天生科學家-科學人雜誌 Back to Top
科學人觀點

天生科學家

2021-11-01 文/影像來源:曾志朗
嬰兒能從不同情況下的失敗,歸因出是人或是環境的因素,從而表現出兩種矯正錯誤的行為,這種歸因模式是大人每天都在做的事,更是科學家的推論模式。
(Piazza, E. A., Hasenfratz, L., Hasson, U., & Lew-Williams, C. (2020). Infant and adult brains are coupled to the dynamics of natural communication.Psychological Science,31(1), 6-17.)


新冠病毒疫情趨緩,實體教學終於開放,校園裡又洋溢著青春的歡笑聲,學生三五成群,尋食的鳥兒和松鼠也來湊熱鬧,彷彿知道久違的老朋友回來,都現身列隊歡迎!像平常一樣,我一早就進校園,快步走向研究室所在的大樓,樓邊廣場已經站滿熟稔的晨操隊。他們穿著簡便的運動衫褲,跟隨帶操者,彎腿、擴胸、收腹、深呼吸、揮臂、扭腰、下蹲、起立、仰頭、兩手向上伸展,再緩緩放下,甩手,收操!動作整齊劃一,煞是好看。我駐足觀賞一會兒,不知不覺身體也跟著擺動,腦裡的鏡像神經元應該被激發了,呼吸也隨之穩健平順,運動活血精神爽!


我看他們停下來休息,便揮手打個招呼,正想往大樓移動,忽然眼前閃過一抹黃,吳媽身手矯健,一個箭步就站到我面前,「曾教授,我們要知『端的』,請告訴我們,嬰兒如何由天生語言學家,變成天生科學家?」我停下腳步,笑著對她和幾位圍過來的隊友說:「看來你們都有讀過我在《科學人》雜誌最近一期寫的觀點文章,謝謝你們的捧場。你們不但天天運動,也是常常閱讀的終身學習者,怪不得身心健康,活躍開朗!」


眼見大夥兒對吳媽的問題一臉好奇,我直搗核心說:「不是天生語言學家變成天生科學家,而是沒有天生的科學家,就不可能有天生的語言學家。」吳媽領悟力很強,立刻回應:「有道理,願聞其詳!」我索性把背包放在台階,很開心的來一場戶外開講:「你們當然都聽過小嬰兒的哭泣聲,哇哇哇??」我拿出平板電腦,找出一個嬰兒哭聲的音檔,把聲音放到最大,好讓大家都聽得清楚。第一個「哇、哇、哇??」是由大聲到小聲,第二個「??哇、哇、哇」則是由小聲到大聲。第一次播放時,大家都沒聽出有兩個不同型態的哭法,反覆播放幾次之後,才紛紛指出其中差異。我告訴他們,哭聲由大哇到小哇是德國嬰兒,由小哇變大哇的是法國嬰兒!


果不其然,他們露出不解的神情,不待吳媽開口,我隨即為他們解惑:「初生嬰兒哭,就是想引起大人注意,但要怎麼哭,才能達到目的呢?他們嘗試各種方式,有如科學家的假設和驗證,終於發現模仿大人說話的音律型態最能引起注意。德國人講話,重音放在前面,而法國人講話,卻是重音放在後面。」我表演一句德語「Ich bin ein Berliner(我是柏林人)」,顯示每個詞的重音都在前面,也示範一句法語「Parlez-vous francais(你會說法語嗎?)」,重音就在收尾的地方。我進一步解釋:「嬰兒的哭,本來沒有特定型態,但為了能吸引大人的注意力,他們就像科學家一樣,探索環境中的特殊表徵,然後試著去模擬那個最有效的型態。從嘗試錯誤中,建立了最能引起大人注意的哭聲型態,很科學吧!」


這群有過養兒育孫經驗的退休人士心有所悟,紛紛點頭贊同。我再舉美國麻省理工學院所做的一個實驗為例,說明16個月大的嬰兒也能利用有限的數據,做出合理的統計推測,得到正確的歸因。「你一定有過晚上回家,屋裡一片漆黑,伸手去按燈的開關,燈卻沒亮的經驗。你會怎麼推敲『開燈,燈卻不亮』的原因?如果不是按錯開關(通常有兩個),就是可能燈壞了。當你把燈未亮歸因是個人因素,你會仔細看清楚,再按一次。但如果歸因是燈泡壞了,那是環境的因素,你會去換個燈泡。歸因不同,促使兩個不同的反應!」


但實驗者如何證實嬰幼兒能夠對同樣行為卻產生不同結果的現象得出歸因呢?研究人員在由父親或母親陪伴的一歲半嬰幼兒面前,取出綠、黃、紅三種不同顏色的玩具,拿起綠色玩具按了按,音樂響起,引發了他們的注意,重複幾次「按玩具-音樂響起」後,把紅色玩具放在靠近他們的地方,再把綠色或黃色玩具遞給他們就離開。然而嬰幼兒依樣畫葫蘆按了玩具卻毫無聲響,這時他們會怎麼想?第二個實驗則是同一個研究人員按下綠色玩具,有時音樂響,有時不響;或兩個研究人員輪流按綠色玩具,一個成功,一個失敗,再把玩具遞給嬰幼兒玩,但無論在何種條件下、無論嬰幼兒怎麼按,音樂始終不響,這時候他們又會怎麼想?


(Piazza, E. A., Hasenfratz, L., Hasson, U., & Lew-Williams, C. (2020). Infant and adult brains are coupled to the dynamics of natural communication.Psychological Science,31(1), 6-17.)

在第一個實驗中,當嬰幼兒按下玩具卻沒有出現音樂,他會認為是自己按錯地方或用力不夠,所以會更用力按或求助父母幫他按!在第二個實驗裡,他認為玩具不響不是因為自己的問題而是它壞了,這時候他沒有找身邊的大人幫忙,而是拋棄綠色玩具,伸手去按靠近一點的黃色玩具,因為它可能是好的。這個實驗結果真的很有趣,因為嬰兒能從兩種不同情況下的失敗,歸因出是人或是環境的因素,從而表現出兩種矯正錯誤的行為,即失敗因為我就求助,因為環境就換個玩具。這種歸因模式是我們大人每天都在做的事,更是科學家的推論模式,小嬰兒的反應,充份說明他就是個小小科學家!


說完研究故事,我彎身拿起背包準備上樓。吳媽留住我,鍥而不舍的問:「這和語言發展,又有什麼關係?」我看大家興致不減,就再把背包放下,手指往樓上方向一指,「你們知道這裡的六樓有個嬰幼兒腦科學實驗室,裡面有一部近紅外光光譜儀(NIRS),讓嬰幼兒戴上一頂電極帽,就可以量測他們大腦淺層皮質區的血氧濃度變化,紀錄他們腦殼內神經細胞的活躍情況。上篇文章也報告了這個實驗室的研究進展,但我們目前還只有一部NIRS,如果有兩部NIRS結合在一起,一頂電極帽戴在唸故事書的老師頭上,另一頂電極帽戴在聽故事的嬰幼兒頭上,就可以同步追蹤測量兩者的腦神經活動!」


美國普林斯頓大學神經科學研究所的嬰兒實驗,就利用兩套NIRS做了這麼一個非常有趣的研究(如左上、左下圖)。他們徵得42名從9個月到15個月不等的嬰幼兒參加實驗,然後由同一個成人和這些嬰幼兒玩遊戲或共讀書本,其中有3名嬰幼兒拒絕戴帽子,21人因為扭動過度而排除,最後18位成功完成實驗。當這名大人看書說故事給小嬰兒聽時,小嬰兒的眼睛看著書又看看講者,整個過程的互動,反映在他們腦神經活動的雙連動(coupling,即「偶合效應」,如右圖),而且這些相互來電的部位集中在前額葉內側皮質,正是負責學習、策劃和執行功能的部位。


更有趣的是,嬰幼兒腦神經活動的起伏,常常是比說故事者的神經活動快幾秒,顯示嬰幼兒不只是被動學習,而是主動引導說故事者往他有興趣的主題(如哪個玩具或哪個詞)走。此外,當大人的眼睛看向別處或旁邊的人,偶合效應就消失了,這也顯示嬰兒學會了說話是有針對性的社會行為!


說到這裡,我發現晨操隊聽眾的眼神也飄動在我和我的平板螢幕上。我知道我們雖然沒有戴上可以雙連動的NIRS電極帽,但我們正享受同步的相互來電,這是多麼美好的終身學習時刻。


吳媽恍然大悟:「原來我的小孫女就是天生科學家,怪不得把我調教得又順從又聽話!」


# 關鍵字:科學人觀點嬰兒推論學習
更多文章
活動推薦更多
追蹤科學人