Dvojjazyčnost je spojena s řadou kognitivních výhod. Výzkum zkoumal, jak na sebe vzájemně působí dvojjazyčný jazyk L1 (L1) a druhý jazyk (L2), a ukázal, že oba jazyky mají vliv na funkci jedněch druhých a také na kognitivní funkce mimo jazyk. Výzkum kognitivních výhod jazykového vývoje, vnímání a pozornosti a inhibiční kontroly ukázal, že dvojjazyčnost může těžit ze značných kognitivních výhod oproti jednojazyčným vrstevníkům v různých prostředích.
V průběhu dějin výzkumu kognitivních výhod dvojjazyčnosti se pohled posunul od subtraktivní k aditivní perspektivě; to znamená od přesvědčení, že být dvojjazyčný ubírá na schopnostech jedince k přesvědčení, že být dvojjazyčný přidává na schopnostech jedince.
Dvojjazyčný může být definován jako jedinec, který je od útlého věku (do 4 let) vystaven souběžně dvěma jazykům, i když definice se může mírně lišit v závislosti na předkládaných studiích a jejich výběrových postupech. V literatuře bylo uvedeno několik definic pro dvojjazyčnost, například buď jedinci, kteří se učí jinému jazyku bez ohledu na znalost, nebo jedinci, kteří jsou stejně zdatní v obou jazycích.
Před 60. lety byl výzkum dvojjazyčných jedinců různorodý, ale se specifickým vzorem závěrů, totiž že být dvojjazyčný je škodlivé pro jazykový a kognitivní vývoj dítěte a znevýhodňuje jedince ve srovnání s jednojazyčnými vrstevníky. Všeobecný názor byl, že dvojjazyční jedinci budou mít menší slovní zásobu, zakrní obecné kognitivní schopnosti a že děti, které se učí dva jazyky od útlého věku, budou vynakládat příliš mnoho energie na diferenciaci a budování obou jazyků, aby se staly kompetentními v jednom z nich. Studie poukazovaly na „problém dvojjazyčnosti“ na „handicapující vliv dvojjazyčnosti“ a uváděly, že dvojjazyční jedinci si vedli hůře v IQ testech, měli menší slovní zásobu a trpěli ve většině aspektů jazykového vývoje, jak se ukázalo většinou u verbálních IQ testů.
Tyto studie však trpěly několika metodologickými problémy, které podkopaly správnost jejich závěrů: Tyto studie používaly nestandardní a subjektivní definice dvojjazyčnosti a dvojjazyčného jedince (např. označení osoby jako dvojjazyčné nebo jednojazyčné na základě předpokladů založených na národním původu rodičů této osoby nebo dokonce na základě příjmení této osoby), což vzbuzovalo obavu, že neexistuje způsob, jak určit, zda jejich vzorky byly skutečně reprezentativní pro dvojjazyčnou populaci; nekontrolovaly socioekonomický status (SES); a mnoho z nich provádělo testy verbální inteligence pro neznalé mluvčí druhého jazyka v tomto druhém jazyce.
V roce 1962 Peal a Lambert zveřejnili studii, která při výběru vzorku dvojjazyčných jazyků, které mají být studovány, ukázala, jak je důležité kontrolovat takové faktory, jako je věk, pohlaví a SES, a také mít standardizované měřítko pro dvojjazyčnost. Ve své studii, kde pečlivě přiřadili svou dvojjazyčnost ke svým jednojazyčným účastníkům, zjistili, že dvojjazyčné jazyky vykazují značné výhody oproti jednojazyčným ve verbálních i neverbálních testech, zejména v neverbálních testech, které vyžadují větší mentální flexibilitu.
Od té doby literatura soustavně nalézá výhody dvojjazyčnosti oproti vyrovnaným jednojazyčným vrstevníkům v několika aspektech vývoje jazyka a jeho schopností, jakož i v obecnějších oblastech schopností, jako je vnímání a výkonné fungování.
Leopold ve svém záznamu dvojjazyčného vývoje jazyka své dcery poznamenal, že má „volné souvislosti“ mezi (fonetickou) strukturou slov a jejich sémantikou (významem), což dokazuje častým nahrazováním anglických slov němčinou a naopak, v každodenní řeči a dokonce i dobře nacvičenými písněmi a rýmy. Poznamenává, že jí to dalo větší flexibilitu v užívání a způsob užívání jazyka, který byl nepozorován u jednojazyčných dětí jejího věku, a že možná toto volné spojení mezi významem a formou slova by mohlo vést k abstraktnějšímu myšlení nebo větší mentální flexibilitě.
V roce 1972 Worrall navrhla studii, která měla Leopoldova pozorování otestovat a byla schopna je replikovat. Testovala dvě skupiny jednojazyčných a dvojjazyčných dětí ve věku 4-6 a 6-9 let a předložila jim testy, které měly posoudit, zda při kategorizaci slov dávají přednost sémantice nebo fonetice. Příkladem jednoho úkolu uvedeného v práci bylo rozhodnout, které ze dvou slov může a klobouk je více podobné slovu čepice. Sémantická volba by byla klobouk, oproti fonetickému, které by bylo can. Další testy byly navrženy tak, aby poskytly volbu mezi sémantickou a fonetickou interpretací objektů (např. v hypotetické situaci byste mohli nazvat krávu psem a pokud byste to udělali, štěkal by tento pes?).
Zjistila, že ačkoli jednojazyčné i dvojjazyčné děti nevykazovaly žádné rozdíly ve způsobu chápání použitých slov, 54 % mladších dvojjazyčných dětí soustavně vykazovalo sémantickou preferenci v kontrastu se svými jednojazyčnými vrstevníky. U jednojazyčných dětí sémantická preference rostla s věkem, což naznačuje, že dvojjazyčné děti dosahují stadia sémantického vývoje o 2–3 roky dříve než jejich jednojazyční vrstevníci. Toto zjištění je v ostrém kontrastu s ranými výzkumy a tvrzeními o dvojjazyčnosti, které varovaly, že dvojjazyčnost brzdí jazykový vývoj dětí.
Ellen Bialystoková a Kenji Hakuta ve své knize Jiná slova zkoumají myšlenku, že „znalost dvou jazyků je větší než součet jejich částí“. Tvrdí, že jazykové výhody dvojjazyčnosti jsou více než pouhá schopnost mluvit dvěma jazyky. Pokud se dítě učí dva jazyky, jejichž struktury a pravidla se navzájem výrazně liší, vyžadovalo by to, aby dítě přemýšlelo složitějšími způsoby. Příkladem toho je pochopení libovůle popisků pro objekty diskutované ve výše uvedeném odstavci, ale také schopnost rozlišovat a používat dvě různé gramatické nebo syntaktické struktury. To dítěti umožňuje zvýšit jeho porozumění struktuře jazyka a získat větší povědomí o významu; zvýšení metalinguistického povědomí.
Bialystok tvrdí, že metalinguistické povědomí také zvyšuje kontrolu bilingvních procesů, jako je větší schopnost detekovat gramatické nebo syntaktické chyby a rozpoznávat slova v souvislé řeči. Bylo také zjištěno, že bilingvální jazyky předčí jednojazyčné ve schopnosti čtení (efekt modulovaný vztahem obou jazyků) a lepší čtenářské dovednosti v L1 byly prokázány již s hodinou učení v L2 týdně, což naznačuje, že být bilingvní je také výhodné v rozvoji čtení i mluveného jazyka.
Bylo proto prokázáno, že metalinguistické vědomí je pro jednotlivce přínosem při osvojování a používání jazyka, což dává bilingvním jedincům (kteří získávají metalinguistické vědomí dříve v životě než jejich jednojazyční vrstevníci) jednoznačnou výhodu. Bylo však také navrženo, že metalinguistické vědomí by mohlo mít za následek výhody v jiných kognitivních schopnostech kromě jazyka, což by jednotlivcům poskytlo všeobecnou kognitivní výhodu oproti jednojazyčným jedincům (viz níže).
A konečně, studie ukázaly, že bez ohledu na jazyk používaný v současné době, oba jazyky jsou neustále aktivní jak fonologicky, tak sémanticky u dvojjazyčných jedinců, jak naznačují elektropyshologická měřítka výkonnosti, i když behaviorální měřítka jako reakční časy často takové rušení nenaznačují.
V roce 2011 Wu a Thierry provedli studii, ve které byly zobrazeny dvojjazyčné obrazové dvojice a byli požádáni, aby posoudili, zda se slovní dvojice odpovídající vyobrazeným objektům rýmují nebo ne. Slovní dvojice byly navrženy tak, aby se buď rýmovaly v L1 i L2 nebo pouze v jednom ze dvou jazyků. Elektrofyziologická měření (viz Event-related potential) účinku (priming) opakování zvuku vyvolaného rýmováním slovních dvojic ukázala, že i když účastníci vykonávali úkol v L2, vykazovali priming efekt (i když opožděný), když se tato L2 slova rýmovala v L1.
V roce 2012 provedli Hoshino a Thierry studii, kde byly účastníkům ukázány slovní páry v L2, které někdy obsahovaly slova, která byla příbuzná slovům v L1. Účastníci posuzovali, zda slova v párech spolu souvisejí, a elektrofyziologické výsledky odhalily, že k sémantickému prvotnímu (usnadnění zpracování slov) došlo, když slova v párech spolu souvisela bez ohledu na to, zda byl význam vykládán v L1 nebo L2.
Obě tyto studie došly k závěru, že oba jazyky jedince jsou neustále nevědomky aktivní a vzájemně se ovlivňují usnadňujícími výsledky ohledně zpracování slov, což vysvětluje výhody dvojjazyčnosti oproti jejich jednojazyčným vrstevníkům, pokud jde o jazykové zpracování.
Výkonné funkce jsou takové kognitivní procesy, jako je řešení problémů, mentální flexibilita, kontrola pozornosti, inhibiční kontrola a přepínání úkolů. U dvoujazyčných jedinců bylo prokázáno, že v řadě různých úkolů a situací jsou v takových procesech lepší; což naznačuje interakci mezi dvojjazyčnými a výkonnými funkcemi.
Hakuta a Diaz se zabývali otázkou slepice a vejce týkající se dvojjazyčnosti a jejich zvýšených kognitivních schopností; mají děti s většími kognitivními schopnostmi tendenci učit se více než jeden jazyk, nebo je to znalost více než jednoho jazyka, co zvyšuje kognitivní schopnosti? Provedli soubor neverbálních testů, které jsou navrženy tak, aby měřily kognitivní schopnosti (Havranovy progresivní matice) na dvojjazyčném vzorku dětí. Zjistili vysokou korelaci se stupněm dvojjazyčnosti (jak zdatní byli jedinci v každém ze svých jazyků) jejich vzorku a skóre v testu, stejně jako dvojjazyčnost ve skutečnosti předpověděla výkonnost (a tedy kognitivní schopnosti).
Bialystok rozlišuje dva druhy zpracování, které pomáhají dětem v rozvoji jazyka; analýzu, která zahrnuje schopnost reprezentovat a chápat abstraktní informace, a kontrolu, která zahrnuje schopnost selektivně se věnovat specifickým aspektům struktur, přičemž ignoruje irelevantní informace. Literatura dochází k závěru, že právě v aspektu kontroly bylo zjištěno, že dvojjazyčné jazyky mají výhodu oproti svým jednojazyčným vrstevníkům, pokud jde o kognitivní schopnosti.
V jedné studii zadala Bialystoková svým účastníkům úkol na třídění kartiček, který vyžadoval flexibilitu při řešení problémů, inhibici irelevantních informací a také rozpoznání stálosti určitých proměnných tváří v tvář změnám v pravidlech. Zjistila, že dvojjazyčné děti v tomto úkolu výrazně předčily své jednojazyčné vrstevníky, což naznačovalo brzký rozvoj inhibiční funkce, která pomáhá řešit problémy vyžadující schopnost selektivně soustředit pozornost.
V následující studii si Bialystok a Martin kladli za cíl zjistit, co dává dvojjazyčnosti výhodu při řešení úlohy třídění karet (a obecně výhodu při řešení problémů). Ačkoli skupiny byly rovnocenné ve schopnosti reprezentovat podněty (reflexe Worrallových zjištění ) a obě byly stejně schopné inhibovat naučené motorické reakce, dvojjazyčnost vykazovala pevnou výhodu v úloze vyžadující koncepční inhibici; schopnost inhibovat předchozí asociace a vytvářet nové mentální reprezentace podnětu podle změn úkolů.
Vysvětlení, které Bialystok a další nabízejí pro tuto větší schopnost dvojjazyčných jazyků selektivně se věnovat důležitým pojmovým atributům podnětu, je, že to může pramenit z neustálé potřeby dvojjazyčných jazyků potlačovat konkurenční označení v jejich dvou jazycích pro jeden objekt podle aktuálně relevantního jazyka. Dvojjazyčné jazyky mají v každém jazyce pro podobné pojmy různá zastoupení, a proto si musí být neustále vědomy toho, který jazyk používají a které příslušné slovo má být v tomto kontextu použito. To vrcholí výhodou kognitivního ovládání, protože schopnost přepínat mezi jazyky a vybírat vhodné slovo pro použití je přímo spojena se schopností lépe se věnovat relevantním, nebo potlačovat irelevantní informace. Další vysvětlení odkazuje na jedinečnou zkušenost dvojjazyčných s používáním dvou jazyků ve stejné modalitě (mluvené), odlišit je od jednojazyčných vrstevníků a vyžadovat, aby se rozhodli, jak nejlépe reagovat na situaci, a také mít lepší kontrolu nad tím, co si vyberou.
Ellen Bialystoková provedla rozsáhlý výzkum kognitivních výhod dvojjazyčnosti. V několika studiích prokázala, že dvojjazyčné jazyky předčily své vrstevníky v úkolech měřících výkonnou funkci, což naznačuje, že dvojjazyčnost dává jednotlivci výhodu lepší kontroly pozornosti, a proto usnadňuje zpracování a fungování v několika kognitivních úkolech. Navíc bylo zjištěno, že schopnost lépe se věnovat irelevantním informacím nebo je potlačovat přetrvává až do dospělosti u dvojjazyčných dospělých (kteří jsou dvojjazyční od dětství), kteří vykazují lépe kontrolované zpracování než jednojazyční vrstevníci, a byla dokonce spojena se zpomalováním kognitivního poklesu souvisejícího s věkem. Studie korelovaly dvojjazyčnost s opožděným nástupem demence u Alzheimerovy choroby (AD) po dobu až 5 let a nedávná studie poskytla neurologickou podporu pro tato zjištění analýzou CT skenů pacientů s diagnostikovanou možnou AD. Určité funkční schopnosti, které korelují s environmentálními faktory, zůstávají u jedinců s AD, což jim umožňuje fungovat poněkud normálně i v pokročilých stádiích procesu onemocnění; tyto schopnosti byly označeny jako kognitivní rezervy. Tato studie předpokládala, že bilingualismus může být přispívajícím faktorem k kognitivním rezervám v AD, měřitelným množstvím atrofie související s AD v mozku dvojjazyčných jedinců s onemocněním, odpovídající jednojazyčným jedincům. Jak se předpokládalo, bilingualní jedinci vykazovali vyšší úroveň atrofie než jednojazyční jedinci, přestože jejich kognitivní funkce zůstaly podobné, což silně naznačuje, že bilingualismus by mohl být kognitivní rezervou, která oddaluje nástup známek demence v AD.
Přehled literatury naznačuje, že dvojjazyčnost má aditivní účinek na kreativitu jedince tím, že zvyšuje jeho mentální flexibilitu, jeho schopnost řešit problémy a vnímat situace různými způsoby a schopnost udržet si nebo manipulovat s tímto vnímáním tak, aby vyhovovalo danému úkolu, to vše způsoby, které párování jednojazyční vrstevníci nevykazují.
Jedna studie se zabývala méně prozkoumaným oborem kognitivních výhod, které mohou vykazovat dvojjazyčné děti ve využití kreativity při řešení matematických problémů. Účastníkům byly předloženy problémy, které byly buď matematické povahy (uspořádání dvou sad víček lahví tak, aby byly stejné podle návodu), nebo nematematické (běžný domácí problém znázorněný na obrázcích) a byli požádáni, aby poskytli řešení, přičemž byli hodnoceni na stupnicích kreativity, flexibility a originality. Výsledky studie potvrdily, že dvojjazyčné děti byly ve svém řešení problémů kreativnější než jejich jednojazyční vrstevníci. Jedním z důvodů pro tento rys by mohlo být zvýšení metalinguistického povědomí dvojjazyčných, což vytváří formu myšlení, která je otevřenější a objektivnější, což vede ke zvýšení povědomí a flexibility.
Tato zvýšená duševní flexibilita, která se vyvíjí ve dvojjazyčnosti, ovlivňuje více než jejich řešení problémů nebo jazykové dovednosti. Jazyk zřejmě mění způsob, jakým je svět vnímán mezi jedinci, kteří mluví různými jazyky, a bylo prokázáno, že ovlivňuje vnímání barev i kategorizaci objektů.
Thierry a kol. studovali, jak by rozdílná slova pro různé barvy v jednom jazyce mohla ovlivnit vnímání této barvy ve srovnání s jazykem, který nerozlišuje mezi těmito barvami. V řečtině se „světle modrá“ odlišuje od „modré“, ne jednoduše jako jiný odstín, ale jako celá jiná kategorie barev. V této studii byly zaznamenány dvojjazyčné a jednojazyčné řecko-anglické účastníky různých odstínů modré a světle modré, stejně jako zelené a světle zelené (u kterých se v řečtině nerozlišuje) a ERP. Elektrofyziologické měření ukázaly zřetelný vzor pro dvojjazyčné jazyky, což naznačuje, že vnímali obě barvy jako zcela oddělené.
Cook a spol. zkoumali skutečnost, že japonští mluvčí jsou pravděpodobnější než ti angličtí při kategorizaci objektů podle jejich materiálu na rozdíl od jejich tvaru. Ve své studii zjistili, že preference japonských jednojazyčných učících se angličtinu se mění; čím více byli zběhlejší v angličtině, tím více se jejich výsledky kategorizace objektů shodovaly s výsledky anglických jednojazyčných.
Z výsledků, jako jsou například ty z výše uvedených studií, vyplývá, že každý jazyk má schopnost utvářet individuální vnímání světa a že vyvážené dvojjazyčné vnímání světa by se měnilo podle jazyka, ve kterém v současnosti funguje. To naznačuje možnost nadřazeného zpracování nad jednojazyčností světa kolem sebe, a to tím spíše, vezmeme-li v úvahu výzkum, který předpokládá neustálou aktivaci fonologických a gramatických pravidel i lexikonů obou jazyků.