演繹推理認(rèn)知神經(jīng)研究

劉志雅

(華南師范大學(xué)心理應(yīng)用研究中心，廣東 廣州 510631)

演繹推理認(rèn)知神經(jīng)研究

劉志雅

(華南師范大學(xué)心理應(yīng)用研究中心，廣東 廣州 510631)

本文從線性三段論推理、范疇三段推理和條件推理三方面簡(jiǎn)述了當(dāng)前演繹推理認(rèn)知神經(jīng)研究的進(jìn)展;從三方面歸納了近年來(lái)各類型演繹推理腦成像研究的腦激活區(qū)域，介紹了若干典型研究的技術(shù)模型;分析了當(dāng)前研究的兩方面分歧，即左右半球優(yōu)勢(shì)加工分歧、語(yǔ)義依賴和獨(dú)立分歧，初步提出了當(dāng)前研究的若干思路。

演繹推理 線性三段論 范疇三段論 條件推理 腦成像

一、引 言

演繹推理是邏輯推理的核心內(nèi)容，是指從一般向特殊的推理過(guò)程。演繹推理，通常包括線性三段論推理(關(guān)系推理)、范疇三段論推理和條件推理(假言推理)。在認(rèn)知領(lǐng)域，主要理論有規(guī)則理論、心理模型理論和雙機(jī)制理論。

規(guī)則理論認(rèn)為，人們?cè)谕评磉^(guò)程中使用的是抽象的、沒(méi)有內(nèi)容限制的推理規(guī)則來(lái)進(jìn)行有效的推理，就像邏輯學(xué)中根據(jù)大、小前提推演出結(jié)論一樣，依賴固有的邏輯語(yǔ)言，根據(jù)推理規(guī)則來(lái)進(jìn)行推理。心理規(guī)則通常以句法和命題的形式來(lái)構(gòu)建。心理模型理論認(rèn)為，人們通過(guò)構(gòu)建心理模型來(lái)表征已有前提的狀況，通過(guò)一系列的模型操作進(jìn)行推理。心理模型通常以視覺(jué)或者空間信息來(lái)構(gòu)建。雙機(jī)制理論則主張，人可以依據(jù)邏輯進(jìn)行推理，也可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理。雙機(jī)制理論認(rèn)為，只有在沒(méi)有適合的背景知識(shí)可供參考的條件下，人們才會(huì)基于形式邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行推理。［1］

三個(gè)方面的理論目前仍在爭(zhēng)論之中，當(dāng)前，不少研究者轉(zhuǎn)而尋求大腦的認(rèn)知神經(jīng)研究證據(jù)的支持。另外，探索演繹推理的特異性腦區(qū)，也引發(fā)研究者極大的興趣。本文從線性三段論推理、范疇三段論推理和條件推理三個(gè)方面綜述當(dāng)前若干研究進(jìn)展。

二、線性三段論推理

當(dāng)前，線性三段論推理的認(rèn)知神經(jīng)研究圍繞著“視覺(jué)表象”、“空間表征”和“語(yǔ)言加工區(qū)”與線性三段論推理的關(guān)系展開。早在1965年De Soto的一項(xiàng)行為研究發(fā)現(xiàn)，讓人們判斷“A比B矮，B比C矮，因此A比C矮”要比判斷“A比B高，B比C高，因此A比C高”更加困難。他認(rèn)為，“高于”關(guān)系比“矮于”關(guān)系更容易進(jìn)行“視覺(jué)－空間”表征，因此主張線性三段論推理依賴于“視覺(jué)－空間”表征。

Johnson－Laird等［2］主張的心理模型理論支持線性三段論推理依賴視覺(jué)空間表征的觀點(diǎn)。由于空間信息加工腦區(qū)的認(rèn)知神經(jīng)研究表明，大腦右側(cè)半球以及頂葉可能是支持空間信息加工的關(guān)鍵性區(qū)域，因此，研究者們圍繞著“視覺(jué)表象”、“空間表征”與線性三段論推理的關(guān)系展開了一系列的研究。

Goel等［3］研究了線性三段論推理的腦成像，結(jié)果認(rèn)為，線性三段論推理是一個(gè)言語(yǔ)信息的加工過(guò)程，而不是空間信息加工過(guò)程。他們使用了下述含有空間關(guān)系線性三段論推理和無(wú)空間關(guān)系的線性三段論推理任務(wù)。

有空間關(guān)系的線性三段論推理:軍官在將軍的旁邊，士兵在將軍的后面，士兵在軍官的后面嗎?

無(wú)空間關(guān)系的線性三段論推理:軍官比將軍重，將軍比士兵重，士兵比軍官輕嗎?

使用了言語(yǔ)理解任務(wù)作為基線任務(wù)，具體為判斷推理中涉及了幾個(gè)人。結(jié)果表明，有無(wú)空間關(guān)系的兩種線性三段論推理激活了相似的腦區(qū)。從而推斷，線性三段論推理不依賴空間信息的加工。

與基線任務(wù)進(jìn)行比較，Goel等［3］主張線性三段論推理的特異性腦區(qū)包括左腹側(cè)額葉(BA45，47)、左側(cè)額中回(BA46)、左側(cè)顳中回(BA21，22)、左側(cè)顳下回和顳上回(BA22，37)、左側(cè)扣帶回(BA32，24)等區(qū)域。沒(méi)有觀察到空間關(guān)系加工腦區(qū)的激活，如與空間工作記憶有關(guān)的右側(cè)腦區(qū)，典型的有右腹側(cè)額葉(BA47)、右側(cè)頂葉(BA40)和右側(cè)枕葉(BA19)。

我們分析，Goel等使用的基線任務(wù)(言語(yǔ)理解)如果也激活了右側(cè)腦區(qū)，相減后可能會(huì)掩蓋了右側(cè)與空間關(guān)系加工相關(guān)腦區(qū)的激活量。雖然言語(yǔ)理解作為基線任務(wù)只是判斷涉及了推理的人數(shù)，但閱讀有明顯空間方位詞的句子，也可能會(huì)在推理前激活了與空間信息加工有關(guān)的右側(cè)腦區(qū)。Knauff等［4］還認(rèn)為，Goel等的研究沒(méi)有考慮“視覺(jué)表象”對(duì)推理的作用。Knauff等認(rèn)為，Goel等有空間關(guān)系線性三段論推理和無(wú)空間關(guān)系的線性三段論推理均容易形成“視覺(jué)表象”，即可以通過(guò)具體生動(dòng)的表象，來(lái)表征推理命題的內(nèi)容，而并非Johnson－Larid等主張的抽象的“空間表征”，這樣，Goel等所謂的空間關(guān)系，可能只是一種視覺(jué)關(guān)系而已。為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了不容易形成視覺(jué)關(guān)系的線性三段論推理。

有空間關(guān)系的線性三段論推理:狗比貓靠近北邊，貓比猴靠近北邊，狗比猴靠近北邊嗎?

無(wú)空間關(guān)系的線性三段論推理:狗比貓好，貓比猴好，狗比猴好嗎?

Knauff等［4］改用靜息狀態(tài)作為基線任務(wù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種推理均激活了右側(cè)腦區(qū)。比較兩種推理發(fā)現(xiàn)，兩者激活了相似的腦區(qū)，但在反應(yīng)時(shí)的比較上，有空間關(guān)系線性三段論推理比無(wú)空間關(guān)系的線性三段論推理更快。Knauff等推測(cè)認(rèn)為，“空間表征”是線性三段論推理的真正促進(jìn)者，特別是在視覺(jué)表象不容易形成的條件下尤甚。

Goel等［5］的一個(gè)研究支持了雙機(jī)制理論。雙機(jī)制理論認(rèn)為，人可以依據(jù)邏輯進(jìn)行推理，也可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理，邏輯推理依賴一個(gè)“額葉－頂葉系統(tǒng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)，而經(jīng)驗(yàn)推理依賴一個(gè)“額葉－顳葉”系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行。人們只有在沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)知識(shí)可利用的情況下，才起用邏輯推理系統(tǒng)。為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了“熟悉情景”推理和“陌生情景”推理。

熟悉情景推理:巴黎在倫敦南面，倫敦在艾丁堡南面，巴黎在艾丁堡南面嗎?

不熟悉情景推理:AI實(shí)驗(yàn)室在Roth中心南面，Roth中心在Cedar大廳南面，AI實(shí)驗(yàn)室在Cedar大廳南面嗎?

他們使用了無(wú)邏輯推理作為基線任務(wù)，如“西班牙在意大利西面，意大利在希臘西面，愛(ài)爾蘭在瑞士西面嗎?”結(jié)果表明，熟悉情景比陌生情景的推理更多地激活了雙側(cè)枕區(qū)皮層(BA18，19)、右側(cè)顳下回(BA37)、雙側(cè)后海馬;而陌生情景推理比熟悉情景推理更多地激活了雙側(cè)頂上回(BA7)和雙側(cè)額上回(BA6)。

Goel［6］總結(jié)了七個(gè)線性三段論推理的腦成像研究，演繹推理激活了左右半球的多個(gè)腦區(qū)，見表1。

三、范疇三段論推理

范疇三段論推理又稱量詞推理，被認(rèn)為是最典型的演繹推理之一，如:

一些保險(xiǎn)員是商人。

所有的商人都是教徒。

因此一些保險(xiǎn)員是教徒。

主張心理模型理論的 Johnson－Laird［2］就推測(cè)認(rèn)為，右腦和頂葉是演繹推理的腦區(qū)。Goel［7］的一項(xiàng)PET研究表明，范疇三段論推理僅僅激活了左腹側(cè)額葉(BA47)和左枕上回(BA19)，沒(méi)有觀察到右側(cè)腦或者頂葉腦區(qū)激活。推理材料如:

一些軍官是將軍。

所有的士兵都不是將軍。

一些軍官不是士兵嗎?

隨后 Goel的一項(xiàng) fMRI的研究表明［3］，使用文前提到的句子理解基線任務(wù)，范疇三段論推理比基線任務(wù)更多地激活了左腹側(cè)額葉(BA45，47)、左側(cè)額中回(BA46)等，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)右側(cè)腦區(qū)和頂葉腦區(qū)獲得激活。

然而，Goel等［8］的一項(xiàng) fMRI的研究改變了其之前的觀點(diǎn)。他們改用抽象的范疇三段論材料，如“所有的P是B，所有的C是P，所有的C是B嗎?”結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抽象的范疇三段論推理比具體的三段論推理更多地激活雙側(cè)枕葉、雙側(cè)頂上(下)小葉、雙側(cè)額中回以及雙側(cè)中央前回。

早期，Osherson等［9］的一項(xiàng)研究中，使用了類似Goel的推理材料，如:

所有的面包師都不下棋。

一些棋手喜歡聽歌劇。

一些聽歌劇的不是面包師嗎?

結(jié)果發(fā)現(xiàn)右枕葉、右基底神經(jīng)節(jié)和左前額皮層獲得激活。

我們分析認(rèn)為，具體實(shí)物的范疇三段論推理需要借助語(yǔ)義系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，所以更多地激活左側(cè)腦區(qū)，而當(dāng)使用抽象的范疇三段論推理，更可能反映了演繹推理的功能性腦區(qū)，可能就在Johnson－Laird所推測(cè)的右腦和頂葉。有關(guān)范疇三段論推理激活的腦區(qū)見表2。

表1 七個(gè)線性三段論推理腦成像研究的腦激活區(qū)域

表2 五個(gè)三段論推理腦成像研究的腦激活區(qū)域

四、條件推理

條件推理(假言推理)是演繹推理的一個(gè)主要研究領(lǐng)域，哲學(xué)家、邏輯學(xué)家和心理學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究。一般而言，條件推理有以下四種形式:

肯定前件式(MP):如果A那么B，A，因此B。

否定后件式(MT):如果A那么B，非B，因此非A。

肯定后件式(AC):如果A那么B，B，因此A。

否定前件式(DA):如果A那么B，非A，因此非B。

這里，四種推理中，只有肯定前件式與否定后件式推理是有效推理。這里，四種推理形式中的前件(A)和后件(B)都是以肯定的形式出現(xiàn)，如果前件和后件可以是否定的，如:如果非A，那么B，就可以形成16種假言推理的形式。

Noveck等［10］使用了幾何圖形等較為簡(jiǎn)單的材料研究了條件推理的神經(jīng)機(jī)制。材料如:

如果有一個(gè)黑色正方形，那么有一個(gè)黃色的圓形。

有一個(gè)黑色正方形。

有一個(gè)紅色圓形嗎?

結(jié)果表明，無(wú)論是MP或者M(jìn)T形式，均激活了左側(cè)頂葉和額葉。研究還發(fā)現(xiàn)，MT比MP更多地激活了右側(cè)前額葉。

Wason四卡片選擇作業(yè)是當(dāng)前最常見的條件推理任務(wù)。如一面是字母另一面是數(shù)字的四張卡片，字母要么是E，要么是K;數(shù)字要么是4，要么是7，如:、、、。

要求選擇和翻看最少的卡片檢驗(yàn)規(guī)則“如果卡片的一面是元音字母，那么另一面是偶數(shù)”。四種卡片的選擇，表示了四種條件推理形式的推理傾向，大量的結(jié)果表明，一半左右的被試選擇E和4，只有少數(shù)約4%的被試正確地選擇了E和7。劉志雅等認(rèn)為［11］，前者是證真思維，后者是證偽思維，大多數(shù)人都傾向于證真。

Canessa等［12］使用了一些社會(huì)內(nèi)容的四卡選擇任務(wù)來(lái)研究演繹推理的腦區(qū)。材料如:

社會(huì)交換任務(wù):

如果你給我一些向日葵種子，那么我給你一些粟色花瓣。

結(jié)果表明，雙側(cè)的枕葉、頂葉和額葉都獲得廣泛的激活，結(jié)果進(jìn)一步表明，左半球前額葉的推理活動(dòng)獨(dú)立于社會(huì)內(nèi)容，而社會(huì)內(nèi)容或者世界知識(shí)更多地影響右半球的推理活動(dòng)。

Houde等［13］通過(guò)訓(xùn)練被試找“反例”的策略來(lái)進(jìn)行選擇作業(yè)，從而克服選擇作業(yè)中“知覺(jué)匹配偏向”，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練后的被試比不訓(xùn)練的被試更多地激活了左額葉進(jìn)行推理。

Parsons和 Osherson［14］使用了更復(fù)雜條件推理材料，并且只使用了無(wú)效的推理形式，如:

如果他的房子被抵押了，那么他已經(jīng)結(jié)婚了。

他非已婚已育(It is not true that he is both married and has children)。

他的房子沒(méi)有被抵押。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)了右半球額下和顳間的激活，并主張把該區(qū)域作為“演繹推理的指令區(qū)”(deduction module)。

表3表示了六個(gè)條件推理腦成像研究的腦激活區(qū)域。

五、小 結(jié)

綜合結(jié)果表明，當(dāng)前演繹推理認(rèn)知神經(jīng)研究表現(xiàn)出以下兩方面的分歧。第一方面，左右半球優(yōu)勢(shì)加工分歧。Goel等主張演繹推理是左半球加工優(yōu)勢(shì)，包括額下［7］、額顳［3］、枕額頂［15］、枕 額顳頂葉［16］。Osherson等主張演繹推理是右半球優(yōu)勢(shì)，有右側(cè)顳和額葉［9］［14］。Knauff等則主張雙側(cè)激活，如雙側(cè)額顳頂區(qū)［3］。還有聯(lián)合加工的觀點(diǎn)，如主張左半球負(fù)責(zé)語(yǔ)義，右半球負(fù)責(zé)推理［17］。因此，演繹推理的加工腦區(qū)仍然存在分歧，也成為當(dāng)前研究的主要爭(zhēng)論點(diǎn)。

表3 六個(gè)條件推理腦成像研究的腦激活區(qū)域

第二方面，演繹推理和語(yǔ)言加工腦區(qū)的關(guān)系上存在分歧，即語(yǔ)義依賴和語(yǔ)義獨(dú)立的加工分歧。支持依賴語(yǔ)言區(qū)［3，7，16］，而 Parsons 等［14］和 Monti等［18］則支持獨(dú)立于語(yǔ)言區(qū)。

對(duì)于上述兩方面分析，我們認(rèn)為，第一，任務(wù)的差異。Osherson 等［9］和 Parsons等［14］的研究只使用了無(wú)效的三段論推理任務(wù)，而Goel等［7］使用的任務(wù)使用的是有效的三段論推理任務(wù)，這樣會(huì)導(dǎo)致使用不同的推理策略，導(dǎo)致不同的腦區(qū)加工差異。第二，可能錯(cuò)誤地使用了演繹推理任務(wù)，只是使用了假設(shè)檢驗(yàn)任務(wù)。Reverberi等［19］研究表明，時(shí)間壓力和通過(guò)率會(huì)促使被試使用著名的“氣氛效用”策略，而沒(méi)有使用邏輯推理。第三，不同基線任務(wù)問(wèn)題。基線不同，既導(dǎo)致演繹推理腦區(qū)不同的解釋，也會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)言在推理中的作用的不同估計(jì)。例如，Goel等［8］使用的基線任務(wù)和推理任務(wù)前提相同，只是結(jié)論不同(演繹推理任務(wù)通常由前提和結(jié)論兩部分構(gòu)成)，基線任務(wù)的結(jié)論使用了與前提無(wú)關(guān)的內(nèi)容。這種基線任務(wù)的問(wèn)題是，被試僅僅依據(jù)“帶有新詞的結(jié)論就是無(wú)效的”來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，而不必要進(jìn)行完整的推理過(guò)程。此外，由于前提句和結(jié)論句間隔3秒，在被試讀到結(jié)論句前，演繹推理可能已經(jīng)發(fā)生了。這樣，減掉這樣的基線激活量，可能減掉了一些演繹推理的關(guān)鍵元素。Goel和 Dolan［15－17］的研究使用的基線任務(wù)也存在著這個(gè)問(wèn)題。其他的一些基線任務(wù)，例如常用的靜息基線任務(wù)，則無(wú)法區(qū)分閱讀和推理的激活。

因此，研究更巧妙的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，設(shè)計(jì)更合理的基線任務(wù)，揭示人類高級(jí)心理過(guò)程的心理機(jī)制，是當(dāng)前演繹推理認(rèn)知神經(jīng)研究的方向。

［1］劉志雅.思維心理學(xué).廣州:暨南大學(xué)出版社，2005.

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Cognitive Neuroscience Research on Deductive Reasoning

(by LIU Zhi-ya)

In terms of three kinds of deductive reasoning:transitive inference，categorical syllogisms and conditional reasoning，the paper summarizes the neuroimaging studies，describes the regions of activation corresponding most closely to the main effect of reasoning，and further analyses the debate about two questions:(a)the neural hemispheric correlates of deductive reasoning and(b)the role of language in deductive inference.

deductive reasoning;transitive inference;categorical syllogisms;conditional reasoning;neuroimage

劉志雅(1971—)，男，廣東韶關(guān)人，心理學(xué)博士，華南師范大學(xué)心理應(yīng)用研究中心副教授。

全國(guó)教育科學(xué)十一五規(guī)劃一般項(xiàng)目“學(xué)生歸納推理中相似性和類別標(biāo)簽的作用”(BBA100018);教育部人文社會(huì)科學(xué)青年項(xiàng)目“多重類別學(xué)習(xí)系統(tǒng)的認(rèn)知機(jī)制研究”(08JCXLX004);廣東省高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)研究基地項(xiàng)目“演繹推理的認(rèn)知神經(jīng)功能區(qū):線性三段論推理的fMRI研究”(09JDXMXLX02)

2010－5－23

B84

A

1000－5455(2011)04－0120－06

【責(zé)任編輯:王建平】