What Do Babies Know?

What Do Babies Know?

As Daniel Haworth is settled into a high chair and wheeled behind a black screen, a sudden look of worry furrows his 9-month-old brow. His dark blue eyes dart left and right in search of the familiar reassurance of his mother’s face. She calls his name and makes soothing noises, but Daniel senses something unusual is happening. He sucks his fingers for comfort, but, finding no solace, his month crumples, his body stiffens, and he lets rip an almighty shriek of distress. This is the usual expression when babies are left alone or abandoned. Mom picks him up, reassures him, and two minutes later, a chortling and alert Daniel returns to the darkened booth behind the screen and submits himself to baby lab, a unit set up in 2005 at the University of Manchester in northwest England to investigate how babies think.

Watching infants piece life together, seeing their senses, emotions and motor skills take shape, is a source of mystery and endless fascination—at least to parents and developmental psychologists. We can decode their signals of distress or read a million messages into their first smile. But how much do we really know about what’s going on behind those wide, innocent eyes? How much of their understanding of and response to the world comes preloaded at birth? How much is built from scratch by experience? Such are the questions being explored at baby lab. Though the facility is just 18 months old and has tested only 100 infants, it’s already challenging current thinking on what babies know and how they come to know it.

Daniel is now engrossed in watching video clips of a red toy train on a circular track. The train disappears into a tunnel and emerges on the other side. A hidden device above the screen is tracking Daniel’s eyes as they follow the train and measuring the diametre of his pupils 50 times a second. As the child gets bored—or “habituated”, as psychologists call the process— his attention level steadily drops. But it picks up a little whenever some novelty is introduced. The train might be green, or it might be blue. And sometimes an impossible thing happens— the train goes into the tunnel one color and comes out another.

Variations of experiments like this one, examining infant attention, have been a standard tool of developmental psychology ever since the Swiss pioneer of the field, Jean Piaget, started experimenting on his children in the 1920s. Piaget’s work led him to conclude that infants younger than 9 months have no innate knowledge of how the world works or any sense of “object permanence” (that people and things still exist even when they’re not seen). Instead, babies must gradually construct this knowledge from experience. Piaget’s “constructivist” theories were massively influential on postwar educators and psychologist, but over the past 20 years or so they have been largely set aside by a new generation of “nativist” psychologists and cognitive scientists whose more sophisticated experiments led them to theorise that infants arrive already equipped with some knowledge of the physical world and even rudimentary programming for math and language. Baby lab director Sylvain Sirois has been putting these smart-baby theories through a rigorous set of tests. His conclusions so far tend to be more Piagetian: “Babies,” he says, “know nothing.”

What Sirois and his postgraduate assistant Lain Jackson are challenging is the interpretation of a variety of classic experiments begun in the mid-1980s in which babies were shown physical events that appeared to violate such basic concepts as gravity, solidity and contiguity. In one such experiment, by University of Illinois psychologist Renee Baillargeon, a hinged wooden panel appeared to pass right through a box. Baillargeon and M.I.T’s Elizabeth Spelke found that babies as young as 3 1/2 months would reliably look longer at the impossible event than at the normal one. Their conclusion: babies have enough built-in knowledge to recognise that something is wrong.

Sirois does not take issue with the way these experiments were conducted. “The methods are correct and replicable,” he says, “it’s the interpretation that’s the problem.” In a critical review to be published in the forthcoming issue of the European Journal of Developmental Psychology, he and Jackson pour cold water over recent experiments that claim to have observed innate or precocious social cognition skills in infants. His own experiments indicate that a baby’s fascination with physically impossible events merely reflects a response to stimuli that are novel. Data from the eye tracker and the measurement of the pupils (which widen in response to arousal or interest) show that impossible events involving familiar objects are no more interesting than possible events involving novel objects. In other words, when Daniel had seen the red train come out of the tunnel green a few times, he gets as bored as when it stays the same color. The mistake of previous research, says Sirois, has been to leap to the conclusion that infants can understand the concept of impossibility from the mere fact that they are able to perceive some novelty in it. “The real explanation is boring,” he says.

So how do babies bridge the gap between knowing squat and drawing triangles—a task Daniel’s sister Lois, 2 1/2, is happily tackling as she waits for her brother? “Babies have to learn everything, but as Piaget was saying, they start with a few primitive reflexes that get things going,” said Sirois. For example, hardwired in the brain is an instinct that draws a baby’s eyes to a human face. From brain imaging studies we also know that the brain has some sort of visual buffer that continues to represent objects after they have been removed—a lingering perception rather than conceptual understanding. So when babies encounter novel or unexpected events, Sirois explains, “there’s a mismatch between the buffer and the information they’re getting at that moment. And what you do when you’ve got a mismatch is you try to clear the buffer. And that takes attention.” So learning, says Sirois, is essentially the laborious business of resolving mismatches. “The thing is, you can do a lot of it with this wet sticky thing called a brain. It’s a fantastic, statistical-learning machine”. Daniel, exams ended, picks up a plastic tiger and, chewing thoughtfully upon its heat, smiles as if to agree.

Trẻ sơ sinh biết gì?

Khi Daniel Haworth được đặt ngồi lên một chiếc ghế cao và được di chuyển ra phía sau màn hình đen, một thoáng nhăn mày lo lắng bỗng xuất hiện ở cậu bé 9 tháng tuổi. Đôi mắt xanh đen của bé đảo qua hai bên để tìm kiếm sự trấn an thân thuộc trên khuôn mặt người mẹ. Cô gọi tên bé và tạo ra những âm thanh vỗ về, nhưng Daniel cảm nhận được điều gì đó bất thường đang xảy ra. Cậu bé tự ngậm lấy ngón tay để được cảm thấy dễ chịu, nhưng không mấy khá hơn, miệng của bé nhăn nhúm, toàn thân cứng lại, và nỗi tuyệt vọng được giải phóng ra ngoài qua một tiếng thét khủng khiếp của bé. Đây là biểu hiện thường thấy khi trẻ sơ sinh bị để lại một mình hoặc bị bỏ rơi. Người mẹ nhấc bé lên à dỗ dành, hai phút sau, tiếng cười giòn tan và nhắc nhở Daniel trở lại buồng tối phía sau màn hình và đưa cậu bé vào phòng thí nghiệm trẻ em, một đơn vị được thành lập vào năm 2005 tại Đại học Manchester ở tây bắc nước Anh để điều tra cách trẻ sơ sinh suy nghĩ.

Quan sát những đứa trẻ sơ sinh nối những mảnh ghép cuộc sống với nhau, chứng kiến các giác quan, cảm xúc và kỹ năng vận động của chúng dần hình thành, là một nguồn bí ẩn và niềm say mê bất tận — ít nhất là đối với các bậc cha mẹ và các nhà tâm lý học thực nghiệm. Chúng ta có thể giải mã những tín hiệu của sự đau đớn hoặc đọc được hàng triệu thông điệp từ nụ cười đầu tiên của chúng. Nhưng liệu thực sự chúng ta biết được bao nhiêu về những gì đang diễn ra đằng sau đôi mắt mở to ngây thơ ấy? Hiểu biết và phản ứng của trẻ về thế giới đã có sẵn đến mức nào khi chúng được sinh ra? Bao nhiêu trong đó được hình thành dần dần dựa trên những trải nghiệm? Đó chính là những câu hỏi đang được khám phá tại phòng thí nghiệm trẻ em. Mặc dù cơ sở này mới thành lập được 18 tháng và chỉ thử nghiệm trên 100 trẻ sơ sinh, nhưng đã thách thức lối suy nghĩ hiện tại về những gì trẻ biết và làm cách chúng biết được điều đó.

Daniel lúc này đang mải mê xem đoạn video về đoàn tàu đồ chơi màu đỏ trên đường ray chạy vòng quanh. Con tàu biến mất vào một đường hầm và hiện ra ở phía bên kia. Một thiết bị được giấu phía trên màn hình đang theo dõi đôi mắt của Daniel khi chúng dõi theo đoàn tàu và đo đường kính đồng tử của cậu bé 50 lần mỗi giây. Khi đứa trẻ cảm thấy chán – hoặc “đã quen”, như cách các nhà tâm lý học gọi quá trình này – mức độ chú ý của trẻ giảm dần. Nhưng nó sẽ tăng lên một chút bất cứ khi nào có một vài điều mới lạ xuất hiện. Xe lửa có thể có màu xanh lá cây, hoặc màu xanh lam. Và đôi khi điều không thể xảy ra – đoàn tàu đi vào đường hầm màu này và đi ra đường hầm có màu khác.

Các biến thể của thí nghiệm kiểu này, kiểm tra sự chú ý của trẻ sơ sinh, đã trở thành một công cụ tiêu chuẩn của tâm lý học thực nghiệm kể từ khi Jean Piaget, người Thụy Sĩ, tiên phong  trong lĩnh vực này, bắt đầu thử nghiệm trên những đứa trẻ của mình vào những năm 1920. Công trình của Piaget dẫn ông tới kết luận rằng trẻ sơ sinh dưới 9 tháng tuổi không có hiểu biết bẩm sinh về cách thế giới hoạt động hoặc bất kỳ cảm nhận nào về “tính thường trực của vật thể” (con người và mọi vật vẫn tồn tại ngay cả khi chúng không được nhìn thấy). Thay vào đó, trẻ phải dần dần xây dựng nên các hiểu biết này từ trải nghiệm. Các lý thuyết “người theo xu hướng tạo dựng” của Piaget đã có ảnh hưởng rất lớn đến các nhà giáo dục và nhà tâm lý học thời hậu chiến, nhưng trong hơn 20 năm qua, chúng đã bị một thế hệ mới gồm các nhà tâm lý học “theo chủ nghĩa bài ngoại” và các nhà khoa học nhận thức, những người mà từ những thí nghiệm phức tạp hơn đã đưa họ đến giả thuyết rằng trẻ sơ sinh khi chào đời đã được trang bị một số kiến thức về thế giới vật lý và thậm chí được lập trình sơ đẳng cho toán học và ngôn ngữ. Giám đốc phòng thí nghiệm trẻ em Sylvain Sirois đã cho những lý thuyết về em bé-thông minh này trải qua một loạt các bài kiểm tra khắt khe. Kết luận được ông rút ra cho đến hiện tại gần với xu hướng của Piaget hơn: “Trẻ sơ sinh,” ông nói, “không biết gì cả.”

Thách thức mà Sirois và trợ lý nghiên cứu sinh của ông Lain Jackson đang gặp phải là làm sáng tỏ một loạt các thí nghiệm kinh điển bắt đầu vào giữa những năm 1980, trong đó trẻ sơ sinh được cho xem các hiện tượng vật lý dường như không tuân theo các khái niệm cơ bản như trọng lực, độ rắn và sự tiếp cận. Trong một thí nghiệm như vậy thực hiện bởi nhà tâm lý học Renee Baillargeon của Đại học Illinois, một tấm gỗ có bản lề có vẻ như xuyên qua một chiếc hộp. Baillargeon và Elizabeth Spelke của đại học M.I.T phát hiện ra rằng trẻ sơ sinh dưới 3 tháng rưỡi sẽ nhìn lâu và chăm chú vào hiện tượng không thể xảy ra nhiều hơn so với hiện tượng bình thường. Kết luận của họ: trẻ sơ sinh đã được tích hợp sẵn đủ hiểu biết để nhận ra rằng có điều gì đó không ổn.

Sirois không tán thành với cách thức tiến hành các thí nghiệm này. Ông nói: “Các phương pháp đó là chính xác và có thể nhân rộng, chính cách giải thích mới là vấn đề.” Trong một bài đánh giá quan trọng sẽ được xuất bản trên Tạp chí Tâm lý học Thực hành Châu Âu số tới, ông và Jackson đã dội một gáo nước lạnh vào các thí nghiệm gần đây cho rằng đã quan sát được các kỹ năng nhận thức xã hội bẩm sinh hoặc phát triển sớm ở trẻ sơ sinh. Các thí nghiệm của riêng ông chỉ ra rằng sự cuốn hút của một em bé với những hiện tượng không thể xảy ra về mặt tự nhiên chỉ đơn thuần thể hiện phản ứng trước những kích thích mới lạ. Dữ liệu từ máy theo dõi mắt và đo đồng tử (được mở rộng để đáp ứng với sự kích thích hoặc hứng thú) cho thấy rằng những hiện tượng không thể xảy ra liên quan đến các vật quen thuộc không thú vị hơn các hiện tượng có thể xảy ra liên quan đến các vật mới lạ. Nói cách khác, khi Daniel nhìn thấy đoàn tàu màu đỏ đi ra khỏi đường hầm màu xanh lá cây vài lần, cậu bé cảm thấy chán giống như khi nó vẫn giữ nguyên màu đó. Sirois cho biết, sai lầm của nghiên cứu trước đó là đã đi thẳng đến kết luận rằng trẻ sơ sinh có thể hiểu khái niệm về điều bất khả thi mà chỉ dựa trên dữ kiện là chúng có thể cảm nhận được một số điều mới lạ trong đó. “Lời giải thích thực sự lại khá nhàm chán,” ông nói.

Vậy làm cách nào để trẻ sơ sinh thu hẹp khoảng cách giữa việc biết ngồi xổm và vẽ hình tam giác — một nhiệm vụ mà chị gái của Daniel, Lois, 2 tuổi rưỡi, đang vui vẻ thực hiện trong khi đợi em trai mình? Sirois cho biết: “Trẻ sơ sinh phải học mọi thứ, nhưng như Piaget đã nói, chúng bắt đầu với một vài phản xạ sơ khai để giúp mọi thứ diễn ra suôn sẻ. Ví dụ, khả năng kết nối cố định trong não là một bản năng thu hút ánh mắt của em bé đến khuôn mặt của con người. Từ các nghiên cứu hình ảnh não bộ, chúng ta cũng biết rằng não có một số loại bộ đệm thị giác để tiếp tục thể hiện các đối tượng sau khi chúng bị loại bỏ — nhận thức kéo dài hơn là hiểu biết về mặt khái niệm. Vì vậy, khi trẻ sơ sinh gặp những hiện tượng mới mẻ hoặc bất ngờ, Sirois giải thích, “có sự lệch pha giữa bộ đệm và thông tin chúng nhận được vào thời điểm đó. Và những gì bạn làm khi gặp sự cố không có thông tin phù hợp là bạn cố gắng xóa bộ đệm. Và điều đó tạo ra sự chú ý. ” Vì vậy, theo Sirois, quá trình học tập về cơ bản là công việc đòi hỏi nhiều thời gian công sức để giải quyết những điểm không phù hợp. “Điều quan trọng là bạn có thể làm được rất nhiều điều với thứ nhớp dính ẩm ướt được gọi là bộ não này. Đó là một cỗ máy học-thống kê tuyệt vời ”. Daniel kết thúc bài kiểm tra, nhặt một con hổ bằng nhựa lên và nhai chậm chạp do sức nóng của nó, mỉm cười như thể đồng ý.