內(nèi)隱學(xué)習(xí)中神經(jīng)生理機(jī)制研究的新進(jìn)展

李宇龍，樊欣鑫，李宇飛，石文典

(1.寧夏大學(xué)教育學(xué)院，寧夏銀川 750021;2.東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇南京 210009;3.解放軍第四五五醫(yī)院整形外科，上海 200052;4.上海師范大學(xué)教育學(xué)院，上海 200234)

1 引 言

一直以來，內(nèi)隱學(xué)習(xí)都廣泛地存在于人們的日常生活和學(xué)習(xí)之中，幾乎任何復(fù)雜的知識都是通過外顯和內(nèi)隱學(xué)習(xí)過程的交互作用來完成的。自1967年Reber開創(chuàng)了內(nèi)隱學(xué)習(xí)這一嶄新研究領(lǐng)域后，在這40余年的研究中已經(jīng)積累了不少鼓舞人心的成果，并且其在教育生活實踐中具有重大的理論意義和現(xiàn)實價值。

到20世紀(jì)80年代中后期，隨著認(rèn)知心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)的融合發(fā)展，以及神經(jīng)科學(xué)中腦成像技術(shù)(包括fMRI與ERP等技術(shù))的采用，進(jìn)一步探察內(nèi)隱學(xué)習(xí)的神經(jīng)生理機(jī)制成為研究的一大熱點和前沿問題，其深層腦神經(jīng)機(jī)制的證據(jù)也越來越多，這使得我們對內(nèi)隱學(xué)習(xí)的研究更為深刻化、復(fù)雜化，特別是在其研究方法和腦神經(jīng)機(jī)制的研究上取得了巨大發(fā)展。下面，作者對內(nèi)隱學(xué)習(xí)研究近些年來的某些新成果加以梳理，并展望其未來的研究方向。

2 內(nèi)隱學(xué)習(xí)的特征及其不足

在內(nèi)隱學(xué)習(xí)中知識是在沒有察覺的情況下被獲取的，并且學(xué)習(xí)的過程是無意識的，也不需要依靠先前所學(xué)過的知識，這種無意識發(fā)生的學(xué)習(xí)不同于有意識且需要注意的外顯學(xué)習(xí)。迄今為止，教育類文獻(xiàn)中都已經(jīng)證實了內(nèi)隱學(xué)習(xí)基本不需要注意。目前，與之相關(guān)的主題(非正式學(xué)習(xí))研究有很多，它是一種除了官方學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)(比如博物館)之外常用的一種基本的學(xué)習(xí)方式，盡管這種學(xué)習(xí)能夠被意識和注意到，但它卻與內(nèi)隱學(xué)習(xí)有著相似之處。

對于內(nèi)隱學(xué)習(xí)主要有兩種觀點:一種認(rèn)為規(guī)則能夠被內(nèi)隱地提取出來，而且這個觀點已經(jīng)在人工語法學(xué)習(xí)(AGL)實驗中被證實了，這個實驗要求被試去記憶有一定規(guī)則的刺激物，最后的結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試能夠準(zhǔn)確地區(qū)分出符合規(guī)則與不符合規(guī)則的刺激物，但卻無法表述出這種規(guī)則［1］。郭秀艷等［2］認(rèn)為直覺即是指判斷該字符串是否符合規(guī)則，也屬于無意識結(jié)構(gòu)知識的一種知識表征。另一種持不同觀點的學(xué)者認(rèn)為被試根本學(xué)習(xí)不到抽象的規(guī)則，但確實對于頻繁出現(xiàn)的特征反應(yīng)會比較敏感，而且被試能夠從這些包含有序列或程序的組成中提取出概率性信息［3］。對于內(nèi)隱序列學(xué)習(xí)，我們常常采用序列反應(yīng)時任務(wù)(SRTT)去證明內(nèi)隱學(xué)習(xí)的存在，研究表明被試對再次出現(xiàn)的序列反應(yīng)要比對隨機(jī)序列反應(yīng)更加快速，但對于再次出現(xiàn)的序列卻仍然沒有意識。當(dāng)被試在SRTT中反應(yīng)顯著加快，而又否認(rèn)覺察到了序列結(jié)構(gòu)并且不能回憶序列內(nèi)容，那么根據(jù)主觀標(biāo)準(zhǔn)便被視為無意識地習(xí)得了知識［4］。盧張龍等［5］通過采用單任務(wù)范式發(fā)現(xiàn)，在高、低注意負(fù)荷序列條件下內(nèi)隱序列學(xué)習(xí)量差異均不顯著，這表明內(nèi)隱序列學(xué)習(xí)不受注意負(fù)荷的影響。

盡管內(nèi)隱學(xué)習(xí)體現(xiàn)在知識獲取的各個方面(比如，本土語言的學(xué)習(xí)、第二語言的獲取)，但是其對于教育的貢獻(xiàn)相比起外顯學(xué)習(xí)的影響來說還是相對較少的。Saetrevik等［6］的研究證實了這一觀點，他們運用教授給被試化學(xué)上的原子鍵合規(guī)律這種內(nèi)隱學(xué)習(xí)范式在幾種條件下去測試，其中一個簡單的前期實驗是讓被試判斷原子鍵合模式(圖1)，后面的實驗通過分成4組被試分別讓其掌握碳原子的鍵合規(guī)律:檢查并記憶圖片、數(shù)出圖片中的所有字母、數(shù)出所有連接碳原子的字母以及已知4種正確的鍵合去檢驗是否符合該規(guī)律。最后去分類測試并詢問被試是否習(xí)得相關(guān)的外顯知識，以上結(jié)果表明被試并未獲取關(guān)于規(guī)律的外顯信息，因此證明了這是內(nèi)隱學(xué)習(xí)，但該研究的最終結(jié)果顯示獲取外顯規(guī)律被試的成績要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于內(nèi)隱學(xué)習(xí)。這也同時說明呈現(xiàn)有規(guī)律的材料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)當(dāng)適時地采取外顯的方法作為指導(dǎo)。

圖1 正確與錯誤模型和控制組刺激材料示例Fig 1 Correct the error model and the control group sample stimuli

3 認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)對于內(nèi)隱學(xué)習(xí)的研究

在許多的神經(jīng)成像研究中，我們對于內(nèi)隱學(xué)習(xí)方面的研究已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，這其中包括對于病人的研究。付秋芳等［7］發(fā)現(xiàn)基底神經(jīng)節(jié)似乎與反應(yīng)程序有關(guān)，聯(lián)合區(qū)似乎與內(nèi)隱學(xué)習(xí)中的知覺概念有關(guān)，額葉似乎與評價內(nèi)隱知識的概念流暢性有關(guān)(表1)。相關(guān)研究成果表明在內(nèi)隱學(xué)習(xí)(常為程序上的)和外顯(常為陳述性的)學(xué)習(xí)中記憶機(jī)制分別體現(xiàn)在皮質(zhì)和皮層下的腦區(qū)。研究證明，內(nèi)側(cè)顳葉(MTL)、前扣帶皮層(ACC)和內(nèi)側(cè)前額葉皮層(MPFC)這些腦區(qū)與外顯學(xué)習(xí)或陳述性記憶相關(guān)連，而紋狀體(基底節(jié)、尾狀核)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證明是對內(nèi)隱學(xué)習(xí)或程序性記憶有幫助［8-9］。然而，近年來也有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)隱學(xué)習(xí)和外顯學(xué)習(xí)可能在一定程度上共用內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)［10-11］。Aizenstein 和他的同事［12］最近的一項研究表明，在外顯學(xué)習(xí)和內(nèi)隱學(xué)習(xí)兩種狀態(tài)下都會激活前額葉皮層(PFC)、紋狀體區(qū)域、ACC及一些視覺區(qū)域。有趣的是，這些研究者發(fā)現(xiàn)在內(nèi)隱和外顯操作的反應(yīng)中，對于視覺皮層的激活模式不同，在內(nèi)隱學(xué)習(xí)后激活的減少區(qū)域卻在外顯學(xué)習(xí)模式中增加了，但是它們均伴隨有紋狀體的激活(圖2)。Reber和他的同事［9］也發(fā)現(xiàn)了一個內(nèi)隱學(xué)習(xí)分類規(guī)則的枕葉視覺激活差異，相比較于外顯學(xué)習(xí)，內(nèi)隱學(xué)習(xí)會在一些腦區(qū)明顯激活，包括海馬、左顳葉皮層和扣帶回后部。在另一些研究中，Destrebecqz等［13］發(fā)現(xiàn)在外顯學(xué)習(xí)后的回憶中有ACC/MPFC和紋狀體(尾狀核)的一個功能性連接，然而在內(nèi)隱學(xué)習(xí)之后的回憶中這兩個系統(tǒng)則會出現(xiàn)相關(guān)部分的補(bǔ)充報告。

表1 腦損傷病人內(nèi)隱學(xué)習(xí)的研究成果Tab 1 Implicit learning research in brain injury patients

圖2 外顯條件(a)和內(nèi)隱條件(b)學(xué)習(xí)下的fMRI結(jié)果分析Fig 2 Learning under explicit conditions(a)and the implicit conditions(b)fMRI results

Thomas等［14］通過研究內(nèi)隱學(xué)習(xí)時紋狀體發(fā)展的變化發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把孩子與成人相比較時內(nèi)隱學(xué)習(xí)和外顯學(xué)習(xí)會在神經(jīng)生理學(xué)上出現(xiàn)分化。Thomas等［14］發(fā)現(xiàn)不論是成人還是兒童都無法明確地意識到內(nèi)隱學(xué)習(xí)序列，但是兩群體內(nèi)隱學(xué)習(xí)的效果與速度是不同的，成人明顯超過了兒童。特別要注意的是，成人在大腦皮層運動區(qū)域的激活表現(xiàn)得更為明顯，而兒童在皮層下的運動結(jié)構(gòu)(雙側(cè)殼核)則明顯激活。盡管與學(xué)習(xí)相關(guān)的激活會隨發(fā)展的不同分別體現(xiàn)在海馬和上頂葉皮質(zhì)中，但與學(xué)習(xí)相關(guān)的(右)尾狀核激活并不因年齡的變化而改變。

在上述的研究中，SRTTs已經(jīng)被應(yīng)用于并發(fā)腦成像技術(shù)之中(PET;fMRI)，而運用事件相關(guān)電位技術(shù)(ERPs)來研究語言領(lǐng)域是發(fā)現(xiàn)內(nèi)隱學(xué)習(xí)的一個有效指標(biāo)。唐菁華等［15］認(rèn)為ERPs可以實時記錄因某些心理過程而引起的腦電變化，從而幫助研究者發(fā)現(xiàn)被試獲得規(guī)則的特殊時刻和方式。在對于第二語言的研究中(被試的母語是英語，第二語言為西班牙語)，Tokowicz等［16］發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者對于與第一語言結(jié)構(gòu)形成相似的第二語言在其結(jié)構(gòu)差異方面反應(yīng)敏感(對于符合語法與不符合語法的句子有不同的大腦反應(yīng)，表現(xiàn)在P600上)，而對獨特的第二語言結(jié)構(gòu)(L2)卻產(chǎn)生了一個語法效應(yīng)，表明學(xué)習(xí)者對于這些差異是一種內(nèi)隱性的敏感。同時行為數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)也顯示，學(xué)習(xí)者的判斷準(zhǔn)確率近似于所有的結(jié)構(gòu)變化次數(shù)。這些研究都發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者甚至在早期階段就可以內(nèi)隱地處理第二語言語法上的一些內(nèi)容，但是這種知識取決于L1與L2之間的相似程度。與之相類似，Thierry等［17］所關(guān)注的并不是語法，而是語義，他們使用一個內(nèi)隱啟動范式去研究當(dāng)被試閱讀(或聽)英語單詞時，他們能否運用自己所掌握的中英雙語機(jī)制自動地將英文翻譯成中文(表2)。他們的最終研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)隱啟動并不存在行動數(shù)據(jù)上的結(jié)果，但會產(chǎn)生明顯的N400 ERP成分(圖3)，這表明被試雖然是使用雙語機(jī)制來閱讀第二語言的單詞，但卻仍然是運用的第一語言獲得的語義。

表2 實驗設(shè)計與刺激材料示例Tab 2 Example of experimental design and stimulus material

4 未來研究的方向

綜上所述，在某些情況下內(nèi)隱學(xué)習(xí)和外顯學(xué)習(xí)和它們分別所對應(yīng)的程序性記憶與陳述性記憶在某些方面出現(xiàn)了重疊，因此未來的研究方向應(yīng)該去揭示這種明顯錯綜而又復(fù)雜的相互作用。

圖3 不同類別下的N400(Cz)Fig 3 Different category of N400(Cz)

睡眠，尤其是慢波睡眠，對于記憶的鞏固作用是非常重要的［18-19］，然而對內(nèi)隱學(xué)習(xí)與外顯學(xué)習(xí)比較研究發(fā)現(xiàn)，睡眠對于它們的有利作用是明顯不同的?？焖傺蹌铀?REM)(而非慢波睡眠)可以提高內(nèi)隱學(xué)習(xí)［20］。另一方面，非快速眼動睡眠(NREM)卻并未對內(nèi)隱學(xué)習(xí)產(chǎn)生有利作用［21］，盡管其他研究曾證明NREM(第二階段)睡眠有積極的作用［22］。由于實證研究所產(chǎn)生的發(fā)展性差異使得這個領(lǐng)域變得更加復(fù)雜［23］，因此，弄清楚睡眠在對內(nèi)隱學(xué)習(xí)材料鞏固記憶中的作用就顯得尤為重要。

另一個相關(guān)研究便是內(nèi)隱知識究竟能否轉(zhuǎn)化為外顯知識。例如，Lang等［24］研究發(fā)現(xiàn)了幾個 ERPs成分，其中包括一個早期成分，它讓我們用內(nèi)隱序列范式區(qū)分出了未獲得靈感的被試和獲得靈感并發(fā)現(xiàn)隱藏規(guī)律的被試，而且一些獲得靈感的被試甚至產(chǎn)生了意識知覺(自知力)進(jìn)而還獲得了相關(guān)的外顯知識。未來的研究應(yīng)該進(jìn)一步地去探索相關(guān)機(jī)制以及研究內(nèi)隱學(xué)習(xí)和(先前)自知力間的關(guān)系。

先驗知識和預(yù)期的作用已經(jīng)被研究所證實［25］，但仍舊需要更進(jìn)一步去探討。因為相比起實驗室中運用的人工范式來說，先驗知識和預(yù)期是非常重要的，這不僅僅體現(xiàn)在外顯的學(xué)習(xí)中(明顯的原因)，而且也體現(xiàn)在內(nèi)隱學(xué)習(xí)之中。先驗知識很可能是運用學(xué)習(xí)材料的一個早期經(jīng)驗的體現(xiàn)，并且同時也可能在與之相似的基礎(chǔ)上跟這個材料所產(chǎn)生的內(nèi)隱記憶相聯(lián)系［26］。即便是我們不去比較內(nèi)隱學(xué)習(xí)和外顯學(xué)習(xí)，可內(nèi)隱學(xué)習(xí)者間差異的研究(獲了得一些成果)也促使了內(nèi)隱學(xué)習(xí)機(jī)制自知力的產(chǎn)生［27］。更進(jìn)一步對于內(nèi)隱學(xué)習(xí)的相關(guān)研究表明錯誤相關(guān)負(fù)波(ERN)反應(yīng)了特異性對錯誤的察覺，這是一個發(fā)生在當(dāng)錯誤被做出或者錯誤被發(fā)現(xiàn)后的反饋時所產(chǎn)生的ERPs成分［28］，并且對于內(nèi)隱學(xué)習(xí)也有不同程度的貢獻(xiàn)作用［29］。

通過對近年來研究的梳理，我們不難看出，總體來說內(nèi)隱學(xué)習(xí)的神經(jīng)生理機(jī)制研究才剛剛起步，一些關(guān)鍵性的問題仍然有待于進(jìn)一步的探討。除了以上涉及到的問題以外還有如專家與新手在內(nèi)隱學(xué)習(xí)中知識表征方式上的差異，以及被試相關(guān)經(jīng)驗的多少與內(nèi)隱學(xué)習(xí)相互間的關(guān)系均需要在神經(jīng)生理機(jī)制的研究中去進(jìn)一步澄清。我們相信，在不久的將來，人們一定能夠獲取對內(nèi)隱學(xué)習(xí)全面而又深入的認(rèn)識。

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