执行功能中的双语优势现象

陈　骞　王明怡

（北京林业大学人文社会科学学院心理学系，北京100083）

1　前言

双语者是指熟练度有所差异，但接触学习了两种语言的个体。随着双语训练的普及率越来越高，进一步了解双语经验与高级认知功能存在怎样的相互作用也愈发重要。执行功能作为高级认知功能兼具良好的操作性与研究前景（Diamond，2013）。因此，精确地理解双语经验对执行功能的影响，有助于进一步揭开语言与认知之间的作用实质。

在双语研究领域，研究者在如下方面观点较为一致：双语经验一方面可能对言语能力有不利影响，如双语者在语言功能尤其是词汇量、语言流畅度上的表现不如单语者（Engel de Abreu，2011）；另一方面，双语经验却可以促进非言语的认知功能（Luk，De Sa，＆Bialystok，2011；Engel de Abreu，Gathercole，＆Martin，2011；姜淞秀，李杰，刘宇等，2015），在言语测验里没有出现的双语优势会在非言语类测验中出现 （Bialystok，Craik，＆Luk，2012）；最后，双语优势需要足够熟练的第二语言作为基础（李恒，曹宇，2016；焦江丽，刘毅，王勇慧，2012）。

我们一般认为执行功能是由工作记忆刷新、抑制控制以及认知灵活性组成的 （Miyake＆Friedman，2012）。以往综述总结了双语者在上述三种子成分的任务中表现显著优于单语者的大量研究，并针对诸如第二语言熟练度、社会经济地位等多种影响因素的效应进行了详尽分析（姜淞秀，李杰，七十三等，2015；周兢，李传江，2015）。但双语优势研究的可重复性存在一些问题（Paap＆Greenberg，2013），采用Stroop、Simon以及 DCCS等范式的研究都存在无显著优势结果的例子。那么究竟是双语优势本身就不稳定，还是研究范式存在问题？本文除了分别阐述在三种执行功能核心成分下的研究进展，更进一步对导致困境的原因进行了综合讨论，最后从三方面进行了未来改进的展望。

2　执行功能各成分中的双语优势

2.1　工作记忆

双语儿童在成长过程中需要额外的认知活动来监控其双语经验，例如管理两种语言之间的冲突，因此一般假设双语者的工作记忆是优于单语者的。不过，有研究（Namazi＆Thordardottir，2010；Ratiu＆Azuma，2015）并未发现双语优势，甚至近似的实验条件出现了不同的结果。如Morales，Calvo与Bialystok（2013）通过青蛙矩阵任务 （frogs matrix task）对单、双语者的工作记忆进行测量，结果出现双语优势，然而另一项与该实验的设置相似的研究（Engel de Abreu，2011）并没有得到相似的优势结果。后者的工作记忆任务采用的是正、倒序数字回忆任务（digit recall／backward digit recall）、计数回忆任务（couting recall task）与非词重复任务（nonword repetition task），上述任务都采用了呈现—回忆的模式，只是材料有所区别，分别为数字、图形与非词。分析对比这两项研究可以发现，它们存在共同的问题：第一，没有考虑任务差异造成了测量成分的不同。这两个研究分别测量的是视空间与言语工作记忆，任务认知机制的分歧导致了结果的差异。第二，特定工作记忆成分的测量结果不能直接推广到一般性的工作记忆之上。从这一现象可以推测，工作记忆任务中双语优势不确定的现象可能与具体施测的不同有关。

针对这一现象，有研究者精确地考察了不同类型工作记忆在语言组之间的差异。Bialystok，Poarch和Luo（2014）以非言语／言语工作记忆为分类标准对双语优势进行了区分，结果发现双语者仅仅在非言语任务下表现显著高于单语者。而进一步区分工作记忆类别后结果更加清晰。Blom等人（2014）使用点矩阵任务（dot matrix）和找不同任务（odd－one out）测量工作记忆的视空间部分，言语部分则使用了正序及倒序数字回忆任务。在这4种任务中，找不同任务与正序数字回忆任务仅需要储存成分的参与，而点矩阵任务与倒序数字回忆任务还需要执行控制的支持来对信息进行处理。如倒序任务并非单纯地“编码—提取”材料，还需要在储存正序呈现材料的基础上进行顺序反转。结果显示，双语被试不仅在言语／非言语工作记忆上表现都更好，还在对工作记忆中储存的信息进行处理的能力上优于单语者，而在储存能力上却无显著差异。因此，双语者的工作记忆能力可能并非是基于额外的语言知识获得广度优势，而是基于双语信息的切换获得认知操作上的优势。工作记忆的进一步研究方向可以从具体分类入手来精确地寻找这种优势所在的认知操作方式，如客体／空间工作记忆，或是储存加工、分类组合与监控的三因素模型 （Oberauer，Süβ，Wilhelm，＆Wittmann，2008）。

另外，有研究提示了优势的其他存在形式。Baker等（2013）要求被试在即时的回忆测验5天后进行重测，结果发现即时回忆成绩并没有在语言组之间体现出显著差异。然而在实验5天后的重测中，双语被试记住的目标词汇显著多于单语者，即双语优势体现为遗忘过程减缓。这种遗忘减缓可能是由于第二语言产生了额外的记忆表征方式。综合来看，双语者在工作记忆容量或储存成分上不存在优势的现象可能不是由于这一功能没有得到训练，而是在认知操作与表征等更高级的认知层面存在优势。

2.2　抑制控制

抑制控制主要指对于不适当的思维和行为进行抑制的能力，一般可分为干扰抑制与反应抑制（Diamond，2013）。其中，干扰抑制是对与当前任务无关的干扰信息进行抑制，而反应抑制则是对不适当的反应进行抑制。研究发现，双语优势主要出现在测量干扰抑制的范式中，如Stroop任务 （Blumenfeld＆Marian，2014；Crivello et al，2016）、Simon 任务（Poarch＆van Hell，2012）以及 Flanker任务（Tao，Marzecova，Taft，Asanowicz，＆Wodniecka，2011），而反应抑制方面并未发现双语优势（Bialystok，Craik，＆Luk，2008）。 因此，Martin－Rhee和Bialystok（2008）认为，双语者的抑制控制过程在于使用主要语言时对非目标语言信息的抑制，因而提高了其干扰抑制能力，对反应抑制没有影响，范小月等人（2012）的研究也支持了这一结论。但是一些重复研究发现，干扰抑制范式也存在可重复性问题（Paap＆Greenberg，2013；Yow＆Li，2015），尽管优化了实验设计与数据处理，关于干扰抑制的结果并没有出现统一、稳定的双语优势。

为解决这一问题，研究者开始重新检查经典范式的任务机制。以Simon范式为例，Blumenfeld和Marian（2014）发现，Stroop任务处理的是同一刺激的两种维度 （颜色与词义），属于刺激—刺激冲突（stimulus－stimulus conflict），而 Simon 任务处理的是刺激维度和反应规则之间的冲突，即刺激—反应冲突（stimulus－response conflict），Simon 范式的结果不一致可能是因为范式本身偏向了反应抑制，而不是双语者认知优势的不确定。另一方面，考虑到Stroop范式同样存在一些阴性结果，Esposito，Baker－Ward 和 Mueller（2013）针对 Stroop 效应的双语优势在成年人身上比儿童被试更加显著这一现象提出了假设：色词Stroop任务的成人版本测量的是干扰抑制，而对儿童被试使用的昼夜Stroop任务所测的则是反应抑制。Esposito等重新设计了适用于儿童，并且与经典色词Stroop机制相同的“等价形状任务”，施测后出现了双语优势，说明双语儿童与成人一样也存在干扰抑制上的双语优势。至此可以看出Stroop双语优势在成年与儿童被试之间的差异所在：任务机制的变化导致了结果的不稳定。因此，在采用这些变式时需要谨慎考虑其认知机制是否有所变化，避免内容效度问题。

此外，双语者在返回抑制（inhibition of return，IOR）中也表现出了优势。返回抑制指个体对于出现在先前线索化位置上的靶刺激反应减慢的现象。尽管目前对这一抑制的内部机制解释存在争议，但IOR与两类抑制控制的联系都非常紧密 （张阳等，2013）。研究者基于IOR效应量的结果发现，双语者的抑制控制能力大于单语者，且这一优势受二语水平影响 （焦江丽，刘毅，王勇慧，2012；焦江丽等，2010）。由此可见，在其他类型的抑制机制中，双语优势依旧存在。

最后，基于对领域一般化（domain－general）和领域特异化（domain－specific）的考虑，有研究者开始从双语优势一般化特性出发，在包含抑制控制的其他认知功能中寻找双语优势。以感官为例，Wimmer和Marx（2014）从视觉的角度进行研究，选用了 3～5岁的儿童被试，发现在以两歧图形作为材料的视知觉任务中，双语儿童表现更好。而考虑到一般的研究材料都是通过视觉呈现，Foy和Man（2014）转而从听觉入手，采用听觉的Go／No－Go任务，并且把刺激材料分为言语和非言语类，结果显示仅在非言语刺激条件下双语者错误数更少、反应时更短。该实验从材料类型和感觉通道两个角度都证实了双语优势的领域一般化特性。结合大量fMRI的研究结果（Pliatsikas＆Luk，2016）可以发现，双语者通过双语经验得到训练的脑区扩散到了语言区之外，并可能进一步带来领域一般化的认知优势。

2.3　认知灵活性

认知灵活性指在不同的任务要求和规则模式之间进行灵活切换的高级认知功能，是人根据不同的环境线索要求有针对地进行认知方式优化的能力。双语者日常就需要在不同的语言系统之间进行频繁切换，因此一般认为双语者可能会有更高的认知灵活性。采用维度变换卡片任务 （DCCS）进行实验（Martin＆Bialystok，2008）后研究者发现，双语儿童能够成功完成DCCS任务的起始年龄更早，这也说明了双语经验对认知灵活性发展的促进作用。此外，Mako，Yusuke 和 Shoji（2010）发现语言能力更强的单语儿童DCCS成绩显著优于一般单语儿童。这里单语儿童内部的灵活性差异可能反映了单一语言系统内部也存在的词汇表征层面的切换（Bialystok，2015）。这种表征／系统切换与抑制控制中发现的表征／系统抑制（Guo et al.，2011）可能存在更深的联系。深入来看，单语者的表征切换、双语者的系统切换以及灵活性的维度切换间的关联机制涉及双语者灵活性优势的来源。语言系统之间的切换超越词汇表征引发了整个语言规则的切换，进而可能泛化到了一般的任务维度之中。此外，另一种经典范式威斯康辛卡片分类任务（WCST）中也出现了双语优势（Dong＆Xie，2014），说明在传统的认知灵活性测验中，双语优势的存在是较为明显的。

在上述测量方式之外，研究者还通过任务切换范式进行了灵活性的研究，该范式中额外增加切换任务带来的正确率与反应时变化称为切换代价。Costa，Hernández 和 Sebastián－Gallés（2008）对单、双语被试使用了注意网络测验 （attention network task，ANT），并额外地在执行控制部分加入了切换代价分析。结果发现双语者的切换代价更小，究其原因可能是双语者在日常语言任务中频繁的语言系统切换增强了任务切换的能力。但是考虑到任务切换代价的来源较为复杂，研究者为了提取出认知灵活性的影响将该代价分化。例如Prior和MacWhinney（2010）就将切换代价分为局部代价与混合代价，前者主要来自不同任务间的切换，而后者有多种来源解释，如工作记忆负荷、目标设定等。结果显示双语者局部代价更小而混合代价没有显著差异，证实了双语者具有更强的切换能力。不过，后续研究并没有很好地支持这一结论，甚至出现了双语者中语言切换更为频繁者混合代价更小的结果 （Garbin et al.，2011；Soveri，Rodriguez －Fornells，＆Laine，2011）。

针对上述情况，Hernández，Martin，Barceló和Costa（2013）进一步分析认为，切换代价由两部分组成：刺激—反应激活（S－R reactivation）与刺激—反应重构（S－R reconfiguration）。前者表示线索呈现后激活相关的任务模式，而后者表示任务要求变化之后对模式进行更新。早期切换代价仅仅反映了重构过程的影响，因此Hernández等人引入了重启代价（restart cost）来表示激活过程的变化，并发现切换代价在所有实验中都不显著，重启代价仅仅在内隐条件下显著。该实验尽管没有给出预期的切换代价上的显著差异，却是一种有意义的尝试。综合上述结果后可以发现，Hernández等人发现双语优势的原因在于切换代价并不是标准的认知灵活性指标，其代价来源除执行功能之外还存在自动控制与外源性调节成分等（黄四林，林崇德，2009）。改进的关键在于这两项研究分别通过混合与重启代价部分地排除了切换代价中与执行功能无关的部分。因此，采用切换范式对双语者的认知灵活性优势进行研究，还需要同步地加深对切换代价来源以及实验分离方法的理解。

3　结果不稳定的一般化原因

上文提到了许多针对研究结果不一致原因的思考与探索，然而有一些问题也许并不是测验不够全面、范式不够精确可以解释的。从更加一般化的角度思考，众多执行功能的双语优势研究中存在三点问题。

第一，双语优势是否显著与任务难度有很大关系，任务难度过低导致的天花板效应会掩盖双语者的能力优势（Costa，Hernández，＆Sebastián －Gallés，2008，Prior＆MacWhinney，2010）。 例如在认知灵活性实验中，DCCS任务适用范围主要是3～5岁的儿童，并且在对7岁左右儿童施测时已经出现天花板效应，因此通过DCCS任务未发现年龄较大儿童的双语优势属于任务本身的问题。此外，Bialystok，Poarch 和 Luo（2014）认为，Flanker任务平均反应时小于500ms，其任务过于简单导致没有足够上升空间来显示出双语者的认知优势，而Stroop任务更加困难并且涉及更多的执行功能与注意成分（MacLeod＆MacDonald，2000），所以在全年龄段上双语优势都较为明显。基于上述结果，我们还猜测双语者高水平的处理功能可能需要足够的任务难度去激活，这种优势加工方式激活所需的精确负荷强度与主被动性特点尚待研究者挖掘。

第二，对额外变量的认识不够清晰。例如研究者在对于社会经济地位（social economic state，SES）上的认识就存在一定问题，早期研究认为有机会接触双语教学的儿童一般来自家境较好的家庭，因而其认知成绩较好的来源应该是家庭环境所带来的成长环境中更丰富的认知刺激。然而，Blom等（2014）在研究土耳其—丹麦语双语者时发现，双语儿童大多数来自土耳其语移民家庭，其家庭情况普遍是更差的，将双语者等同于更好的家庭经济情况并不成立。进一步研究发现（Blom et al.，2014；Calvo＆Bialystok，2013），经济条件更好的确伴随儿童更高的执行功能，但单、双语者的语言组分类并没有与之发生交互效应，即双语优势是独立于SES存在的。另一方面，以往研究一般认为第二语言更熟练的个体才能体现出显著的双语优势，然而近年研究表明，语言切换经验才是影响双语优势水平的关键（Verreyt et al.，2016）。 因此，可能正是双语者“动态化”的语言切换带来了认知优势。对这些变量的认识偏差没有直接影响实验精度，但是造成了对双语优势归因的错误，进而可能导致变量控制上的问题。

第三，目前研究大多认为，双语者一般在语言任务如词汇量的成绩上低于单语者。但是比较方法并不严谨，比如将单语者的词汇量与双语者主要语言（L1）的词汇量进行对比，直接忽略了第二语言（L2）中存在的词汇知识。双语儿童需要将词汇知识分散到两种语言中，因而通过单一语言的能力测验并不是最好的方式 （Core，Hoff，Rumiche，＆Señor，2013）。目前的词汇测验主要是整体词汇量（total vocabulary）与概念词汇量（conceptual vocabulary）测验，前者直接计算掌握不同词语的总数，后者则将两种语言中表达同一概念的词语计算为一个词汇量。深入分析两种测验后可以发现，这两种方式都不够精确。整体词汇量考虑到了双语儿童掌握的额外词汇，却可能高估其语言能力，而概念词汇量则忽略了双语儿童在同一概念下掌握不同语言描述的特征。此外，对单、双语者以及熟练、非熟练双语者的区分一般由问卷完成。被试的双语水平测验量表种类繁多，但一些量表存在熟练度描述过于概括（Paap＆Greenberg，2013）或维度过于单一的问题（Baker，2013）。因此，需要更多地采用能够全面测验语言理解、阅读、写作等各方面能力的量表，如语言接触问卷（language exposure questionnaire）和语言经验与熟练度问卷 （language experience and proficiency questionnaire）来平衡单、双语者的语言水平。

4　展望

在执行功能的三个核心成分中，双语优势存在的证据已经越来越稳定。双语者需要在工作记忆中储存两种语言的信息并处理双语间的信息冲突，因而提高了工作记忆处理成分与干扰抑制的能力。此外，语言系统间的切换泛化到了更为一般化的任务维度切换中，进而带来了更高的认知灵活性（图1）。同时，根据不一致的实验结果，从范式机制不明确、测量手段不标准到天花板现象等一般化的实验问题，这一领域已经进入了针对核心问题进行突破的时期。这里对于一些关键问题提出了未来的改进方向。

首先是看待双语训练本质的方式。目前的主流理论是双语者在语言过程中需要持续的监控并处理两种语言之间的冲突，因而执行功能得到了训练和提高（Costa，2005）。 但 Mor，Yitzhaki－Amsalem 和Prior（2014）对患有注意缺陷多动障碍（ADHD）的单、双语被试进行了执行功能测验，结果发现ADHD对于认知功能的损害作用在双语者上更加明显，即患有ADHD的双语被试组成绩最差。甚至，“双语劣势”最显著的任务正是普遍认为双语者优势最明显的干扰抑制任务。这种反转说明，双语训练本身会对人产生不小的认知发展上的负担，本身执行功能有缺陷因而无法应对这种认知超载的学习者反而受到严重的负面影响。所以，双语训练本身如同一把双刃剑，未来研究应该更为重视双语经验造成负面影响的实验机制与被试特征，并结合对立的双语优势结果以获得更为完整的理论框架。

图1　执行功能中的双语优势特点

其次，对于“双语者”这个群体在语言学变量上的控制应该更加精确。目前双语研究中虽然被试都可以称为双语者，但是其内部差异却相当大，仅在熟练度方面就有同时性／继时性双语者与早期／晚期双语者等差别。另外，被试在语言种类上的分歧则更加明显。许多研究者对于被试语言种类的选择明显带有方便取样、地域化的倾向，没有一种通用而具有代表性的双语者语言种类搭配。研究如果忽略语言种类信息而仅仅考虑“单／双语”这一标准，其结果是值得怀疑的。研究者可以探索各类语言学特征对双语优势的影响，例如研究双语者中不同语系（汉藏、印欧）、不同语类（孤立语、粘着语）的双语组合带来的认知优势水平差异，并结合语言性质进行比较分析。

第三，应当深入挖掘认知神经研究的潜力。执行功能的神经基础以前额叶为主，还包括前扣带回、基底节以及下顶叶等区域（胡笑羽，白学军，2008）。而在双语研究中，进行双语任务的双语者其左侧额叶、前扣带回与基底节 （Mercier，Pivneva，＆Titone，2014；Kovelman，Baker，＆Petitto，2008）也出现了激活的现象，这说明执行功能与双语加工存在重合度较高的神经基础。另一方面，针对脑区激活水平差异的研究也支持双语优势的存在。如研究者发现双语者在执行Stroop与Simon任务时前额叶、前扣带回等脑区的激活低于单语者，说明其抑制控制机制更为高效（Waldie et al.，2009；Bialystok et al.，2005）。不过，执行功能子成分的相关脑区尚存在争议，而较低的激活水平也并不能直接证明存在更高效的加工过程，如认知机能的病变也可能降低激活水平（Weiss et al.，2007）。 因此，除了通过相关脑区与激活差异的结果来证明双语经验与执行功能存在密切联系，进一步通过认知神经结果证明双语者存在优势才是关键。

最后，双语过程中参与并得到提高的执行功能存在可分离性的问题。Bialystok（2015）在综述中提到，执行功能的三种子成分并非各自独立地受到双语经验的影响，反而可能是作为不可分的整体得到促进的。执行功能通过双语者的语言监控得到训练，而这种监控（monitoring）功能涉及全部三种亚成分。高姗等人（2017）基于双语者非熟练语言的易化效应推测其双语优势超出了抑制控制，体现为更高的监控功能。从这一角度来看，同样是监控功能整体提高的双语者也可能存在多样化的亚成分水平差异，并导致双语优势的不稳定结果。那么，双语者的执行功能究竟是通过监控功能这一整体得到训练，还是在特定的认知功能上存在显著提高，这是未来研究者需要思考的重要方向性问题。