民 96 年 12 月第 105 期第 22-29 頁 從大腦的生理機制談聽覺理解困難 林沛穎加拿大多倫多大學人類發展與應用心理學研究所研究生 林昱成國立成功大學認知科學研究所研究生 摘 要 1990 年, 美國總統布希宣布二十世紀的這最後十年為研究 大腦的十年 (the decade of the brain); 認知神經科學界的巨擘葛詹尼加 (Michael Gazzaniga) 更宣稱二十一世紀為腦研究世紀 (the century of the brain), 這些宣言無疑地象徵著當前人類最重要的科學課題是 揭開人類大腦的神秘面紗 由於大腦與人們的聽 說 讀 寫等語言能力與認知行為關係密切 因此, 本文試圖從人腦的生理機制的角度來探討聽覺理解困難, 來一窺個體內在心理運作歷程之個中奧妙, 並闡明其教育上的意義 關鍵詞 : 認知神經科學 大腦 聽覺理解困難 The Mechanisms of the Brain with Difficulties of Listening Comprehension Pei-Ying Lin Human Development and Applied Psychology, OISE/UT, Canada Yu-Cheng Lin National Cheng Kung University Abstract The U.S. President Bush designated the 1990s as the Decade of the Brain ;Michael S. Gazzaniga also declared that the twenty-first century is the Century of the Brain. There is no doubt that these declarations signify the most important scientific lessons learned from science and also lift the veil of our marvelous brains. Since the brain is related to our language competence (such as listening, speaking, reading and writing abilities) and cognitive behavior of human beings, this article contributes to discover difficulties of listening comprehension within our brains from the viewpoint of the mechanisms of the brain, and tries to understand cognitive process in individuals. In addition, the educational meanings for practitioners are also discussed. Keywords: cognitive neuroscience, human brain, difficulties of listening comprehension 22
民 96 年 12 月第 105 期第 22-29 頁 壹 前言 近年來, 拜腦造影技術 (brain imaging) 進步之賜, 世界各國的大腦科學研究不僅逐漸受到重視, 比起過往, 心理學家對大腦功能與運作模式的認識也更加深入, 當下的認知神經科學 (Cognitive Neuroscience) 便是這樣一個時代下的產物, 這是一門科際整合的學門, 它融匯了認知心理學 神經心理學 生理學 神經科學 語言學 資訊科學 心靈哲學 人工智慧學等不同領域, 並運用腦電波 (EEG) 腦磁波(MEG) 磁振顯影 (MRI) 功能性磁振顯影(fMRI) 斷層掃描 (CAT) 正離子斷層掃描(PET) 以及跨顱磁刺激術 (TMS) 等高科技來探討腦的特定部位和行為之間 ( 如威尼基區與聽覺理解, 布洛卡區與口語表達 ) 的生理基礎 同時也透過認知歷程和腦神經活動之間特定的對應關係, 進而了解人類複雜的認知活動 ( 如聽覺理解 閱讀理解 ) 在人腦中的處理歷程 ( 王道還, 民 93; 王瓊珠, 民 89; 鄭錦全, 民 93; 戴浩一, 民 93;Sousa, 2001) 語言的學習, 有賴適度的聽覺以進行資訊的接受, 也有賴聽覺的歷程對於接受到的資訊進行意義性的理解, 當學習者無法有效接受與理解以語音形態所表達的資訊或連續性的聲音音素時, 學習者對於口語表達 書面文字的學習, 就會產生資訊處理的困擾與認知理解的疑惑, 並且對其學習成效造成不佳的影響 此外, 聽覺理解更涉及聽覺訊息處理系統如何編碼 (encoding), 與如何理解由外界或內在環境進入的各式訊息 ( 如聽覺訊號 ), 且予以意義化並儲存於大腦, 而後被聽者提取 處理, 舉凡這些複雜的認知歷程, 現在都可透過高科技 跨專業 (transdisciplinary) 團隊的資源整合, 加上實驗操弄的細心安排下, 讓大腦在傾聽語音時的運作歷程中即時現形, 並使我們看見造成聽覺理解困難的背後機制 然而, 聽覺理解困難不全然是大腦在語音中運作歷程缺陷的 單一因素所導致 為此, 了解造成聽覺理解困難的原因與語音訊息是如何被大腦處理的基本知識, 不僅有助於醫生 語言治療師等專業人員進行聽覺理解困難診療與復健工作, 同時也讓特殊教育教師 普通班教師 父母等人能更精確判斷出聽覺理解困難者的麻煩之所在, 或明白該生學習型態 最大潛能為何, 進而提供設計個別化教育計畫與實施適性教學時的參考依據 貳 何謂聽覺理解 聽覺理解顧名思義是了解所聽到聲音, 事實上, 這簡單的說明並無法涵蓋其所有的內涵, 因此, 在談學習障礙學生的聽覺理解困難之前, 先探究國內外學者們為聽覺理解所下的定義 ( 如表 1 所示 ) 從國內外學者為聽覺理解所下的定義來看, 聽到聲音到理解意義的過程實是連續 複雜且具組織性的, 因此聽與聽覺理解並不同, 聽覺理解需要聽者在聽見聲音或聽別人說話時要能分辨 注意說話者所談的內容, 對於相關的訊息要加以選擇 過濾 組織和判斷等 ; 聽則比較單純, 僅藉由感覺受器接受外在聲音 光有好的聽力不足以了解說話內容, 這與聽不懂外語的道理相同 ( 林惠芬 林宏熾, 民 89) 也就是說, 聽到聲音是聽覺理解的必要條件, 但並非充要條件 參 從大腦生理機制談聽覺理解 一 大腦語言中樞的功能對腦與語言的科學研究已達一個多世紀, 並且獲得許多重要的成果 隨著神經科學家對語言的神經生理機制愈來愈關注, 關於大腦兩半球 ( 特別是左半球 ) 與語言功能的關係也愈來愈受到人們重視 聽覺理解可說是聽者從接受擴展的外在言語訊息, 到最終領會說者的表達意涵的內在認知過程 由於大腦的複雜和精細性, 至今學者對某些大腦行為的認知有時並不一致 然而現今已知 23
民 96 年 12 月第 105 期第 22-29 頁 表 1 聽覺理解的定義 年代 研究者 定 義 1967 Johnson & Myklebust 係指理解口語的能力 理解的意涵很複雜, 除了區辨聲音刺激 將所有感覺組 織成有意義訊息 注意力及選擇 分類外, 變化 聲調 節奏和速度亦是, 若 聲音可以被辨識和選擇, 表示能夠理解 2000 Hasan 指聽者為能夠了解說者所說的內容, 而所採用來自聽覺上或視覺上之外在線索 訊息的理解方式 2003 Lerner 個體能夠選擇適當的意義並依意義間的關係組織想法 2005 Hallahan, Lloyd, Kauffman, Weiss, 係指聽者的行為, 這過程包括注意到說話者和他所說的話 聽到特定的聲音 辨認聲音的組合 辨認並了解字句並理解接收的訊息 Martinez 民 89 林惠芬 林宏熾 包括聽覺記憶 ( 語詞 語句 ) 注音 句義理解 聽話理解 短文理解 聽覺 收訊統整 選詞聽答 語法聽答 修辭聽答 聽覺區辨 ( 同義字與反義字 ) 民 89 林寶貴 錡寶香 認為接收性語言的認知歷程包括 : 聽覺刺激的接收 音韻的分辨 聽覺語言的 記憶 覺識及理解 民 92 黃淑君 透過生理器官, 主動的將所聽到的聲音訊息, 透過複雜的心理運作歷程, 而變 成自己思想的過程 額葉頂葉主司抽象主司觸覺, 思考, 身體肌體運作感覺枕葉顳葉主司視覺主司聽覺圖 1 大腦功能分區圖 取自 Carter (1998/ 民 91) 道左右大腦半球的四個腦葉均掌管不同的功能 ( 參見圖 1), 其中顳葉 (temporal lobe) 跟聲音 語言理解與表達 (90% 右利者與 68 % 左利者的語言機制均在左腦 ) 注意 記憶有關 ( 謝國平, 民 80;Carter, 1998/ 民 91; Hallahan et al., 2005;Sternberg, 2003) 西元 1967 年 Johnson 和 Myklebust 以神經心理學的角度來解釋大腦掌管聽覺理解的地方是顳葉, 並指出聽覺理解困難是知覺各方面均完好, 但僅是正常理解受到干擾, 因 此, 他們認為聽覺理解困難不應等同於失語症 然而, 比 Johnson 和 Myklebust 更早之前, 即 19 世紀中期, 卻有不少的證據指出, 聽覺理解困難是語言功能喪失 ( 如失語症 ) 的症候之一, 如 Wernicke 針對失語症病人的研究, 所找到的語言困難特徵之一是可以聽到說話, 但是卻無法理解言語意涵 語言皮質有四個主要的區域 : 布羅卡區 (Broca area) 威尼基區 (Wernicke area) 弓狀束(arcuate fasciculus, 亦譯成弓狀神經束 ) 和角回 (angular gyrus, 亦譯成角腦或角腦回 )( 見圖 2), 其中威尼基區對於語音的意義化扮演相當重要的角色, 因為字義的分析與字相關的聽覺記憶是在該區處理的, 假如威尼基區本身受損即產生威尼基型失語症 (Wernicke s aphasia), 可以說很流利的片語, 幾乎都合乎文法, 但是這些片語堆在一起是沒有意義的, 充滿了新詞 (neologisms) 及替代字, 也因為無法監控自己說話, 而不知道自己說的話是不具意義的 若是初級聽覺皮質的赫氏腦回 (Heschl s gyrus) 連接到威尼基 24
民 96 年 12 月第 105 期第 22-29 頁 區的神經束斷了, 就會產生純粹性字聾 (pure word deafness) 的現象, 係指聽不懂別人說的話, 但是可以讀 寫和說話 (Carlson, 2001; Pinel, 2000; Sousa, 2001; Stirling, 2000, 2002) 弓狀束赫氏腦回圖 2 語言的大腦皮質區二 各語言中樞間的神經連結 19 世紀末, 學者 Lichtheim 提出 語言連結模式 (connectionist model of language), 此模式在接下來的一百多年間, 成為說明大腦如何處理語言理解與語言產出的主要模式 在此模式中他認為 Broca 區 Wernicke 區和負責處理聽覺理解和字義儲存的概念中心區 (concept centre) 等三區之間是相互連結的, 因此語言功能的受損, 可能起因於其中一區域損傷或某兩個區域之間通路連結的受損 事實上,Lichtheim 對於概念中心區的精確位置的界定並不清楚 一直到 1960 年代, 心理學家 Geschwind 才將概念中心區作了清楚的界定, 他將概念中心區細分成動作概念 感官概念兩部分, 前者位於額葉 (frontal lobe), 後者位於左下方頂葉 (left inferior parietal lobe), 以上論及的概念中心區 Broca 區 Wernicke 區等三區域損傷或某兩個區域之間通路連結的受損 ( 見圖 3), 將分別產生傳導型失語症 (conduction aphasia) 動作型跨皮質失語症 (motor trans-cortical aphasia) 感官型跨皮質失語症 (sensory trans-cortical aphasia) 與整體型失語症 (global aphasia)( 林金盾, 民 93; Bear, Connors, & Paradiso, 2006; Carlson, 2001; Pinel, 2000; Sousa, 2001; Stirling, 2000, 2002) ( 一 ) 傳導型失語症 : 若負責聽覺理解的威尼基區和負責語言輸出的布羅卡區均無損傷, 但此兩區域之間的連結通道, 即弓狀神經束受損, 則會發生傳導性失語症, 亦即聽覺理解和說話能力良好, 但喪失覆誦能力 ( 二 ) 感官型跨皮質失語症 : 感官型跨皮質失語症類似前述的威尼基型失語症, 主要在聽覺理解方面產生困難 ( 三 ) 動作型跨皮質失語症 : 動作型跨皮質失語症就像布羅卡型失語症一樣, 常無法流暢地說話表達 ( 四 ) 整體型失語症 :Lichtheim 系統中的許多部分如果產生廣泛的損害, 則會造成整體型失語症 動作型跨皮質失語症 概念中心區 整體型失語症 感官型跨皮質失語症 布羅卡區 傳導型失語症 威尼基區 言語動作輸出 圖 3 Lichtheim-Geschwind 語言連結模式 ( 修改自 Stirling, 2000, 2002; Gazzaniga et al., 2002) 聽覺訊息輸入 25
民 96 年 12 月第 105 期第 22-29 頁 雖然 Lichtheim-Geschwind 的語言連結模式偏重於大腦語言局部功能的定位, 亦即將 Broca 區 Wernicke 區功能過度簡單化, 但此模式仍然給聽覺理解背後的神經機制, 下了一個概念性的定義, 即使其在臨床上無法很完滿的推論與解釋 ( 王德春 王德林 吳本虎,1998; 王瓊珠, 民 89; 楊坤堂, 民 92; 張春興, 民 94;Barion, 民 81; Carlson, 2001; Carter, 1998/ 民 91; Gazzaniga, Ivry, & Mangun, 2002; Hallahan et al., 2005; Pinker, 1994/ 民 89; Sternberg, 2003; Stirling, 2000, 2002) 三 大腦的聽覺運作模式想了解一長串語音的意思, 大腦必須先在視丘 (thalamus) 及聽覺皮質辨識出傳進來的聲音為何, 然後把聲音送到左腦語言皮質去處理, 而環境的噪音 音樂和非語言的訊息, 則送到右腦處理 這個處理模式因使用大腦造影技術得到證實, 當掃描人在聆聽說話時, 左邊的聽覺皮質會亮起來 由於腦部影像技術的發達, 神經科學家得以觀察語音在人類腦部實際運作的模式 : 語音訊息剛開始由初級聽覺皮質所接收, 並傳輸至鄰近的威尼基區中來進行聽覺訊息處理 ( 即聽覺理解 ), 進而再將分析過的語言資料, 經由弓狀束而傳送至布羅卡區, 以構成一個完整聽覺理解和言語產生的運作模式及程式, 見圖 4 (Bear et al., 2006; Geschwind, 1979; Stirling, 2002) 不僅僅只是聽覺, 每一種感覺 ( 聽覺 視覺 觸覺 嗅覺等 ) 在腦中均有特定的部位負責處理, 其布局在每個人身上大致相同, 但若是常大量使用到某種感覺, 會激發相關皮質區域發生擴張, 這跟肌肉大量使用會變得結實是一樣的道理 此外, 隨著語言的出現更是改變了大腦原有的面貌, 語言不但使用了原來為感覺和運動而產生的大腦皮質結構, 更造成前腦增大而左右腦不對稱的特殊設計 ( 曾志朗, 民 93;Carter, 1998/ 民 91), 而語言溝通高度仰賴聽覺, 所以進一步探究聽覺理解的如何運用與其功用, 不 僅能擴增對人類既有溝通模式的了解, 更讓人能夠習得與他人的互動技巧, 與了解彼此意念 觀點的本事, 同時, 也能創造出新的概念, 使人際關係變得又複雜又微妙 對人們而言, 在日常生活中, 與語言同等重要的音樂, 被大腦 理解 的過程是 : 音樂傳入大腦, 而大腦將傳入訊息的每個部份, 包括音調 旋律 節奏 位置和音量大小做分開的處理, 最後再組合, 加上情緒的部分, 才能把衝擊到耳膜的聲波建構成音樂 在這個過程中若有任何的缺失, 縱然每個音都聽得很清楚, 還是造成各種程度的音樂辨識不能症 (Carter, 1998/ 民 91) 5 動作皮質區 4 布羅卡區 3 弓狀束 1 初級聽覺皮質區 2 威尼基區圖 4 聽覺理解語言產生運作模式至於聲音的運作模式, 則是當聲音經由每一邊耳朵的聽神經將聲音訊息帶到大腦的皮質, 會分成兩個不相等的部分, 依 對方處理 原則, 左耳所接受到的訊息大部分傳到右腦, 反之亦然 少部分訊息則傳到與耳朵同一邊的腦皮質, 所以每個耳朵接受到的訊息都會傳到兩個腦半球 (Carter, 1998/ 民 91) 隨著認知神經科學的發達, 現在人們已經了解其實嬰兒在媽媽懷孕六個月大時, 大腦兩個半球處理聲音的功能便略有不同, 且出生後第四天大腦就已經有特殊結構來處理語音或音樂這兩種不同的聲音 (Mehler & Dupoux, 1990/ 民 93) 根據神經語言學家 Doreen Kimura 26
民 96 年 12 月第 105 期第 22-29 頁 (1973) 在一項二分聽力實驗 (dichotic listening test) 中, 發現大腦右半球主要負責處理非語言的聲音 ( 如鳥鳴 噪音 音樂 咳嗽等 ), 而左半腦主要掌管語言聲音 ( 引自 Yule, 2005) 此實驗讓受試者戴上耳機, 在同一時間將不同的聲音分別向兩耳傳入語音訊息, 如向右耳輸入如 老鼠, 左耳輸入如 貓咪 等語音, 然後再問受試者最先聽到了什麼 此實驗結果顯示, 大腦在處理語音時, 擁有所謂的 右耳優勢 (right ear advantage); 亦即輸入至右耳, 而後直接經由左半腦處理的語音訊息 老鼠 一詞, 相較於左耳所聽到的字詞 貓咪, 更迅速獲得聽覺辨識, 也聽得比較清楚, 保存得也較久 而左耳接受的語言訊息首先送到右腦, 然後再轉遞至左腦處理, 這一路徑比右耳接受的語言訊息直接通往左腦處理, 路途實遠了些, 因此, 先到達的訊息優先得到大腦的辨識與獲得更快的處理 ( 參見圖 5 ) (Gazzaniga et al., 2002; Mehler & Dupoux, 1990/ 民 93; Pinel, 2000; Yule, 2005) 左腦右腦貓咪圖 4 聽覺理解與語言產生運作模式老鼠圖 5 語音處理過程上述聽覺理解過程不但說明人類左腦語言中樞的側化 (lateralization) 現象, 同時也引導人們將注意力置於語音的聲音刺激上 除側化現象外, 左右半腦在其他聽知覺功能運作上亦扮演不同角色, 如研究顯示左 腦負責偵測快速聲音的變化 (rapid acoustic changes), 如音素的共振峰 (formants of phonemes) 相對地, 右腦則負責緩慢聲音的改變, 如韻律 (prosody) (Hickok & Poeppel, 2004) 儘管目前科學家普遍認為左半腦是音韻處理能力的優勢腦, 但仍有許多研究指出 : 左半腦的側化現象常隨著認知作業的實施而轉移至另一半腦 例如語言表達中的音韻處理能力是由右腦所掌控, 而聽覺理解中的音韻處理能力卻是由左 右半腦的上顳葉區 (superior temporal regions) 共同合作下的產物 (Ullman, 2006) 四 聽知覺處理障礙除了上述提及的威尼基型失語症外, 學者還指出學習障礙者常有聽覺處理異常 ( 或稱中樞聽覺處理異常,Central Auditory Processing Disorder, CAPD/APD), 意指聽得到聲音 語句, 但是不懂別人在說什麼, 或者有聽沒有懂, 即所謂的 聽而不聞 如 Kates (1992) 在一項研究中發現,94 位學障受試中僅有一位沒有中樞聽覺處理異常症狀 ( 引自江源泉, 民 92b), 有些屬語音處理型聽知覺處理障礙, 常誤解別人語句, 誤聽字詞, 口語反應慢, 甚至有 意到詞不到 的尋詞困難, 因此這類學生上課時常會聽到扭曲 不正確的語音, 又由於分辨或理解聽覺訊息有困難, 而可能導致他們在聽取不清晰 迅速的說話聲時, 不能同時接受所有聲音, 或是在噪音 返響 (reverberation) 聽覺過濾 (acoustic filtering) 與聽取聲音或辨識上有問題, 故此類學生亦為聽覺理解困難中的一個特殊族群 ( 江源泉, 民 92a ; Keith, 1999) 也因此這些兒童在班級中聽不懂或聽不清楚教師的講解, 難以根據指令做動作, 導致跟不上學習進度而普遍被認為有愚笨 分心 過動 固執 學習障礙 聽覺障礙 注意力短暫 無法控制 語言發展遲緩 學習困難 行為問題等 ( 江源泉, 民 92a;Bellis, 27
民 96 年 12 月第 105 期第 22-29 頁 2002; Johnson & Myklebust, 1967), 上述這些問題值得正視, 且有待進一步探討 肆 教育上的意義 認知神經科學中的重大發現, 為普通教育 特殊教育 第二外語語言教學或學習, 均提供了重要的理論依據, 如本文前述有關個體如何運用語言天賦來處理與運用耳朵所聽到的語言要素, 如 : 構詞 (morphology) 語音 (phonology) 語意 語法 語用; 人的語言能力是一種本能 (Pinker, 1994/ 民 89); 外語語言學習沒有關鍵期 ( 張葶葶 洪蘭李俊仁, 民 94) 對特殊教育而言, 認知神經科學除幫 助專家學者 特教敎師 家長了解特殊學生的認知功能外, 也特別關心學生的認知行為運作, 如語言 閱讀的發展 認知處理以及大腦的病變 同時也針對特殊的高異質族群, 如聽覺理解困難 閱讀障礙 資優生 失語症 自閉症 聽障 語言障礙 威廉氏症 (Williams syndromes) 等, 提供教育工作者更多更新 更正確的知識與啟發 透過正常與有障礙的大腦對比研究, 提醒著我們不但要重視個別間差異外, 同時更要重視個體內差異, 畢竟, 每個學生都是獨特的個體 認知神經科學儼然已成為現今當紅炸子雞, 然而它的研究主要集中於生理機制的探討, 而它的對象多與障礙群體有關, 但是認知神經科學較缺乏與特殊教育的科際整合, 所以未來仍有待特殊教育工作者繼續努力 就美國而言,19 世紀到 20 世紀中葉, 各專業領域多是以研究腦傷病人起家, 後來經過與特殊教育的整合才成為 學習障礙 這個領域 如著名神經心理學者 Johnson 與 Myklebust, 在其 1967 年經典之作 Learning disabilities: Education principles and practices 一書中, 便對如何教導障礙兒童提出鉅細靡遺 詳實的教學策略與步驟 身處在這個知識洪流的社會中, 特殊教育相關人員的知識觸角也應延伸至其他領域, 加強與認知神經科學 語言學 社會學 醫學 生物學等學 問的接軌, 因為活用這些知識往往帶給教育者教學上的極大幫助, 同時, 也間接保障學生能接受適性教育 伍 結語 聽與說之能力遠比讀寫早幾百年就發展出來, 兒童的語言發展也是先學會聽 說, 然後才會讀寫 很多文化到現在僅有口語, 而沒有書寫文字, 個體與環境互動的過程, 係藉著聽覺來完成 聽覺是個體每天和外界聯絡的基本且重要管道, 語言獲得和人際溝通也必須依此途徑 因此, 聽覺理解能力的重要不言可喻 如果說 20 世紀是電腦研究的世紀, 那麼 21 世紀便是人腦研究的世紀 ; 而人腦尖端研究就是了解使用語言的機制與過程 當然, 對於聽覺理解背後生理機制之探究, 正是了解人類語言溝通的心理機制之開端 然而, 目前的大腦研究仍有限制, 同時注意它的局限性也很重要, 因為不可能僅依賴認知神經科學家來解決障礙者所有學習問題, 以及完全解答所有聽覺理解上的困難, 還是有賴於各領域人員的共同合作, 才能替聽覺理解困難者開出生命的另一扇窗 ( 戴浩一, 民 93;Jensen, 1998;Lerner, 2003;Miller, 2002/ 民 91; Sousa, 2001) 在人們逐漸解開大腦和學習 行為的奧妙的同時, 身為一位教育工作者, 應體認到大腦研究不僅是個好鄰居, 更是了解每位學生學習型態的好幫手 就特殊教育教師而言, 不一定非得每個人都成為生理學家或認知科學家, 才會對這個世界有所貢獻 ; 但是如何學會將正確的 最新的大腦資訊, 運用於實際教學情境或補救教學, 而使學生在學習中均有所獲益, 才最重要 參考文獻 王道還 ( 民 93):1861 年 4 月 18 日布羅卡發現大腦皮質上 說話區 科學發展,376,80-82 王德春 王德林 吳本虎 (1998): 神經語言學 上海 : 外語教育 王瓊珠 ( 民 89): 腦的研究與閱讀障礙 國教新 28
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