预测和重定向：预测错误支持儿童的单词学习

一、文献名称 ¶

Reuter, T., Borovsky, A., & Lew-Williams, C. (2019). Predict and redirect: Prediction errors support children’s word learning. Developmental Psychology, 55(8), 1656-1665. https://doi.org/10.1037/dev0000754

论文原文

二、研究背景 ¶

许多心理语言学理论认为预测支持语言处理和学习(Chang, Dell, & Bock, 2006; Christiansen & Chater, 2016; Dell & Chang, 2014; Elman, 1990; Pickering & Garrod, 2013)，首先，学习者在实时语言处理过程中预测即将到来的输入。然后，预测要么正确，要么不正确。通过促进正确预测的确认和对错误预测的关注，预测可以一举两得。总之，根据基于预测的理论，无论学习者最初预测的准确性如何，预测都支持通过多种途径学习语言。

在本研究中，我们旨在了解预测是否以及如何促进新单词学习。为了在单个任务中评估预测错误、注意力重定向和学习，我们使用了一种新的眼球跟踪范式，并评估了对预期和意外参照物的瞬间(moment-to-moment)注意。该实验包括六个独立的试验组，每个试验组测试一对不同的新单词的学习情况。在每个模块的学习阶段，孩子们看到熟悉的和新奇的指称词，听到语义受限或不受限的句子。受约束的句子为一个熟悉的单词提供了语义线索（例如，“我们来喝汤吧。我要用……”），但有一半的句子以一个意想不到的新词结尾（例如，chiem而不是spoon）。 因此，这种设计为预测错误创造了机会：如果孩子们使用语义线索预测一个熟悉的单词，听到一个新单词应该会导致预测错误。这种设计也让我们能够评估注意力重定向：如果孩子们预测并观察一个熟悉的单词，他们应该在听到一个新单词时将注意力重定向到新的参照物上。因此，受约束的句子可以让我们测量预测错误和注意力重定向，而不受约束的句子可以让我们测量儿童在没有语义提示的情况下对新奇和熟悉的指代物的基线偏好。

56名英语母语儿童，正常发育，16名3岁儿童，20名四岁儿童，20名五岁儿童。

视觉刺激：12个熟悉的物体：勺子、卡车、球、花、蜡笔、外套、吉他、电话、三明治、门、苹果和风筝。12个新奇物体，新奇的物体被设计成熟悉物体的功能匹配物。例如，熟悉的对象勺子和新颖的对象cheem共享功能特征（即手柄和圆形底座）。

听觉刺激：受限制（constrain)的句子,能通过多种语义线索预测熟悉的目标，（e.g., “Yummy! Let’s eat soup. I’ll stir it with a spoon/ cheem”).

不受限制的句子是用来观察行为的基线(e.g., “Neat! Look over there. Take a look at the spoon/ cheem”)。

共有六组试验。三个区块只包含受约束的句子，三个区块只包含不受约束的句子。每个区块由四个学习试验和四个测试试验组成，在学习实验中，被试看到两对熟悉-新奇的物体，每对都有两次学习测试，一次是以熟悉的名词（如spoon）结尾的句子，一次是以新奇的名词（如cheem）结尾的句子。

Fig-1

被试儿童观看刺激物，记录眼球运动。眼球追踪任务完成后，实验者立即通过皮博迪图片词汇测试（PPVT-IV；Dunn&Dunn，2007）评估儿童的接受性词汇

我们的主要假设是，预测错误，再加上视觉注意力的重新定向，支持儿童的新单词学习。如果是这种情况，预测熟悉的参照物，然后在命名后将视觉注意力转向（或“重定向”）新的参照物的儿童，会更成功地保留新的单词-对象映射。因此，我们评估了受限学习环境下的注视行为模式是否与学习结果相关。同时评估了学习试验中的预测和重定向注视模式与试验准确性之间的关联程度。我们将学习试验中的预测和重定向注视模式作为一个差分进行操作：在目标名词开始后（从句子开始到2800-4000毫秒）注视新的参照物，减去在目标名词开始之前（从句子开始到300-2700毫秒）注视新的参照物。

因此，得分差异较大的儿童是那些使用语义线索预测熟悉的指代物，并且在听到新奇指代物时将注意力转向新奇指代物的儿童。在测试试验中，在目标名词开始后（从句子开始到900-4000毫秒）观察目标参照物，从而操作测试准确性。

正如预期的那样，我们发现学习试验中的预测和重定向注视模式与儿童的测试准确度显著相关，且影响大小适中。最初预测熟悉的参照物，然后将注意力转向新的参照物的儿童在测试中表现出更高的准确性

Fig-2

还评估了这种观察到的关系的一些替代可能性。首先，评估了熟悉参照物的预测是否是预测和重定向相关性背后的驱动力。也就是说，我们想评估最初预测熟悉的参照物，无论随后的外观行为如何，是否可能与测试准确性独立相关。

之后，又评估了名词出现前后的注意力是否影响学习，结果表明，儿童在新单词出现之前和之后的注视行为共同影响学习，但这两个因素都与学习结果的差异无关。最后，我们评估了学习过程中对新目标的整体关注是否会影响学习结果。也就是说，询问孩子们在学习过程中关注新奇物体的程度——基本上忽略了受限学习环境的语义线索——是否可能与他们的学习结果相关。同样，我们发现在学习过程中（从句子开始的0-4000毫秒）对新目标的整体关注与测试准确性无关。总的来说，这些结果表明，一种特定的注视行为模式——预测一个已知的指代物，并将注意力转向一个新的指代物——有利于学习新单词。

接下来，我们对无约束条件完成了相同的分析。约束条件允许我们测量预测误差和注意力重定向，而无约束条件允许我们测量儿童在没有语义线索的情况下的注视行为变化。如果儿童的注视行为模式是由约束条件下可用的语义线索驱动的，那么我们期望在无约束条件下观察到不同的发现模式。 在无约束条件下，和约束条件下相同注视行为是可能的：儿童可以持续注视熟悉的参照物，持续注视新奇的参照物，或者在熟悉的参照物和新奇的参照物之间切换。我们没有发现在约束条件下观察到的显著影响：测试准确性与预测和重定向寻找模式之间没有显著相关性。

Fig-3

儿童在受限学习条件下的测试准确性与偶然性没有显著差异，这表明学习阶段注视行为动力的个体差异是理解单词学习的关键。为什么儿童在不受约束的情况下会有更高的测试准确性？再次，对数据的检查提供了一个可能的解释：在不受约束的条件下，儿童有一种新奇的偏好。单样本t检验证实，在目标名词出现之前（从句子开始的300-2700毫秒），儿童对新目标的期待明显大于无约束条件下的偶然性，表明儿童有显著的新颖性偏好。

因此，在不受约束的情况下，相对中性的语言可能会促使儿童在句子理解的早期将注意力转向新奇性，这反过来又支持了他们的单词学习。重要的是，我们发现，包含在受限学习条件中的句子引发了相反的注视行为模式：与无约束条件相比，在目标名词出现之前，儿童对受限条件下熟悉的对象产生了更多的注视。这一发现表明，研究设计在允许儿童对熟悉的参照物做出预测方面是有效的，因为与无约束条件相比，他们在约束条件下对熟悉的参照物产生了更多的期待。

研究结果显示，如果儿童（1）使用语义线索最初（但错误地）预测一个熟悉的参照物，以及（2）根据错误将注意力转向一个新的参照物，他们学习新单词的效果最好。重要的是，目标名词前后的注视行为都不足以独立解释学习结果的差异。相反，更成功的学习者在学习过程中使用了预测和重定向注视序列。

虽然目前的研究结果表明，预测和注意力重新定向相结合支持学习，但尚不清楚是什么因素导致了观察到的儿童注视行为的个体差异。为什么有些孩子表现出预测和重定向的注视模式，而另一些孩子则没有？一种可能性是，一些孩子对熟悉的指代物（如勺子）产生了更强的初始预测，因此更难将注意力转移到新的指代物（如奇姆）。也就是说，儿童最初语义预测的大小——以及由此产生的预测错误——可能与他们重新引导注意力的效率负相关。

第二种可能性是，预测和重定向注视行为的个体差异源于注意力重定向的时刻，与最初的预测无关。因此，在本研究中，儿童将注意力转移到一个新的参照物的能力可能在一定程度上取决于认知控制。

设计存在一些局限性，需要进一步研究。首先，5分钟的实验被设计为包括六个子实验，让孩子们接触总共12个新单词。这可能是被试的一个处理负担，从测试准确性测量中可以看出。未来的研究可能会减少新单词的数量或增加暴露的数量，以提高儿童的整体测试准确性。第二，在不包含语义约束的无约束语境中，儿童在学习过程中存在总体新颖性偏见。也就是说，这种情况并不是真正中立的，孩子们（可以预见）更倾向于朝着新的物体看。第三个限制是，我们的学习测量仅包括即时编码和对新单词的短期回忆，因此目前尚不清楚在本实验中观察到的学习结果是否转化为对新单词的长期保留。就是说，预测和重定向注视序列可能对儿童以后理解或产生新单词至关重要，也可能与之无关。