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人类大脑的起始学习
一个婴儿呱呱坠地时如同一张白纸,然而在0~5岁的短短五年之内,婴幼儿的脑容量就已经可以达到成年人大脑容量的92%.这段时期,对于人脑的认知发展来说,相当于“ 宇宙大爆炸” : 神经元连接的突触数量以每秒新增700个的速度在生长,同时为建立有效的连接而进行着疯狂的修剪.那么,在短短几年之内,婴幼儿大脑是如何掌握语言这个庞大、复杂又精细的符号系统的呢？
具体细化下来就是,婴儿是如何区分哪些音节是母语里的？词和词之间的边界在哪里？每个词具体是什么含义,指向哪个概念？词是如何组成短语的？词语又是如何组成句子的？每个词语和句子应该是怎样的语气？重音应该落在哪个词上？婴幼儿又是如何掌握语感和平仄的呢？这一系列有意思的问题,要从1996年Science上的一篇论文讲起.美国威斯康辛麦迪逊大学心理系教授Jenny Saffran、罗切斯特大学大脑与认知科学系教授 Richard Aslin和Newport发现,婴儿切分语言词汇利用的是统计概率的原理.
彼时,心理学家刚刚掌握了一个让“婴儿回答问题”的实验方法.以往,做婴儿行为学实验是很难的,因为孩子不会说话,他无法告诉你,他究竟是怎么学习的.1996年,心理学家刚刚掌握了一个让“婴儿回答问题”的实验方法——“扭头实验法”.让6~8月龄的宝宝坐在家长的膝盖上,实验员用玩具吸引着他,同时放着各种各样的背景音.当宝宝听到他感兴趣或者他已经学会的音节时,就会看向另一边,此时另一边的熊猫敲鼓玩具就会发光并敲鼓,给宝宝以鼓励,告诉他做对了.
用这种方法,Saffran et al. 开始研究八个月大的婴儿是怎么学习语言的.学习语言,第一步就是要对声波进行切割（word segmentation）.比如一个母语是英语的小朋友,听到妈妈说“pretty baby”这段音节时,她是如何区分pretty和baby是两个词呢？对此,Saffran et al.的假说是,婴儿切分词汇用的是条件概率.所谓条件概率是指,如果一个事件A已经发生了,那么下一个事件B发生的概率是多少.用数学公式表示,则为P（B|A）.婴儿在长期接触语言的过程中,对事件发生顺序的概率分布逐渐熟悉了.他会发现,“pre”这个音,和“tty”这个音同时出现的概率,远远高于“tty”和“ba”这个音同时出现的概率,也就是：P（tty|pre）>>P（ba|tty）.换句话说,“pre”和“tty”常常同时出现,而“tty”和“ba”很少同时出现.根据这种概率分布的不同,婴儿就可以切分单词.
为了验证自己的假说,Saffran et al. 发明了几种不同的人造语言（artificial languages）让婴儿聆听.人造语言的单词和单词之间,没有时间上的间隙,只是同一个单词的两个音先后一起出现的概率,比分布在单词边界上、隶属于不同单词的两个音一起出现的概率大.而通过上面提到的扭头实验方法,科学家让八个月大的婴儿“回答”哪里是单词的边界.实验的结果是惊人的.仅仅8月龄的婴儿,就可以通过条件概率,在短时间内毫不费力地切分出这个人造语言的所有词汇.这篇论文可以说颠覆了人类脑认知科学的很多领域.渐渐地人们发现,儿童学习语言的很多方面都运用着统计规律.比如,很多语音只在特定语言里存在,其他语言并不区分.比如,/r/和/l/在日语里是不做区分的同一音位,而双唇清塞音/p/只在印地语里面是区分送气与不送气的.婴儿刚出生时,能分辨出所有音节的区别,可以说他们生下来就是“世界公民”.但在婴幼儿生长和认知的过程中,大脑会不断演进,弱化对那些母语中不需要辨识的音节的认知.这同样也依靠在母语听说学习中,去运用统计学规律.
如图所示,左边是一个美国妈妈,右边是一个日本妈妈.左下角是美国妈妈发音的分布,可以看见/r/和/l/有清晰显示的两个峰顶；右下角是日本妈妈的发音分布,/r/和/l/都挤在中间.日本的婴儿在母语的学习过程中,通过这个统计规律就能知道,/r/和/l/的区分在日语中不重要,从而刺激大脑去除母语认知系统中这个音的分布.
此外,在语言学习过程中,婴儿的大脑也会根据不同的统计学指标来做出判断.他们可以凭借单一事件出现的频率来学习（frequency）, 也可以靠两个独立事件同时出现的频率 （occurrence frequency）来学习,乃至靠前后事件共同发生的条件概率(conditional probability)来学习.比如研究发现,学习汉语的小朋友要区别四个语调发声（mā、má、mǎ、m&agre;）,四个语音的声韵母相同,但音调和平仄不同,这也是婴儿依靠对统计概率规律的指标运用来习得的.
除了学习语音之外,孩子们还可以用统计规律来理解每个词的意思.当词汇已经被切分了,孩子们就把已经切分好的词汇,当作新的单元符号,来做更深的意思理解.比如,孩子能够通过某个场景和某个单词同时出现的概率来学习词的意思.比如,指着香蕉对孩子说“香蕉”,此时香蕉这个东西和“香蕉”这个词同时出现的概率是100% ；而在别的场景中,大人也可时而提到“香蕉”这个词,但不出现香蕉,这样其他东西和“香蕉”这个词同时出现的概率不是100%,孩子的大脑神经连接就会强化对那个有100%概率关联的语义的认知.
利用统计概率来学习语言,甚至可延伸至语法结构的层次.比如,实验研究发现,在孩子学会了部分语句结构后,当听到“the apple and the jabberish” 这个短语时,虽然他不认识jabberish这个词,但是会归类为一个名词.而当他听到“I qacked you” 时,同理也会认为quacked是动词.而实际上,这两个都是人造语言中的词汇.对于母语是英语的幼儿来说,即便没有正式学过“名词之间用连词”,或者“动词后面跟宾语”这类逻辑化的语法知识,他们也能依靠不断从日常成人的语句中提取统计规律,从而学会这一造句模式.
所以人们常常说的“语感 ”,实际就是源于在反复获取同一语言的大量样本后,所总结出来的规律. 进一步来说,婴幼儿在认知一些其他学科规律时,也脱离不开统计概率的运用.比如,小婴儿起初并不知道物体是会往下落的.婴幼儿常常扔东西,其实是测试这个东西是往哪个地方飞.
可以说,婴幼儿在很大程度上是靠总结统计规律来学习的.事件A和事件B总在一起,所以事件A和事件B应该有所关联——这种思维模式,是人类进化带来的.而学校的传统教育往往就抹杀了这种统计式的直觉,而是用代数式样的逻辑符号系统来（algebraic symbolic system）来代替（statistical learning）. 从这个角度讲,传统的学校教育体系,在幼小阶段很多时候反而是不符合人脑学习规律的.如何平衡这组矛盾,让儿童的统计学习系统和逻辑符号系统这二者能互相制约、平衡发展,是一个教育神经科学要着力解决的难题.
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