二語學(xué)習(xí)者句法加工的神經(jīng)認知機制研究課件

二語學(xué)習(xí)者句法加工的神經(jīng)認知機制研究：實驗證據(jù)與設(shè)計張輝南京師范大學(xué)coglinger2011@126.com

1.引言眾所周知，針對二語習(xí)得的實驗研究絕大部分采用行為實驗的方法。這一現(xiàn)象在近十多年來有所改觀。Hulstijn(2002)指出，二語語言知識的表征，加工和習(xí)得的統(tǒng)一的解釋取決于實證研究的證據(jù)。這一證據(jù)的獲得可以有幾種形式，她強調(diào)需要進一步研究的是二語加工的過程神經(jīng)語言學(xué)研究。她指出二語習(xí)得中一些飽受爭論的理論問題可以通過認知神經(jīng)科學(xué)的方法來加以解決和澄清（Hulstijn2002:213）。本講座綜述運用事件相關(guān)電位（Event-relatedpotentialsorERP）研究二語學(xué)習(xí)者句法加工的問題，主要討論以下幾個問題:1.二語學(xué)習(xí)者能否像母語者一樣加工二語？如果有區(qū)別，二語學(xué)習(xí)者與母語加工的區(qū)別是什么？2.二語學(xué)習(xí)者加工認知神經(jīng)機制差異是否與習(xí)得二語的初始年齡有關(guān)。3.二語學(xué)習(xí)者的認知神經(jīng)機制的差異是否與二語的習(xí)得水平相關(guān)？4.二語習(xí)得的時間進程是什么？5.有哪些因素會影響二語的形態(tài)句法的加工過程？2．事件相關(guān)電位與二語習(xí)得研究事件相關(guān)電位（下文簡稱為ERP）是認知神經(jīng)科學(xué)研究的方法之一，反映了認知過程的實時的電生理學(xué)指標(biāo)，其時間分辨率具有毫秒級水平（1秒鐘等于1000毫秒）。ERPtechniqueERP可以記錄心理加工過程展開時腦電的活動，因此我們可以用ERP來探測語言理解過程中所包含的感知和認知過程。一個ERP成分具有正極（用P表示）或負極（用N表示）。潛伏期反映了信號的時間進程，包括啟始潛伏期（onsetlatency）和峰位潛伏期（peaklatency）(當(dāng)成分到達峰值的振幅)。成分通常用極性和潛伏期命名，如N400、P600等。二語的ERP研究可分為三種實驗設(shè)計的類型：（1）組群研究：對比二語二語學(xué)習(xí)者與母語者或?qū)Ρ炔煌亩Z二語學(xué)習(xí)者；（2）縱向研究（longitudinalstudies）：考察二語學(xué)習(xí)者在掌握目標(biāo)語時不同學(xué)習(xí)階段的腦區(qū)變化；（3）使用人工微型語言（artificialminiaturelanguages）范式，考察學(xué)習(xí)者在短時間內(nèi)達到較高水平的習(xí)得過程，這一研究不僅可以在短時間內(nèi)研究不同水平的學(xué)習(xí)者的變化，而且還可以考慮二語學(xué)習(xí)者的初始狀態(tài)，這在自然的二語學(xué)習(xí)者身上是很難做到的。這一范式的優(yōu)點容易控制一些混淆因素的干擾(Steinhauer,etal.2009)。在成年人的母語句法加工中，認知神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了三個ERP的成分：(1).早期左前額負波（ELAN：earlyleftanteriornegativity）(2).左前額負波（LAN：leftanteriornegativity）(3).P600。ELAN早期左前額負波是出現(xiàn)在150至250毫秒時間窗口內(nèi)的左半球的前額負波，反映的是自動的句法結(jié)構(gòu)建構(gòu)（Hahne&Friederici1999）。

P600P600是出現(xiàn)在500至600毫秒正走向的腦電波，具有廣泛的腦后部頭皮分布，在中心頂葉腦區(qū)最為明顯。P600對形態(tài)句法加工頗為敏感，并出現(xiàn)在句法加工或復(fù)雜句法結(jié)構(gòu)的加工中（Steinhauer&Connolly2008）。

這些ERP成分體現(xiàn)了語言加工中不同的功能性階段（Friederici2002）。早期左前額負波標(biāo)示了初始的自動的結(jié)構(gòu)構(gòu)建的過程，如詞類或范疇的識別；左前額負波標(biāo)示了形態(tài)句法信息的整合，以獲得題元角色的分配；P600標(biāo)示了費力的句法整合重新分析和修復(fù)等晚期受控的過程，反映了非自動的受控的認知加工過程（Kaan,etal.2000）這些ERP成分的極性、潛伏期、峰值振幅和頭皮分布都是基于成年母語者的研究。二語或外語加工ERP研究表明，這些成分的典型特征要么稍微不同，要么就是這些成分中某一個成分沒有出現(xiàn)。在加工中沒有出現(xiàn)相應(yīng)的成分說明被試在加工過程中缺少與之相應(yīng)的認知過程。ERP可以使我們觀察到二語學(xué)習(xí)者和母語者之間的質(zhì)和量的差異。出現(xiàn)或不出現(xiàn)某些ERP成分說明二語學(xué)習(xí)者與母語者之間的質(zhì)的差異，而量的差異由某一ERP成分的效應(yīng)來測量。

二語學(xué)習(xí)者句法加工ERP研究首先對二語學(xué)習(xí)的句法加工進行ERP研究的是:Weber-Fox,F.M.&H.J.Neville.Maturationalconstraintsonfunctionalspecializationsforlanguageprocessing:ERPandbehavioralevidenceinbilingualspeakers.JournalofCognitiveNeuroscience,1996.8(1):231-256.該論文考察了在不同年齡階段接觸二語的漢英雙語者。這一研究的目的是探討在二語學(xué)習(xí)者中句法和語義的關(guān)鍵期效應(yīng)。二語二語學(xué)習(xí)者在不同的年齡階段接觸到英語：1-3歲、4-6歲、7-10歲和11-13歲。刺激語料是包含語義違反和句法違反的句子（例如ThescientistscriticizedMax’sofproofthetheorem)。與語義違反形成對比的是，所有的二語二語學(xué)習(xí)者對句法違反的ERP反應(yīng)與母語者的均有一定的差異。就母語者而言，短語結(jié)構(gòu)違反引起了早期左前額負波，其后在300-500毫秒時間窗口內(nèi)引起左前額負波，在500至700毫秒會出現(xiàn)P600。這一研究發(fā)現(xiàn)，所有二語二語學(xué)習(xí)者都沒有引起早期左前額負波，在300至500毫秒時間窗口內(nèi)二語學(xué)習(xí)者引起了一個負波，其頭皮分布與母語者的則有不同。對于11歲以后接觸到二語的學(xué)習(xí)者，其頭皮分布是兩半球分布的，而不是左半球分布的左前額負波。P600也隨著學(xué)習(xí)的初始年齡的增長而變化。早接觸到英語的學(xué)習(xí)者（1-3歲、4-6歲、7-10歲的組群）的P600與母語者的相似，而在11歲和13歲以后接觸到英語的學(xué)習(xí)者在P600上則表現(xiàn)出延遲的潛伏期，大約出現(xiàn)在700毫秒左右，而最晚接觸到英語的學(xué)習(xí)者（16歲以后）則沒有引起P600。這一研究具有一定的開創(chuàng)性，隨后的研究大多是針對其實驗設(shè)計的缺陷而設(shè)計的。這一研究的設(shè)計缺陷是，初始接觸外語的年齡和外語學(xué)習(xí)者的水平?jīng)]有區(qū)分開來，交叉在一起，研究者沒有控制二語水平這一因素，因此實驗結(jié)果由可以是由于不同的外語水平而導(dǎo)致的，而不是由于不同的初始接觸外語的年齡而導(dǎo)致的。目前，對二語短語結(jié)構(gòu)違反的ERP研究中存在著一些相互矛盾的混亂的實驗結(jié)果，主要集中在早期左前額負波、左前額負波和P600在二語加工中是否存在的問題上。Hahne&Friederici(2001)考察了較晚接觸到德語的日本學(xué)習(xí)者對包含語義違反和句法違反的被動語態(tài)句子的加工。這一研究控制了外語學(xué)習(xí)者的水平，所有的學(xué)習(xí)者都是中等水平的德語學(xué)習(xí)者。這些學(xué)習(xí)者對語義違反的ERP與母語者的相似，而對于句法違反的句子，二語二語學(xué)習(xí)者與母語者的差異形成了鮮明的對比。對包含句法違反和句法正確的句子，二語二語學(xué)習(xí)者沒有表現(xiàn)出任何差異，而母語者則表現(xiàn)出早期左前額負波和P600的差異。

這一研究說明，語義整合的過程對于母語者和二語二語學(xué)習(xí)者來說是相當(dāng)類似的。二語二語學(xué)習(xí)者的句法加工與母語者的存在較大的差異，這表現(xiàn)在二語二語學(xué)習(xí)者中沒有出現(xiàn)與句法相關(guān)的ERP成分。

她們把二語學(xué)習(xí)者沒有出現(xiàn)與句法相關(guān)的ERP成分歸因于日語的短語結(jié)構(gòu)沒有介詞。Hahne(2001)隨后考察了俄國的德語學(xué)習(xí)者，因為德語和俄語在短語結(jié)構(gòu)中都包含介詞。刺激語料包括句法正確和不正確的句子，不正確的句子是在分詞后面緊跟一個介詞，違反了短語結(jié)構(gòu)規(guī)則。在母語者中，短語結(jié)構(gòu)違反在100毫秒至250毫秒之間引起了早期左前額負波和P600，與之形成對比的是，二語二語學(xué)習(xí)者沒有引起早期左前額負波，卻引起了P600，但P600的波峰比母語者延遲了150毫秒。以上兩個實驗的被試水平存在較大的差異，前者的學(xué)習(xí)德語的日本人水平較低，而后者的學(xué)習(xí)德語的俄國人水平較高。到目前為止我們還不清楚沒有出現(xiàn)早期左前額負波是由于語言的問題（日語短語結(jié)構(gòu)沒有介詞）還是由于被試的語言水平的差異造成的（vanHell&Tokowicz2010:57)。Isel(2007)注意到，在Hahne等人研究的刺激語料中，句法違反都是句法上非強制性的成分（non-obligatoryconstituents)。她在自己的實驗中使用強制的成分（如Thedriverwhoisinthecarissleeping.介詞短語“inthecar”是必須出現(xiàn)的強制性成分）。

Isel認為，在二語加工中，自動的短語結(jié)構(gòu)建構(gòu)過程可能出現(xiàn)在強制性成分的加工之中。實驗的被試是德語為母語的高水平晚接觸法語的學(xué)習(xí)者。刺激語料是聽覺呈現(xiàn)句法正確和句法不正確的句子。二語二語學(xué)習(xí)者的ERP出現(xiàn)了150毫秒至300毫秒的早期負波和隨后的在300毫秒至600毫秒之間的前額負波以及在750毫秒至1500毫秒之間的兩個半球分布的晚期前額負波，但沒有出現(xiàn)P600。法語母語者控制組引起了早期左前額負波，隨后的300毫秒至600毫秒時間窗口內(nèi)的左前額負波以及600毫秒至1000毫秒時間窗口內(nèi)的P600。這一研究表明二語加工中自動結(jié)構(gòu)建構(gòu)過程取決于句中成分的句法強制性和非強制性的問題。Rossi，etal.（2006）的研究對這一觀點提出了挑戰(zhàn)，他們在包含句法違反的非強制性成分中也觀察到表示句法自動加工的早期左前額負波。目前，在二語學(xué)習(xí)者加工中，早期左前額負波、左前額負波或P600的出現(xiàn)與否的原因還是一個非常有爭議的問題，需要進一步的研究才能確定它們出現(xiàn)的原因。Kotz,etal.(2008)認為，在二語句法加工的研究中，絕大部分的研究集中在句法違反現(xiàn)象，卻很少關(guān)注句法歧義（syntacticambiguity)問題。在ERP的句法加工研究中，句法違反和句法岐義均與P600成分相關(guān)。他們的研究考察了早期接觸外語的高水平西班牙英語學(xué)習(xí)者（五歲開始學(xué)習(xí)英語）對英語句法的加工。暫時句法歧義（由動詞次范疇化信息引起的）作為二語獨有的語言現(xiàn)象，而由短語結(jié)構(gòu)限制所導(dǎo)致的句法違反是母語和二語相似的語言現(xiàn)象。被試的實驗任務(wù)是判斷句子在句法上是否可以接受的。母語者在暫時句法歧義的句子中引起了P600，二語二語學(xué)習(xí)者也有相同的表現(xiàn)。這一結(jié)果表明二語句法知識的早期習(xí)得（5歲左右）可使二語和母語的句法加工表現(xiàn)出類似的敏感性，即早期接受外語的二語學(xué)習(xí)者可以以類似于母語的加工方式來加工二語的句法知識。Chen,etal.(2007)運用ERP考察了學(xué)習(xí)英語的中國學(xué)生對英語主謂一致的加工。他們的研究與以往的研究有所不同。以往的研究如Weber-Fox&Neville(1996),Tokowicz&MacWhinney(2005)等人的研究都是西方語言之間的習(xí)得（西班牙語、荷蘭語與英語之間的習(xí)得等）。Chen,L.,H.Shu,,Y.Liu,J.Zhao&P.Li.ERPsignatureofsubject-verbagreementinL2learning.Bilingualism:LanguageandCognition,2007.10(2):161-174.與西方語言形成鮮明對比的是，漢語不使用任何語法形態(tài)來標(biāo)示性、數(shù)或格，這一缺乏語法形態(tài)的現(xiàn)象對語言加工會產(chǎn)生重要的影響（Li，etal.2006)。由于漢語中缺少主謂一致的形態(tài)標(biāo)志，對主謂一致的習(xí)得對中國學(xué)生而言是一個較大的困難。

對于母語者來說，他們對主謂一致的加工引起了左前額負波-P600雙階段句法加工的模式（biphasicLAN-P600pattern),這與Weber-Fox&Neville(1996)和Hahne&Friederici(1999)的結(jié)果是一致的。對于中國學(xué)生而言，這一左前額負波和P600雙階段句法加工模式卻沒有出現(xiàn)。他們在500毫秒和700毫秒的時間窗口中出現(xiàn)了ERP的負波。我們目前還不是很清楚這一負波的功能意義，需要進一步的實驗才能得到求證。McLaughlin，etal.(2010)提出了語法實施（grammaticalization）的概念。語法實施是學(xué)習(xí)者把以規(guī)則為基礎(chǔ)的知識（rule-basedknowledge)具體運用到實時的語言加工系統(tǒng)之中去的過程。McLaughlin,J.,D.Tanner,I.Pitkanon,C.Fenck-Metre,K.Inoue,&G.Valentine.BrainpotentialsrevealdiscretestagesofL2grammaticallearning.LanguageLearning,2010,60(suppl.2):123-150.根據(jù)McLaughlin等人的研究，P600和N400表現(xiàn)得異常突顯。歷時研究（longitudinalstudies)表明，在N400/P600的連續(xù)體上，學(xué)習(xí)者的腦反應(yīng)存在系統(tǒng)的變化。隨著學(xué)習(xí)者外語水平的提高，學(xué)習(xí)者的ERP會從N400到P600轉(zhuǎn)換，在熟練的高水平雙語者身上P600會最終代替N400。

Tanner,etal.(2012)探討了母語為英語的德語學(xué)習(xí)者對德語主謂一致的加工，重點考察二語語法習(xí)得不同階段中學(xué)習(xí)者的個體差異。他們指出，傳統(tǒng)的ERP研究采取總平均的波形探討二語語法加工，這一方法掩蓋了學(xué)習(xí)者的個體差異。因此他們首先采用總平均的方法分析學(xué)習(xí)者的ERP效應(yīng)，然后用基于回歸的模型分析了學(xué)習(xí)者ERP中的個體差異。該研究最明顯的發(fā)現(xiàn)是，學(xué)習(xí)者對主謂一致的ERP存在著系統(tǒng)的個體差異。有些主謂一致違反引起了N400效應(yīng)，而有些則引起了P600效應(yīng)。N400和P600效應(yīng)在學(xué)習(xí)者中呈負相關(guān)。Tanner等人根據(jù)自己的研究和他人的研究指出個體學(xué)習(xí)者經(jīng)歷了不同的學(xué)習(xí)階段，而且其進步的速度存在差異。低水平的學(xué)習(xí)者與母語者相比更傾向于依靠淺層詞匯或概率加工的提示，而高水平的學(xué)習(xí)者主要依靠簡單的語法關(guān)系。向以P600為主的句法加工方式轉(zhuǎn)換反映了二語語法逐漸向基于規(guī)則的加工方式發(fā)展，逐漸接近母語者的加工方式。N400和P600效應(yīng)量值之間呈負相關(guān)說明，兩者背后表示不同的加工方式，淺層的詞匯加工方式與深層的基于規(guī)則的加工方式之間存在著相互競爭的關(guān)系。Mueller(2006)論述了在微小語言模型（MiniatureLanguageModel)中二語的加工問題。微小語言模式是基于自然語言的簡化的人造語言。Mueller的微小模型是基于日語的人造語言叫微型日語（Mini-Nihongo)。他們讓德語為母語的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)這一人造語言，并把外語學(xué)習(xí)者的ERP與母語為日語的加以比較（他們選擇日語作為微型語言模式的目標(biāo)語言，是由于日語與印歐語言在類型學(xué)上的差異）。在Muelleretal.(2005)研究中，他們運用微型日語編寫了四種類型的刺激語料：詞范疇違反、格違反、量詞違反和句法正確句子。三種句法違反條件在日語母語者中引起了三種不同的ERP效應(yīng)。詞范疇違反引起了集中于前額的頭皮分布廣泛的負波（100至300毫秒）和P600。這說明日語母語者在短語結(jié)構(gòu)的加工中運用了相對自動的句法加工機制和句法修復(fù)的控制過程。他們把這一負波廣泛的頭皮分布解釋為這一負波前額分布的“句法”腦區(qū)和中心顳葉“韻律的”的腦區(qū)重疊。Morgan-Short,etal.(2010)使用人工語言學(xué)習(xí)范式（artificiallanguagelearningparadigm)和ERP技術(shù)考察了在顯性學(xué)習(xí)和隱性學(xué)習(xí)方式下高低不同水平的二語學(xué)習(xí)者對語言的性一致（genderagreement）的習(xí)得情況。使用人工語言學(xué)習(xí)范式的優(yōu)點是，（1）學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)起點基本上沒有差異；（2）學(xué)習(xí)者可以在有限的時間內(nèi)達到較高的外語水平，可以觀察學(xué)習(xí)者橫向的學(xué)習(xí)外語的過程。在低水平學(xué)習(xí)者中，形容詞和定冠詞性一致違反引起N400，但那只是對隱性訓(xùn)練的學(xué)習(xí)組而言。另外，在較晚的時間窗口（600毫秒至900毫秒）內(nèi)，顯性訓(xùn)練的學(xué)習(xí)組和隱性訓(xùn)練學(xué)習(xí)組之中，形容詞性一致的違反產(chǎn)生了明顯的N400。在高水平的學(xué)習(xí)組，名詞與形容詞性一致的違反在兩個學(xué)習(xí)組中都引起了N400。而名詞與冠詞一致的違反卻引起了P600。這一結(jié)果與母語加工中的性一致違反形成了鮮明的對比。在母語加工的研究中，定冠詞與名詞違反引起P600，其前面常常有左前額負波的出現(xiàn)。在句子語境下，沒有任何考察冠詞-名詞或形名違反的研究報道過N400。作者認為這一實驗的結(jié)果表明，在低水平的學(xué)習(xí)者中，不管是否是顯性學(xué)習(xí)組或隱性訓(xùn)練組，冠詞和形容詞的性一致違反的加工都沒有依賴母語中性一致違反加工中使用的神經(jīng)認知過程（沒有P600的出現(xiàn)）。然而，在低水平學(xué)習(xí)組中，隱性訓(xùn)練的學(xué)習(xí)者依賴由N400所表示的詞匯語義過程，很可能使用了程序性記憶。顯性訓(xùn)練的學(xué)習(xí)者在低水平上也依賴詞匯語義過程。對于兩種訓(xùn)練組來講，冠詞名詞一致的加工依賴于由P600表示的母語加工機制，而名詞--形容詞一致的加工則依賴由N400表示的詞匯語義過程。這說明，在語言結(jié)構(gòu)，語言水平和訓(xùn)練類型之間存在著相互作用的關(guān)系。Morgan-Short，etal.(2012)使用了同樣的人工語言范式縱向地考察了顯性訓(xùn)練和隱性訓(xùn)練是否能改變句法加工的神經(jīng)機制。

他們的結(jié)果表明，不管是顯性訓(xùn)練或隱性訓(xùn)練，其表現(xiàn)在低水平或高水平組都沒有差別，與之形成對比的是，ERP的結(jié)果表明，在不同語言水平上學(xué)習(xí)者的神經(jīng)活動之間存在著明顯的差異。在低水平組，隱性訓(xùn)練引起了N400，而在高水平組，隱性訓(xùn)練引起了典型的母語者的ERP模式，即引起了前額負波以及其后的P600。這一研究結(jié)果表明，只有隱性訓(xùn)練才能導(dǎo)致了典型的母語ERP模式，成年人的外語學(xué)習(xí)者能夠最終依靠類似于母語語言加工的腦機制，但外語學(xué)習(xí)的環(huán)境（如顯性訓(xùn)練或隱性訓(xùn)練）在達到這一目標(biāo)中會起到至關(guān)重要的作用?？偨Y(jié)與展望二語學(xué)習(xí)者可以