嬰兒天生就擁有一種驚人且短暫的天賦：快速掌握語言的能力。在六個月大的時候，孩子可以學習構成英語單詞的聲音，如果也接觸到蓋丘亞語和塔加洛語，他或她也可以掌握這些語言獨特的聲學特性。到三歲時，蹣跚學步的孩子可以與父母、玩伴或陌生人交談。
在研究兒童發展四十年後，我仍然驚歎於孩子如何在短短幾年內從隨機的咿呀學語發展到說出完全清晰的詞語和句子——這種掌握能力比一生中獲得的任何複雜技能都快。直到最近幾年，神經科學家才開始瞭解嬰兒大腦在這個學習過程中發生了什麼，這個過程將孩子從咕咕叫的新生兒變成一個非常迷人的年輕人。
在出生時，嬰兒的大腦可以感知到大約800個聲音的完整集合，稱為音素，這些音素可以串聯起來形成世界上每種語言的所有單詞。我們的研究表明，在出生的第二年下半年，孩子的大腦中會開啟一扇神秘的門。正如神經科學家所說，他或她進入了一個“敏感期”，在此期間，嬰兒的大腦已準備好接受語言魔力的第一個基本課程。
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對於母語的語音，年輕人的大腦最容易學習的時間從六個月大開始學習母音，九個月大開始學習子音。敏感期似乎只持續幾個月，但對於接觸第二語言聲音的孩子來說，敏感期會延長。孩子在七歲之前仍然可以相當流利地掌握第二語言。
僅憑與生俱來的語言能力不足以讓嬰兒度過最初的“媽媽”和“爸爸”的發音。掌握所有社交技能中最重要的一項，得益於無數小時聆聽父母說“育兒語”這種傻氣的白話。其誇張的語調——“你是個漂漂的寶寶”——服務於一個嚴肅的目的，即每天提供嬰兒母語語調和節奏的課程。我們的工作結束了關於基因或環境在早期語言發展過程中是否占主導地位的古老爭論。它們都扮演著重要的角色。
對早期語言發展的認識現已達到相當高的水平，這使得心理學家和醫生能夠設計新的工具來幫助有學習困難的兒童。研究已經開始為使用腦電波記錄來確定兒童的語言能力是否正常發展，或者嬰兒是否可能面臨自閉症、注意力缺陷或其他障礙的風險奠定基礎。有一天，兒科醫生的常規就診可能包括嬰兒大腦檢查，以及麻疹、腮腺炎和風疹疫苗接種。
嬰兒說話的統計資料
我們可以考慮對語言發展進行測試的原因是我們已經開始瞭解嬰兒如何輕鬆地吸收語言。我的實驗室和其他實驗室已經表明，嬰兒在語言習得的最早期階段使用兩種不同的學習機制：一種是透過心理計算來識別聲音，另一種是需要強烈的社會沉浸。
為了學會說話，嬰兒必須知道哪些音素構成了他們周圍聽到的單詞。他們需要區分他們需要學習哪些 40 個左右的音素（在所有 800 個音素中）才能說出自己語言的單詞。這項任務需要檢測口語中細微的差異。一個子音的改變可能會改變一個詞的含義——例如，“bat”變成“pat”。當不同的人以不同的語速和在不同的語境中說出時，像“ah”這樣的簡單母音也會發生很大變化——例如“Bach”與“rock”。音素的極端變化是蘋果公司的Siri仍然無法完美執行的原因。
我的工作以及當時在西北大學的傑西卡·梅耶（Jessica Maye）和她的同事們的工作表明，統計模式——聲音出現的頻率——在幫助嬰兒學習哪些音素最重要方面起著關鍵作用。八到十個月大的兒童仍然不理解口語單詞。然而，他們對音素出現的頻率——統計學家稱之為分佈頻率——高度敏感。給定語言中最重要的音素是說得最多的音素。例如，在英語中，“r”和“l”的發音非常頻繁。它們出現在諸如“rake”和“read”以及“lake”和“lead”之類的詞中。在日本，類似英語的“r”和“l”也出現，但頻率不高。相反，日語的“r”音很常見，但在英語中很少發現。（美國人聽起來，日語單詞“raamen”聽起來像“laamen”，因為日語的“r”介於美式英語的“r”和“l”之間。）
特定聲音的統計頻率會影響嬰兒的大腦。在對西雅圖和斯德哥爾摩的嬰兒進行的一項研究中，我們監測了他們六個月大時對母音的感知，並證明每個群體都已經開始關注他們母語中使用的母音。口語的文化已經滲透並影響了嬰兒大腦感知聲音的方式。
這裡到底發生了什麼？梅耶已經表明，這個年齡段的大腦具有改變嬰兒感知聲音方式的必要可塑性。一個聽到英語聲音的日本嬰兒學會區分美國英語中使用的“r”和“l”的方式。而一個在以英語為母語的人中長大的嬰兒同樣可以掌握日語的特徵聲音。似乎在第一年下半年學習聲音會在大腦中建立起與母語的聯絡，但不會與其他語言建立聯絡，除非孩子在該時期接觸到多種語言。
在童年後期，尤其是成年後，聽一種新的語言不會產生如此戲劇性的結果——去法國或日本的旅行者可以聽到另一種語言的聲音的統計分佈，但大腦不會因這種體驗而改變。這就是為什麼以後學習第二語言如此困難的原因。
第二種統計學習形式讓嬰兒能夠識別整個單詞。作為成年人，我們可以區分一個單詞在哪裡結束，下一個單詞在哪裡開始。但是，從語音流中分離出單詞的能力需要複雜的心理處理。口語到達耳朵時是連續的聲音流，缺乏書面單詞之間發現的分隔。
現在在威斯康星大學麥迪遜分校的珍妮·薩夫蘭（Jenny Saffran）和她的同事——羅切斯特大學的理查德·阿斯林（Richard Aslin）和現在在喬治城大學的埃莉薩·紐波特（Elissa Newport）——是第一個發現嬰兒使用統計學習來掌握整個單詞的聲音的人。在 20 世紀 90 年代中期，薩夫蘭的小組發表了證據，表明八個月大的嬰兒可以根據一個音節跟隨另一個音節的機率來學習類似單詞的單元。以短語“pretty baby”為例。“pre”音節比與另一個音節（如“ba”）一起聽到的可能性更高。
在實驗中，薩夫蘭讓嬰兒聽計算機合成的無意義詞語流，這些詞語流包含音節，其中一些音節比其他音節更頻繁地一起出現。嬰兒專注於在虛構語言中同時出現的音節的能力讓他們能夠識別可能的單詞。
20 世紀 90 年代嬰兒統計學習能力的發現引起了極大的興奮，因為它提供了一種超越主流觀點的語言學習理論，即兒童的學習僅僅是因為父母的條件反射以及對單詞是否正確的肯定。嬰兒學習發生在父母意識到學習正在發生之前。然而，我在實驗室進行的進一步測試產生了一個重要的新發現，為這個故事增加了一個重要的警告：統計學習過程不需要僅僅是被動傾聽。
嬰兒見面和問候
在我們的工作中，我們發現嬰兒需要的不僅僅是處理聰明的神經演算法的計算天才。2003 年，我們發表了對來自西雅圖的九個月大嬰兒接觸普通話的實驗結果。我們想知道嬰兒的統計學習能力是否能讓他們學習普通話的音素。
在兩到三人的小組中，九個月大的嬰兒在母語為普通話的人說話時聽著，而他們的老師則在地板上和他們一起玩耍，使用書籍和玩具。另外兩組也接觸了普通話。但是一組觀看了普通話影片。另一組聽了錄音。作為對照組執行的第四組根本沒有聽到普通話，而是聽了美國研究生在和孩子們一起玩相同的書籍和玩具時說英語。所有這些都在一個月內進行的 12 次課程中完成。
所有四組的嬰兒都返回實驗室進行心理測試和大腦監測，以評估他們區分普通話音素的能力。只有接觸過真人說普通話的小組學會了識別外語音素。事實上，他們的表現相當於臺北的嬰兒，他們在最初的 11 個月裡一直在聽父母說話。
透過電視或音訊接觸普通話的嬰兒根本沒有學到任何東西。他們區分音素的能力與對照組的嬰兒相當，正如預期的那樣，他們的表現與實驗前沒有區別。
該研究提供的證據表明，嬰兒大腦的學習不是一個被動的過程。它需要人際互動——我稱之為“社會門控”的必要條件。這個假設甚至可以擴充套件到解釋許多物種學習交流的方式。事實上，幼兒學習說話的經歷類似於鳥類學習歌唱的方式。
我早期曾與已故的加州大學舊金山分校的艾莉森·杜佩（Allison Doupe）合作，比較嬰兒和鳥類的學習。我們發現，對於兒童和斑胸草雀來說，生命早期的社會經驗至關重要。人類和鳥類幼崽都沉浸在傾聽長輩的講話中，並且他們會儲存他們聽到的聲音的記憶。這些回憶會調節大腦的運動區域，使其發出與他們在其中長大的更大社會群體中經常聽到的聲音相匹配的聲音。
社會環境究竟如何促進人類語言的學習仍然是一個懸而未決的問題。不過，我曾建議，父母和其他成年人既提供動力，也提供必要的資訊來幫助嬰兒學習。動機成分是由大腦的獎勵系統驅動的——特別是，在社互動動期間使用神經遞質多巴胺的大腦區域。我在實驗室的工作已經表明，嬰兒在其他嬰兒在場的情況下學習得更好——我們目前正在進行研究，以解釋為什麼會這樣。
凝視父母眼睛的嬰兒也會收到關鍵的社交線索，這些線索有助於加速語言學習的下一個階段——理解實際單詞的含義。華盛頓大學的安德魯·梅爾佐夫（Andrew Meltzoff）已經表明，在生命的前兩年中，跟隨成人目光方向的幼兒比不追蹤這些眼球運動的兒童掌握更多的詞彙。看和說之間的聯絡是完全合理的，併為僅僅觀看教學影片是不夠好提供了一些解釋。
在接受真人課程的小組中，嬰兒可以看到普通話老師在指著一個物體並命名它時瞥了一眼，這是一個微妙的動作，將單詞與被命名的物體聯絡在一起。在七月份發表的一篇論文中，我們還表明，當西班牙語導師舉起新玩具並談論它們時，在導師和玩具之間來回看的嬰兒，而不是隻專注於其中一個，學習了音素以及學習課程中使用的單詞。這個例子說明了我的理論，即嬰兒的社交技能能夠——或“門控”——語言學習。
關於早期語言學習的社會組成部分的這些想法也可能解釋一些患有自閉症等疾病的嬰兒遇到的困難。患有自閉症的兒童對說話缺乏基本的興趣。相反，他們專注於無生命的物體，並且不注意對語言學習至關重要的社交線索。
說，“嗨~~~~！”
嬰兒學習說話的能力不僅取決於能夠傾聽成年人說話，還取決於成年人與孩子說話的方式。無論是在達卡、巴黎、里加還是西雅圖附近的圖拉利普印第安保留地，傾聽人們與孩子說話的研究人員都瞭解到一條簡單的道理：成年人與孩子說話的方式與與成年人說話的方式不同。文化民族學家和語言學家將其稱為“兒語”，它出現在大多數文化中。起初，人們不知道兒語是否會阻礙語言學習。然而，大量研究表明，母親語或育兒語（兒語的修正名稱）實際上有助於嬰兒學習。事實上，育兒語不是現代發明：古羅馬句法專家瓦羅（Varro，公元前 116 年至公元前 27 年）指出，某些縮短的詞語僅在與嬰兒和幼兒交談時使用。
我的實驗室——以及斯坦福大學的安妮·費納爾德（Anne Fernald）和賓夕法尼亞大學的莉拉·格萊特曼（Lila Gleitman）的實驗室——研究了兒語中吸引嬰兒的特定聲音：更高的音調、更慢的節奏和誇張的語調。當有選擇時，嬰兒會選擇收聽兒語的簡短音訊片段，而不是同一位母親與其他成年人說話的錄音。高音調似乎充當嬰兒的聲學鉤子，抓住並保持他們的注意力。
育兒語誇大了聲音之間的差異——一個音素可以很容易地與另一個音素區分開來。我們的研究表明，誇張的言語最有可能幫助嬰兒將這些聲音記入記憶。在我小組最近的一項研究中，現在在康涅狄格大學的奈蘭·拉米雷斯-埃斯帕扎（Nairán Ramírez-Esparza）讓嬰兒佩戴高保真微型錄音機，這些錄音機安裝在白天在家中穿著的輕便背心中。錄音讓我們進入了孩子們的聽覺世界，並表明，如果他們的父母在那時用育兒語與他們交談，那麼一年後，這些嬰兒學到的單詞數量是那些父母不經常使用嬰兒白話的嬰兒的兩倍多。
學習的特徵
研究兒童發展的大腦科學家們對利用我們不斷增長的早期發展知識來識別大腦活動的特徵（稱為生物標誌物）的可能性感到興奮，這些生物標誌物可以提供線索，表明兒童在學習語言時可能遇到困難。在我實驗室最近的一項研究中，患有自閉症譜系障礙的兩歲兒童在聽已知和不熟悉的單詞時，我們監測了他們聽到這些單詞時的大腦電活動。
我們發現，在對已知單詞的反應中，特定腦電波模式出現的程度預示了孩子在四歲和六歲時的未來語言和認知能力。這些測量評估了孩子從他人那裡學習的成功程度。它們表明，如果一個年輕人有社交學習單詞的能力，那麼這對一般的學習都有好處。
由於判斷嬰兒檢測聲音能力的新工具的可用性，衡量嬰兒或幼兒認知能力的前景正在改善。我的研究小組已開始使用腦磁圖（MEG），這是一種安全且無創的成像技術，以展示大腦如何對語音做出反應。該機器包含 306 個 SQUID（超導量子干涉器件）感測器，放置在看起來像吹風機的裝置內。當嬰兒坐在裡面時，感測器會測量微小的磁場，這些磁場指示嬰兒的大腦在孩子聽語音時特定神經元的放電。我們已經透過 MEG 證明，存在一個關鍵的時間視窗，嬰兒似乎正在進行心理排練，為說母語做準備。
MEG 太過昂貴且難以在社群醫療診所中使用。但是，這些研究透過識別生物標誌物為未來的發展鋪平了道路，最終這些生物標誌物將透過行動式且廉價的感測器進行測量，這些感測器可以在大學實驗室外使用。
如果可以識別出可靠的語言學習生物標誌物，它們應該有助於確定兒童是正常發育還是有早期語言相關障礙的風險，包括自閉症譜系障礙、閱讀障礙、脆性 X 綜合徵和其他障礙。通過了解大腦獨特的人類語言能力——以及確切何時可以塑造它——我們或許能夠儘早進行治療，從而改變孩子未來的生活軌跡。