演繹推理認知神經研究

劉志雅

(華南師范大學心理應用研究中心，廣東 廣州 510631)

演繹推理認知神經研究

劉志雅

(華南師范大學心理應用研究中心，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述了當前演繹推理認知神經研究的進展;從三方面歸納了近年來各類型演繹推理腦成像研究的腦激活區域，介紹了若干典型研究的技術模型;分析了當前研究的兩方面分歧，即左右半球優勢加工分歧、語義依賴和獨立分歧，初步提出了當前研究的若干思路。

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容，是指從一般向特殊的推理過程。演繹推理，通常包括線性三段論推理(關系推理)、范疇三段論推理和條件推理(假言推理)。在認知領域，主要理論有規則理論、心理模型理論和雙機制理論。

規則理論認為，人們在推理過程中使用的是抽象的、沒有內容限制的推理規則來進行有效的推理，就像邏輯學中根據大、小前提推演出結論一樣，依賴固有的邏輯語言，根據推理規則來進行推理。心理規則通常以句法和命題的形式來構建。心理模型理論認為，人們通過構建心理模型來表征已有前提的狀況，通過一系列的模型操作進行推理。心理模型通常以視覺或者空間信息來構建。雙機制理論則主張，人可以依據邏輯進行推理，也可以依據經驗進行推理。雙機制理論認為，只有在沒有適合的背景知識可供參考的條件下，人們才會基于形式邏輯結構進行推理。［1］

三個方面的理論目前仍在爭論之中，當前，不少研究者轉而尋求大腦的認知神經研究證據的支持。另外，探索演繹推理的特異性腦區，也引發研究者極大的興趣。本文從線性三段論推理、范疇三段論推理和條件推理三個方面綜述當前若干研究進展。

二、線性三段論推理

當前，線性三段論推理的認知神經研究圍繞著“視覺表象”、“空間表征”和“語言加工區”與線性三段論推理的關系展開。早在1965年De Soto的一項行為研究發現，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。他認為，“高于”關系比“矮于”關系更容易進行“視覺－空間”表征，因此主張線性三段論推理依賴于“視覺－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空間表征的觀點。由于空間信息加工腦區的認知神經研究表明，大腦右側半球以及頂葉可能是支持空間信息加工的關鍵性區域，因此，研究者們圍繞著“視覺表象”、“空間表征”與線性三段論推理的關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，結果認為，線性三段論推理是一個言語信息的加工過程，而不是空間信息加工過程。他們使用了下述含有空間關系線性三段論推理和無空間關系的線性三段論推理任務。

有空間關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?

無空間關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?

使用了言語理解任務作為基線任務，具體為判斷推理中涉及了幾個人。結果表明，有無空間關系的兩種線性三段論推理激活了相似的腦區。從而推斷，線性三段論推理不依賴空間信息的加工。

與基線任務進行比較，Goel等［3］主張線性三段論推理的特異性腦區包括左腹側額葉(BA45，47)、左側額中回(BA46)、左側顳中回(BA21，22)、左側顳下回和顳上回(BA22，37)、左側扣帶回(BA32，24)等區域。沒有觀察到空間關系加工腦區的激活，如與空間工作記憶有關的右側腦區，典型的有右腹側額葉(BA47)、右側頂葉(BA40)和右側枕葉(BA19)。

我們分析，Goel等使用的基線任務(言語理解)如果也激活了右側腦區，相減后可能會掩蓋了右側與空間關系加工相關腦區的激活量。雖然言語理解作為基線任務只是判斷涉及了推理的人數，但閱讀有明顯空間方位詞的句子，也可能會在推理前激活了與空間信息加工有關的右側腦區。Knauff等［4］還認為，Goel等的研究沒有考慮“視覺表象”對推理的作用。Knauff等認為，Goel等有空間關系線性三段論推理和無空間關系的線性三段論推理均容易形成“視覺表象”，即可以通過具體生動的表象，來表征推理命題的內容，而并非Johnson－Larid等主張的抽象的“空間表征”，這樣，Goel等所謂的空間關系，可能只是一種視覺關系而已。為此，他們設計了不容易形成視覺關系的線性三段論推理。

有空間關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?

無空間關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］改用靜息狀態作為基線任務，結果發現，兩種推理均激活了右側腦區。比較兩種推理發現，兩者激活了相似的腦區，但在反應時的比較上，有空間關系線性三段論推理比無空間關系的線性三段論推理更快。Knauff等推測認為，“空間表征”是線性三段論推理的真正促進者，特別是在視覺表象不容易形成的條件下尤甚。

Goel等［5］的一個研究支持了雙機制理論。雙機制理論認為，人可以依據邏輯進行推理，也可以依據經驗進行推理，邏輯推理依賴一個“額葉－頂葉系統”來實現，而經驗推理依賴一個“額葉－顳葉”系統來進行。人們只有在沒有經驗知識可利用的情況下，才起用邏輯推理系統。為此，他們設計了“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實驗室在Roth中心南面，Roth中心在Cedar大廳南面，AI實驗室在Cedar大廳南面嗎?

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

Goel［6］總結了七個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腦區，見表1。

三、范疇三段論推理

范疇三段論推理又稱量詞推理，被認為是最典型的演繹推理之一，如:

一些保險員是商人。

所有的商人都是教徒。

因此一些保險員是教徒。

主張心理模型理論的 Johnson－Laird［2］就推測認為，右腦和頂葉是演繹推理的腦區。Goel［7］的一項PET研究表明，范疇三段論推理僅僅激活了左腹側額葉(BA47)和左枕上回(BA19)，沒有觀察到右側腦或者頂葉腦區激活。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 fMRI的研究表明［3］，使用文前提到的句子理解基線任務，范疇三段論推理比基線任務更多地激活了左腹側額葉(BA45，47)、左側額中回(BA46)等，也沒有發現右側腦區和頂葉腦區獲得激活。

然而，Goel等［8］的一項 fMRI的研究改變了其之前的觀點。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?”結果發現，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枕葉、雙側頂上(下)小葉、雙側額中回以及雙側中央前回。

早期，Osherson等［9］的一項研究中，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?

結果發現右枕葉、右基底神經節和左前額皮層獲得激活。

我們分析認為，具體實物的范疇三段論推理需要借助語義系統來進行，所以更多地激活左側腦區，而當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，可能就在Johnson－Laird所推測的右腦和頂葉。有關范疇三段論推理激活的腦區見表2。

表1 七個線性三段論推理腦成像研究的腦激活區域

表2 五個三段論推理腦成像研究的腦激活區域

四、條件推理

條件推理(假言推理)是演繹推理的一個主要研究領域，哲學家、邏輯學家和心理學家對此進行了廣泛的研究。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，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單的材料研究了條件推理的神經機制。材料如:

如果有一個黑色正方形，那么有一個黃色的圓形。

有一個黑色正方形。

有一個紅色圓形嗎?

結果表明，無論是MP或者MT形式，均激活了左側頂葉和額葉。研究還發現，MT比MP更多地激活了右側前額葉。

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

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

Canessa等［12］使用了一些社會內容的四卡選擇任務來研究演繹推理的腦區。材料如:

社會交換任務:

如果你給我一些向日葵種子，那么我給你一些粟色花瓣。

結果表明，雙側的枕葉、頂葉和額葉都獲得廣泛的激活，結果進一步表明，左半球前額葉的推理活動獨立于社會內容，而社會內容或者世界知識更多地影響右半球的推理活動。

Houde等［13］通過訓練被試找“反例”的策略來進行選擇作業，從而克服選擇作業中“知覺匹配偏向”，結果發現，訓練后的被試比不訓練的被試更多地激活了左額葉進行推理。

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

如果他的房子被抵押了，那么他已經結婚了。

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

他的房子沒有被抵押。

結果發現了右半球額下和顳間的激活，并主張把該區域作為“演繹推理的指令區”(deduction module)。

表3表示了六個條件推理腦成像研究的腦激活區域。

五、小 結

綜合結果表明，當前演繹推理認知神經研究表現出以下兩方面的分歧。第一方面，左右半球優勢加工分歧。Goel等主張演繹推理是左半球加工優勢，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勢，有右側顳和額葉［9］［14］。Knauff等則主張雙側激活，如雙側額顳頂區［3］。還有聯合加工的觀點，如主張左半球負責語義，右半球負責推理［17］。因此，演繹推理的加工腦區仍然存在分歧，也成為當前研究的主要爭論點。

表3 六個條件推理腦成像研究的腦激活區域

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

對于上述兩方面分析，我們認為，第一，任務的差異。Osherson 等［9］和 Parsons等［14］的研究只使用了無效的三段論推理任務，而Goel等［7］使用的任務使用的是有效的三段論推理任務，這樣會導致使用不同的推理策略，導致不同的腦區加工差異。第二，可能錯誤地使用了演繹推理任務，只是使用了假設檢驗任務。Reverberi等［19］研究表明，時間壓力和通過率會促使被試使用著名的“氣氛效用”策略，而沒有使用邏輯推理。第三，不同基線任務問題?；€不同，既導致演繹推理腦區不同的解釋，也會導致語言在推理中的作用的不同估計。例如，Goel等［8］使用的基線任務和推理任務前提相同，只是結論不同(演繹推理任務通常由前提和結論兩部分構成)，基線任務的結論使用了與前提無關的內容。這種基線任務的問題是，被試僅僅依據“帶有新詞的結論就是無效的”來進行反應，而不必要進行完整的推理過程。此外，由于前提句和結論句間隔3秒，在被試讀到結論句前，演繹推理可能已經發生了。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鍵元素。Goel和 Dolan［15－17］的研究使用的基線任務也存在著這個問題。其他的一些基線任務，例如常用的靜息基線任務，則無法區分閱讀和推理的激活。

因此，研究更巧妙的實驗任務，設計更合理的基線任務，揭示人類高級心理過程的心理機制，是當前演繹推理認知神經研究的方向。

［1］劉志雅.思維心理學.廣州:暨南大學出版社，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，廣東韶關人，心理學博士，華南師范大學心理應用研究中心副教授。

全國教育科學十一五規劃一般項目“學生歸納推理中相似性和類別標簽的作用”(BBA100018);教育部人文社會科學青年項目“多重類別學習系統的認知機制研究”(08JCXLX004);廣東省高等學校人文社會科學研究基地項目“演繹推理的認知神經功能區:線性三段論推理的fMRI研究”(09JDXMXLX02)

2010－5－23

B84

A

1000－5455(2011)04－0120－06

【責任編輯:王建平】