通过在线平台和神经影像技术测量学龄儿童跨模态与跨领域的统计学习

从输入中提取模式的能力是语言和认知发展的基础。该技术可用于探讨儿童统计学习中显著的个体差异是由跨领域的一般性机制还是特定领域的机制所解释。我们的实验方案能够在个体内部跨领域和跨模态测量统计学习，适合儿童参与，并结合了基于网络的行为测试与基于实验室的神经影像技术。

该方法将有助于深入了解语言发展的学习框架。若应用于特殊人群，本方案还可能促进我们对语言学习困难的理解。我们正在将实验任务上传至 Zenodo 和 GitHub，以便研究社区获取使用。

我们鼓励其他研究人员在我们的任务公开后进行复现。要执行基于网络的实验方案，首先访问基于网络的统计学习范式。对于音节任务，向参与者介绍一个外星人及其在外星语言中的喜爱词汇。Doe。

告知参与者，他们将听到外星人的语言，并需记住，每当听到最喜欢的词时，就按下空格键。在正式熟悉阶段开始前，让参与者先完成一次练习试验，练习中要求他们在一听到外星人最喜欢的词时立即按下空格键。在测试阶段，指导参与者从两个序列中选择听起来更熟悉的一个。

目标序列将在熟悉阶段呈现。Klaptoo 的干扰序列则不会被预先呈现。Klaptoo 在音调任务中，需告知参与者他们必须记住外星人民歌中最喜欢的音符。

测试阶段将采用与音节任务相同的设计。在图像任务中，告知参与者，他们需要在一群外星人排队进入宇宙飞船时，记住其中一个特殊的外星人。在测试阶段，向参与者成对呈现熟悉阶段中出现过的所有目标刺激，以及此前未见过的干扰三联体。

在字母任务中，告知参与者他们需要记住外星人最喜欢的手势。当外星人举起手势参加游行时，为了帮助参与者（尤其是儿童）适应扫描过程，可先使用模拟扫描仪进行磁共振成像（MRI）扫描练习。

向受试者介绍模拟扫描仪或脑部相机及其扫描伙伴。解释扫描伙伴的作用是陪伴受试者，并在他们需要帮助时提供协助。如果相机检测到受试者移动过多，扫描伙伴还会轻声提醒其保持静止。

向受试者介绍统计学习范式，并让其在计算机上完成任务的简短部分。完成任务后，协助受试者进入模拟扫描仪，并播放适合儿童观看的视频，以帮助其适应扫描仪的声音和视觉环境。当受试者准备就绪后，播放几段预先录制的扫描仪声音片段，以使其熟悉真实磁共振成像（MRI）设备所产生的噪音。

在此期间，让受试者练习保持静止并与扫描助手配合。当受试者对模拟扫描环境感到适应后，确认功能磁共振成像（fMRI）数据采集方案已在磁共振成像（MRI）采集计算机上正确设置。让受试者舒适地平躺在MRI扫描仪的检查床上，佩戴用于保护耳朵免受扫描噪声影响的耳机，并在其手中放置一个反应盒。

在受试者头部周围放置额外的衬垫，以确保数据采集过程中头部运动受限，并为受试者提供扫描陪伴人员的选择。给予受试者一个挤压球，以便在感到不适或需要停止时发出通知，然后将头部线圈置于受试者头部上方。将受试者在扫描床中调整到位后，在采集计算机中注册新受试者，并选择正确的扫描方案。

将扫描床及受试者推入磁共振成像仪的孔洞中，并在采集结构像磁共振扫描数据的同时向受试者播放影片。若需让受试者执行听觉任务，可使用与耳机相连的对讲系统通知受试者。现在我们将开始一个按键游戏。

您将听到外星人的声音，这些声音包含词语和音乐。每当听到您正在寻找的目标声音时，请记得按下反应盒上的按钮。给出指示后，启动呈现计算机上的实验范式，以开始采集听觉统计学习数据。对于视觉任务，请向受试者说明。

现在，您将看到外星人的图片和字母。每当您看到目标图片时，请按下反应盒上的按钮。给出指示后，启动呈现计算机上的实验范式，以采集视觉统计学习数据。

当受试者完成实验范式后，停止磁共振成像，安全地将受试者从扫描仪中移出，并取下头部线圈。在基于网络的统计学习任务中，儿童在所有条件下均显著优于0.5的随机水平，表明在群体水平上成功实现了统计学习。

在音节条件下，平均反应时间斜率为负且显著低于零，在字母条件下接近显著，表明在语言任务的熟悉阶段，目标检测的反应速度加快。尽管在离线准确性测量中存在学习的证据，但在图像或音调条件下，平均反应时间斜率与零无显著差异。此处展示了基于九名完成听觉和视觉统计学习任务的学龄期发育中儿童的初步fMRI结果。

与随机组块相比，不同刺激类型下，结构化组块在多种脑区均观察到显著的激活簇。这些结果表明，当前的任务设计能够有效检测儿童大脑中由学习引起的血流动力学变化。在成人中的代表性发现表明，在除音调任务外的所有扫描内任务中，结构化条件下的反应时间显著快于随机条件，证明结构化序列具有可学习性。

我们鼓励研究人员纳入其他个体差异测量指标，以更好地理解跨领域和跨模态的变异性与统计学习如何关联到更高层次的认知过程。本方案是阐明个体在统计学习上的差异如何解释典型与非典型发展过程中语言结果变异性的第一步。