外变量(如平均年龄和行为成绩)之后，晚期第二语言学习者(英语习得年龄为12.6岁)在句法任务中的正确率与左侧额下回三角区域的活动强度呈正相关，而早期第二语言学习者(英语习得年龄为5.6岁)在句法任务中的正确率与左侧额下回的背侧区域的活动强度呈负相关。在反应时上，晚期第二语言学习者的行为成绩与左侧额下回眶部和左侧角回的活动强度呈正相关，而这些脑区的激活强度与早期第二语言学习者的行为成绩呈负相关。[72]

以上研究说明，学习前后大脑活动的变化量与学习成绩的变化量存在显著相关，也进一步说明了语言学习与脑功能可塑性之间存在密切的关联。

(二) 语言学习前脑功能和结构对语言学习成绩的预测作用

除脑功能变化外，另外一些研究者通过考察学习前大脑活动模式及脑结构与学习成绩的关系，发现学习前与语言加工密切相关的脑区的活动模式及结构能够预测个体语言学习的成绩。

首先，已有任务态功能磁共振研究发现，学习前语言加工相关脑区的活动模式能够预测第二语言学习的能力。Xue等人使用人工语言训练范式训练汉语母语者学习一门人工语言(由韩字构建而成)的字形,学习持续两周。结果发现，学习前字形加工的关键脑区梭状回的功能偏侧化能够显著预测学习后个体的字形学习成绩。[74]具体而言，学习前左侧梭状回使用越多的个体，学习后的学习成绩越好。他们进一步的研究发现，梭状回活动偏侧化对视觉单词学习成绩的预测模式存在性别差异。左侧梭状回的活动可以预测男性字形学习的结果，而双侧梭状回的活动可以预测女性字形学习的结果。[75]这个结果也支持了已有研究关于男性更多使用大脑左侧半球而女性更多使用大脑双侧半球加工语言的发现。[76, 77]大脑活动不仅可以预测训练结束后的学习结果，而且可以预测学习的长时保持情况。Dong等人使用类似的人工语言训练范式发现，学习前梭状回的功能一侧化模式可以预测字形学习的长期记忆保持情况。[78]

学习前语言加工关键脑区的活动模式除能预测字形学习成绩外，还能预测语音学习的成绩。为了考察听觉单词学习神经机制的个体差异，Mei等人使用人工语言训练范式，训练汉语母语者学习一门人工语言的字形、语音和语义。结果发现，学习前左侧颞上沟后部的激活强度与个体听觉单词学习的成绩呈正相关，而右侧额下回的激活强度与个体听觉单词学习的成绩呈负相关。[79]与此类似，Asaridou等人发现学习前左侧额下回的重复抑制效应能够预测学习者声调学习的成绩。[80]具体而言，学习前左侧额下回重复抑制效应越大的个体，声调学习的成绩越好。

其次，静息态语言加工相关脑区的功能连接也可以预测个体的第二语言学习能力。比如，在最近的一项语音学习研究中，Ventura-Campos等人训练英语母语者学习印度语平音-卷舌音。结果发现，训练前左侧脑岛/额叶鳃盖部和左侧上顶叶的静息态功能连接强度可以预测个体语音学习的成绩。[81]与此类似，Chai等人发现左侧梭状回与脑岛/额叶鳃盖部的静息态功能连接强度可以预测个体12周语言学习成绩的提高。[82]Zhang等人针对第二语言阅读的个体差异研究也发现了类似的结果。他们发现，阅读网络的静息态功能连接强度与个体的母语和第二语言阅读成绩都存在正相关，并且母语和第二语言阅读具有相似的静息态功能连接模式。[83]

再次，除脑功能指标外，大脑结构也是个体第二语言学习能力的重要预测指标。在语音学习中，研究者使用VBM技术发现，声调学习较好的个体在左侧颞顶皮层白质纤维的各向异性(fractional anisotropy)明显高于声调学习较差的个体。[31]在阅读方面，He等人考察了灰质体积与语音解码、视听学习和命名速度的关系。他们发现，三种阅读能力分别由三个不同的脑区决定。具体而言，个体的语音解码能力与左侧上顶叶和缘上回的体积相关，视听学习能力与海马和小脑的体积有关，而命名速度与枕叶、颞叶和额叶的体积有关。[84]除成人外，发展认知神经科学的研究表明，婴儿的脑结构也能预测其未来的语言学习能力。[85, 86]例如，7个月婴儿的右侧小脑灰质密度和白质密度以及左后侧内囊边缘可以预测其12个月时的言语知觉能力；幼儿园儿童的左侧颞顶皮层白质体积可以预测其三年级时的阅读能力。[87, 88]

最后，与单一指标相比，综合使用认知行为、脑功能、脑结构等指标能够更好地预测个体的语言学习能力。例如，在Hoeft等人的研究中，他们考察了儿童学年开始时的认知行为成绩、脑结构和功能与其学年结束时的语言能力之间的关系。结果发现，儿童学年开始时的阅读相关脑区的白质和灰质密度都可以预测其学年结束时的阅读能力。更为重要的是，他们发现综合使用认知行为、脑功能和结构的指标比任何单一指标都能够更有效地预测个体的阅读发展情况。[89]与此类似，Skeide等人最近的研究表明，布洛卡区和颞上回后部的活动强度、弓状束(布洛卡区和颞上回的白质纤维连接)的发展情况与个体的句子理解成绩呈正相关，并且综合脑结构和脑功能的数据可以更好地预测个体的语言能力。[90]

综合上述研究结果，可以说，在第二语言学习中使用语言网络越多的个体，学习后的表现会更好，而使用非语言网络越多的个体，学习后的表现会较差。这些研究结果一方面能够补充群组研究的结果，有助于理解和揭示语言加工和学习认知神经机制；另一方面能够为促进个体的第二语言学习提供理论依据，并为设计基于脑、适于脑的学习软件和程序提供理论支持。

四、总结和展望

综合使用各种现代脑成像技术和各种实验范式，已有研究从组平均和个体差异的角度对第二语言学习的认知神经机制以及母语加工与第二语言学习的相互影响进行了深入探讨，并取得了许多重要的成果：(1)第二语言学习者主要使用母语加工的神经网络学习第二语言；(2)使用母语加工神经网络越多的个体，第二语言学习成绩越好；(3)第二语言是在母语和第二语言的不断交互作用中习得的。这些研究结果极大地推进了人们对第二语言学习的认知神经机制、学习与脑可塑性关系的理解，并对促进个体的第二语言学习具有重要的指导意义。

虽然第二语言学习认知神经机制的研究已经取得了很多重要的进展，但也存在很多重要的不足。首先，在已有第二语言学习认知神经机制的研究中，研究者主要使用实验室环境下语言学习范式。然而，实验室环境下的语言学习与自然语言学习在词汇量大小、语法、学习方式等很多方面存在很大差异。例如，实验室环境下的语言学习的词汇量较小，因而很难在学习中形成与自然语言类似的正字法(orthography)和语法(grammar)。因此，基于实验室环境下的语言学习范式而发现的研究结果能否推论到自然语言环境下的第二语言学习并不清楚。虽然有研究表明实验室环境下的语言学习与自然语言环境下的第二语言学习在行为上存在很强的正相关，[91]但是两者在脑机制上是否相同并不清楚。因此，未来研究需要以自然语言环境下的第二语言学习为研究对象，考察第二语言学习及其个体差异的认知神经机制和母语加工与第二语言学习的相互影响。

其次，第二语言是在母语与第二语言不断交互的过程中习得的。[6, 54, 58]因此，探讨母语加工和第二语言学习的相互作用机制是理解第二语言学习认知神经机制的一个重要方面。然而，已有第二语言学习认知神经机制的研究大多只关注第二语言学习本身，而对母语加工和第二语言学习之间的相互作用机制(尤其是第二语言学习对母语加工神经机制的影响)关注较少。因此，未来研究需要综合考察自然语言环境下的第二语言学习和实验室环境下的第二语言学习，从动态的角度系统地探讨母语加工与第二语言学习的相互影响和相互作用，从而更加全面地理解第二语言学习的认知神经机制。

再次，在研究方法上，已有研究主要通过比较第二语言学习前后脑区激活量的变化考察第二语言学习的认知神经机制，通过比较第二语言加工与母语加工脑区激活量的差异考察第二语言与母语的神经表征异同。虽然基于脑区激活量的分析方法非常有效，也被广泛使用，但是通过这种方法得出的脑区激活并不能说明第二语言神经表征是否随着学习而发生变化，也不能说明第二语言和母语是否具有相似的神经表征。例如，很多研究发现第二语言和母语的语义加工在左侧前额叶皮层具有相似的激活，但是相似的激活只能说明第二语言和母语的加工都会使用左侧前额叶皮层，而不能说明第二语言和母语在左侧前额叶皮层具有相似的神经表征。为了克服上述分析方法的缺陷，研究者从多体素激活模式的角度发展出以表征相似性分析(representational similarity analysis)为代表的多体素模式分析方法。[92]使用该方法可以对心理加工的神经表征进行直接的探讨。因此，未来研究需要使用多体素模式分析对第二语言与母语神经表征的异同，学习经验对第二语言神经表征的塑造作用等问题进行探讨。这些研究将有助于推进我们对第二语言学习认知神经机制的理解。

最后，对于第二语言学习认知神经机制的研究一方面是为了揭示第二语言学习的脑机制，另一方面是为了利用这些研究发现促进个体的第二语言学习。然而，已有研究大多只关注第二语言学习的认知神经机制，而较少尝试从脑科学的角度促进第二语言学习。到目前为止，只有少量研究在促进第二语言学习方面进行了一些尝试。例如，Xue等人发现，延长语言学习材料的重复间隔能显著增强学习相关脑区的活动水平，从而促进个体的外语词汇学习。[93]具体而言，与集中学习(相同学习材料连续重复呈现)相比，分散学习(相同学习材料间隔其他学习材料重复呈现)在左侧颞枕区域的激活更强，因而表现出更好的学习效果。此外，研究者还发现，使用脑刺激技术增强语言学习相关脑区的活动强度也能促进个体的第二语言学习。如Meinzer等人发现，在词汇学习中，使用经颅直流电刺激(tDCS)增强颞顶区域的活动水平能够显著提高个体学习假词和图片联系的成绩。[94]这些研究证明了利用脑科学研究成果、使用脑科学技术手段促进第二语言学习的可行性。因此，未来研究需要基于已有第二语言学习的研究发现，综合使用各种现代脑科学的技术手段，为促进第二语言字形、语音、语义、句法等方面的学习探寻更多行之有效的途径。

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全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目“阅读中语音提取和语音拼读的神经表征差异研究”(201410)；国家自然科学基金项目“第二语言学习对母语加工神经机制的影响研究”(31400867)

2017-07-05

B842.1

A

1000-5455(2017)06-0063-11

梅磊磊，安徽宣城人，心理学博士，华南师范大学心理学院教授、博士生导师；屈婧，陕西渭南人，华南师范大学心理学院硕士研究生；李会玲，安徽六安人，华南师范大学心理学院硕士研究生。)

王建平；助理编辑：杨孟葳】