從大腦神經機制來探討第二語言數位學習的成效：以中文詞彙聲調區辨敏感性的功能性神經反應為例

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(1)國立臺灣師範大學資訊教育研究所博士論文指導教授: 張國恩博士. 宋曜廷博士. 從大腦神經機制來探討第二語言數位學習的成效：以中文詞彙聲調區辨敏感性的功能性神經反應為例 Neural Evidence for the Effectiveness of Digital Learning in Second Language Acquisition: An Example of the Functional Organization for Mandarin Lexical Tone Discrimination in the Brain. 研究生: 李如蕙撰中華民國 106 年 7 月.

(2) 摘要數位時代中全球化的環境促進雙語學習的興起，應用數位科技學習第二語言儼然是不可避免的趨勢。從認知神經科學觀點來探究數位學習的成效，除了在傳統數位學習研究的行為觀察資料之外，同時運用非侵入性的腦神經造影技術，得以進一步觀察學習效果的內在神經機制，在大腦神經可塑性 (brain neural plasticity)的前提下，進一步描繪學習(learning)的本質。本研究以中文為第二語言 (Chinese as a second language, CSL) 的學習為例，探討 CSL 初學者學習前後大腦對於中文詞彙聲調(lexical tone)的神經功能性反應的學習成效。本研究採用受試者內(within-subjects)前後測實驗設計，以測驗時間為自變數，前後測成績及前後測所量測的大腦對於中文詞彙聲調變化的不匹配負波腦磁反應(magetic correspondent of mismatch negative, MMNm)為依變數，進行變異數分析，以了解學習成效。研究結果顯示，非聲調母語者採用會話句子情境的數位學習平台，在會話的語境脈絡中學習字詞的形音義，屬於非聲調區辨特定作業的訓練，進行每天 1 小時為期 3 天的短期自主學習，學習後句子聽讀測驗成績表現顯著優於前測, 同時，腦磁圖的實驗數據顯示，學習後能夠提升 CSL 初學者的中文詞彙聲調區辨的敏感性；亦即學習後大腦對於大差異 T3/T1 的 MMNm 反應比小差異 T3/T2 的 MMNm 反應來得大且快，呈現學習後大腦神經反應有類母語者(native-like)的樣態。並且 MMNm 反應源分析結果顯示，左腦聽覺皮質的 Heschl’s Gyrus(HG)和左腦額葉的 Insula 在學習後對於大差異 T3/T1 都有顯著活化的反應，可以據以推論學習改變了學習者對於詞彙聲調的處理機制，從非聲調母語既定的依賴右腦主宰物理性聲學資訊的處理模式(predisposed acoustic-dependent lateralization)，隨著感知到中文詞彙聲調蘊含的語言特徵後，轉換遷移到左腦負責語音聲韻 (phonological)資訊的處理，呼應了語音與非語音的雙聯知覺(duplex perception)處理機制，符合功能性假說(functional-dependent lateralization)，. i.

(3) 且驗證大腦語言處理左側化及大腦神經可塑性的假說。總而言之，本研究連結「行為—大腦」實證性數據，以創新的觀點來闡述學習的本質，對於第二語言數位學習模式提供一項具有學習成效的實證範例。. 關鍵詞：大腦神經可塑性(brain neural plasticity)，詞彙聲調(lexical tone)，不匹配負波腦磁反應(MMNm). ii.

(4) Abstract In a digital age, bilingual learning is currently pervasive in globalization society and is inevitably facilitated by learning technology. In order to investigate the effectiveness of digital learning on learning Chinese as a second language (CSL) from the perspective of cognitive neuroscience, the present study integrated the interdisciplinary knowledge among digital learning, linguistics, and cognitive neuroscience by non-invasive neuroimaging technology measurement in addition to behavior assessment. The research evidences elaborate the learning effect as a result of the brain neural plasticity, in which was observed after the short-term and non-specific tonal perception training for CSL beginning learners. By using a MEG experiment of magnetic correspondent of mismatch negativity (MMNm) paradigm with within-subjects design, the present study investigated the learning effect of CSL beginning learner who enrolled in a short term digital learning program. In the experiment, the measurements of MMNm, with the contrast between large deviant T3/T1 and between small deviant T3/T2, were computed to index the patterns of processing lexical tone in the brain. Results of the MMNm data indicated that activation for large contrast T3/T1 elicited earlier and significantly larger amplitude than of the small deviant contrast T3/T2, which is in line with previous studies done on native Chinese speakers. More importantly, in the comparison of pre-test and post-test time course, the amplitude of MMNm showed a significant increase in the left hemisphere after learning. The evidence indicated clearly a learning effect in the perception of linguistic features and a left lateralized neural network of processing Mandarin lexical tones as native-like pattern. Moreover, in the source analysis, the left lateralized patterns of prefrontal generator (i.e., insula). iii.

(5) and generator of auditory cortex (i.e., Heschl's Gyrus) were observed after learning, which is also consistent with the native Mandarin speaker's response patterns. In other words, the present study provides neural evidence for a functional reorganization in the brain of CSL learners after a short-term and non-specific training program. The functional reorganization, in line with the duplex perception mechanism and functional –dependent lateralization, is reflected in transforming from predisposed acoustic-dependent right dominance for non-tonal language to linguistic functional-dependent left lateralization, as a tonal language native-like pattern. In sum, the present study provides an innovative implication of brain neural plasticity to bridge the changes of behavioral performance and neural mechanism of digital learning on second language.. Keywords: Brain Neural Plasticity, Lexical Tone, MMNm. iv.

(6) 目. 錄. 附圖目錄..................................................................................................................... viii 附表目錄........................................................................................................................ x 第一章緒論 ................................................................................................................. 1 第一節研究背景 ................................................................................................ 1 第二節研究目的與問題.................................................................................... 1 第二章文獻探討 ......................................................................................................... 5 第一節雙語的大腦神經理論 ............................................................................ 6 一、雙語心理詞彙模型 ........................................................................... 6 二、雙語競爭 ......................................................................................... 11 三、抑制非目標語 ................................................................................. 12 第二節與經驗依存的大腦神經可塑性 .......................................................... 15 一、大腦神經可塑性 ............................................................................. 15 二、雙語發展是大腦神經迴路的重組 ................................................. 17 三、成人的雙語學習 ............................................................................. 20 四、訓練的作業特定效果及作業普遍性效果 ..................................... 23 第三節有效學習華語文為第二語言的關鍵因素 .......................................... 25 一、順應大腦的閱讀神經機制 ............................................................. 25 二、掌握華語文文字系統的特徵與規則 ............................................. 33 (一)、書寫體的辨識 .......................................................................... 34 (二)、詞彙聲調區辨敏感性 .............................................................. 34 1. 聲韻感知處理神經機制的發展受到母語的影響…………...35 2. 非聲調語言母語者學習中文時的挑戰……………………...37. v.

(7) 3. 詞彙聲調語言處理的功能性假說及左側化……………..….38 4. 詞彙聲調不匹配負波反映聲調區辨敏感性………………...40 5. 詞彙聲調不匹配負波的反應源..……………………… ……41 (三)、內隱的學習機制---統計學習能力 ......................................... 42 三、會話情境促進有意義的學習 ......................................................... 45 第四節數位時代的第二語言學習.................................................................. 47 一、數位科技影響了資訊處理的效能 ................................................. 47 二、善用數位科技營造學習平台提升語言學習效能 ......................... 48 三、數位科技輔助中文詞彙聲調感知與產出訓練的特定作業應用 . 50 第三章研究方法與步驟 ........................................................................................... 54 第一節研究設計 .............................................................................................. 54 第二節研究對象.............................................................................................. 54 第三節研究工具.............................................................................................. 55 一、數位學習平台 ................................................................................. 55 二、前後測腦磁波儀量測 ..................................................................... 58 三、前後測句子聽讀測驗 ..................................................................... 60 第四節主要的研究步驟.................................................................................. 61 一、實驗流程 ......................................................................................... 61 二、資料分析 ......................................................................................... 61 (一) 行為資料分析 ............................................................................. 61 (二) 腦磁波資料分析 ......................................................................... 62 1. 反應時間點和反應量............................................................. 62 2. 反應源分析方法..................................................................... 62 第四章結果與討論 ................................................................................................... 64 第一節行為量測資料結果 .............................................................................. 64. vi.

(8) 第二節腦磁波量測資料結果.......................................................................... 64 一、感應點層次的 MMNm 反應時間點和反應量 .............................. 64 二、MMNm 反應量的動態統計參數圖 .............................................. 67 第三節綜合討論.............................................................................................. 70 一、學習效果反映在左側化的大腦語言處理神經機制 ..................... 70 二、學習效果反映在學習者對於詞彙聲調區辨敏感性的反應類型近似母語者 ......................................................................................... 73 三、短期的非特定學習效果 ................................................................. 78 第五章結論與建議 ................................................................................................... 79 附錄一.......................................................................................................................... 82 附錄二.......................................................................................................................... 84 參考文獻...................................................................................................................... 85. vii.

(9) 附. 圖目. 錄. 圖 1 <雙語心理詞彙修正的階層模型> ....................................................................... 11 圖 2 <雙語者的認知控制網絡組成模組與雙語的語言系統的關係圖> ...................13 圖 3 <大腦主要負責認知控制的網絡和這些腦區一般推定的功能> .......................14 圖 4 <比較雙語者和單語者之間大腦的皮質興趣區增大和改變的差異與雙語經驗的關聯> ......................................................................................................................... 20 圖 5<閱讀發展三階段> ................................................................................................ 26 圖 6 <識字唸字的多工平行處理示意圖> ................................................................... 27 圖 7<早期的閱讀神經邏輯模型的示意圖> ................................................................ 28 圖 8<現代大腦皮質的閱讀神經網絡示意圖> ............................................................ 29 圖 9< Petersen et al. (1988,1989)提出的語文處理功能性暨解剖性模型> ................29 圖 10a <語文處理的功能性模型> ............................................................................... 30 圖 10b <對應語文處理功能的神經解剖性模型> .......................................................30 圖 10c <語文處理的功能性暨大腦神經解剖圖> ....................................................... 31 圖 11<語音的處理歷程的雙流模型> ..........................................................................31 圖 12 <字詞辦識處理歷程中形音義之間互動的對應關係及作業功能對應的腦區> ........................................................................................................................................ 32 圖 13 <華語文的四聲聲調的基頻 F0 的時間變化圖> ............................................... 38 圖 14 <本研究所設計的數位學習教材範例圖示> .....................................................56 圖 15<腦磁波量測的刺激材料呈現的序列圖示> ...................................................... 60 圖 16 <前後測句子聽讀測驗圖示> ............................................................................. 60. viii I.

(10) 圖 17 <實驗流程設計圖示> ......................................................................................... 61 圖 18 <大差異和小差異在前測和後測各別的總體平均反應時間點和反應量，及 250ms 時間區間內左腦及右腦反應量 RMS 的變化曲線> .......................................65 圖 19 <感應點層次的 MMNm 反應量> ...................................................................... 67 圖 20 <依前後測及左右腦分別標示大差異 T3/T1 和小差異 T3/T2 在不同反應時間區間的 dSPM 反應量> .................................................................................................68 圖 21 <前後測和差異類型的交互作用下的 MMNm 反應量的 dSPM 值> ............. 70 圖 22 <中文母語者在感應點層次的 MMNm 反應量 > ........................................... 74. ixI.

(11) 附. 表目. 錄. 表 1 <興趣區的重複量測變異數分析的 F 檢定值> ................................................... 69. IIx.

(12) 第一章緒論. 第一節研究背景. 隨著全球化的驅動，雙語的使用日漸普遍，尤其在數位化的時代，應用數位科技學習第二語言，儼然是不可避免的趨勢，因此採用何種數位學習模式能夠有效提昇學習成效，是眾所關注的研究議題。要探討有效的第二語言數位學習模式，首先要對雙語學習的本質有所了解，再善用數位科技的輔助，來達到事半功倍的學習效果。有鑒於雙語學習研究議題屬於跨領域研究的範疇，研究者大多從語言學、心理學、及認知神經科學等相關基礎研究學科觀點，來描繪雙語學習的內在心理及大腦神經機制 (Kroll, Bobb, & Hoshing, 2014; Kroll & Bialystok, 2013) 。. 近年來研究者從上述的跨領域研究觀點出發，以宏觀和微觀的分析來描繪雙語的樣貌及其內在機制，漸漸讓雙語學習的整體圖像趨於明朗。同時，研究者更進一步探究第二語言學習對大腦神經機制的影響，研究證據顯示腦中語言處理的神經迴路會因為雙語經驗，或第二語言學習訓練，而產生結構性的改變，及功能性重組的現象，驗證大腦神經可塑性(Li, Legault, & Litcofsky, 2014; Yang, Gates, Molenaar, & Li，2015) 。因此，在大腦神經可塑性的前提之下，應用數位學習科技的輔助，進行第二語言學習，除了外顯行為的學習成效之外，大腦神經機制的功能性改變為何，是值得深入探討的研究議題。. 第二節研究目的與問題本研究的目的是整合數位學習的行為及大腦神經反應的實證資料，探究非聲調母語者學習中文詞彙聲調的聲韻處理機制在學習進程中的轉變樣態，以描繪學 1.

(13) 習者大腦中詞彙聲調處理的神經機制在學習中文為第二語言學習歷程中的功能性變化。研究結果將有助於探究詞彙聲調的處理是否符合語言處理功能性左腦側化的假說，並釐清中文詞彙聲調處理在聲學資訊之外是否涉及語言特徵的處理，及其對應的大腦特定功能腦區。對於學習華語文作為第二語言(Chinese as a Second Language, CSL)的初學者而言，尤其是母語為非聲調語言(non-tonal language)的成年的 CSL 初學者，由於他們的聲調處理機制受限於母語的聲韻特性，很難區辨及掌握華語文特有的詞彙聲調(lexical tone)的特性(Gandour, 1983; Stagray & Downs, 1993) ，造成學習的障礙。針對中文詞彙聲調區辨的困難，研究者 Wang 等人(1999, 2003)提出透過針對中文詞彙聲調的感知(perception)訓練可以提供給學習者更多密集接觸詞彙聲調的刺激及區辨的練習，訓練後能夠有效提升聲調辨識率，且練習後中文四聲聲調的口說產出有類母語類型的發展趨勢 (Wang, Spence, Jongman, & Sereno,1999; Wang, Jongman, & Sereno, 2003) 。除了行為層次的的學習成效之外，研究者使用功能磁振造影(fMRI)量測比較非聲調母語的 CSL 成年學習者學習前後大腦語音處理腦區的活化情況，看到伴隨著行為層次的聲調辨識反應作業(tone identification task)的正確率提升的訓練效果，學習者左腦顳上迴 STG 和右腦額下迴的語音處理相關腦區的活化增強，展現作業特定的訓練效果(training-specific effect)的大腦神經可塑性實證證據(Wang, Sereno, Jongman, & Hirsch, 2003)。作業特定的感知訓練效果，除了反應在行為層次的感知能力的提升之外，也會自動產生神經生理反應(neurophysiological response)；透過事件相關電 (event-related potential, ERP)的腦電波的量測，可以觀察到在不需要注意 (pre-attentive)聽覺刺激時，大腦中央聽覺皮質區自動化偵測到聽覺刺激變異時所產生的不匹配負波(mismatch negativity, MMN)反應量增強 (Näätänen, Schroger, & Karakas, 1993; Kraus, McGee, & Carrell, 1995; Tremblay, Kraus, Carrell, & McGee, 1997)，甚至在一些聽覺的感知訓練的個體資料中看到在行為層次量測的 2.

(14) 反應還沒有被觀察到時，神經生理的反應已經產生變化(Tremblay, Kraus, & McGee, 1998)。因此，MMN 這項語音感知區辨敏感性的生理指標作業反應 (Näätänen, Gaillard, & Mäntysalo, 1978; Näätänen, Paavilainen, Rinne, & Alho.,2007; Näätänen & Alho, 1997)的量測，近年來也廣泛地受到研究者的重視，普遍用於探討詞彙聲調處理的神經機制(Luo, Ni, Li, Li, Zhang, Zeng, & Chen, 2006; Yu, Wang, Li, & Li, 2014)，釐清中文母語者對於聲韻的處理機制涉及提取詞彙聲調的長期記憶表徵的比對作業(Chandrasekaran, Krishnan, & Gandour, 2007a), 了解對於中文詞彙聲調變異偵測反應的時間點及反應量的樣態 (Chandrasekaran, Krishnan, & Gandour, 2007b; Hsu, Lin, Hsu, & Lee, 2014)，及了解產生聲調變異自動化偵測的反應腦區及其機制(Deouell, 2007; Doeller, Opitz, Mechlinger, Krick, Reith, & Schroger, 2003; Opitz, Rinne, Mecklinger, von Cramon, & Schroger, 2002: Hsu et al., 2014)。近期，研究者應用這項生理指標作業來觀察 3 天短期的特定作業的感知訓練效果，研究結果顯示學習後學習者對於目標語言的語音區辨反應能力提升，且學習者對於目標語言的語音變異的 MMN 反應量有顯著的增強 (Tamminen, Peltola, Kujala, & Näätänen, 2015)。雖然上述的研究針對聲調感知訓練已經看到訓練的作業特定效果展現行為層次及大腦神經功能性反應的實證資料，但是，對於在非特定針對聲調感知作業的訓練，是否也能夠觀察到行為層次和大腦聲調區辨敏感性的神經功能性反應的訓練效果，則研究文獻中尚無進一步的探討。此外，對於 CSL 學習者詞彙聲調處理機制，在中文學習的進程中，其大腦神經生理的反應變化的樣態如何，也尚無實證研究資料可循。本研究要探討的問題是，非聲調母語的 CSL 初學者，在短期非特定作業的統整性語文訓練下，隨著學習者的句子聽讀能力的提升，學習者大腦詞彙聲調區辨的敏感性的功能性神經反應的改變樣態為何？據此，本研究從大腦神經機制的觀點，採用已經驗證有效的數位學習的原理原則(詳如文獻探討)，實作建置會話 3.

(15) 句子情境的中文數位學習平台，作為短期訓練的工具，透過腦磁波儀 (Magnetoencephalography, MEG)量測學習者學習前後的ＭＭＮ的腦磁反應 (magetic correspondent of mismatch negativity, MMNm)，具體提出三項研究待答問題，以檢驗行為層面(研究待答問題一)及大腦神經機制功能性重組(研究待答問題二及研究待答問題三)的學習效果，茲條列如下：. 研究待答問題一: 會話句子情境的中文數位學習平台，是否能有效提升 CSL 初學者的學習成效？亦即行為量測比較受試者組內前後測成績的差異。. 研究待答問題二： CSL 初學者學習後是否提升了中文詞彙聲調感知區辨敏感性? 亦即量測大腦ＭＭＮm 反應量 -- 受試者組內比較學習前後ＭＭＮm 反應量的變異為何？. 研究待答問題三： CSL 初學者學習後中文詞彙聲調區辨敏感性的功能性神經反應的改變為何？亦即大腦ＭＭＮm 反應的反應源分析 -- 受試者組內比較學習前後ＭＭＮm 反應源活化的變異為何？. 4.

(16) 第二章. 文獻探討. 本研究為了進行以大腦神經機制來探討以華語文為第二語言的數位學習成效，首先必須先了解腦中雙語的本質及建構發展的過程及效益，於是在第一節雙語的大腦神經理論段落中回顧相關文獻資料，包括雙語心理詞彙模型的建構，跨語言同步激發引發的雙語競爭，及因抑制非目標語而發展出較強的認知控制能力，並與語言處理系統交互作用，進而增進了雙語處理的效能，據以來闡述雙語的大腦神經機制。接著，第二節與經驗依存的大腦可塑性，從探討人類大腦具有神經可塑性的特質，來進一步探討因雙語經驗而改變及型塑了大腦神經的結構及功能性反應；從各項訓練及比較研究中看到各類型的學習及經驗造成成年人大腦結構及功能性反應的改變的證據來討論成年人的雙語學習效果及驗證大腦可塑性。同時，透過訓練的作業特定效果及作業普遍性效果來論述學習或訓練在大腦可塑性原則下的效益為何，依此各方面的實證資料來說明與經驗依存的大腦可塑性。除了瞭解雙語的心理表徵及大腦可塑性的原則之後，其次，要更進一步了解人類面對複雜的語文系統，大腦的閱讀神經機制是如何發展及進行語文的形音義的處理，因為第二語言的處理是建構在既有的大腦的閱讀神經機制上，第二語言的學習成功關鍵在於順應既有的大腦閱讀神經機制，並掌握目標語言特有的語文特徵和規則，尤其是聲調的感知，以人類與生俱來的統計學習能力，感知字彙學習的內隱性資訊，在會話的情境脈絡中進行有意義的學習以提升學習成效，相關文獻的探討為第三節有效學習華語文為第二語言的關鍵因素的主要論述內容。最後，第四節為數位時代的第二語言學習，依序列述了數位科技改變了資訊處理效能的觀點，善用數位科技營造學習平台提升學習效能的各種數位學習模式的示例，及運用數位科技輔助中文詞彙聲調感知與產出訓練的特定作業應用範例，以了解現今數位時代進行第二語言學習的工具，及其優勢與限制，供本研究借鏡。據此，文獻探討的詳細內容於本章後續段落分四節依序說明。 5.

(17) 第一節雙語的大腦神經理論(neural bilingualism). 雙語是指母語 (native language, L1)和第二語言 (second language, L2) 並存所構成的語言系統，母語和第二語言在意義(meaning)上和概念(concept)上是不對等的(equivalent)兩個單語。同時母語和第二語言發展建構的歷程也不相同，母語是自然習得的，是自然在生活中互動感知習得(acquisition)的，而第二語言是在既有的語言基礎上學習(learning)而得的，是有意識的學習才能獲得的，這顯示了在發展建構的歷程並不相同。而且無論是在語言或非語言的認知處理範疇中，母語與第二語言之間在心理表徵建構及提取詞彙的處理歷程中也會相互影響 (Kroll et al. 2014)，因此，人類為了因應這樣雙語的複雜處理，發展出一個適應性的系統得以同時處理具備語言特徵(linguistic feature)的資訊，和雙語處理時額外需要的認知控制的這類非語言特徵(non-linguistic feature)的刺激。茲就雙語處理的心理詞彙建構及認知控制發展機制，於後續的小節逐一討論。. 一、雙語心理詞彙(bilingual mental lexicon)模型詞彙的心理表徵是由概念的心理表徵(conceptual representations)和形式的心理表徵(form representations)所構成。Annette M. B. de Groot (2012)從雙語記憶的觀點來探討雙語的心理的詞彙，描述雙語心理詞彙的研究發展歷程的諸多模型的推展(de Groot, 2012)。關於雙語心理詞彙模型的探討早在半個世紀以前， Weinreich (1953/1968)就首先提出描述雙語者的心理詞彙模型係由同位連結 (coordinative)，複合連結 (compound), 次級同位連結(subordinative)等三種類型階段所組。後續，學者 Potter (1984)進一步區分為概念中介與字詞連結兩種模式，認為 Weinreich 的複合連結就等同於所謂的概念中介模型(concept mediation model)，而次級同位連結就等同於所謂的字詞連結模型(word association 6.

(18) model)(Potter, So, Von Eckardt, & Felldman, 1984)。透過這樣的建構歷程，將母語和第二語言的心理詞彙整合為一。由於母語和第二語言在概念上並不等同的，母語學習得早，通常母語的字彙量是大於雙語的詞彙量。Potter 所提出的概念與 Weinreich 最大的不同在於，Potter 等研究者進一步提出一項學習發展的假說，認為隨著第二語言精熟程度的提升，第二語言形式心理表徵會直接連結到母語和第二語言共享的概念心理表徵，漸漸地取代了字詞連結的模式，也就是從字詞連結發展到複合連結。這個觀點不同於 Weinreich 認為是從字詞連結發展到同位連結的階段。為了驗證這個模型推論，Potter 等人找來兩組受試者，一組是母語為中文，第二語言為英文，且第二語言英文相對是流利的(精熟程度較佳)。另一組是母語是英文及第二語言是法語，其第二語言法文的精熟程度相對較差。該實驗進行兩個作業，首先是要求受試者將母語翻譯成第二語言直接唸出，接著是第二語言的看圖唸名作業。研究者假設：如果受試者是採用概念中介模式，則理論上，應該這兩種作業的反應時間會一樣長，反之，如果受試者是採字詞連結模式，則直接翻譯的作業反應時間應該比看圖唸名作業的反應時間來得快。實驗結果顯示，兩組受試者，他們的看圖唸名作業和直接翻譯唸字的反應時間一樣。因此驗證，不論第二語言的精熟程度高低，雙語者都採用概念中介模式。但是，這個研究可能存在一些干擾的變項，例如，精熟程度變異的控制，刺激材料為高頻率或低頻率的字，或者母語與第二語言間的概念中介變異的程度，也都有可能影響實驗的結果。例如，也有一些研究者(Chen & Leung, 1989; Kroll & Curley, 1988)他們的受試者第二語言的精熟程度屬於相對更低的，從實驗數據得以推論這些相對初階的第二語言學習者採用的是字詞連結的模式。綜合上述的實驗結果，可據以推論隨著第二語言精熟程度的精進，建構雙語詞彙表徵的過程中，伴隨著在形式心理表徵和概念心理表徵之間連結模式的動態改變。同時，這個動態改變也與第二語言字詞使用頻率有關聯；愈常使用的字，就比較容易直接連結。換言之，在雙語者的詞彙記憶中，存在著不同結構模式；即使在相同的精熟程度的前提下，對於 7.

(19) 使用頻率較低的第二語言字詞較常採用字詞連結模式，而對於使用頻率較高的第二語言字詞則顯示採用概念中介的連結模式來處理。Kroll (1993)和她的同事 Stewart (1994)，為了釐清雙語處理機制中概念中介及直接連結的複雜互動關聯，他們觀察到在唸字翻譯的作業中，通常從第二語言到母語的反應時間較母語到第二語言的反應時間來的快，研究者推測可能是因為受試者在學習第二語言時，直接記憶其對應的母語翻譯，因此推論從第二語言到母語採用形式心理表徵的直接連結，其連結強於從母語連結到第二語言，通常母語到第二語言的連結則透過共享概念的路徑來連結兩個形式心理表徵，這和字義直接連結是兩個不同的路徑，直接連結路徑連結性強，能夠較快速完成，而概念中介路徑則須耗費較長的時間來完成連結。因此 Kroll 等研究者整合了上述雙語記憶表徵發展的概念，提出修正的階層模型(revised hierarchical model, RHM) (Kroll & Stewart, 1994; Sholl, Sankaranarayanan, & Kroll, 1995)。後續，Kroll 和她的同事進一步在實驗的刺激材料中操弄語意類別(semantic categories)隨機出現時，實驗結果看到母語翻譯到第二語言的的速度變慢了，但第二語言翻譯到母語則不受影響，得以了解相同類型或相異類型的語意對於雙語間轉換處理的模式具有不同的影響。由此得以推論可能是因為屬於同一語意類別的字詞之間會競爭共享的概念表徵，因此轉換處理的速度會變慢。從母語翻譯到第二語言的作業反應時間變慢，也可以說明母語到第二語言的翻譯確實是循概念中介模式的路徑進行，也就是透過概念表徵的連結，來建構雙語的詞彙表徵。但是，後續也有一些研究者發現了不同的結果，有的母語翻譯到第二語言相互之間的反應時間相同，也有母語到第二語言翻譯的時間較短的情況，不完全符合 RHM 模式所描述的，因此研究者間也提出修訂 RHM 模式的討論(Brysbaert & Duyck, 2010; Kroll, Van Hell, Tokowicz, & Geen, 2010)。實際上，母語和第二語言之間的意義不可能完全一致對等的，大多是共享意義的概念罷了，即便是具象的物件，具有多層次的特性概念中，在不同語言間 8.

(20) 往往無法一對一的配對翻譯，更何況是表達抽象概念所使用的字詞。此外，同源和非同源的字詞所共享的概念表徵也會有所不同，再加上字意本身並不是單一不變的，是會隨著時間改變且因人而異（Pavlenko, 1999）。有鑒於成對的母語與第二語言之間意義的對應不是完全一致，且不同字詞類型之間的不等同的程度也會有所差異，de Groot (1992, 1993)和她的同事們(van Hell & de Groot, 1998)提出了分散式概念特徵模型(distributed conceptual feature model, DFM)。這項分散式對應較小概念記憶單位的模型，更能描述語言特定(language specific)的本質。透過這個模型可以了解不同類型的字詞(具象 vs. 抽象，同源 vs.非同源)在字詞翻譯 (word translation)、不同語言間的語意激發(between-language semantic priming)和雙語字詞連結(bilingual word association)的實驗中都看到系統性的差異。研究結果顯示具象字詞和同源字的反應時間在語言內和語言間比較趨於相同，而抽象概念字詞和非同源詞語言內和語言間的反應時間差異較大 (van Hell & de Groot, 1998)。因此推論，具象字詞和同源字的字組較抽象和非同源字的字組在雙語者的記憶中所共同分享的概念記憶單位較多，分享的概念記憶單位越多，反應時間越慢。近年來，更多研究者對於不同語言間字義對應並非完全一致(full meaning equivalence)的觀點具有共識，同時，基於概念上的不對等(conceptual non-equivalence)的假說也紛紛提出進一步整合的模型。Dong, Gui, & MacWhinney (2005) 提出分享的分散式非對稱模型(shared distributed asymmetrical model, SAM) 強調字意是分散對應到許多基本的概念記憶單位，一對翻譯字組間有最小的共同分享的個別語言特定(language-specific)的概念單位，而且假設母語對於形式表徵和概念表徵之間的連結強度，要比第二語言來得強。分散式非對稱模型清楚地描繪出形成雙語心理詞彙的歷程，係透過第二語言的學習歷程，逐漸強化母語的形式表徵和第二語言的特定概念記憶單位的連結。. 9.

(21) 研究者 Pavlenko(2009)以 Kroll 和 Stewart(1994)年的 RHM 模型為基礎，保留第二語言學習中字詞透過概念中介的發展歷程，也納入 DFM 和 SAM 模型的共享和部分共享概念的中心思想，更進一步提出修正的階層模型(modified hierarchical model, MHM)(如圖 1 所示)，有別於先前的模型在於新增概念儲存的組織(organization of conceptual store)和概念轉換(conceptual transfer)的描述，而是將第二語言的學習視為概念的重新建構調整的歷程(L2 learning as conceptual restructuring)，其實這就是跨語言連結(interlingual connection)的概念。首先，ＭＨＭ模型描述概念表徵是具有情境依存而改變的動態的(dynamic)，分散式的 (distributed)和湧現的(emergent)的特質，以確實符合同一雙語者在不同情境作業要求下，既有字義直接轉譯的處理模式，也有依循語言特定概念分享的處理歷程 (Jarvis, 2003; Stepanova, Sachs , & Coley, 2006)。其次，這個模式所採用的「概念轉換」，不等同於「語意轉換」(semantic transfer)，是多元類型的(multimodal conceptual representation)雙向轉換(L1-->L2 及 L2-->L1)的概念，有將第二語言對應到母語的語言特定概念類型(L1 linguistic categories)的母語的概念轉換，及將母語對應到第二語言的語言特定概念類型的第二語言的概念轉換。最後，這個模型最主要在於闡述概念重新建構調整的歷程，透過以下四個過程來完成：(1)確認兩語言同時存在的概念表徵，(2)增強母語和第二語言概念的轉換，確認有哪些重疊的概念表徵，(3)整合出一個特有的概念表徵，(4)轉移放置到 L2 的概念類型的記憶中。. 10.

(22) 〈圖 1〉雙語心理詞彙修正的階層模型. (Pavlenko 2009). 二、雙語競爭(competition between L1 and L2) 跨語言激發(cross-language activation)係指雙語使用者隨時都無意識或有意識地在進行非選擇性的提取(non-selective access)，無論是閱讀，或聽說話的語音，或準備要說的過程中，雙語者內在的兩個語言同時被激發(Dijkstra ,2005; Marian & Spivey, 2003; Kroll, Bobb, & Wodniecka, 2006; Kroll, Bobb, Misra, & Guo, 2008)。相關研究者採用同源字(cognates)實驗來釐清跨語言激發的內在心理機制，發現西班牙和英語的雙語者在閱讀辨識同源字較非同源字來得快，而辨識跨語言同形字則較一般字慢(Dijkstra, Grainger, & van Heuven, 1999; Yudes, Macizo, & Bajo,2010)，但是單語者就沒有這個現象。這個研究結果顯示，受試者所接收到的詞彙的資訊(lexical information)，同時激發了目標語(target language)及非目標語 (non-target language)，跨語言激發的效果反應在字形，字義，及字音這三個詞彙的基本構成成份，不僅字形字義在形式(form)和概念的(conceptual)的心理表徵上連結之外，甚至是在非目標語並非外顯處理的情況下(Thierry & Wu, 2007; Wu & Thierry, 2010)，也可以看到語意相似性的促發(Martin, Dering, Thomas, & Thierry, 2009)，和語音(phonological)相似性的連結 (Marian & Spivey, 2003)。而這種目標語和非目標語之間的交互作用，是雙向交互影響的(Lagrou, Hartsuiker, & 11.

(23) Duyck, 2011, 2013; Schwartz, Kroll, & Diaz ,2007; Portin, Lehtonen, Harrer, Wande, Niemi, & Laine, 2008)。這種雙語同時激發造成認知處理作業時間較長是反映出雙語者進行提取內在心理詞彙(mental lexicon)記憶的時間成本及抑制非目標語 (inhibition non-target language)的認知作業時間成本。. 三，抑制非目標語 (inhibition of non-target language) 研究者採用混合語言唸名作業實驗(mixed-language naming experiments)及在語言切換的條件(Meuter & Allport , 1999)下來展示雙語者抑制非目標語的現象。後續，Christoffels, Firk , & Schiller (2007)採用混合圖片唸名的實驗，結果顯示如果指定用第二語言唸名的作業，那麼已經被激發的母語會被抑制，反應時間會較單純由第二語言看圖唸名的作業時間來得慢些，這反映了在跨語言激發時抑制非目標語作業的時間成本。無論是在單語或雙語的語言處理歷程中，語言選擇是必然的認知處理，例如單語者需要在語意相近中的字詞做選擇(例如 cup vs. mug)，雙語者則需要在概念相近的字詞中選擇(例如 cup vs. tasse)。研究者 Kroll, Bobb & Wodniekcka (2006) 指出語言選擇是雙語者口說產出過程(bilingual speech production)的一個部分。而且在口說產出的過程中，雙語者比單語者更需要某種程度的注意力和控制的程序 (Green, 1998)。Hernandez 等人(2001)的 MRI 的研究顯示跨語言激發時大腦 Broca 腦區進行語言切換作業，大腦前額葉背後側(dorsolateral prefrontal cortex)有顯著的活化，推斷在進行語言切換作業時需有較多中央執行監控功能的涉入。那麼究竟是抑制或是選擇的中央執行監控功能是呢？有些研究者指出當口說產出目標語言時，非目標語言是被抑制的(inhibited) (Levy, McVeigh, Marful, & Anderson, 2007; Philipp & Koch, 2009)。但也有研究者的研究證據顯示，增加偏好反應的激發能夠完成正確的選擇(Costa, Santesteban, & Ivanova, 2006)。其實，抑制與選擇是一體兩面；當目標語言和非目標語言同時被激發，視跨語言間不同程度的激發 12.

(24) 及其強弱而定，捨棄競爭者，聚焦在選擇的標的上。所以選擇，可以說是增強偏好的目標，或者抑制競爭者的歷程，或者是抑制反應或干擾(Luk, Anderson, Craik, Grady, & Bialystok, 2010), 也可能是同時增強目標與抑制競爭者而產生，是需要在建構在母語既有語言處理的神經迴路上，徵調非語言的認知控制作業參與其中，這項額外的神經迴路在中介(mediate)語言處理的神經迴路，而且是動態變化的 (Abutablebi, 2008)。而且，隨著第二語言的精熟程度達到如同母語的精熟程度時，則趨於自動化作業，這項在神經迴路上的差異就消失了(Abutablebi, 2008)。因此，無論是抑制或選擇，其結果都反映在雙語者比單語者具有更強的內在認知控制機制(mechanism)來進行跨語言激發時的處理歷程。Bialystok 等人(2009) 提出了雙語者的認知控制網絡和雙語的語言系統的互動關係模型，描繪雙語者透過語言系統和認知系統之間的互動，發展出較強的認知監控能力， (如圖 2 所示)(Bialystok, Craik, Green, & Gollan 2009)。. 〈圖 2〉雙語者的認知控制網絡組成模組與雙語的語言系統的關係圖(Bialystok et al. 2009). Morono, Bialystok, Wodniecka,及 Alian(2010) 以事件相關電位(event-related potentials, ERPs)以反應句子語法衝突的 P600 來進行比較年輕成年人雙語者和單語者對於句子語法處理的反應，來驗證這個語言系統和認知控制網絡互動的模型。 13.

(25) 研究結果顯示語法衝突時雙語者比單語者更能有效處理，研究者推論，雙語者選擇(注意力控制)相關的資訊，且能夠有效抑制干擾的資訊，顯示雙語者具有較佳的認知控制能力。基於如圖 2 所示的認知控制網絡的架構(Bialystok et al., 2009)，大腦處理第二語言的歷程，是認知控制系統及其子系統和語言系統的迴圈循環互動(control loop)所進行的，涉及了不同功能的腦區，以共同完成持續監督執行作業中的注意力，抑制控制及切換等作業的進行。Abutalebi 和 Green (2007) 提出認知控制的神經網絡所包括的腦區有前額葉(prefrontal cortex)，前扣帶迴(anterior cingulate cortex), 基底核(basal ganglia)和尾狀核(caudate)，及頂下葉(interior parietal lobule)，如圖 3 所示。後續 Garbin 等人(2010)也同樣看到在進行非語言作業時，雙語者比單語者在左腦的額下迴 IFG 和左腦的基底核的殼核(putamen)有較大的活化，反之，單語者則是右腦的額下迴有較大了活化，同時，雙語者在進行語言處理時具有較小的切換成本。研究者據以推論因為長期雙語作業的需要，認知執行監控的神經迴路與原有語言處理的神經迴路趨於重疊(Garbin, Sanjuan, Fron, Bustamante, Rodriguez-Pujadas, Belloch, Hernandez, Costa, & Avila, 2010)。. 〈圖 3〉大腦主要負責認知控制的網絡和這些腦區一般推定的功能(Abutalebi & Green 2007) 14.

(26) 第二節與經驗依存的大腦神經可塑性(experience dependent neuroplasticity). 一、大腦神經可塑性(brain neuroplasticity) 大腦具有彈性能夠因應環境刺激而改變，或因為認知需求或者行為的經驗而產生功能上或生理上的改變，甚或重新設定大腦結構(Li et al., 2014)，這就是所謂的大腦神經可塑性(neuroplasticity)。這個大腦神經可塑性的觀點獲得多項腦造影的研究證據支持，在大腦灰質(gray matter)體積，白質(white matter)連結和皮質厚度(cortical thickness)等結構都看到隨著經驗而改變(experience-dependent)。許多研究已經證實，即使在過了所謂關鍵期(critical period)的發展成熟期之後，終其一生，成年人的大腦能夠持續進行功能上和結構上的改變 (Taubert, Draganski, Anwander, Muller, Horstmann, Villrigner & Ragert, 2010; Taubert, Villringer, & Ragert, 2012)，這項特質是人類神經系統所特有的。大腦神經連結持續的改變，源自於環境的改變，新奇的經驗，和學習新的技能，這些是我們所熟知的大腦功能及對應的神經迴路的調節因子(modulators) (Draganski & May, 2008)。從神經解剖(neuroanatomic)造影的證據驗證了不同的學習和經驗對應形塑不同的認知功能區域。例如，在著名的倫敦計程車司機的研究中顯示純熟的空間駕馭的技能 (navigational skills)（空間知識與記憶）反應在計程車司機的海馬迴後緣的體積比較大(posterior hippocampus) (Maguire, Gadian, Johnsrude, Good, Ashburner, Frackowiak, & Frith, 2000)。神經工程(neuroengineer)研究者嘗試藉由量測大腦中處理執行監控 (executive control)，記憶( memory)，和動作學習(motor learning)等不同認知作業功能相關區域的大腦皮質體積的差異，來預測習得複雜認知作業的能力；例如: 以觀察受試者大腦中與認知作業功能相關腦區的神經迴路的大腦皮質體積的大 15.

(27) 小，來預測受試者的複雜即時策略的反應能力（Basak, Voss, Erickson, Boot, & Kramer, 2011）。或者，以腦磁振造影來視覺化呈現學習後所產生的腦區結構上的各項改變，以証實大腦神經可塑性；例如，Draganski 等人(2004)推論玩球變戲法的學習會暫時及選擇性地改變大腦神經迴路中職司處理及儲存複雜視覺動作的認知作業的腦區。腦造影的資料顯示，比較學習玩球變戲法實驗組受試者與沒有學習的控制組，實驗組受試者在左右腦兩側的顳中迴區(mid-temporal area)(hMT/V5)，和左腦的頂間溝腦迴後部(posterior intra-parietal sulcus)在學習前和學習後的活化程度有顯著的差異，但在學習後一段時間後兩組的大腦皮質活化程度的差異則有減弱的情況，顯示學習玩球變戲法的學習成效與學習者大腦灰質區域結構暫時性的活化的相關性很高(Draganski, Gaser, Busch, Schulerer, Bogdahn, & May, 2004)。Kühn 等人 (2011)研究電玩遊戲的大腦神經基礎；發現玩家(gamers)比起非玩家(non-gamers)在大腦處理酬賞刺激(reward processing)的腦區的左腹側紋狀體(left ventral striatum)有較多的神經連結及較大的活化程度，驗證電玩遊戲的長期經驗反映在神經迴路的可塑性(Kühn, Romanowski, Schilling, Lorenz, Mörsen, Seiferth, Banaschewski,... the IMAGEN consortium, 2011)。 Taubert 等人 (2012)的研究讓受試者持續進行六週的平衡練習，過程中進行四次大腦造影掃瞄，一次在學習前，之後在練習期間每隔二週掃描一次，觀察學習相對應的大腦灰質及白質的改變和學習成效之間的動態關係。研究證據顯示大腦灰質與白質隨著學習成效提升產生變化；在前額葉腦區逐漸增加神經連結及增進神經傳導效能，而頂葉區的灰質活化的差異則由生手到第二週（最高峰）之後逐漸熟練，活化差異也逐漸減低，同時，連結前額葉和頂區區域的白質變化也有對應灰質的變化而呈現暫時性的差異。因此，對應於由生手到熟練程度的學習過程中，灰質與白質結構的動態性差異，驗證了大腦可塑性 (Taubert et al., 2012)。. 16.

(28) 由上述的研究實證資料顯示大腦神經可塑性具有功能特定性，預測性，暫時及選擇性，動態差異性及非線性變化的等等特性。. 二、雙語發展是大腦神經迴路的重組 (bilingualism as reorganization of brain network) 關於個人學習第二語言的經驗如何產生神經可塑性的議題，近年來有許多跨領域的研究者投入研究，Li 和他的同事回顧與經驗依存(experience-dependent) 而產生的神經解剖上(anatomical)和功能性神經連結(functional connectivity)類型的改變的相關證據，分別在兒童，成年人和老年人的大腦中，都可以看到第二語言經驗所引發的大腦神經結構的改變，包括灰質密度和白質的完整度增加。這項與經驗依存的大腦神經結構及功能性的改變，即使不是經過長期的語言經驗所產生的差異，也能夠在短期的語言學習或訓練後看到改變，同時，與個別語言的特性，學習者的年齡，第二語言習得的年齡，語言流暢度和水準，及個體差異都有相關 (Li et al., 2014)。為了進一步預測相關語言和閱讀能力的發展及變化，首先需要瞭解大腦這個一腦多文(one brain for all languages)內在機制如何支持和表徵雙語或多語 (Myers, Vandermosten, Farris, Hancock, Gimenez, Black, Casto, Drahos,Tumber, Hendren, Hulme, & Hoeft, 2014)。自 1990 年代中期開始，拜現代腦造影設備所賜，研究者使用功能性磁振造影(fMRI)，正子造影(PET)和腦電波(EEG)/事件相關電位(ERP)，得以揭示學習第二語言時大腦的特定功能類型，及對於關鍵期假說的預測也得以進行相關的驗證，研究者從行為和腦造影的相關證據來探究，發現即使在成年時期才進行的第二語言學習，其學習成效也會導致大腦神經結構和連結產生改變，其改變類型幾乎類似於母語或第一語言所產生的改變類型，包括灰質 (gray matter, GM)密度的增加，大腦皮質厚度(cortical thickness, CT)增加，或增進白質(white matter, WM)完整性。 17.

(29) L1 等人 (2014)整理近十年來研究文獻，從認知神經機制的角度去檢視第二語言學習所導致大腦神經解剖上的變化，以確認因為雙語經驗產生大腦結構改變的內在機制，也比較語言和非語言訓練在神經結構上的效果，來釐清大腦語言神經迴路和認知控制迴路間的重疊和互動，同時，也關注到神經結構和行為上的個體差異問題，進一步呈現從結構到功能到行為(structure-function-behavior)這三個層次的連結所呈現的整體概念(Li et al., 2014)。 Li 等人(2014)從相關文獻的實驗證據中，比較了具有雙語經驗的雙語者與和無雙語經驗的單語者，他們的灰質密度和皮質厚度，結果顯示雙語者較單語者在大腦的前扣帶迴(anterior cingulate cortex, AC)，前顳葉(anterior temporal lobe, aTL)，尾核(caudate nucleus)，小腦(cerebellum)，黑索氏迴(Heschl’s gyrus, HG)，額下迴(inferior frontal gyrus, IFG)和頂下小葉(inferior parietal lobule, IPL)這些腦區的灰質密度或皮質厚度較大，並將雙語經驗的諸多變數，例如語言習得年齡，精熟程度，字彙量，語言切換能力，執行監控能力，程序性記憶提取處理等等，與上述這些腦區的大腦皮質結構改變之間的關聯，依據腦區分別說明如下：（1）左腦頂下小葉(LIPL)，包括鄰近區域緣上迴 SMG 和角迴(AG), 參與語音工作記憶，語音儲存，語意整合，詞彙學習和語意整合的重要區域，且這個區域大腦皮質的增生是特別與雙語習得和處理大量第二語言有關聯的，越早學，灰質密度越大(Lee, Devlin, Shakeshaft, Stewart, Brennan, Glensman, Pitcher, Crinion, Mechelli, Frackowiak, Green, & Price, 2007; Xiang, Dediu, Roberts, van Oort, Norris, & Hagoort ,2012) 。 (2)角迴可能特別參與在事件表徵(event representation)和情結記憶的提取 (episodic memory retrieval)，是語言處理作業中重要的腦區。 (3)左腦額下迴是大腦處理語言的核心區域，包括詞彙提取(Lexical retrieval)，口說發聲準備(articulatory planning)，和形態句法的交互處理 (morpho-syntactic processing)等。額下迴(Brodmann’s Area or BA47) 和頂葉 18.

(30) (parietal lobe) 連結活化與快速學習字彙的成績有顯著的相關(Xiang, Dediu, Roberts, van Oort, Norris, & Hagoort ,2012)。此外，左腦前顳葉和頂下迴（ITG）和頂中迴(MTG)一起，共同掌管許多關於詞義表徵和處理等方面的作業，因此與看圖唸名的作業表現相關，L2 看圖唸名的作業的成績表現和體積大小成正向關聯。 (4)黑索氏迴(Heschl’s gyrus)位於大腦主要聽覺皮質區(primary auditory cortex)，職司字音對應的處理，左腦的黑索氏迴的體積大小與語言學習成效成正比。 (5)小腦是程序性記憶(procedural memory)系統的一部分，參與語義處理和文法處理的作業，小腦(cerebellum, CB)的皮質厚度則和程序性的記憶成正向關聯。 (6)前扣帶迴(anterior cingulate cortex)的體積與衝突監控(conflict monitoring) 的作業表現成正向關聯，符合雙語認知優勢假說(cognitive advantage hypothesis)。 (7)尾核是基底核 BG(Basal Ganglia)的一部分，尾核在序列性學習(sequence learning)，程序性記憶(procedural memory)，語音學習和偵測語音異常的作業上扮演重要角色。在雙語者與單語者的比較上，尾核(caudate nucleus)的體積大小與語言切換(language switching)的作業表現呈正向關聯。綜合以上的實證研究資料，Li 等人(2014)描繪上述與雙語經驗有關聯的大腦的關鍵大腦皮質興趣區(region of interest, ROI)的情況如圖 4 所示。值得注意的是，受限於 ROI 資料擷取比較的分析方法，呈現相對的差異(雙語者大於單語者)，而這些差異是大腦神經迴路的整體運作，不單單只是所呈現單一或個別大腦皮質的體積的改變與功能性的連結而已。. 19.

(31) 〈圖 4〉比較雙語者和單語者之間大腦的皮質興趣區 (region of interest, ROI)增大和改變的差異與雙語經驗的關聯 (修訂自 Li et al., 2014). 三、成年人的雙語學習 (adults for L2 learning) 因為全球化的影響，成年人學習第二語言已經是一種常態的現象。雖然晚期雙語者相對於早期雙語者，在第二語言腔調及發音等方面要達到類母語 (native-like)人士的水準會比較困難(Flege, 1995; Flege, Yeni-Komshian, & Liu, 1999; Flege, MacKay, & Meador, 1999; Piske, Mackay, & Flege 2001) 但是，第二語言的聽說讀寫的精熟程度不完全決定於習得的年齡，練習的程度及訓練的方式及時間長短也會影響學習的成效。由於大腦具有可塑性，即使過了所謂關鍵期(critical perios)或敏感期 (sensitive phase)的成年人，學習第二語言也會誘發大腦神經功能性活化和結構上的改變。例如，Schlegel 等人(2012)以擴散張量影像(diffusion tensor imaging, DTI) 掃瞄追蹤研究大學生進行密集的中文學習課程的學習誘發的大腦神經結構的改變，控制組為相當年齡及教育程度的受試者在該段實驗進行期間則沒有學習中文。 20.

(32) 腦造影的資料顯示實驗組的大學生，的白質(white matter)神經束的連結較緊密完整。同時，中文學習者的白質連結完整性和他們的學習成效成正比，表示神經連結愈緊密，學習行為表現愈好(Schlegel, Rudelson, & Tse, 2012)。研究者更進一步探究白質連結的腦區，發現學習中文者有 5 位他們的白質的增強連結都連結到尾狀核(caudate nucleus, CN)，反映在語言處理中需要認知控制功能涉入。Zou 等人 (2012) 比較雙語者和單語者的腦造影資料，尾狀核體積大小與語言切換作業有正相關的證據(Zou, Ding, Abutablebi, Shu, & Peng, 2012)相吻合，故推論成年人學習雙語具有語言切換的認知控制的優勢。另外在專業與非專業訓練的比較研究上，Martensson 等人(2012)研究軍事學院招募的訓練的專業口譯學生，經過 3 個月的訓練字彙和成語的密集訓練（300--500 個字彙或成語），控制組為和實驗組年齡及認知控制能力相當的非專業口譯學生，研究結果發現實驗組，他們的左腦的額下迴(IFG)，左腦的額中迴 (middle frontal gyrus, MFG)，和左腦的顳上迴(STG)的皮質厚度相較於控制組的學生來得大，且實驗組的學生右腦的海馬迴(hippocampus, HP)的體積增大。同時發現，左腦顳上迴(STG)和右腦海馬迴(HP)的厚度和第二語言的精熟程度呈現正向關聯，且此項訓練誘發的神經結構上的差異，與語言處理作業中形音對應 (sound-form mapping)和字詞建構(word forming)的相關認知功能相關，呈現作業特定的訓練效果(training-specific effect) (Martensson, Eriksson, Bodammer, Lindgren, Johansson, Nyberg, & Lovden, 2012)。許多第二語言的訓練或學習的研究都提供了充分的證據支持語言處理左側化的研究假說，例如 Schlegel et al. (2012)和 Martensson et al. (2012)的研究。然而，最近也有研究指出，雖然大多數關於第二語言學習所誘導產生的改變通常會符合語言處理左側化的原則，但是卻也不限定只有左腦發生改變。例如 Hosoda, Tanaka, Narial, Honda, and Hanankawa(2013)採用多模式量測灰質的體積變化(by VBM)，皮質的連結(by PDT)，和白質連結的完整性(by TBSS)進行橫斷性 21.

(33) (cross-section)和縱貫性(cohort)的研究。他們的研究結果發現訓練效果反映在右腦額下迴島蓋部(pars opercularis of inferior frontal gyrus, IFGop)的體積增大，及從 IFGop 到尾狀核(IFGop-caudate)，及從 IFGop 到顳上迴(STG)及緣上迴 (Supramarginal gyrus¸SMG)的連結(IFGop-STG/SMG)的神經束重組連結。而且，當參加訓練的人員停止訓練後約一年在做量測，則灰質的體積減小回復到訓練前的階段，而還持續定期訓練的人員，則維持灰質的體積，可見得，灰質的體積與訓練有關，因訓練則強化神經連結，故灰質體積增大(Hosoda et al., 2013)。但是也有研究者進行口譯專家與非專家的比較，發現專家能夠毫不費力地在雙語中自動切換，因此，相較而言，因為不需要活化該區域的神經迴路，故精熟程度較高的專家的灰質的體積反而較小(Elmer, Hanggi, Meyer, & Jancke, 2011; Elmer, Haggi, & Jancke, 2014)，這看似矛盾的研究結果，其實並不相衝突，這反應出，在不同的學習階段神經迴路活化的樣態是不同的，在學習初期，需要費力的作神經迴路的活化與連結才能執行相關的認知作業，當精熟程度提升時，則毫不費力，能夠自動化處理，則只需要透過學習已經建立的神經迴路間固定通道來傳遞訊息，就能完成作業，則不需要太大的活化反應。因此，學習的效果反應在灰質體積，白質連結完整性及皮質厚度的改變上，因應不同的學習階段而有不同的變化樣態，而且，穩定的練習及精熟程度對於固化大腦功能性和結構性改變，是重要的。. 綜合上述一、二、三小節的研究結果，跨越各年齡階段的學習或使用雙語的經驗，基於大腦可塑性所呈現的變異，可能較類似學習曲線的形態，並非是直線的變化，而且是與語言的特性，學習的年齡，期間長短，學習內容，訓練的方式，衡量的作業特性，精熟程度及認知控制及語言背景的個體差異等等多個變數之間的動態互動。換句話說，大腦就是一個適應系統，因應不同年齡的發展，不同的環境，文化和語言刺激，隨著個體的差異，不同的接觸的方式和期間的長. 22.

(34) 短，發展出不同的外在行為表現，及其對應內在心理表徵及大腦的結構變化，型塑大腦有效處理的神經網絡系統，以因應人類複雜的語言系統的運作。. 四、訓練的作業特定效果(task-specific effect)及作業普遍性效果(task-general effect) 關於學習成效的類型，從認知神經機制的觀點來看，研究者指出有效的學習訓練，在本質上應包含有學習作業特定的效果及學習作業普遍性的效果(Lee, Sung, Chang, & Tzeng, 2013)。除了行為層次的訓練特定效果之外，在針對中文詞彙聲調區辨的訓練研究，Wang, Sereno, Jongman, & Hirsch (2003) 訓練 6 名英文為母語的成年人學習中文詞彙聲調，訓練材料為 180 個單音節的字，在 2 星期內分 8 次訓練，每次進行 40 分鐘的聲調辨識練習，研究者用 fMRI 觀察受試者訓練前後大腦在進行聲調辨識作業(tone identification task)腦區活化的反應，研究結果顯示，非聲調母語者學習中文詞彙聲調的辨識作業成績進步，且伴隨著左腦顳上迴 STG 和右腦額下迴的語音處理相關腦區的活化增強。近年來研究者也曾進行第二語言語音感知區辨的特定訓練(specific phonetic training)研究，Tamminen 等人(2015)採受試者組內前後測研究設計，以前測為量測起始值(baseline)，讓參加者進行連續 3 天目標語言的特定語音的聽說練習(phonetic listen-and-repeat)，學習後再進行後測的量測，研究結果發現經過 3 天密集的特定的語言感知練習，學習後學習者對於目標語言的語音區辨反應能力提升，且學習者對於目標語言的語音變異的大腦神經 MMN 的反應量有顯著的增強 (Tamminen et al., 2015)。從上述的訓練研究(training study)的文獻中看到，行為層次的改變來自於訓練和學習效果所對應的神經層次的改變。在訓練的作業普遍性效果方面，Kjuala 等人(2001)的研究顯示，閱讀障礙兒童經過不含語言特性的刺激材料的聲音區辨的電腦遊戲訓練後，能夠改變大腦中處理語音知覺的腦區的活化程度，並且伴隨著提升了閱讀的能力。換言之，這個 23.

(35) 研究強調了語音知覺的特定訓練能夠普遍性活化支持更高階認知作業所涵蓋的神經迴路(Kujala, Karma, Ceponiene, Belitz, Turkkila, Tervaniemi, & Näätänen, 2001)。另外，Lovio 等人（2012）針對芬蘭 6 歲學齡前孩童，也就是聲韻處理機制發展的敏感時期，對於有閱讀相關能力障礙的孩童給予 3 小時芬蘭文形音對應電玩遊戲的 GraphoGame 的介入練習，3 小時短期訓練後促進了孩童發展中的聲韻覺知(phonological awareness)的神經機制，訓練後孩童大腦對於聲韻變異的區辨反應 MMN 的反應量顯著增強，顯示聲韻區辨的敏感性提升了，且孩童的閱讀能力也有進步(Lovio, Halttunen, Lyytinen, Näätänen, Kujala, 2012)。上述研究的訓練效果皆屬於作業普遍性效果，那是因為高階的閱讀認知能力中包含基礎的語音區辨能力，要執行閱讀這項高階的認知功能，需要涉及字詞辨識處理歷程中形音義之間互動對應的作業(Carreiras, Armstrong, Perea, & Frost, 2014)，而基礎的聲音區辨及包含語言特徵的語音區辦的神經迴路(Price 2012; Hickok, & Poeppel, 2007; Poeppel, 2012; 2014)，都是要執行高階閱讀認知功能不可或缺的神經網絡 (Dehaene, 2009)。從訓練的作業普遍性效果可以驗證基礎的聲調區辨認知功能的處理神經迴路是支持高階閱讀認知執行功能的神經處理機制，是屬於由下而上 (bottom-up)的機制。相較而言，執行高階閱讀認知作業而涉及多項低階認知作業神經迴路活化，是屬於由上而下(top-down) 的神經處理機制，兩者交相作用，缺一不可。. 綜合上述的實證研究的證據可以支持「與經驗依存的大腦神經可塑性」的觀點，雙語發展是大腦神經迴路的重組，即使是過了生理發展關鍵期的成年人，仍然能夠透過學習或訓練改變大腦的結構和功能性反應，對應產生學習成效。而學習訓練的成效可分為作業特定的效果及作業普遍性的效果，視學習模式的設計，訓練的工具與方式，訓練的期間長短，學習者的年齡及個體差異等等影響學習的成效的變數而定。同時，從大腦神經機制面來解釋表面行為層次的改變，有助於 24.

(36) 探討學習成效的本質。換句話說，研究者關注的學習成效的焦點，已經從表面行為改變的績效表現(performance)，轉移到在包括這些表面行為背後驅動改變的大腦神經機制的運作模式，形成持續學習(learning)的動力。. 第三節有效學習華語文為第二語言的關鍵因素. 一、順應大腦的閱讀神經機制無論學習哪一種文字系統，大腦的閱讀神經機制能夠用一套適應性系統來處理，循序漸進發展出聽說讀寫的能力。我們已經理解第二語言的學習是建構在已經發展成熟了的母語處理的神經機制的基礎上，運用既有的閱讀神經機制來處理第二語言的文字特徵與規則。因此，我們從探究大腦的閱讀神經機制來推論學習第二語言時大腦神經機制處理的歷程。閱讀發展分為三階段，第一階段為閱讀準備期；包含語言發展(language development)、字符覺識(print awareness)及聲韻覺識(phonological awareness)。第二階段為學以讀(learning to read)；包含音素解碼(phonemic decoding)、提昇識字自動化 (increase automatic recognition of words)及念字流暢性(fluency)。第三階段為讀以學(reading to learn)；包含推廣深度理解(expand to more sophisticated comprehension)、擴展字彙運用能力(expand vocabulary)及持續發展各階段的閱讀技能(continue to use skills from other stages)(如圖 5 所示)(Al Otaiba, 2009)。可見得從嬰幼兒時期所建構的語言發展系統是閱讀發展的最基礎建構，以此語言發展系統的「聽」與「說」為基礎，再逐步建構的識字及念字的能力，才能「讀」(非文盲)，也才能再進一步進展到閱讀理解與字彙應用能力，進而成為具備純熟的閱讀能力,再發展出「寫」的能力。. 25.

(37) <圖 5>閱讀發展三階段 (譯自 Al Otaiba, 2009). 學者 Stanislas Dehaene (2009)對於學以讀(learning to read)的大腦運作，匯集各家學說有以下的敘述：「學以讀聯結兩個在嬰兒時期就已經形成的大腦區域：物件認知系統(object recognition system)及語言迴路(language circuit) 」。閱讀習得 (reading acquisition)的發展主要分為三個的時期：第一個時期為圖像階段(pictorial stage)，孩童這時期主要對於有些字能以圖像認知來習得，例如一些商標文字. 。. 第二個時期為語音發展階段(phonological stage)，在這個時期孩童建構將字母的形式解構為音素(decode graphemes into phonemes)的能力，及發展出形音對應 (grapheme-to-phoneme)的轉換程序的系統，也就是所謂音素覺識(phonemic awareness)的階段。第三時期為學習正確拼字的時期(orthographic stage)，在這個時期孩童建構出迅速且自動的認字能力。從大腦神經迴路分析上可以得知拼字能力的建構像是階層樹狀架構(hierarchical tree)，能夠自動地同時處理字意及發音，是兼具有平行處理(parallelism)字詞迴路(lexical route)及語音迴路(phonological route)及高效能(efficiency)的特性(舉例如圖 6 所示)(Dehanene, 2009)，因此在處理過程中聯結了一些大腦的神經迴路，尤其是左半腦的文字區(the left occipito-temporal letter box area)。. 26.

(38) <圖 6> 識字唸字的多工平行處理示意圖 (Dehaene, 2009, p.39). 傳統的大腦的語言處理神經模型，是在 19 世紀末和 20 世紀中分別由 Broca, Werniche 和 Lichtheim (Broca, 1861;Wernicke, 1874; Geschwind, 1965)所提出了。語音辨識(auditory speech recognition)是位於左腦後顳葉(left posterior temporal cortex)的腦區(俗稱渥尼克區 Wernicke’s area)，口說產出則位於左額下迴後部(left posterior inferior frontal cortex)的腦區(俗稱布洛卡區 Broca’s area)，及視覺的字詞辨識(visual word recognition)則位於左腦的角腦迴(left angular gyrus)(Dejerine, 1891)。到了 20 世紀後半期的研究發現這些傳統的神經生物模型無法說明單一字詞如何整合到句子的理解中，例如，在一些失語症病人的研究中，發現布洛卡區受傷的病人，可以理解基於語意內容了解聽到的語音的訊息，但是無法理解複雜句子（Caramazza & Zurif, 1976），形成暫時性的口說產出的困難，而造成永久性的口說產出障礙的情況反而是在額葉受損且延伸到島腦(insula)和頂葉(parietal) 腦區的左中腦動脈梗塞的病人身上看到(Mohr, Pessin, Finkelstein, Funkenstein, 27.

(39) Duncan, & Davis, 1978)。同時，這樣的神經生物模型也無法說明一些閱讀障礙者看到非字和錯誤拼法的字的行為反應(Marshall, Newcombe, 1973)。因此，學者推論腦中從文字輸入到口說產出應該有兩個以上的神經處理通道，為了因應處理語言的複雜性，在布洛卡區和渥尼克區之外還有許多其它的腦區涉入，已經不是單純的傳統神經生理模型可以解釋的了。由於現代腦造影技術的高度發展，我們可以瞭解大腦的閱讀神經機制，不是單純由視覺處理，到字義處理的維尼克區 (Wernicke’s area)，再聯結到處理發音動作的布羅卡區(Broca’s Area)，再念出字音的舊有的單一迴路的模型所能描述的(如圖 7 所示) (Dehanene, 2009)。當今由平行處理與多重迴路的觀點所提出的模型(詳如圖 8 所示)，我們可以了解大腦的閱讀神經機制包含了分散在大腦多個區域的多個神經迴路;包括由上而下的注意力控制及序列式進行閱讀訊息處理(top-down attention and serial reading)，視覺輸入 (visual inputs)，文字的視覺形式處理區域(visual word form area(“the brain’s letterbox”))，提取字意( access to meaning)，提取發音的訊息及準備拼音發聲 (access to pronunciation and articulation)等。. <圖 7 > 早期的閱讀神經邏輯模型的示意圖 (Dehaene, 2009, p.63). 28.

(40) <圖 8> 現代大腦皮質的閱讀神經網絡示意圖 (Dehaene, 2009, p.63) 近 30 年以來，拜現代腦造影技術的發展，研究者得以逐漸建構更周延的大腦處理神經機制模型，更精準的描繪語文處理的大腦神經機制。Cathy J. Price (2012)對應早期學者 Petersen 等人(1988, 1989)提出功能性暨解剖性模型 (functional-anatomical model)(如圖 9 所示)，回顧整理 20 年來的 PET 和 fMRI 關於語音(speech)，口語(spoken language)和閱讀(reading)的腦造影的文獻，修訂了這個模型如圖 10a，10b 及 10c。. <圖 9 > Petersen et al. (1988,1989)提出的語文處理功能性暨解剖性模型 (functional-anatomical model) 29.

(41) <圖 10 a> 語文處理的功能性模型(Price, 2012). <圖 10b>對應語文處理功能的神經解剖性模型(Price, 2012) 30.

(42) <圖 10c>語文處理的功能性暨大腦神經解剖圖(Price, 2012) 也有學者從語言處理的計算神經生物學角度來描繪處理聽到的語音的處理歷程所涉及的腦區與時間先後，並展現歷程中左右腦(bilateral)共同涉入或者有左腦側化(left dominant)的情況，Hickok 和 Poeppel 提出將語音對應的語意的腹側流 (ventral stream)及對應到口說發聲的背側流(dorsal stream)的平行處理的雙流模型 (Dual stream model)如圖 11 所示 (Hickok, & Poeppel, 2007; Poeppel, 2012; 2014)。. <圖 11> 語音的處理歷程的雙流模型(Poeppel, 2012) 31.

(43) 而在視覺的字詞辨識(visual word recognition)方面，Grainger 和 Ziegler(2008) 提出雙向交互激發模型(bidirectional interactive activation model, BIAM)，強調形音對應的一致性具有影響字詞辨識的效果，除了形--音（Ｏ-to-P）的前向 (feedforward)對應之外，音--形(P-to-O)的後向(feedback)對應關係也會影響詞彙的辨識，顯示文字訊息會激發相對應及相關的語音及字形訊息，而其間的形音對應關係的一致性高低會影響詞彙判定的反應時間及正確率(一致性較高的詞彙，反應時間較快，正確率較高)。除了形音一致性及音形一致性之外也會與詞彙的使用頻率(frequency)和字形鄰項個數(neighborhood)等變項共變。Manuel Carreliras 等人(2014)依據 McClelland 和 Rumelhart(1981)的交互激發模型(interactive activation model)，參照腦造影的文獻資料，整理出字詞辦識處理歷程中形 (orthography)，音(phonology)，義（semantics）之間互動的對應關係及作業功能對應的腦區如圖 12 所示。. <圖 12 >字詞辦識處理歷程中形音義之間互動的對應關係及作業功能對應的腦區; IF:inferior frontal cortex, SG:supramarginal gyrus, AG:angular Gyrus, AT: anterior temporal cortex, FG: fusiform gyrus (including visual word form area) (Carreiras et al., 2014). 32.

(44) 在華語文詞彙的辨識方面，如同拼音文字系統也是要進行形音義的處理，而且雖然華語文是意符文字系統與拼音文字系統不同，但是在詞彙辨識的歷程中進行形音義交互激發的編碼及解碼的認知歷程並沒有太大的差異(Rueckl, Paz-Alonso, Molfese, Kuo, Bick, Frost, Hancock, Wu, Mencl, Duñabeitia, Lee, Oliver, Zevin, Hoeft, Carreiras, Tzeng, Pugh, & Frost, 2015)。在華語文字詞辨識的歷程中， Hsu 等人(2009)已經研究證實如同西方研究西方拼音文字系統的文獻所發現的，也存在語音一致性(phonological consistency effects)和字形結合度效應 (orthographic combinability effects)(Hsu, Tsai, Lee, & Tzeng, 2009)。近期，Lee 等人(2015)以大量詞彙資料庫與行為實驗來檢驗華語文詞彙辨識中音形一致性效應及其它詞彙特徵如頻率，筆畫數，部件結合度，語意歧義性，形音一致性等共變變項，發現除了典型的高頻及高熟悉度的詞彙具有較快的辨識反應的典型詞彙辨識效果外，音形一致性具有顯著影響力，一致性愈高，詞彙辨識的反應時間越短。研究結果顯示語音表徵會影響字形表徵的聯結方式，而且在文字辨識歷程中，語音表徵與字形表徵會交互激發(Lee, Hsu, Chang, Chen, & Chao, 2015)。可見得在詞彙辨識的處理歷程具有跨語文的普遍性原則。因此，在學習第二語言的文字系統時，也是順應這個已經在大腦所建構的閱讀神經機制來進行聽說讀寫的發展。. 二、掌握華語文文字系統的特徵與規則學習華語文為第二語言的學習者，在原有母語已經建置的文字處理的閱讀神經迴路的基礎上，進行華語文的形音義的處理，必然面對華語文不同於拼音文字系統的意符文字的書寫體的辨識，及屬於聲調語言文字系統特有的詞彙聲調 (lexical tone)特徵的區辨的挑戰，而順應跨語文處理的共同的閱讀神經機制，仍然可以透過跨情境學習的原則及運用句子的情境脈絡的線索，來熟悉華語文形音義對應的統計機率，以進行字詞辨識編碼，提升字彙學習的成效。茲依序討論書寫體的辨識，聲調區辨敏感度和內隱的字彙學習如下列段落： 33.