雙語越早學越好嗎?閱讀障礙、注意力缺失是哪裡卡關?解鎖大腦處理語言的奧秘

雙語越早學越好嗎?閱讀障礙、注意力缺失是哪裡卡關?解鎖大腦處理語言的奧秘
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我們想讓你知道的是

即使不是母語會出現的音素,孩子都有與生俱來的辨識力,但這種天賦會逐漸「關上門」。隨著語言學習的過程,我們對母語中不存在的音素會漸漸失去敏感度。因此可以提早讓孩童在自然環境中接觸語言,累積經驗值。口語詞彙是閱讀能力的根基,不管第一或第二語言,都不用急著讓孩童學習文字。

採訪撰文|陳毓豪
美術設計|林洵安

從腦電波看語言學習與注意力

每個孩子都是父母心中的寶貝,但在學校裡,閱讀障礙孩童與過動兒可能出現成績低落、學習不專注,大腦研究可以幫助我們釐清背後的成因嗎?答案是肯定的,「研之有物」專訪中研院語言研究所李佳穎研究員,她的專長為神經語言學,透過腦造影技術探討大腦與語言處理的關係。腦波研究如何幫助我們,了解語言處理歷程以及其與認知發展的關係呢?聽聽李佳穎怎麼說!

解鎖大腦處理語言的奧秘

語言,是人類溝通、學習和知識傳承的基礎,但我們如何從牙牙學語到熟悉多種語言呢?英文有子音、母音,中文也有不同聲調,大腦怎麼區別不同語音?

這些是「神經語言學」的內容,也是中研院「大腦與語言實驗室」的研究重心。李佳穎研究團隊透過大腦的腦波反應,試圖解鎖大腦與語言處理的奧秘關係,希望進一步找出影響孩童閱讀發展與注意力障礙的關鍵機制。

「腦波的研究已經一百多年。」李佳穎將腦波原理娓娓道來,「大腦由很多神經元組成,這些神經元透過神經傳導物質及電的作用,相互溝通訊息。」想要研究大腦如何處理語言,一般不能直接把探針插在人的神經元做侵入式量測。受試者會戴上多個電極的帽子,從頭皮上以非侵入式、不影響大腦運作的方式量測。

腦波觀測就像量測心電圖一樣,至少有兩個電極放在大腦頭皮上,便能量測到隨著時間的電位變化,也就是腦波圖(EEG, Electroencephalogram,以下簡稱腦波)。人類在專注、放鬆、睡眠等不同的狀態下,腦波會呈現出不同的頻率組合。

在研究與臨床上,腦波圖也常被用來計算「事件相關電位」(Event related potential, ERP),了解特定事件(例如認知、語音知覺或閱讀等)是否能誘發出特定的腦波型態。

例如,「新生兒聽力篩檢」就是常見的聽覺事件 ERP 臨床應用。透過量測新生兒接收聲音刺激後10毫秒內的腦波反應,就可以知道寶寶大腦的聽覺反應是否正常,有無聽損。檢查的過程中,小嬰孩不需要有行為反應,睡覺也沒關係。

腦波不僅可用來解答語言或認知歷程的基本問題,也可應用在臨床或教育上。

檢測嬰幼兒語音知覺的腦波:MMN

從量測到的事件誘發電位,科學家只要知道電位振幅強度、波峰發生時間點以及在頭皮上分布的狀態這三個重要資訊,就可以像氣象局預估地震震央一樣,透過數學模型推估神經元活化的起源(generator),解答語言與認知歷程的問題。

李佳穎團隊解開閱讀障礙與注意力缺損之間的關係,即是使用:聽覺事件相關的腦波MMN(不匹配負向波,Mismatch negativity)。MMN是什麼呢?它是大腦偵測到聽覺刺激改變時,會自動產生的電位變化。

試著想像,當你聽到高昂尖叫、低頻狂吼,是不是會有不同感覺?腦波反應也是。當大腦偵測到不同頻率的聲音變化,頻率差異越大,引發的MMN負向振幅就會越大,電位變化的時間點也越早。

MMN可以發揮什麼關鍵功能?MMN振幅大小和發生時間點,能反應出人類對聽覺差異的自動感知區辨能力。此外,紀錄MMN腦波資料時,受測者只需要被動地聆聽,不須對聽覺刺激進行任何行為判斷,因此這個腦波指標很適合用來測試無法配合指令要求的族群,像是嬰幼兒、特殊疾病的族群。

目前,MMN被廣泛用在嬰幼兒語音知覺發展的研究,而且研究已發現,從嬰幼兒的語音發展及語音知覺表現,可以有效預測這些孩子日後的閱讀能力!

時間一天一天走,語言敏感度一點一點消失

芬蘭曾有一項知名研究,研究者想知道:不同母語的嬰兒,語音區辨力有什麼不同?

研究者以芬蘭與愛沙尼亞的嬰兒來做比較,觀測他們聽到不同語音時的MMN腦波振幅,判斷嬰兒對愛沙尼亞語特有母音[õ]的辨別能力。結果發現,芬蘭嬰兒在6個月大時,雖然生活中不會聽到這個母音[õ],仍對它有很好的辨別力。但到了12個月大,芬蘭嬰兒對於非母語[õ]的辨別敏感度就顯著降低了!這項研究顯示:

即使不是母語會出現的音素,孩子都有與生俱來的辨識力,但這種天賦會逐漸「關上門」。

隨著語言學習的過程,我們對母語中不存在的音素會漸漸失去敏感度。

中文閱讀障礙孩童的關鍵:對聲調變化較不敏感

每種語言具有不同的語音特徵,因此李佳穎實驗室近年也運用MMN,探討中文母語者的語音知覺發展,以及檢驗語音改變時的MMN與中文閱讀能力的關係。

以中文聲調為例,幼童或初學中文做第二語言的外國人,常常分不清楚二、三聲。這是因為二、三聲調的物理屬性(不論是起始頻率或隨時間變化的基頻),比一、三聲的差異來得小。研究團隊也以一三聲、二三聲的MMN,觀測不同受試對象的腦波反應。

李佳穎首先以大學生做實驗。比起一、三聲調變化,成年受試者在二、三聲差異變化時引發的MMN振幅較小,發生時間也比較晚,表示成人大腦能順利區辨這些聲調。

不過,對於小學一年級和二年級的孩子,一、三聲調MMN負向振幅很大,二、三聲調的MMN卻是一個正波,顯示他們對二、三聲還沒有自動區辨能力,一直要到五年級後才穩定下來。此外,識字量越高的孩子,所測得二、三聲調的MMN振幅越負──代表識字量越高,對聲調的敏感度越高。

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圖│研之有物、iStock(資料來源│李佳穎)

研究團隊再針對閱讀障礙的孩子做量測。結果發現,閱讀障礙孩子的MMN反應和低年級孩子類似,對二、三聲的MMN反應不敏感。這和過去認為,他們是因為看文字、視覺區辨有困難而產生閱讀障礙,有些不同!

閱讀障礙孩子對聲調的敏感度較弱,若用語音來學習文字可能容易卡關。

實驗結果找出了閱讀障礙的學習關鍵,有助於未來鑑別或幫助閱讀有困難的學童。

李佳穎表示,從這些研究發現可知,MMN能反映大腦對語音的敏感度,並且與閱讀發展息息相關。未來,若能建立區辨中文語音的MMN發展資料庫,就可做為早期鑑別語言與閱讀障礙的神經生理指標。

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資料來源│李佳穎

孩子是注意力不足?閱讀障礙?大腦模式會說話!

學習障礙的孩子裡,除了閱讀障礙、語言障礙,另一個常見的狀況是:注意力缺失。

許多過動症(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)的孩子,因為注意力不足,常常會伴隨著學習困難;但閱讀障礙兒童跟不上進度,往往也難專注。因此,老師或家長在兩者評估上經常遇到困難。

不過李佳穎發現,注意力缺失與閱讀障礙的孩子,在偵測聲音刺激變化的腦波反應不太一樣。

偵測聲音變化時所引發的MMN,是一個反應大腦自動偵測聽覺訊號差異的腦波成分,這個階段的反應,並不需要注意力的介入控制,也就是發生在前注意力階段(pre-attentive stage)。即使在嬰兒睡覺、孩童看巧虎的時候進行測量,大腦也會自動偵測聲音聲調的變化。

MMN的腦波振幅出現得比較早,在MMN的波形發生後,通常還有另一個腦波成分叫做P3a, 這是一個在「差異音」出現300~600毫秒後所引發的事件誘發電位。P3a振幅會受到注意力資源分配(例如差異音出現的比例)影響。因此,P3a 反映的是不自主的注意力導引能力。

李佳穎研究發現,在一、二、三聲差異音比例為0.1:0.1:0.8的情況下,閱讀障礙的孩子MMN指標即出現問題──閱讀障礙孩子「前注意階段」的語音敏感度比較差。但如果是過動兒,MMN指標跟一般孩子並無差異,主要是P3a出現問題──過動兒在「不自主的注意力引導階段」反應較差。

比起一般孩子,過動兒一、三聲的P300反應明顯較弱,這也顯示 ADHD孩子大腦處理注意力的歷程,與正常孩子有所不同。研究也發現,P3a的振幅與注意力行為評估量表的分數有顯著相關。

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資料來源│李佳穎

總結來說,閱讀障礙的孩童在MMN腦波反應,也就是前注意力階段的語音敏感度出現問題。過動孩童的MMN反應和一般孩子差不多,但是P300反應較弱,也就是處理注意力的歷程比較差。

從MMN、P300兩個不同的腦電波成份(component)研究顯示,腦波能反應出大腦內在語言、認知處理歷程。MMN反映的是聲音敏感度,P300反映注意力的歷程,對於未來在孩童學習障礙的臨床鑑定上,將提供重要的幫助。

李佳穎希望能持續蒐集更多個案的常模,協助做出注意力不足過動症、閱讀障礙的鑑別診斷,也能進一步做更多不同範疇的臨床應用。

從語言學研究,建議讓孩子越早學雙語越好嗎?

全世界的子音和母音有600多個,可是每一個語言大約只用到30到50個語音。我們的大腦神經元在出生後會不斷蓬勃發展,神經元之間的連結也會隨著經驗連結,持續開闢出新道路;但同時,沒有經驗或不需要的神經元也會被修剪掉。

前面提到的芬蘭研究,嬰兒一開始對任何語音差異都能區辨或偵測,但是透過神經網絡(neural network)的學習後,反而逐漸喪失這種能力。這種例子很常見,就像許多講台語的長輩分不出國語的「發生」和「花生」,因為台語沒有ㄈ、ㄏ;日語母語者無法區分 r、l;我們學英文也有極限。

這些例子,都是因為大腦將用不到的神經連結修剪掉,也就是大腦可塑性。

因此可以提早讓孩童在自然環境中接觸語言,累積經驗值。口語詞彙是閱讀能力的根基,不管第一或第二語言,都不用急著讓孩童學習文字。

還沒上學之前,家長可以透過講故事,累積孩童的語音敏感度與詞彙量,作為未來閱讀發展的根基。如果要強調第二語言,也可以在遊戲、自然互動中建立語感,不用一開始就教閃卡、背單字、寫字,因為書寫涉及視、知覺和動作的協調,也與小肌肉發展有關,不必過早介入教導。

對閱讀障礙孩童的家長,有什麼建議?

語言的傳遞有聽、說、讀和寫。文字的發展,讓訊息有不同的溝通模式,也加速了知識傳承。但對閱讀障礙的孩子來說,以文字做為獲取知識的媒介是較困難的。

知識不一定只能透過文字傳播。如果孩子在文字形式的吸收有困難,也可以採用有聲或多媒體等方式來學習或評量,建立信心。他們閱讀能力的發展斜率或許比一般孩子緩慢,但還是會進步。如果因為經常失敗而扼殺了興趣和動機,反而更不利於小孩的學習發展。

上學不只是為了學習文字、閱讀能力,而是幫助孩子獲取知識。閱讀障礙不代表不能學習,更不代表人生是黑白的!許多優秀的人都有閱讀障礙,例如知名歌手蕭敬騰、新加坡前總統李光耀,都是好例子。

我們語言與大腦實驗室也做了好幾組遊戲,希望透過不同的形式,幫助學習困難的孩子,從互動遊戲來累積語言經驗。像是 「注音冒險王」,已經上架Google和iOS平台提供下載。

為什麼會從語言學研究,發展到教育應用?

我原本研究非常基礎的腦神經科學,最大的研究動力是為了滿足學術上的好奇心,原先沒想過會投入臨床或教育方面的應用。

過去,我找了一些閱讀學習困難的孩子當受試者,家長報名很踴躍,因為他們很想知道:孩子究竟怎麼了?我該怎麼幫他?每次實驗後,父母都很關心能為孩子做些什麼。但我發現:我根本沒辦法幫助他們,他們只是來幫我做實驗!

這讓我慢慢思考,只提供施測並不夠,應該想辦法回饋這些孩子和家長。

一開始,我沒辦法直接幫到孩子,就先做出中文的字詞資料庫,提供資源讓特教老師設計學習單。後來我開始四處演講,分享語言學習、閱讀學習的歷程,漸漸有特教機構和鑑定機構找我協助,也因此跟教育現場的老師有更多互動,更了解不同學習障礙類型的需求及鑑定上的困難。

特教老師很忙,從「知道理論」到「可以使用」也仍有一段距離,所以我們開始進一步規劃輔助教學應用軟體。通常,第一版原型由實驗室自己研發設計,之後再和專業工程師討論,一步步發展。很幸運有長期支持的團隊,讓我們不只做基礎研究,還可以設計免費學習 APP 回饋社會。我也期待有更多生力軍加入大腦與語言實驗室,一起為臺灣的腦科學與教育應用努力。

本文經研之有物授權轉載,原文刊載於此

責任編輯:李芯
核稿編輯:翁世航


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