董琳-201510199认知发展研究专题研究设计

1、认知发展研究专题研究设计语码切换的内部机制探究一一来自双语者语码切换代价的证据董琳 2015101991 1前言语码切换，有时也称语言转换(language switch),通常发生在二语者及多语者身上，其指的是在语言交际过程中，双语者从正在使用的语言(L1或L2)转换到另一种语言(L2或L1)的现象。然而，在语码切换过程中，必定有认知资源的消耗，这种消耗能够在行为上产生反应时增加或者正确率降低的现象，称为语码切换代价(language switch cost)。具体而言，L1的转换代价是指 L1转换试次(switch trail)与L1重复试次(repetition trail )的反应时或

2、错误 率的差值，L2的转换代价则是L2转换试次与L2重复试次的反应时或错误率的差值(Proverbio,Leoni, & Zani, 2004 )。语码切换代价是考察语码切换现象的量化指标，众多研究者使用对称 或非对称的语码切换代价揭示语码切换的认知机制(张积家，王悦,2012)。有关语言转化的认知机制，主要有两个模型，一个是抑制控制模型 (Inhibitory control model),另一个是语言特 异性选择模型(Language-specific selectionmodels)。对于抑制控制模型来说，其认为两种语言中的词汇选择是通过抑制控制的机制来实现 的，即通过对非目标语言的抑制

3、机制实现对目标语言词汇的选择(Green, 1998)。该模型包括两个假设：第一，在语码切换的过程中，对语言的抑制程度与该语言的熟练程度成正比，即熟练水平越高的语言被抑制的程度越高。第二，重新激活受抑制的语言与抑制程度成正比， 即抑制程度越高，重新激活越困难。也就是说，当一种语言熟练程度越高，其被抑制的程度也就越高，重新激活也就越困难。这种对语言的抑制过程与其他任务的抑制过程类似，只是一种认知加工策略，因此其认为语码切换只是任务切换的一种形式。抑制控制模型得到了一些熟练和非熟练双语者语码切换研究的支持。比如，Costa等(2004)采用图片命名任务对语码切换进行了研究。实验 1发现，非熟练的西

4、班牙语-加泰罗 尼亚语双语者存在非对称的语码切换代价。抑制控制模型认为这是由于非熟练双语者采用抑制控制机制来抑制非目标语言，在L2-L1转换试次，重新激活受较强抑制的L1时需要消耗较多的认知资源，从而导致了非对称的语码切换代价。但当熟练的西班牙语-加泰罗尼亚语双语者完成两种优势语言的转换时，就不存在非对称的语码切换代价了。该模型认为由于熟练双语者两种语言的抑制与激活程度接近，所以语码切换代价是对称的。同时，有关双语者语码切换的 ERP研究发现，在进行语码切换的时候，有显著的N200Verhoef波的激活，N200被证明与反应抑制有密切关系，支持了语码切换的抑制控制理论（et al., 2009

5、）。另外，脑成像研究也发现，在语码切换的过程中，右侧前额叶、额中下回等与 反应抑制有关的脑区也有显著激活，同样支持了以上模型。但是，在上述一个研究的后续实验中，Costa等人（2004）发现熟练双语者优势语言 （L1）和弱势语言（L3英语）之间的语码切换代价也是对称的。根据抑制控制模型，优势语言和弱 势语言之间的抑制和激活程度差异较大，正如非熟练双语者L1和L2之间的转换，应该表现出非对称的语码切换代价。但熟练双语者却表现出L1和L3之间对称的语码切换代价，这是该模型所不能解释的。这也促进了语言特异性选择模型的提出。语言特异性选择模型认为，词汇选择机制只与目标语言中相关词汇的激活水平有关，当两

6、种语言的词汇系统激活之后，双语者只会考虑被激活的目标语言的词汇，相当于单语者在进行任务，而非目标语言并不参与目标词汇的选择和通达，不会对目标语言造成干扰，因此不需要对非目标语言的词汇信息进行抑制，与反应抑制无关。在语码切换的过程中，个体可能受到语言内的一些因素的干扰，如正字法、两种语言的相似性等。支持语言特异性选择模型的研究也较多，如Costa等人（2012）选取了熟练的双语者在混合语言条件下进行图片命名任务，并且在混合任务的条件下进行任务选择（根据颜色或形状对卡片分类）,发现虽然在混合语言条件下出现对称的切换代价，但是在混合任务的条件下则出现不对称的任务切换代价 ，两种切换的模式不一致，该结

7、果表明了熟练双语者的语言认 知机制可能是独立于一般的认知控制机制的。总结两模型发现，抑制控制模型和语言特异性选择模型是解释语言转换的认知机制的经 典理论，其争议的核心在于语言转换代价的对称性是被抑制控制所调节，还是被语言特性所调节，究竟是一般的任务切换的一种，还是一种独立于任务切换的特殊的语言过程。如果其支持反应抑制模型，那么反应抑制应该与语码切换有共同的神经机制，如果支持语言特异性选择模型，那么语码切换应该有特异于反应抑制的神经机制。关于语码切的神经机制研究较多，大多采用fMRI的技术手段，如 Hosoda等人（2012）发现右前额叶、左颍上回/缘上回、前扣带回、左额下回和尾状核与语码切换有

8、关，并发现相比于L2-L1的转换，在L1-L2转换的时候，右侧前额叶的激活更强。Hernandez等人（2000） 发现，背外侧前额皮层参与语码切换。两年后，Hernandez等人（2002）进一步考察了西班牙-英语双语者在图片命名任务中，两种语言在切换与无切换条件下的加工机制。结果发现，在混合语言系列中，背外侧前额皮层相对于单一语言来说，得到了更显著的激活。Hengfen等人（2014）发现，与语码切换中的语言控制相关的脑区是一个广泛的前额叶-顶叶 皮层下一直延伸到中央前回、左缘上回、辅助运动区、梭状回的神经网络。由于之前研究采用的被试不同（如熟练度高低）、范式不同，每个研究选择的语种也不同

9、，因此无法比较各个研究的结果。另外，之前的 fMRI研究都是相关研究。因此，本研究 想探究直接的因果关系， 采用直接对语码切换相关脑区进行电刺激的方法，以研究语码切换内部的机制。如果我们通过经颅直流电刺激对语码切换的某个相应脑区（如背外侧前额叶）进行不同的刺激（阴刺激、阳刺激、假刺激），从而使得被试在刺激后的语码切换和任务切换的测验 成绩产生同步变化，并使之与刺激前的任务成绩发生显著的变化，那么我们就可以说语码切换与一般的任务切换涉及相同的脑区，可能是一般的任务切换的一种，与一般的反应抑制能力有关，为反应抑制模型提供直接的支持证据。2方法被试选择60名高熟练的中英双语者，并收集其基本信息（年龄

10、、性别、学习二语时间），并测量其在语言熟练度、词汇量、智力水平、认知灵活性方面的水平。随机分为三组，分别进 行tDCS的阴刺激、阳刺激和假刺激。认知灵活性测验使用威斯康星卡片测验（ WCST对被试进行认知灵活性的测验。WCST是测量认知灵活性的一种较为常用的神经心理学测查工具。测验在计算机上完成，共128张卡片按照颜色（红、绿、黄、蓝卜形状（三角形、五角星、十字、圆形）和图形数量（1、2、3、4）不同而绘制。 首先在屏幕上（选择区）出现1个红三角、2个五角星、3个黄十字和4个蓝圆形的4张卡片（刺 激卡）。然后要求被试根据这 4张卡片对128张卡片（反应卡）进行分类，分类的顺序是按数 量、形状和

11、颜色依次进行的。操作时不把分类顺序告诉被试，只告诉其每一次选择是正确或错误。WCST共设有13个测量标准：总应答数、完成分类数、正确应答数及正确率和错误 应答数等（Robert & Susan, 2000）。综合以上指标，计算机版的 WCST自动把被试的认知灵活 性分为四个等级：优秀、良好、中等和较差。语言熟练度、智力水平测验语言问卷包括语言历史、语言使用和语言水平等自评量表。量表参考Marian , Blumenfeld 和Kaushanskaya （ 2007）使用里克特量表设计，是国际双语研究中通用的测量语言水平等情 况的有效测量方式。智力测试使用瑞文推理测验中国修订版，智力测试的目的是

12、排除被试的智力差异。刺激材料语言线索使用图形（方形代表中文，圆形代表英文，三角形代表大小判断，星形代表奇偶判断），刺激使用48张黑白线条画，大小为15 cm X 15 cm均选自张清芳和杨玉芳（2003）标 准化后的Snodgrass口 Vanderwart图片库，请40名不参加实验的大学生使用5点量表对图片汉、英名称的主观熟悉性进行评定，1表示“非常生疏” ，5表示“非常熟悉”。匹配好命名一致性和熟悉度。实验程序本研究是一个前测-后测设计，在完成上述测验之后，被试首先进行两个任务一一语码切换任务和任务切换任务，然后被试接受经颅直流电刺激背外侧前额叶20分钟，之后再进行两个任务一一语码切换任务

13、和任务切换任务，两次语码切换任务和任务切换任务除材料不同外，其他条件完全相同。实验中，被试坐在电脑屏幕前， 熟悉之后出现图片的两种语言下的名称，并准备开始实验。刺激由17英寸电脑屏幕呈现，设置为1024X 768像素分辨率，黑色背景，眼睛距离屏幕名8 80 cm。语码切换任务采用的是图片命名的范式，先呈现白色“+注视点1500ms,接着出现刺激图片，同时伴有图形（方形代表中文，圆形代表英文）作为命名线索呈现3000ms,要求被试又准确又快速地对图片命名。如果被试在3000ms内未做出反应，刺激自动消失。空屏1000ms后，再次出现白色 “注视点，开始呈现下一个刺激。语码切换任务采用的是图片命

14、名的范式，共有 96个trial ,有两种trail。一种是repetition trail （L1-L1或L2-L2）,个数为24 次。另一种是switch trail （L1-L2, L2-L1）,个数为72次，所有刺激以伪随机的方式呈现，记录反应时和正确率。正式实验前有一定的练习，练习正确率达到95%以上才开始正式实验。任务切换任务采用任务-线索切换实验范式。基本流程如上，先呈现白色“+注视点1500ms,接着出现刺激图片，伴随图形（三角形代表大小判断，星型代表奇偶判断）作为命名线索呈现3000ms,要求被试又准确又快速地对图片进行大小判断或者奇偶判断。如果被试在3000ms内未做出反应

15、，刺激自动消失。空屏 1000ms后，再次出现白色“+注视点，开始呈现下一个刺激。大小和奇偶判断的数字范围均是从11-99,大小判断的对比数字是55,其不会出现在实验材料中。如果被试判断出现的数字小于55或为奇数，按左键，如果判断大于55或者为偶数，按右键。共有 96个trail,有两种trail。一种是repetition trail （大小判 断-大小判断或奇偶判断-奇偶判断），个数为24次。另一种是switch trail （大小判断-奇偶判 断，奇偶判断-大小判断），个数为72次，且大小判断和奇偶判断各半。所有刺激以伪随机95%以上才的方式呈现，记录反应时和正确率。正式实验前有一定的练

16、习，练习正确率达到 开始正式实验。数据分析去除奇异值，如反应太快的或者太慢的；去除正确率太低的被试的数据，计算各组被试的个体差异是否显著；通过反应时和正确率两个指标计算语码切换的代价和任务切换的代价， 使用SPS跄行t检验、ANOVA、线性回归等统计分析。3预期结果经统计分析，从反应时和正确率来看，语码切换任务的前测后测成绩差异显著，后测反应时显著低于前测， 正确率显著高于前测； 而任务切换出现了同等结果，后测的反应时显著低于前测，正确率显著高于前测，出现了同步的变化。证明在经过tDCS激语码切换的相关 脑区，一般的任务切换能力也提高了，说明两者的部分脑区相同，与反应抑制有关，支持了抑制控制理

17、论。参考文献张积家，王悦.(2012)熟练汉一英双语者的语码切换机制一来自短语水平的证据.心理学报，44(2) , 166-178.Costa, A., & Santesteban, M. (2004). Lexical access in bilingual speech production: Evidence from language switching in highly proficient bilinguals and L2 learners. Journal of Memory and Language, 50, 491-511.Green, D. W. (1998). Men

18、tal control of the bilingual lexicon-semantic system.Bilingualism: Language and Cognition , 1, 67-81.Hosoda, C., Hanakawa, T., Nariai, T., Ohno, K., & Honda, M. (2012). Neural mechanisms of language switch. Journal of Neurolinguistics, 25 , 44-61.Proverbio, A. M., Leoni, G., & Zani, A. (2004). Language switching mechanisms in simultaneous interpreters: An ERP study. Neuropsychologia , 42,1636-1656.Robert, N. D., & Susan, N. H. (2000). Cognitive inflexibility among ruminators and nonruminators.Cognitive Therapy and Research, 24(6), 699 771.Verhoef, K