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閱讀障礙與注意力缺失是哪裡卡關?──觀察腦電波解析大腦處理語言的奧秘!

研之有物│中央研究院_96
・2021/10/11 ・5704字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|陳毓豪
  • 美術設計|林洵安

每個孩子都是父母心中的寶貝,但對於閱讀障礙與過動孩童而言,成績低落、學習不專注是常有的事。大腦研究可以幫助我們釐清背後的成因嗎?「研之有物」專訪中研院語言研究所李佳穎研究員,她的專長為神經語言學,透過腦造影技術,探討大腦與語言處理的關係。腦波研究如何幫助我們了解語言學習及認知發展呢?來聽聽李佳穎怎麼說!

解鎖大腦處理語言的奧秘

語言,是人類溝通、學習和知識傳承的基礎,但我們究竟是如何從牙牙學語到熟悉多種語言呢?英文有子音、母音,中文也有不同聲調,大腦怎麼區別不同語音?

這些是「神經語言學」的內容,也是中研院「大腦與語言實驗室」的研究重心。李佳穎研究團隊透過大腦的腦波反應,試圖解鎖大腦與語言處理的奧秘,希望進一步找出影響孩童閱讀發展與注意力障礙的關鍵機制。

「腦波的研究已經一百多年。」李佳穎將腦波原理娓娓道來,「大腦由很多神經元組成,這些神經元透過神經傳導物質及電的作用,相互溝通訊息。」想要研究大腦如何處理語言,一般不是直接把探針插在大腦神經元做侵入式量測,而是讓受試者戴上多個電極的帽子,從頭皮上以非侵入式、不影響大腦運作的方式量測。

腦波觀測就像量測心電圖一樣,只要有兩個電極放在大腦頭皮上,便能量測到隨著時間的電位變化,也就是腦波圖(EEG, Electroencephalogram,以下簡稱腦波)。人類在專注、放鬆、睡眠等不同的狀態下,腦波會呈現出不同的頻率組合。

量測腦電波時,受試者需要戴上多個電極的帽子,以非侵入的方式量測頭皮電位。圖/iStock

在研究與臨床上,腦波圖也常被用來計算「事件相關電位」(Event related potential, ERP),了解特定事件(例如認知、語音知覺或閱讀等)是否能誘發出特定的腦波型態。

例如,「新生兒聽力篩檢」就是常見的聽覺事件 ERP 臨床應用。透過量測新生兒接收聲音刺激後, 10 毫秒內的腦波反應,就可以知道寶寶大腦的聽覺反應是否正常、有無聽損。檢查的過程中,新生兒不需要有行為反應,睡覺也沒關係。

腦波不僅可用來解答語言或認知歷程的基本問題,也可應用在臨床或教育上。

檢測嬰幼兒語音知覺的腦波──MMN

從量測到的事件誘發電位,科學家只要知道電位振幅強度波峰發生時間點以及在頭皮上分布的狀態這三個重要資訊,就可以像氣象局預估地震震央一樣,透過數學模型推估神經元活化的起源(generator),解答語言與認知歷程的問題。

李佳穎團隊解開閱讀障礙與注意力缺損之間的關係,即是使用:聽覺事件相關的腦波 MMN(Mismatch negativity,不匹配負向波)。MMN 是什麼呢?它是大腦偵測到聽覺刺激改變時,會自動產生的電位變化。

試著想像,當你聽到高昂尖叫、低頻狂吼,是不是會有不同感覺?腦波反應也是。當大腦偵測到不同頻率的聲音變化,頻率差異越大,引發的 MMN 負向振幅就會越大,電位變化的時間點也越早。

那麼,MMN 可以發揮什麼關鍵功能呢?MMN 振幅大小和發生時間點,能反應出人類對聽覺差異的自動感知區辨能力。此外,紀錄 MMN 腦波資料時,受測者只需要被動地聆聽,不須對聽覺刺激進行任何行為判斷,因此這個腦波指標很適合用來測試無法配合指令要求的族群,像是嬰幼兒、特殊疾病的族群。

目前, MMN 被廣泛用在嬰幼兒語音知覺發展的研究,而且研究已發現,從嬰幼兒的語音發展及語音知覺表現,可以有效預測這些孩子日後的閱讀能力!

時間一天一天走,語言敏感度一點一點消失

芬蘭曾有一項知名研究,研究者想知道:不同母語的嬰兒,語音區辨力有什麼不同?

研究者以芬蘭與愛沙尼亞的嬰兒來做比較,觀測他們聽到不同語音時的 MMN 腦波振幅,判斷嬰兒對愛沙尼亞語特有母音 [õ] 的辨別能力。結果發現,芬蘭嬰兒在 6 個月大時,雖然生活中不會聽到這個母音 [õ],仍對它有很好的辨別力。但到了 12 個月大,芬蘭嬰兒對於非母語 [õ] 的辨別敏感度就顯著降低了!這項研究顯示:

即使不是母語會出現的音素,孩子都有與生俱來的辨識力,但這種天賦會逐漸「關上門」。

隨著語言學習的過程,我們對母語中不存在的音素會漸漸失去敏感度。

中文閱讀障礙孩童的關鍵:對聲調變化較不敏感

每種語言具有不同的語音特徵,因此李佳穎實驗室近年也運用 MMN ,探討中文母語者的語音知覺發展,以及檢驗語音改變時,MMN 與中文閱讀能力的關係。

以中文聲調為例,幼童或初學中文做第二語言的外國人,常常分不清楚二、三聲。這是因為二、三聲調的物理屬性(不論是起始頻率或隨時間變化的基頻),比一、三聲的差異來得小。研究團隊也以一三聲、二三聲的 MMN ,觀測不同受試對象的腦波反應。

李佳穎首先以大學生做實驗。比起一、三聲調變化,成年受試者在二、三聲差異變化時,引發的 MMN 振幅較小,發生時間也比較晚,表示成人大腦能順利區辨這些聲調。

不過,對於小學一年級和二年級的孩子,一、三聲調 MMN 負向振幅很大,二、三聲調的 MMN 卻是一個正波,顯示他們對二、三聲還沒有自動區辨能力,直到五年級後,才穩定下來。此外,識字量越高的孩子,所測得二、三聲調的 MMN 振幅越負──代表識字量越高,對聲調的敏感度越高。

低年級的孩子,一、三聲調 MMN 負向振幅很大,但二、三聲調的 MMN 卻是正波,顯示他們還沒有自動區辨能力,一直要到五年級以上才會穩定下來,接近成人。圖/研之有物、iStock

研究團隊再針對閱讀障礙的孩子進行量測。結果發現,閱讀障礙孩子的 MMN 反應和低年級孩子類似,對二、三聲的 MMN 反應不敏感。這和過去認為,他們是因為看文字、視覺區辨有困難而產生閱讀障礙,有些不同!

閱讀障礙孩子對聲調的敏感度較弱,若用語音來學習文字可能容易卡關。

實驗結果找出了閱讀障礙的學習關鍵,有助於未來鑑別或幫助閱讀有困難的學童。

李佳穎表示,從這些研究發現可知,MMN 能反映大腦對語音的敏感度,並且與閱讀發展息息相關。未來,若能建立區辨中文語音的 MMN 發展資料庫,就可做為早期鑑別語言與閱讀障礙的神經生理指標。

兩者在一、三聲調的 MNN 差別不大。但對於二、三聲就有差別,閱讀障礙兒童的振幅在 200 毫秒之前幾乎是正波,這顯示他們的聲調敏感度較不好。資料來源/李佳穎

孩子是注意力不足還是閱讀障礙?腦波會說話!

學習障礙的孩子裡,除了閱讀障礙、語言障礙,另一個常見的狀況是:注意力缺失。

許多過動症(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)的孩子,因為注意力不足,常常會伴隨著學習困難;但閱讀障礙兒童跟不上進度,往往也難專注。因此,老師或家長在兩者評估上經常遇到困難。

不過,李佳穎發現,注意力缺失與閱讀障礙的孩子,在偵測聲音刺激變化的腦波反應不太一樣。

偵測聲音變化時所引發的 MMN ,是一個反應大腦自動偵測聽覺訊號差異的腦波成分,這個階段的反應,並不需要注意力的介入控制,也就是發生在前注意力階段(pre-attentive stage)。即使在嬰兒睡覺、孩童看巧虎的時候進行測量,大腦也會自動偵測聲音聲調的變化。

MMN 的腦波振幅出現得比較早,在 MMN 的波形發生後,通常還有另一個腦波成分叫做 P3a, 這是一個在「差異音」出現 300~600 毫秒後所引發的事件誘發電位。P3a 振幅會受到注意力資源分配(例如差異音出現的比例)影響。因此,P3a 反映的是不自主的注意力導引能力。

李佳穎研究發現,在一、二、三聲差異音比例為 0.1:0.1:0.8 的情況下,閱讀障礙的孩子 MMN 指標即出現問題──閱讀障礙孩子「前注意階段」的語音敏感度比較差。但如果是過動兒,MMN 指標跟一般孩子並無差異,主要是 P3a 出現問題──過動兒在「不自主的注意力引導階段」反應較差。

比起一般孩子,過動兒一、三聲的 P300 反應明顯較弱,這也顯示 ADHD 孩子大腦處理注意力的歷程,與正常孩子有所不同。研究也發現,P3a 的振幅與注意力行為評估量表的分數有顯著相關。

不同腦波成分,會反應不同的大腦機制。與音調敏感度有關的 MMN , ADHD 兒童和一般孩子差不多;但與注意力有關的 P300, ADHD 孩子反應明顯較差。資料來源/李佳穎

總結來說,閱讀障礙的孩童在 MMN 腦波反應,也就是前注意力階段的語音敏感度出現問題。過動孩童的 MMN 反應和一般孩子差不多,但是 P300 反應較弱,也就是處理注意力的歷程比較差。

從 MMN、P300 兩個不同的腦電波成份(component)研究顯示,腦波能反應出大腦內在語言、認知處理歷程。MMN 反應的是聲音敏感度,P300 反應注意力的歷程,對於未來在孩童學習障礙的臨床鑑定上,將提供重要的幫助。

李佳穎希望能持續蒐集更多個案的常模,協助做出注意力不足過動症、閱讀障礙的鑑別診斷,也能進一步做更多不同範疇的臨床應用。

從語言學角度,建議讓孩子提早學習雙語嗎?

全世界的子音和母音有 600 多個,可是每一個語言大約只用到 30 到 50 個語音。我們的大腦神經元在出生後會不斷蓬勃發展,神經元之間的連結也會隨著經驗連結,持續開闢出新道路;但同時,沒有經驗或不需要的神經元也會被修剪掉。

前面提到的芬蘭研究,嬰兒一開始對任何語音差異都能區辨或偵測,但是透過神經網絡(neural network)的學習後,反而逐漸喪失這種能力。這種例子很常見,就像許多講台語的長輩分不出國語的「發生」和「花生」,因為台語沒有ㄈ、ㄏ;日語母語者則是無法區分 r、l;而我們學英文也有極限。

這些例子,都是因為大腦將用不到的神經連結修剪掉,也就是大腦可塑性。

因此,可以提早讓孩童在自然環境中接觸語言,累積經驗值。口語詞彙是閱讀能力的根基,但不管是母語或第二語言,都不用急著讓孩童學習文字。

還沒上學之前,家長可以透過講故事,累積孩童的語音敏感度與詞彙量,作為未來閱讀發展的根基。如果要強調第二語言,也可以在遊戲、自然互動中建立語感,不用一開始就教閃卡、背單字、寫字,因為書寫涉及視、知覺和動作的協調,也與小肌肉發展有關,不必過早介入教導。

對閱讀障礙孩童的家長,有什麼建議?

語言的傳遞有聽、說、讀和寫。文字的發展,讓訊息有不同的溝通模式,也加速了知識傳承。但對閱讀障礙的孩子來說,以文字做為獲取知識的媒介是較困難的。

知識不一定只能透過文字傳播。如果孩子在文字形式的吸收有困難,也可以採用有聲或多媒體等方式來學習或評量,建立信心。他們閱讀能力的發展斜率或許比一般孩子緩慢,但還是會進步。如果因為經常失敗而扼殺了興趣和動機,反而更不利於小孩的學習發展。

上學不只是為了學習文字、閱讀能力,而是幫助孩子獲取知識。閱讀障礙不代表不能學習,更不代表人生是黑白的!許多優秀的人都有閱讀障礙,例如知名歌手蕭敬騰、新加坡前總統李光耀,都是好例子。

我們語言與大腦實驗室也做了好幾組遊戲,希望透過不同的形式,幫助學習困難的孩子,從互動遊戲來累積語言經驗。像是 「注音冒險王」,已經上架 Android 和 iOS 雙平台提供下載。

李佳穎團隊結合神經語言學,為台灣學童開發多款識字教學遊戲。目前的三款 APP(每日腦點心、注音冒險王、收割季節),都可免費下載,在疫情期間也提供雙北特教老師使用,作為學習障礙學童的線上課程,老師還可以從後台了解學習狀況。圖/大腦與語言實驗室網頁

為什麼會從語言學研究,發展到教育應用?

我原本研究非常基礎的腦神經科學,最大的研究動力是為了滿足學術上的好奇心,原先沒想過會投入臨床或教育方面的應用。

過去,我找了一些閱讀學習困難的孩子當受試者,家長報名很踴躍,因為他們很想知道孩子究竟怎麼了,該怎麼協助。每次實驗後,父母都很關心能為孩子做些什麼。但我發現:我根本沒辦法幫助他們,他們只是來幫我做實驗!

這讓我慢慢思考,只提供施測並不夠,應該想辦法回饋這些孩子和家長。

一開始,我沒辦法直接幫到孩子,所以決定先做出中文的字詞資料庫,提供資源讓特教老師設計學習單。後來,我開始四處演講,分享語言學習、閱讀學習的歷程,漸漸有特教機構和鑑定機構找我協助,也因此跟教育現場的老師有更多互動,更了解不同學習障礙類型的需求及鑑定上的困難。

特教老師很忙,從「知道理論」到「可以使用」也仍有一段距離,所以我們開始進一步規劃輔助教學應用軟體。通常,第一版原型由實驗室自己研發設計,之後再和專業工程師討論,一步步發展。很幸運有長期支持的團隊,讓我們不只做基礎研究,還可以設計免費學習 APP 回饋社會。我也期待有更多生力軍加入大腦與語言實驗室,一起為臺灣的腦科學與教育應用努力。

延伸閱讀

  1. 「語言使用」和「大腦」的關係是…? 專訪李佳穎
  2. 中研院語言學研究所──大腦與語言實驗室
  3. Cheour, M., Ceponiene, R., Lehtokoski, A., Luuk, A., Allik, J., Alho, K., & Näätänen, R. (1998). Development of language-specific phoneme representations in the infant brainNature Neuroscience1(5), 351–353.
  4. Lee, C. Y., Yen, H. L., Yeh, P. W., Lin, W. H., Cheng, Y. Y., Tzeng, Y. L., & Wu, H. C. (2012). Mismatch responses to lexical tone, initial consonant, and vowel in Mandarin-speaking preschoolers. Neuropsychologia50(14), 3228–3239. 
  5. Sams, M. (1983). Sequential effects on the ERP in discriminating two stimuliBiological Psychology17(1), 41–58. 
  6. Yang, M. T., Hsu, C. H., Yeh, P. W., Lee, W. T., Liang, J. S., Fu, W. M., & Lee, C. Y. (2015). Attention deficits revealed by passive auditory change detection for pure tones and lexical tones in ADHD children. Frontiers in Human Neuroscience9.
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研之有物│中央研究院_96
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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人類潛能大解密:關於「記得順序」這件事
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/11/27 ・2899字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 文/羅明|雅文基金會聽語科學研究中心研究員

「默記電話號碼」經常在介紹記憶的科普文章中出現,做為生活中一般人能夠馬上記下一段訊息的例子,而能夠記得「多少個」號碼也往往是討論的焦點。

然而,在記下數字的時候,其實還要記得數字之間的「順序」,才算是成功的記下這組號碼。記錯電話號碼而撥話給陌生人,還算小事,一句抱歉就能化解一場尷尬。如果是發票的中獎號碼記錯了,那可是失之毫釐、差之千里,結果或許是空歡喜一場,要是與大獎擦身而過,那可真是捶胸頓足也揮之不去的懊惱啊。

對獎的號碼需要數字和順序都符合才算中獎。圖 /SAPLING

無形中記得「順序」的先天能力:統計式學習

研究人類發展的科學家發現,人從訊息中掌握「順序」的能力,可能是天生的。最有名的例子,莫過於 Saffran、Aslin 及 Newport [1] 以八個月大的嬰兒為對象所進行一個研究。

Saffran 等人製作了四個具有三個英語音節(syllable)的無意義詞(例如:bidaku),並以隨機的順序將這四個詞串接成一段兩分鐘不中斷的語音刺激。這個兩分鐘的音檔中,音節與音節之間在順序上有一定的規律。舉例來說,音節 bi 之後一定是 da,而 da 之後也一定是 ku,但是 ku 之後的音節則不一定,音節 pa 或 go 都可能。

八個月大的嬰兒聽完 Saffran 等人製作的語音刺激之後,對於音節順序是否符合規律(如:bida vs kupa),會有不同的反應,顯示小嬰兒「認得」符合規律的音節組合。這個研究結果不只顯示了人類在毫無所悉的情況下能夠自動發現訊息中的規律性,而且在自己與環境互動之前,已經具備了掌握規律的能力。

統計式學習很可能是先天的能力。圖/Scientific American

人類語言的語法其實就在描述語言的規律性。不論是哪一個語言,詞彙與詞彙之間,總是遵循著某一種規律,然後串接成句。當然,語法的規律性有其嚴謹性,而其程度與面向又隨語言的種類而異。但不論是哪一個語言,如果只是把選好的詞彙隨機的排列成串,恐怕語文造詣再高也很難參透這「句」話的意思。

Saffran 等人[1] [2] [3]所發現的認知能力,學界稱之為統計式學習(statistical learning),它所指的是當某一類訊息出現的機會有一定的規律時,人會從接受到的訊息裡掌握這種規律,並據以發展出有關該類訊息的知識。

就語言學習而言,語言是一種人會從環境中接受的訊息,而這個訊息的背後也有某一種機率的分配。以口說語言為例,每一個語言有其使用的語音,多個語音結合後組成詞,再由多個詞構成語句,但只有某些排列組合才符合規律,使得一個語言從語音到語句由下而上形成一個有規則的系統。

比如以語句的詞序(word order)為例,英語中最典型常見的型態是名詞—動詞—名詞的順序,而這種規律用以表達主詞(第一個名詞)透過動作(動詞)影響著受詞(第二個名詞)的意義,而其他種詞序母語者聽起來可能會感到不那麼直覺。

Saffran 等人認為,語言習得是統計式學習發揮作用的過程,人透過該過程整理語言刺激,並累積出關於語言的知識,進而展現出聽與說的行為。換句話說,語言習得所涉及的是一種通用的學習能力,且普遍存在每一個人的身上,因此我們可以觀察到,來自於不同語言、社會及文化的人,在一般的情況下都能夠發展出語言能力。

感覺剝奪會不會影響統計式學習的能力?

當感官系統在個體發展的早期出現缺損時,直接的影響是個體從外在環境接收的刺激與累積的經驗在質量上與同儕相比較為匱乏,亦即感覺剝奪(sensory deprivation)。一般而言,刺激與經驗是個體發展認知功能的基石,感覺剝奪在認知發展中可能帶來的負面影響,讓研究者開始思考影響的層面:是僅限於特定領域?還是擴及一般領域?

先天聽力損失的影響,是這個議題最直接的例子之一:聽力問題會不會影響孩子基本的認知能力?有研究者提出 Auditory Scaffolding Hypothesis(本文直譯為「聽覺鷹架假說」),其主張:聽覺訊息有一重要特質是訊息片段之間有其序列性,如果個體發展的早期缺乏聽覺上的刺激,其認知系統中負責掌握訊息序列性的功能在發展上將有所延遲[4] [5]

依照聽覺鷹架假說的想法,無論是聽覺或視覺的形式,在面對訊息且需要追蹤其序列性的情況下,聽力先天缺損的孩童其表現將落後聽力正常的同儕。有一些新近研究的結果,似乎符合這樣的想法。

有的研究者採用一種聽打節拍的作業,過程中讓孩子先聽一小段節奏,然後用敲食指的方式,盡可能重複剛剛所聽到的節拍;結果發現,相較於同儕,聽損孩子打出的節拍比較容易和題目有所出入[6]。有的研究者則以色塊序列出題,再由孩子依照剛剛看到的順序點按色塊[7],或另外在體感動作的層面上,觀察孩子複製肢體動作的表現[8],結果都看到了聽損孩子與同儕有所差異。

然而,研究資料並非一面倒的支持聽覺鷹架假說。就在本文撰寫之際,知名期刊《認知》(Cognition)刊登了一篇主題為「先天聽損是否影響統計式學習」的研究。

研究者採用三種動物(貓、狗及鳥)的聲音,然後讓三種聲音前後出現的順序有一定的規律性。按照統計式學習的想法,這些聲音在孩子聽了一段時間之後,其中的規律性會在孩子的身上留下印象。實驗結果也確實如此,先天聽損的孩子與年齡匹配的同儕,都在行為的反應上顯示出兩組孩子都學到了三種動物聲音前後順序的規律性[9]。另一方面,兩組孩子也有表現不同的地方。雖然兩組孩子皆能學會動物聲音和地點的配對關係,但是聽損組的反應慢於同儕組。

或許我們可以這樣猜測,聽損孩子也如同儕一般,訊息的處理引擎仍然可以消化序列性資訊,只是在處理的效率上,聽損孩子可能來的低一些。這也許能夠解釋,為何有聽損的孩子在面對訊息且需要追蹤其序列性的表現會有所落後。

感覺剝奪帶給認知發展的潛在阻礙仍有許多未知之處。圖/PNGKIT

能夠「記得順序」看起來稀鬆平常,其實並不如想像中的簡單,而且它的影響不容小覷。它所反映的認知能力,關係到個人與環境互動的經驗能否進一步轉化為知識。對於身心發展早期就遭遇感覺剝奪的個體來說,感覺剝奪帶給認知發展的潛在阻礙仍有許多未知之處,而這些阻礙可能會在哪些層面,以及衍生的風險與副作用,有待更多的研究加以釐清。

參考資料

  1. Saffran, J. R., Aslin, R. N., & Newport, E. L. (1996). Statistical learning by 8-month old infants. Science, 274, 1926–1928.
  2. Saffran, J. R., Johnson, E. K., Aslin, R. N., & Newport, E. L. (1999). Statistical learning of tone sequences by human infants and adults. Cognition, 70, 27-52.
  3. Saffran, J., Hauser, M., Seibel, R., Kapfhamer, J., Tsao, F., & Cushman, F. (2008). Grammatical pattern learning by human infants and cotton-top tamarin monkeys. Cognition, 107, 489-500.
  4. Conway, C. M., Kronenberger, W. G., & Pisoni, D. B. (2020). Letter to the editor: Do Pediatric Cochlear Implant recipients display domain-general sequencing difficulties? A comment on Davidson et al. (2019). Ear & Hearing, 41(4), 1051–1054.
  5. Conway, C. M., Pisoni, D. B., Anaya, E. M., Karpicke, J., & Henning, S. C. (2011). Implicit sequence learning in deaf children with cochlear implants. Developmental Science, 14(1), 69–82.
  6. Hidalgo, C., Zécri, A., Pesnot-Lerousseau, J., Truy, E., Roman, S., Falk, S., Dalla Bella, S., & Schön, D. (2021). Rhythmic Abilities of Children With Hearing Loss. Ear and Hearing, 42(2), 364–372.
  7. Gremp, M. A., Deocampo, J. A., Walk, A. M., & Conway, C. M. (2019). Visual sequential processing and language ability in children who are deaf or hard of hearing. Journal of Child Language, 46(4), 785–799.
  8. Bharadwaj, S. V., Matzke, P. L., & Daniel, L. L. (2012). Multisensory processing in children with cochlear implants. International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology, 76(6), 890–895.
  9. Pesnot Lerousseau, J., Hidalgo, C., Roman, S., & Schön, D. (2022). Does auditory deprivation impairs statistical learning in the auditory modality? Cognition, 222, 105009.
雅文兒童聽語文教基金會_96
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孩子是否有「注意力不足過動症」,醫療人員是如何判斷?區辨診斷的 ADHD 思考決策樹
林希陶_96
・2022/11/11 ・2241字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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父母們對於醫療人員似乎有特別的誤解,以為大家看病都是隨意亂看的。但現實是,好的醫療人員只是有邏輯的去思考疾病診斷,而非胡亂猜測。當然,也不需要過度神話醫療人員,以為大家都有替身使者或什麼驚人的力量,揮個兩下手,就可以很快速的判斷一個孩子到底有何心理疾病。

下面就好好說明醫療人員怎麼判斷 ADHD 的流程(下圖)。這樣的工作,是醫療中非常重要的核心步驟,稱為區辨診斷(Differential Diagnosis)。

診斷疾病是門大學問

不管是什麼科別,一個良好的診斷是需要花費大量時間的,這也是為什麼初診需要看這麼久的原因也在這裡。每個科別有不同特殊性,在精神科通常都是一個小時起跳(教學門診甚至會更久)。從會談過程中,醫療人員就是想盡辦法收集足夠的資訊,來確認相關可能的診斷是否被排除,如果用會談的方法還是無法做決定,那就需要安排其他檢查,如抽血、腦波檢查、心理衡鑑。如果自己所屬科別還是無法判斷,為了病人的最佳利益,甚至會轉到合適的診別,再請對方好好的瞭解發生什麼事。

一個良好的診斷需花費大量時間。圖/Pexels

因此,絕對不是隨意談個十分鐘就決定個案是什麼疾病,我們收集一個人的出生史、發展史、就醫史、學校史等等各種關於個人的資料,這樣的過程不是要探究隱私,也不是要寰宇搜奇,而是為了得知足夠的資訊來排除各種診斷,最後才能逼近一個可能的疾病類別。

如果以 ADHD 為例的話,我們需要區辨的診斷包含對立反抗症(ODD)、陣發性暴怒症(Intermittent Explosive Disorder)、其他神經發展疾病、學習障礙、智能不足、自閉症類群、反應性依附症(Reactive attachment disorder)、焦慮症、憂鬱症、雙相情感障礙症(Bipolar disorder)、侵擾性情緒失控症(Disruptive mood dysregulation disorder)、物質使用障礙症(Substance use disorders)、人格障礙症(Personality disorders)、精神病症(Psychotic disorders)、臨床藥物所誘發之 ADHD 症狀、神經方面的疾病等等[1]看完這一大串病名,就知道資訊量有多大了)。

當然,是不是可能與其他疾病的共病也需考慮進去(共病是指兩個疾病同時都存在,就像是高血壓和糖尿病可以同時出現,ADHD 和學習障礙也可以同時存在。但不是 A 被否定就一定是 B,這是很簡單的邏輯問題)。

臨床心理師扮演重要角色

在這過程中,醫師與臨床心理師是互相合作的。因為受限於人數眾多、時間緊迫,多數醫師只要在初診中有些許疑問,都會轉介臨床心理師進行心理衡鑑,以進一步釐清個案的問題。簡單的說,就是多一個人來確認個案的問題,而非醫師獨斷。而心理衡鑑並不是像坊間所說的只是做做心理測驗而已,還包含觀察個案對於問題的反應、與個案及家人會談、收集相關資料,綜合上述資訊,最後才決定個案到底是屬於何種疾病類別。

而區辨診斷,在上述的過程中可說是核心思想,不管是初診或心理衡鑑的過程,其目的都是為了要確認個案到底是什麼問題、有哪些證據可以佐證,為什麼我們到最後是決定排除其他診斷而最終考慮接受這個診斷,這個說來是嚴密的辯證過程。

嚴謹且具邏輯性

而區辨診斷到底要採取什麼樣的邏輯,各門派有不同的看法,這裡所舉的方法是使用決策樹(decision tree)[2],針對每一種疾病都畫出類似流程圖的東西,醫療人員按圖索驥自然可以知道可能是哪一種疾病 (當然,這邊還是要說,我這裡只是舉其中一種思考邏輯的方法,不代表不這樣思考就是不對。望周知,別亂戰)。

圖/作者提供

按照這個流程,第一步就是先確認來就診的孩子有沒有可能嗑藥了?不要說不可能,很多事情不是父母想得那麼簡單,一直以為自己的小孩善良天真有禮貌,絕對不可能使用非法物質。當然,我們也知道或許父母可能不曉得事情的全貌,因此第一次會談完,下一站通常就是去抽血,一驗就知道有沒有吸毒。或者我們中性一點的說,是不是有其他物質在身體裡面,導致孩子的分心狀態。長期的重金屬環境暴露、生理疾病,也是有可能會呈現出分心症狀。

第二步要釐清的是,個案現在有無服用藥物?現在正在服用的藥物裡面,有沒有可能其副作用是導致注意力的缺失。為了避免家長自己記錯,最好的方式就是把藥袋帶給醫療人員確認。藥物百百種,我們不可能每一種都認得,自然會到資料庫或藥典中查證,確認其功效與副作用。

藥物百百種,需查證確認功效與副作用。圖/Pexels

接著就需要一一去檢核躁鬱症、憂鬱症、思覺失調症、注意力不足過動症、創傷後壓力症、廣泛性焦慮症、適應障礙症等相關疾病的可能性。如果單純是 ADHD 的問題,在這個過程中自然就會突顯現出來。

如果上面所述的種種可能性都排除了,代表個案只是「正常」的分心,不用太過擔心。細心的醫師或臨床心理師會請父母好好地回去觀察一番,一個月之後再回診。如無特別怪異的部分,就可能是父母管教溝通問題或標準太過嚴格之類的問題,問題是出在大人,而非小孩。

總之,診斷 ADHD 是一個非常嚴謹複雜的工序,相信多數醫療人員都能掌握其中的竅門,嚴肅地看待每一個前來就診的個案。

參考資料:

  1. American Psychiatric Association: Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 5th edition. (2013). Arlington, VA., American Psychiatric Association.
  2. M. B. First. DSM-5 Handbook of Differential Diagnosis. (2014). Washington DC, American Psychiatric Publishing.
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林希陶_96
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作者為臨床心理師,專長為臨床兒童心理病理、臨床兒童心理衡鑑、臨床兒童心理治療與親子教養諮詢。近來因生養雙胞胎,致力於嬰幼兒相關教養研究,並將科學育兒的經驗,集結為《心理師爸爸的心手育嬰筆記》。與許正典醫師合著有《125遊戲,提升孩子專注力》(1)~(6)、《99連連看遊戲,把專心變有趣》、《99迷宮遊戲,把專心變有趣》。並主持FB專頁:林希陶臨床心理師及部落格:暗香浮動月黃昏。

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閱讀障礙與注意力缺失是哪裡卡關?──觀察腦電波解析大腦處理語言的奧秘!
研之有物│中央研究院_96
・2021/10/11 ・5704字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|陳毓豪
  • 美術設計|林洵安

每個孩子都是父母心中的寶貝,但對於閱讀障礙與過動孩童而言,成績低落、學習不專注是常有的事。大腦研究可以幫助我們釐清背後的成因嗎?「研之有物」專訪中研院語言研究所李佳穎研究員,她的專長為神經語言學,透過腦造影技術,探討大腦與語言處理的關係。腦波研究如何幫助我們了解語言學習及認知發展呢?來聽聽李佳穎怎麼說!

解鎖大腦處理語言的奧秘

語言,是人類溝通、學習和知識傳承的基礎,但我們究竟是如何從牙牙學語到熟悉多種語言呢?英文有子音、母音,中文也有不同聲調,大腦怎麼區別不同語音?

這些是「神經語言學」的內容,也是中研院「大腦與語言實驗室」的研究重心。李佳穎研究團隊透過大腦的腦波反應,試圖解鎖大腦與語言處理的奧秘,希望進一步找出影響孩童閱讀發展與注意力障礙的關鍵機制。

「腦波的研究已經一百多年。」李佳穎將腦波原理娓娓道來,「大腦由很多神經元組成,這些神經元透過神經傳導物質及電的作用,相互溝通訊息。」想要研究大腦如何處理語言,一般不是直接把探針插在大腦神經元做侵入式量測,而是讓受試者戴上多個電極的帽子,從頭皮上以非侵入式、不影響大腦運作的方式量測。

腦波觀測就像量測心電圖一樣,只要有兩個電極放在大腦頭皮上,便能量測到隨著時間的電位變化,也就是腦波圖(EEG, Electroencephalogram,以下簡稱腦波)。人類在專注、放鬆、睡眠等不同的狀態下,腦波會呈現出不同的頻率組合。

量測腦電波時,受試者需要戴上多個電極的帽子,以非侵入的方式量測頭皮電位。圖/iStock

在研究與臨床上,腦波圖也常被用來計算「事件相關電位」(Event related potential, ERP),了解特定事件(例如認知、語音知覺或閱讀等)是否能誘發出特定的腦波型態。

例如,「新生兒聽力篩檢」就是常見的聽覺事件 ERP 臨床應用。透過量測新生兒接收聲音刺激後, 10 毫秒內的腦波反應,就可以知道寶寶大腦的聽覺反應是否正常、有無聽損。檢查的過程中,新生兒不需要有行為反應,睡覺也沒關係。

腦波不僅可用來解答語言或認知歷程的基本問題,也可應用在臨床或教育上。

檢測嬰幼兒語音知覺的腦波──MMN

從量測到的事件誘發電位,科學家只要知道電位振幅強度波峰發生時間點以及在頭皮上分布的狀態這三個重要資訊,就可以像氣象局預估地震震央一樣,透過數學模型推估神經元活化的起源(generator),解答語言與認知歷程的問題。

李佳穎團隊解開閱讀障礙與注意力缺損之間的關係,即是使用:聽覺事件相關的腦波 MMN(Mismatch negativity,不匹配負向波)。MMN 是什麼呢?它是大腦偵測到聽覺刺激改變時,會自動產生的電位變化。

試著想像,當你聽到高昂尖叫、低頻狂吼,是不是會有不同感覺?腦波反應也是。當大腦偵測到不同頻率的聲音變化,頻率差異越大,引發的 MMN 負向振幅就會越大,電位變化的時間點也越早。

那麼,MMN 可以發揮什麼關鍵功能呢?MMN 振幅大小和發生時間點,能反應出人類對聽覺差異的自動感知區辨能力。此外,紀錄 MMN 腦波資料時,受測者只需要被動地聆聽,不須對聽覺刺激進行任何行為判斷,因此這個腦波指標很適合用來測試無法配合指令要求的族群,像是嬰幼兒、特殊疾病的族群。

目前, MMN 被廣泛用在嬰幼兒語音知覺發展的研究,而且研究已發現,從嬰幼兒的語音發展及語音知覺表現,可以有效預測這些孩子日後的閱讀能力!

時間一天一天走,語言敏感度一點一點消失

芬蘭曾有一項知名研究,研究者想知道:不同母語的嬰兒,語音區辨力有什麼不同?

研究者以芬蘭與愛沙尼亞的嬰兒來做比較,觀測他們聽到不同語音時的 MMN 腦波振幅,判斷嬰兒對愛沙尼亞語特有母音 [õ] 的辨別能力。結果發現,芬蘭嬰兒在 6 個月大時,雖然生活中不會聽到這個母音 [õ],仍對它有很好的辨別力。但到了 12 個月大,芬蘭嬰兒對於非母語 [õ] 的辨別敏感度就顯著降低了!這項研究顯示:

即使不是母語會出現的音素,孩子都有與生俱來的辨識力,但這種天賦會逐漸「關上門」。

隨著語言學習的過程,我們對母語中不存在的音素會漸漸失去敏感度。

中文閱讀障礙孩童的關鍵:對聲調變化較不敏感

每種語言具有不同的語音特徵,因此李佳穎實驗室近年也運用 MMN ,探討中文母語者的語音知覺發展,以及檢驗語音改變時,MMN 與中文閱讀能力的關係。

以中文聲調為例,幼童或初學中文做第二語言的外國人,常常分不清楚二、三聲。這是因為二、三聲調的物理屬性(不論是起始頻率或隨時間變化的基頻),比一、三聲的差異來得小。研究團隊也以一三聲、二三聲的 MMN ,觀測不同受試對象的腦波反應。

李佳穎首先以大學生做實驗。比起一、三聲調變化,成年受試者在二、三聲差異變化時,引發的 MMN 振幅較小,發生時間也比較晚,表示成人大腦能順利區辨這些聲調。

不過,對於小學一年級和二年級的孩子,一、三聲調 MMN 負向振幅很大,二、三聲調的 MMN 卻是一個正波,顯示他們對二、三聲還沒有自動區辨能力,直到五年級後,才穩定下來。此外,識字量越高的孩子,所測得二、三聲調的 MMN 振幅越負──代表識字量越高,對聲調的敏感度越高。

低年級的孩子,一、三聲調 MMN 負向振幅很大,但二、三聲調的 MMN 卻是正波,顯示他們還沒有自動區辨能力,一直要到五年級以上才會穩定下來,接近成人。圖/研之有物、iStock

研究團隊再針對閱讀障礙的孩子進行量測。結果發現,閱讀障礙孩子的 MMN 反應和低年級孩子類似,對二、三聲的 MMN 反應不敏感。這和過去認為,他們是因為看文字、視覺區辨有困難而產生閱讀障礙,有些不同!

閱讀障礙孩子對聲調的敏感度較弱,若用語音來學習文字可能容易卡關。

實驗結果找出了閱讀障礙的學習關鍵,有助於未來鑑別或幫助閱讀有困難的學童。

李佳穎表示,從這些研究發現可知,MMN 能反映大腦對語音的敏感度,並且與閱讀發展息息相關。未來,若能建立區辨中文語音的 MMN 發展資料庫,就可做為早期鑑別語言與閱讀障礙的神經生理指標。

兩者在一、三聲調的 MNN 差別不大。但對於二、三聲就有差別,閱讀障礙兒童的振幅在 200 毫秒之前幾乎是正波,這顯示他們的聲調敏感度較不好。資料來源/李佳穎

孩子是注意力不足還是閱讀障礙?腦波會說話!

學習障礙的孩子裡,除了閱讀障礙、語言障礙,另一個常見的狀況是:注意力缺失。

許多過動症(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)的孩子,因為注意力不足,常常會伴隨著學習困難;但閱讀障礙兒童跟不上進度,往往也難專注。因此,老師或家長在兩者評估上經常遇到困難。

不過,李佳穎發現,注意力缺失與閱讀障礙的孩子,在偵測聲音刺激變化的腦波反應不太一樣。

偵測聲音變化時所引發的 MMN ,是一個反應大腦自動偵測聽覺訊號差異的腦波成分,這個階段的反應,並不需要注意力的介入控制,也就是發生在前注意力階段(pre-attentive stage)。即使在嬰兒睡覺、孩童看巧虎的時候進行測量,大腦也會自動偵測聲音聲調的變化。

MMN 的腦波振幅出現得比較早,在 MMN 的波形發生後,通常還有另一個腦波成分叫做 P3a, 這是一個在「差異音」出現 300~600 毫秒後所引發的事件誘發電位。P3a 振幅會受到注意力資源分配(例如差異音出現的比例)影響。因此,P3a 反映的是不自主的注意力導引能力。

李佳穎研究發現,在一、二、三聲差異音比例為 0.1:0.1:0.8 的情況下,閱讀障礙的孩子 MMN 指標即出現問題──閱讀障礙孩子「前注意階段」的語音敏感度比較差。但如果是過動兒,MMN 指標跟一般孩子並無差異,主要是 P3a 出現問題──過動兒在「不自主的注意力引導階段」反應較差。

比起一般孩子,過動兒一、三聲的 P300 反應明顯較弱,這也顯示 ADHD 孩子大腦處理注意力的歷程,與正常孩子有所不同。研究也發現,P3a 的振幅與注意力行為評估量表的分數有顯著相關。

不同腦波成分,會反應不同的大腦機制。與音調敏感度有關的 MMN , ADHD 兒童和一般孩子差不多;但與注意力有關的 P300, ADHD 孩子反應明顯較差。資料來源/李佳穎

總結來說,閱讀障礙的孩童在 MMN 腦波反應,也就是前注意力階段的語音敏感度出現問題。過動孩童的 MMN 反應和一般孩子差不多,但是 P300 反應較弱,也就是處理注意力的歷程比較差。

從 MMN、P300 兩個不同的腦電波成份(component)研究顯示,腦波能反應出大腦內在語言、認知處理歷程。MMN 反應的是聲音敏感度,P300 反應注意力的歷程,對於未來在孩童學習障礙的臨床鑑定上,將提供重要的幫助。

李佳穎希望能持續蒐集更多個案的常模,協助做出注意力不足過動症、閱讀障礙的鑑別診斷,也能進一步做更多不同範疇的臨床應用。

從語言學角度,建議讓孩子提早學習雙語嗎?

全世界的子音和母音有 600 多個,可是每一個語言大約只用到 30 到 50 個語音。我們的大腦神經元在出生後會不斷蓬勃發展,神經元之間的連結也會隨著經驗連結,持續開闢出新道路;但同時,沒有經驗或不需要的神經元也會被修剪掉。

前面提到的芬蘭研究,嬰兒一開始對任何語音差異都能區辨或偵測,但是透過神經網絡(neural network)的學習後,反而逐漸喪失這種能力。這種例子很常見,就像許多講台語的長輩分不出國語的「發生」和「花生」,因為台語沒有ㄈ、ㄏ;日語母語者則是無法區分 r、l;而我們學英文也有極限。

這些例子,都是因為大腦將用不到的神經連結修剪掉,也就是大腦可塑性。

因此,可以提早讓孩童在自然環境中接觸語言,累積經驗值。口語詞彙是閱讀能力的根基,但不管是母語或第二語言,都不用急著讓孩童學習文字。

還沒上學之前,家長可以透過講故事,累積孩童的語音敏感度與詞彙量,作為未來閱讀發展的根基。如果要強調第二語言,也可以在遊戲、自然互動中建立語感,不用一開始就教閃卡、背單字、寫字,因為書寫涉及視、知覺和動作的協調,也與小肌肉發展有關,不必過早介入教導。

對閱讀障礙孩童的家長,有什麼建議?

語言的傳遞有聽、說、讀和寫。文字的發展,讓訊息有不同的溝通模式,也加速了知識傳承。但對閱讀障礙的孩子來說,以文字做為獲取知識的媒介是較困難的。

知識不一定只能透過文字傳播。如果孩子在文字形式的吸收有困難,也可以採用有聲或多媒體等方式來學習或評量,建立信心。他們閱讀能力的發展斜率或許比一般孩子緩慢,但還是會進步。如果因為經常失敗而扼殺了興趣和動機,反而更不利於小孩的學習發展。

上學不只是為了學習文字、閱讀能力,而是幫助孩子獲取知識。閱讀障礙不代表不能學習,更不代表人生是黑白的!許多優秀的人都有閱讀障礙,例如知名歌手蕭敬騰、新加坡前總統李光耀,都是好例子。

我們語言與大腦實驗室也做了好幾組遊戲,希望透過不同的形式,幫助學習困難的孩子,從互動遊戲來累積語言經驗。像是 「注音冒險王」,已經上架 Android 和 iOS 雙平台提供下載。

李佳穎團隊結合神經語言學,為台灣學童開發多款識字教學遊戲。目前的三款 APP(每日腦點心、注音冒險王、收割季節),都可免費下載,在疫情期間也提供雙北特教老師使用,作為學習障礙學童的線上課程,老師還可以從後台了解學習狀況。圖/大腦與語言實驗室網頁

為什麼會從語言學研究,發展到教育應用?

我原本研究非常基礎的腦神經科學,最大的研究動力是為了滿足學術上的好奇心,原先沒想過會投入臨床或教育方面的應用。

過去,我找了一些閱讀學習困難的孩子當受試者,家長報名很踴躍,因為他們很想知道孩子究竟怎麼了,該怎麼協助。每次實驗後,父母都很關心能為孩子做些什麼。但我發現:我根本沒辦法幫助他們,他們只是來幫我做實驗!

這讓我慢慢思考,只提供施測並不夠,應該想辦法回饋這些孩子和家長。

一開始,我沒辦法直接幫到孩子,所以決定先做出中文的字詞資料庫,提供資源讓特教老師設計學習單。後來,我開始四處演講,分享語言學習、閱讀學習的歷程,漸漸有特教機構和鑑定機構找我協助,也因此跟教育現場的老師有更多互動,更了解不同學習障礙類型的需求及鑑定上的困難。

特教老師很忙,從「知道理論」到「可以使用」也仍有一段距離,所以我們開始進一步規劃輔助教學應用軟體。通常,第一版原型由實驗室自己研發設計,之後再和專業工程師討論,一步步發展。很幸運有長期支持的團隊,讓我們不只做基礎研究,還可以設計免費學習 APP 回饋社會。我也期待有更多生力軍加入大腦與語言實驗室,一起為臺灣的腦科學與教育應用努力。

延伸閱讀

  1. 「語言使用」和「大腦」的關係是…? 專訪李佳穎
  2. 中研院語言學研究所──大腦與語言實驗室
  3. Cheour, M., Ceponiene, R., Lehtokoski, A., Luuk, A., Allik, J., Alho, K., & Näätänen, R. (1998). Development of language-specific phoneme representations in the infant brainNature Neuroscience1(5), 351–353.
  4. Lee, C. Y., Yen, H. L., Yeh, P. W., Lin, W. H., Cheng, Y. Y., Tzeng, Y. L., & Wu, H. C. (2012). Mismatch responses to lexical tone, initial consonant, and vowel in Mandarin-speaking preschoolers. Neuropsychologia50(14), 3228–3239. 
  5. Sams, M. (1983). Sequential effects on the ERP in discriminating two stimuliBiological Psychology17(1), 41–58. 
  6. Yang, M. T., Hsu, C. H., Yeh, P. W., Lee, W. T., Liang, J. S., Fu, W. M., & Lee, C. Y. (2015). Attention deficits revealed by passive auditory change detection for pure tones and lexical tones in ADHD children. Frontiers in Human Neuroscience9.
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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook