双语效应和认知功能概述及范式 
作者 / 夏丽华 英国爱丁堡大学心理学系博士在读
【关键词】双语效应 / 认知功能 / 选择性注意 / 工作记忆
1. 双语效应概述
双语研究涵盖的领域十分广，关注的重点也多种多样。
研究角度主要有：语言学（linguistic），认知功能（cognitive）和神经机制（neurological），研究方法主要是行为（behavioural）和脑成像 （neuroimaging: EEG/ MRI）, 少数眼动（eye-tracking），研究对象的年龄跨度从几个月的小婴儿到七老八十的老年人。
研究课题中，关于双语效应（bilingual effect）的争论一直备受关注也从未停止过。有的学者主张「双语优势」（bilingual advantage），也有人主张「双语劣势」 (bilingual disadvantage), 其他的则持有中立观点。
什么是双语优势呢？它的优势主要体现在认知功能（executive/cognitive function）方面，比如：抑制（inhibition），转换（shifting）和 更新（updating）。我们知道语言的理解（language comprehension）和输出（language production）是由认知系统（cognitive system）控制和管理的，这就不难理解双语和认知功能的关系了。
研究显示，使用两种语言的双语者认知控制(executive control)方面比使用单一语言的人更能排除与任务无关的干扰，在不同任务之间转换时也表现出更大的灵活度。而「双语优势」的形成主要是因为双语者在两种语言的选择和切换上不断训练，久而久之，加强了认知系统在任务转换中针对当前任务不相关信息的抑制能力。
比如，一个中英文的双语者，中文和英文是同时自动激活的。在一种语境中，双语者需要选择恰当的语言而抑制另一种语言，他需要时刻关注着（monitoring）自动激活的两种语言的同时，还需要关注周围无法预知的语言环境，有些时候他需要在两种语言之间切换。这种双语经验促使了双语者（bilinguals）比单语者（monolinguals）在某些认知功能上表现更好。
双语效应的劣势主要体现在早期语言习得方面， 比如： 词汇量 (vocabulary size) ，词汇检索和再认 (lexical retrieval and recognition) ，语言流利度（fluency）等。而造成「语言劣势」的主要原因是双语者（bilinguals） 的精力和时间有限，在学习两种语言的初始阶段，对于每一种语言的精力投入没有办法跟单语者（monolinguals）一样。但纵向研究也表明，双语儿童早期劣势并不会对语言发展造成长期的影响。
2. 双语效应研究案例
双语效应的结论和研究方法息息相关。有很多因素都会导致双语效应研究结果的不一致。
从实验范式的选择来说， 实验任务的难易程度，实验任务本身的特征，测量的侧重点，实验任务的呈现顺序及样本大小都会影响对实验结果解释。从被试的角度来说，个体差异的因素就更多了，比如： 年龄，智力（intelligence），社会经济地位（socio-economic status, SES）, 二语习得年龄（Age of L2 acquisition, AoA）, 二语水平（L2 proficiency），文化差异（cultural difference），是否移民（immigration status），甚至运动频率及电子游戏经验。我的整个博士论文在这种争议的基础上探讨双语和认知功能之间的关系，主要是从一些还未彻底探究的潜在影响因素去探讨双语效应在认知功能上的影响。
我的博士研究主要从认知角度研究双语效应。
在这里，我简单介绍一下我用的实验范式以及选择他们的原因。
2.1 注意任务及工作记忆范式
学习语言的基本原理，一般从听，说，读，写四个方面（语言能力的测量也是从这四个方面）， 听和说涉及到视觉注意（Visual Attention）， 读和写涉及到听觉注意（Auditory Attention）。因此我选择了视觉和听觉两个不同维度的实验任务。而在学习的阶段中，也会有很多关于记忆力方面的要求（语法的记忆，单词的学习，句法的练习等），所以我加了一个另一个维度的测量：工作记忆力（Working Memory）。
考虑上述几个因素，我选了两个视觉注意任务：Attention Network Task (ANT) 和Number Stroop task，一个听觉注意任务： Test of Everyday Attention (TEA)， 和一个工作记忆力任务：Corsi Block Tapping task 。
可能会问，为什么会选择两个视觉注意力的测试呢？ 他们有什么区别吗？
选择这两个视觉注意力范式的原因主要有：
1. 它们的测量侧重点不一样，ANT测量Alerting（警觉）, Orienting（定向）和Conflict（冲突）, 而Stroop测量的是Interference（干扰）, Facilitation（促进）和Conflict（冲突）。
2. 它们的任务难度不一样，ANT相较于Stroop要简单一点（任务的难易程度可能会影响实验结果）。
此外，数字版本的Stroop任务可以避免文字因素（linguistic factor）的影响。
图一：数字Stroop Task；被试需按要求排除干扰念出数字或数字的个数
很多人可能听过颜色-词语版的Stroop Task（看到红色的「绿」字按照实验要求回答「红色」或者「绿色」），但可能没有听过ANT和TEA。那么我简单介绍一下这两个实验。
2.1.1 注意力网络测验（Attention Network Task）
图二：Attention Network Task；被试需反应中间箭头的方向
在这个任务中，电脑上会呈现五个箭头：
在incongruent的条件下，中间的箭头跟其他的四个方向相反(→→←→→)，
在control的条件下，箭头两边分别是两个没有指向的横线(— — → — —)。
在实验刺激（stimulus，箭头）出现之前，在注视点（➕）上方会有四种不同的提示信号（single，double，centre，no cue）提示箭头即将出现/出现的位置。被试需要对五个箭头正中间的箭头作出又快又准的反应。这个范式假设注视点不同的提示信号会影响到被试对箭头的反应，而我们所探究的效应是被试在不同条件下反应的时差（Alerting effect（警觉）：No-cue vs. Double-cue; Orienting（定向）: Center-cue vs No-cue; Conflict（冲突）: Incongruent vs. Congruent）。
2.1.2 日常注意力测验（Test of Everyday Attention）
图三：Test of Everyday Attention；被试需根据要求默数电梯楼层
TEA 是一个临床测验，它包含八个小测验。
我们选择了其中的三个关于听觉注意的电梯实验（Elevator Counting，Elevator Counting with Distraction；Elevator Counting with Reversal）分别测试持续性注意力（sustained attention），注意力抑制/选择性注意力（attention inhibition/selective attention），以及注意力转换（attentional switching）。
EC（elevator counting）任务中，电脑会播放不同次数的同种音调，被试在心里默数音调的个数。ED（elevator counting with distraction）任务中，电脑会播放高音和低音两种音调，被试需要忽略高音调数低音调。ER （elevator counting with reversal）任务中，电脑会播放高中低三种音调，被试只需要数中音调。在这个基础上，听到高音调，高音调后面的中音调顺着前面的音调继续往上数，听到低音调，低音调后面的中音调在前面数的基础上倒过来数。被试在三个任务下的默数准确率代表了听觉注意的能力。
2.1.3 工作记忆测验（Working Memory: Corsi Block Tapping Task）
图四：Corsi Block Tapping Task；被试需凭记忆按顺序轻触木板上的方块
在Corsi Block Tapping Task 中，实验者会在放有十个小方块的木块板（或虚拟板上）示范轻触（或按键）的顺序。而被试需根据示范，按照要求重复示范顺序。这里，三个小任务分别是Corsi Forward Tapping （正向重复；基础任务）; Corsi Backward Tapping（反向重复；稍难）和 Corsi Rotate Tapping （旋转重复）。难度依次增加。 重复准确率代表工作记忆广度。
我选择Corsi Block Tapping来测试Working Memory，主要是为了跟之前学姐收集的数据整合 （学姐的母语是阿拉伯语）。相对于其他语言，阿拉伯语的最大特点是书写是从右往左。 有研究表明文字的书写方向与心理旋转（mental rotation） 有关。我对中文的书写方式和心理旋转之间的关系很感兴趣，所以加入这个实验任务。
关于其它Working Memory 测试，网上有很多现有的电脑编程：包括Operation Span（运算广度）, Symmetry Span（镜像运算广度）, Rotation Span（旋转运算广度）。
感兴趣的同学可以在文末链接查看心理学相关的实验范式。
上述四个实验任务都是心理实验以及双语研究中有很高的信度和效度，并且广泛运用的实验范式。
2.1.5 其他测试
除了实验任务，为了控制一些其他影响因素（confounding factors），被试需要在实验的最后完成一个关于智力测验的任务(Raven's Matrices；瑞文智商测试)，并且填写关于他们的基本信息和语言学习的问卷（language questionnaire）。问卷中除了人口和语言信息，还有他们的学习音乐和玩电子游戏的经历。这样的设计是为了尽可能地去搜集并排除其他干扰因素。
至于我为什么会选择做双语的研究，原因如下：
1. 我对认知这个领域很感兴趣，硕士论文也是探究双语效应，所以博士开始深入研究双语和认知这个领域。
2. 我的被试群体主要是中-英文双语者。由于我的母语是中文，所以，相较于其他的双语，中-英群体是我自己比较熟悉的群体。
3. 中文，作为世界上最难的语言之一，我觉得很有研究的价值和意义。中文和英文存在很大的差异，从语言学角度（linguistic perspective）分析，二者的加工方式，书写系统有根本的不同。但是，大多数研究关于中英文的差别是从语言学角度，很少从认知角度（cognitive perspective）去研究。
4. 我对于转移效应（transferring effect）很感兴趣，主要是从语言维度（linguistic domain）到认知维度（cognitive domain）的转移，以及语言的加工方式是否会影响认知的功能。
5. 实际运用中，随着全球化，越来越多的人学习第二种语言。从学习其他小语种的过程中，了解了双语和认知的关系，对于学习第二种语言的策略和方式或许有更多的不同的认识和帮助。
上面这些实验任务都是很经典的实验范式，因此有现有编程。我的研究对象是成人（young adults），主要是在校大学生。在双语和认知的研究中，成人并不是最好出结果的被试群体。自然发展中，成人的认知水平相对于正在增长中的儿童和正在退化中的老年人是最高的，认知功能也相对稳定很多。因此，想比较成人的认知功能并且得到显著性的差异很难，因此更富有挑战性。
顺便提醒一下，在英国，儿童和老年人的伦理（ethic）审查很严格，审核的过程和程序也相对于更详细一点。
希望我的简单介绍让读者对 双语效应有一个基本的了解。
【资料链接】
Bak, T. H., Vega-Mendoza, M., & Sorace, A. (2014). Never too late? An advantage on tests of auditory attention extends to late bilinguals.Frontiers in psychology,5, 485.
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【图片】
纽约时报文章 The Benefits of Bilingualism