本文介绍了一种针对儿童设计的统计学习任务方案，旨在研究儿童在不同领域和感觉模式下对时间统计规律的学习能力。这些任务通过基于网络的平台收集行为数据，并结合基于任务的功能性磁共振成像（fMRI）数据，以考察统计学习过程中的神经活动情况。
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本文内容
摘要
摘要
统计学习是一种从环境中提取规律性的基本能力，通常被认为是母语发展的重要支持机制。尽管许多统计学习研究局限于单一领域或感觉通道，但近期证据表明，这种能力可能因刺激呈现的情境不同而有所差异。此外，很少有研究关注学习在实时过程中的动态变化，而更多聚焦于学习的最终结果。在本实验方案中，我们描述了一种方法，用于识别个体在不同领域（语言与非语言）和不同感觉模态（视觉与听觉）下统计学习的认知与神经基础。这些任务被设计为对参与者施加尽可能小的认知负荷，因此特别适用于学龄儿童及特殊人群。行为任务基于网络平台，使我们能够在全国范围内招募更具代表性的样本，更精确地估计效应量，并推动开放、可重复的研究。功能磁共振成像（fMRI）任务所提供的神经测量指标，可帮助研究人员了解统计学习过程中所涉及的神经机制，以及这些机制如何因领域或模态的不同而在个体间产生差异。最后，这两类任务均支持对实时学习过程的测量，通过追踪暴露期间对目标刺激的反应时变化来实现。该方案的主要局限在于实验时长约为一小时，儿童可能需要分多次完成全部四项统计学习任务。因此，网络平台在设计时已充分考虑这一限制，允许将任务单独分发实施。本方法将帮助使用者探究来自不同发展背景的儿童在不同领域和模态中，统计学习过程如何展开与演变。
引言
统计学习是一种基本能力，支持个体从语言输入中习得受规则支配的组合结构1。婴儿期统计学习能力的成功表现可预测其后续语言学习的成效2,3。学龄儿童在统计学习能力上的个体差异也与词汇量4和阅读能力5,6相关。统计学习困难被认为是导致语言障碍的一种病因机制7。尽管在神经典型发展人群和非典型发展人群中，统计学习与语言发展结果之间存在关联，但支撑统计学习的认知与神经机制仍不明确。此外，已有文献表明，在个体内部，统计学习能力在不同领域和模态之间并非统一，而是相互独立的6,8,9。统计学习能力的发展轨迹在不同领域和模态之间也可能进一步存在差异10。这些发现凸显了在发展过程中通过多种任务评估个体在统计学习方面差异的重要性。然而，该领域首先需要对统计学习与第一语言发展之间的关系进行更为系统的研究。为回答这些问题，我们采用了创新方法，包括一种基于网....
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方案
所有参与者均签署书面知情同意书，研究经机构审查委员会批准并按照其规定执行。
1. 网络协议中采用的统计学习范式概述
- 在当前范式中包含四个任务：图像（视觉-非语言）、字母（视觉-语言）、音调（听觉-非语言）和音节（听觉-语言）。
- 使用12个独立的外星人卡通图像（图像）和12个字母图像（字母；B, J, K, A, H, C, F, E, J, G, D, M）构建视觉任务的刺激材料，其中后者为同一外星人举起写有大写字母的12个标牌。
- 使用12个英语音节（音节；pi, pu, pa, ti, tu, ta, di, du, da, bi, bu, ba）和同一八度内的12个乐音（音调；F, G, D, G#, C#, B, C, F#, D#, E, A, A#）构建听觉刺激材料。音节刺激可通过人工语音合成器生成，并在Praat中 作为独立文件录制26,27。
- 在熟悉阶段，以结构化序列呈现刺激材料（见图1）。在熟悉阶段和测试阶段均不提供任何反馈。
注意：在每个任务中，熟悉阶段之后立即进行测试阶段。- 对于图像（视觉-非语言）任务，将12个图像组....
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结果
基于网络的行为结果
鉴于当前方案旨在便于在发育人群中间传播，我们纳入了基于22名发育中的学龄儿童数据的初步网络结果（平均年龄（M）= 9.3岁，标准差（SD）= 2.04岁，年龄范围 = 6.2–12.6岁，13名女孩）。在基于网络的统计学习任务中，儿童在所有条件下表现均显著优于0.5的随机水平，表明在群体层面上成功实现了统计学习（统计结果见表1；图3）。在音节条件下，平均反应时斜率为负且显著低于0（M = -0.01，SD = 0.02，t(14) = -2.36，单尾p = .02）；在字母条件下为边缘显著（M = -0.02，SD = 0.06，t(15) = -1.52，单尾p = .07，图4），提示在语言任务的熟悉阶段，目标检测速度加快。在图像条件（M = 0.02，SD = 0.04，t(17) = 1.54，单尾p > .1）和音调条件（M = 0.005，SD = 0.02，t(15) = -5.7 × 10-.......
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讨论
本方案中介绍的方法为理解发育过程中统计学习的行为和神经指标提供了一种多模态范式。当前的设计能够识别个体在不同模态和领域中统计学习能力的差异，这些差异可用于未来探究统计学习与语言发展之间的关系。由于个体的统计学习能力在不同领域和模态间存在差异6,8,9，因此建议参与者完成全部四项任务。来自正常发育儿童和成人的研究结果表明，个体在不同统计学习领域/模态中的表现与词汇量4和阅读能力5,6的发展结果存在差异性关联。因此，我们建议额外采集认知能力和语言能力的相关测量指标，以便与本方案中获得的统计学习测量结果进行关联分析。
已有研究报道，这些统计学习任务在成人中表现出合理的内部一致性和重测信度8
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
我们感谢Yoel Sanchez Araujo和Wendy Georgan在基于网络平台的初步设计中所做出的贡献。我们感谢An Nguyen和Violet Kozloff在改进基于网络的统计学习任务、实施fMRI任务以及在成年参与者中开展任务预实验方面的工作。我们感谢Violet Kozloff和Parker Robbins在儿童数据收集过程中提供的协助。我们感谢特拉华大学生物与脑成像中心的Ibrahim Malik、John Christopher、Trevor Wigal和Keith Schneider在神经影像数据采集过程中提供的帮助。本研究部分由国家耳聋与其他沟通障碍研究所（负责人：Qi；NIH 1R21DC017576）和国家科学基金会社会、行为与经济科学学部资助。 & 经济科学（项目负责人：Schneider，共同项目负责人：Qi） & 戈林科夫；美国国家科学基金会 1911462 号项目）
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 4按钮 inline 反应装置 | 剑桥研究系统 | 货号：N1348 | 用于测量扫描仪内反应时间的fMRI反应键 |
| 短/细管吸头 | 康普泡沫 | SKU: 40-15028-11 | 短 &建议为儿童使用尺寸较小的入耳式耳塞，以保护听力，并确保其在扫描仪中能够听到刺激信号。 |
| jsPsych | jsPsych | https://www.jspsych.org/ | jsPsych 是一个用于在网页浏览器中运行行为实验的 JavaScript 库。 |
| 语音合成器 | Praat | 版本 6.1.14 | 该程序是一种人工语音合成器，用于生成音节刺激材料。 |
| 基于网络的统计学习任务 | Zenodo | http://doi.org/10.5281/zenodo.3820620（2020年）。 | 所有基于网络的统计学习任务均可在 Zenodo 上免费获取。 |
参考文献
- Saffran, J. R., Newport, L. L., Aslin, R. N. Word Segmentation: The Role of Distributional Cues. Journal of Memory and Language. 35, 606-621 (1996).
- Newman, R., Ratner, N. B., Jusczyk, A. M., Jusczyk, P. W., Dow, K. A.
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重印与许可
