神经同步预测儿童学习新单词的能力

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社会互动，如共同阅读，对于早期发展和语言学习方面有着广泛的影响。目前的研究已经开始探索共同输入表征背后的神经机制，记录相同刺激条件下的个体之间的神经同步。神经同步可以预测与刺激和交流线索接触的质量，但目前的研究还未证明儿童之间的神经同步如何与实时学习相关。

这篇研究利用功能性近红外光谱(fNIRS)，记录了45名儿童(3.5岁至4.5岁)在与一名成年人实验者共同阅读书籍时的神经活动。这本儿童读物的故事中包含了4个新单词和物品，并对物品的功能和人物角色进行了详细的描述。

研究者们观察儿童在阅读过程中的同步的神经活动发现，在顶叶皮层的学习和个体间神经同步之间存在正相关，顶叶皮层涉及成人的叙事水平加工过程。本研究结果表明，这种共同阅读（现场实验人员将故事朗读给儿童参与者听）的神经参与的特征模式有助于儿童的学习。

社会互动和交流是促进儿童早期学习的核心。语言学习，包括词汇、句法和语用知识的习得，高度依赖于与成人和其他儿童的社会交往，这有助于引导学习者注意到最有用的输入信息。

如果语言的主要功能是向他人传达思想和意图，那么语言学习依赖于交际语境就不足为奇了，这一观点在以前的大量研究中已经得到了证实。例如，有研究发现，婴儿通过面对面的互动比通过音频或视听记录能够更好地学习声音类别。

儿童照看者的偶然社会反馈，包括微笑、触摸和发声，会塑造婴儿咿呀学语的声学特征。与成人共同注意的能力在发育早期就出现了，并且能够预测儿童后来的词汇量和对新物体的学习。这些发现和许多其他研究都表明了社会互动在早期语言学习中扮演着重要的角色。

重要的是，越来越多的证据表明，神经同步不仅依赖于接触相同的刺激，而且还依赖于部分甚至完全共享的对其意义的高层次理解。例如，不仅在与初级听觉皮层、语言产生(额下回)和语言理解(颞上回和颞顶叶连接)相关的区域观察到显著的听者间同步，而且在高级、默认模式网络区域，包括楔前叶、顶叶小叶、顶叶内沟、内侧前额叶皮层和背外侧前额叶皮层，亦是如此。

神经同步可能在学习中起着积极的作用。在自然的互动过程中，交流输入的重要特征(例如，成人的行为或故事叙述的结构元素)可能会促使儿童学习者的大脑进入一种相位夹杂的短暂状态，这样在编码信息的最佳时刻，能够使大脑具有最大限度地兴奋状态。

最近的一项研究测量了说话者和听者(成人和婴儿)在面对面互动(游戏、唱歌和阅读)环境下的耦合，发现前额叶皮层显示出最强的耦合。

为了研究学龄前儿童从故事书中学习的神经基础，本研究作者使用功能性近红外光谱(fNIRS)记录了儿童参与者与一名成年实验者联合阅读书籍时的神经活动。

故事刺激与学习评估：(a)故事书的时间线示意图如下，遵循西方的一般情节结构，包括阐述、冲突和解决。(b)学习成绩评价，按题类分列，每类有一个例题。问题是通过实验者事先录制的音频片段呈现的。

研究者设计这个故事的目的是让孩子们接触到多层次的复杂语义信息，从个体对象标签的含义到关于角色目标和冲突解决的高阶、长时间的叙述信息。研究发现，总体学习能力显著高于随机学习。

对于每个孩子，研究者计算了ISC值与他们从故事中学习新单词的相关性(图3A)。这种相关性主要在顶叶ROI。研究者检查ISC和总体学习分数之间的关系时，也出现了同样的情况(所有问题的准确率都下降了；图3C)：顶叶ROI (r(43) = 0.31, p < .05, R2 = 0.10)；额叶 ROI (r(43) = 0.04, p = .78, R2 = 0.002；时间 ROI (r(43) = 0.01, p = .99, R2 = 0.001)。

本研究发现，儿童在顶叶通道中的神经同步与儿童的学习显著相关，无论是对单个单词的学习还是对故事内容的整体学习，在问题类型中都是不连贯的。每个孩子的神经时间序列越接近这个特征模式(特别是在顶叶皮层)，他们就越能更好地学习故事中介绍的新单词。这证明在听故事的过程中听者-听者(儿童-儿童)的神经同步与实时词汇学习之间存在联系。特别是，与成年人一起阅读书籍是在自然环境中，会促使儿童更接近学习新单词的理想神经信号。

成年观察者的大脑在更高级的默认模式网络区域(包括顶叶和内侧前额叶皮层)共享对刺激的高层次理解时，当这种高级理解被中断时，低阶感觉区域(如听觉皮层)在参与者中保持同步，但高级区域的同步消失，这揭示了参与者之间的同步不仅仅是由简单的相同刺激输入驱动的。相反，它是基于语义或叙事层面内容的联合参与过程。

而且本研究发现，这种关系只在顶叶皮层显著，前额叶皮层却没有发现这种作用可能是由以下因素造成的。首先，可能在儿童早期，大脑顶叶区域在跟踪叙述内容中发挥了重要作用，而前额叶皮层直到发育后期才与默认模式网络的其余部分相连接。另外，追踪单个单词含义的过程可能与顶叶皮层控制的注意力因素有更强的联系。

对于神经同步性和学习之间的联系，一种可能的解释是，那些注意到故事中的关键结构的儿童，他们的神经信号更可能反映一个理想的刺激驱动信号(导致更高的ISC)，往往学习得更有效。那些关注与故事不太相关或不太有用的方面的孩子，或者完全不参与的孩子，可能存在神经信号与小组其他成员同步的成功率较低，进而导致学习效率也较低。

原文：Piazza, E. A. , Cohen, A. , Trach, J. , & Lew-Williams, C. . (2021). Neural synchrony predicts children's learning of novel words. Cognition, 214(1), 104752.

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