演绎推理认知神经研究

刘志雅

(华南师范大学心理应用研究中心，广东 广州 510631)

演绎推理认知神经研究

刘志雅

(华南师范大学心理应用研究中心，广东 广州 510631)

本文从线性三段论推理、范畴三段推理和条件推理三方面简述了当前演绎推理认知神经研究的进展;从三方面归纳了近年来各类型演绎推理脑成像研究的脑激活区域，介绍了若干典型研究的技术模型;分析了当前研究的两方面分歧，即左右半球优势加工分歧、语义依赖和独立分歧，初步提出了当前研究的若干思路。

演绎推理 线性三段论 范畴三段论 条件推理 脑成像

一、引 言

演绎推理是逻辑推理的核心内容，是指从一般向特殊的推理过程。演绎推理，通常包括线性三段论推理(关系推理)、范畴三段论推理和条件推理(假言推理)。在认知领域，主要理论有规则理论、心理模型理论和双机制理论。

规则理论认为，人们在推理过程中使用的是抽象的、没有内容限制的推理规则来进行有效的推理，就像逻辑学中根据大、小前提推演出结论一样，依赖固有的逻辑语言，根据推理规则来进行推理。心理规则通常以句法和命题的形式来构建。心理模型理论认为，人们通过构建心理模型来表征已有前提的状况，通过一系列的模型操作进行推理。心理模型通常以视觉或者空间信息来构建。双机制理论则主张，人可以依据逻辑进行推理，也可以依据经验进行推理。双机制理论认为，只有在没有适合的背景知识可供参考的条件下，人们才会基于形式逻辑结构进行推理。［1］

三个方面的理论目前仍在争论之中，当前，不少研究者转而寻求大脑的认知神经研究证据的支持。另外，探索演绎推理的特异性脑区，也引发研究者极大的兴趣。本文从线性三段论推理、范畴三段论推理和条件推理三个方面综述当前若干研究进展。

二、线性三段论推理

当前，线性三段论推理的认知神经研究围绕着“视觉表象”、“空间表征”和“语言加工区”与线性三段论推理的关系展开。早在1965年De Soto的一项行为研究发现，让人们判断“A比B矮，B比C矮，因此A比C矮”要比判断“A比B高，B比C高，因此A比C高”更加困难。他认为，“高于”关系比“矮于”关系更容易进行“视觉－空间”表征，因此主张线性三段论推理依赖于“视觉－空间”表征。

Johnson－Laird等［2］主张的心理模型理论支持线性三段论推理依赖视觉空间表征的观点。由于空间信息加工脑区的认知神经研究表明，大脑右侧半球以及顶叶可能是支持空间信息加工的关键性区域，因此，研究者们围绕着“视觉表象”、“空间表征”与线性三段论推理的关系展开了一系列的研究。

Goel等［3］研究了线性三段论推理的脑成像，结果认为，线性三段论推理是一个言语信息的加工过程，而不是空间信息加工过程。他们使用了下述含有空间关系线性三段论推理和无空间关系的线性三段论推理任务。

有空间关系的线性三段论推理:军官在将军的旁边，士兵在将军的后面，士兵在军官的后面吗?

无空间关系的线性三段论推理:军官比将军重，将军比士兵重，士兵比军官轻吗?

使用了言语理解任务作为基线任务，具体为判断推理中涉及了几个人。结果表明，有无空间关系的两种线性三段论推理激活了相似的脑区。从而推断，线性三段论推理不依赖空间信息的加工。

与基线任务进行比较，Goel等［3］主张线性三段论推理的特异性脑区包括左腹侧额叶(BA45，47)、左侧额中回(BA46)、左侧颞中回(BA21，22)、左侧颞下回和颞上回(BA22，37)、左侧扣带回(BA32，24)等区域。没有观察到空间关系加工脑区的激活，如与空间工作记忆有关的右侧脑区，典型的有右腹侧额叶(BA47)、右侧顶叶(BA40)和右侧枕叶(BA19)。

我们分析，Goel等使用的基线任务(言语理解)如果也激活了右侧脑区，相减后可能会掩盖了右侧与空间关系加工相关脑区的激活量。虽然言语理解作为基线任务只是判断涉及了推理的人数，但阅读有明显空间方位词的句子，也可能会在推理前激活了与空间信息加工有关的右侧脑区。Knauff等［4］还认为，Goel等的研究没有考虑“视觉表象”对推理的作用。Knauff等认为，Goel等有空间关系线性三段论推理和无空间关系的线性三段论推理均容易形成“视觉表象”，即可以通过具体生动的表象，来表征推理命题的内容，而并非Johnson－Larid等主张的抽象的“空间表征”，这样，Goel等所谓的空间关系，可能只是一种视觉关系而已。为此，他们设计了不容易形成视觉关系的线性三段论推理。

有空间关系的线性三段论推理:狗比猫靠近北边，猫比猴靠近北边，狗比猴靠近北边吗?

无空间关系的线性三段论推理:狗比猫好，猫比猴好，狗比猴好吗?

Knauff等［4］改用静息状态作为基线任务，结果发现，两种推理均激活了右侧脑区。比较两种推理发现，两者激活了相似的脑区，但在反应时的比较上，有空间关系线性三段论推理比无空间关系的线性三段论推理更快。Knauff等推测认为，“空间表征”是线性三段论推理的真正促进者，特别是在视觉表象不容易形成的条件下尤甚。

Goel等［5］的一个研究支持了双机制理论。双机制理论认为，人可以依据逻辑进行推理，也可以依据经验进行推理，逻辑推理依赖一个“额叶－顶叶系统”来实现，而经验推理依赖一个“额叶－颞叶”系统来进行。人们只有在没有经验知识可利用的情况下，才起用逻辑推理系统。为此，他们设计了“熟悉情景”推理和“陌生情景”推理。

熟悉情景推理:巴黎在伦敦南面，伦敦在艾丁堡南面，巴黎在艾丁堡南面吗?

不熟悉情景推理:AI实验室在Roth中心南面，Roth中心在Cedar大厅南面，AI实验室在Cedar大厅南面吗?

他们使用了无逻辑推理作为基线任务，如“西班牙在意大利西面，意大利在希腊西面，爱尔兰在瑞士西面吗?”结果表明，熟悉情景比陌生情景的推理更多地激活了双侧枕区皮层(BA18，19)、右侧颞下回(BA37)、双侧后海马;而陌生情景推理比熟悉情景推理更多地激活了双侧顶上回(BA7)和双侧额上回(BA6)。

Goel［6］总结了七个线性三段论推理的脑成像研究，演绎推理激活了左右半球的多个脑区，见表1。

三、范畴三段论推理

范畴三段论推理又称量词推理，被认为是最典型的演绎推理之一，如:

一些保险员是商人。

所有的商人都是教徒。

因此一些保险员是教徒。

主张心理模型理论的 Johnson－Laird［2］就推测认为，右脑和顶叶是演绎推理的脑区。Goel［7］的一项PET研究表明，范畴三段论推理仅仅激活了左腹侧额叶(BA47)和左枕上回(BA19)，没有观察到右侧脑或者顶叶脑区激活。推理材料如:

一些军官是将军。

所有的士兵都不是将军。

一些军官不是士兵吗?

随后 Goel的一项 fMRI的研究表明［3］，使用文前提到的句子理解基线任务，范畴三段论推理比基线任务更多地激活了左腹侧额叶(BA45，47)、左侧额中回(BA46)等，也没有发现右侧脑区和顶叶脑区获得激活。

然而，Goel等［8］的一项 fMRI的研究改变了其之前的观点。他们改用抽象的范畴三段论材料，如“所有的P是B，所有的C是P，所有的C是B吗?”结果发现，抽象的范畴三段论推理比具体的三段论推理更多地激活双侧枕叶、双侧顶上(下)小叶、双侧额中回以及双侧中央前回。

早期，Osherson等［9］的一项研究中，使用了类似Goel的推理材料，如:

所有的面包师都不下棋。

一些棋手喜欢听歌剧。

一些听歌剧的不是面包师吗?

结果发现右枕叶、右基底神经节和左前额皮层获得激活。

我们分析认为，具体实物的范畴三段论推理需要借助语义系统来进行，所以更多地激活左侧脑区，而当使用抽象的范畴三段论推理，更可能反映了演绎推理的功能性脑区，可能就在Johnson－Laird所推测的右脑和顶叶。有关范畴三段论推理激活的脑区见表2。

表1 七个线性三段论推理脑成像研究的脑激活区域

表2 五个三段论推理脑成像研究的脑激活区域

四、条件推理

条件推理(假言推理)是演绎推理的一个主要研究领域，哲学家、逻辑学家和心理学家对此进行了广泛的研究。一般而言，条件推理有以下四种形式:

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。

这里，四种推理中，只有肯定前件式与否定后件式推理是有效推理。这里，四种推理形式中的前件(A)和后件(B)都是以肯定的形式出现，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种假言推理的形式。

Noveck等［10］使用了几何图形等较为简单的材料研究了条件推理的神经机制。材料如:

如果有一个黑色正方形，那么有一个黄色的圆形。

有一个黑色正方形。

有一个红色圆形吗?

结果表明，无论是MP或者MT形式，均激活了左侧顶叶和额叶。研究还发现，MT比MP更多地激活了右侧前额叶。

Wason四卡片选择作业是当前最常见的条件推理任务。如一面是字母另一面是数字的四张卡片，字母要么是E，要么是K;数字要么是4，要么是7，如:、、、。

要求选择和翻看最少的卡片检验规则“如果卡片的一面是元音字母，那么另一面是偶数”。四种卡片的选择，表示了四种条件推理形式的推理倾向，大量的结果表明，一半左右的被试选择E和4，只有少数约4%的被试正确地选择了E和7。刘志雅等认为［11］，前者是证真思维，后者是证伪思维，大多数人都倾向于证真。

Canessa等［12］使用了一些社会内容的四卡选择任务来研究演绎推理的脑区。材料如:

社会交换任务:

如果你给我一些向日葵种子，那么我给你一些粟色花瓣。

结果表明，双侧的枕叶、顶叶和额叶都获得广泛的激活，结果进一步表明，左半球前额叶的推理活动独立于社会内容，而社会内容或者世界知识更多地影响右半球的推理活动。

Houde等［13］通过训练被试找“反例”的策略来进行选择作业，从而克服选择作业中“知觉匹配偏向”，结果发现，训练后的被试比不训练的被试更多地激活了左额叶进行推理。

Parsons和 Osherson［14］使用了更复杂条件推理材料，并且只使用了无效的推理形式，如:

如果他的房子被抵押了，那么他已经结婚了。

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

他的房子没有被抵押。

结果发现了右半球额下和颞间的激活，并主张把该区域作为“演绎推理的指令区”(deduction module)。

表3表示了六个条件推理脑成像研究的脑激活区域。

五、小 结

综合结果表明，当前演绎推理认知神经研究表现出以下两方面的分歧。第一方面，左右半球优势加工分歧。Goel等主张演绎推理是左半球加工优势，包括额下［7］、额颞［3］、枕额顶［15］、枕 额颞顶叶［16］。Osherson等主张演绎推理是右半球优势，有右侧颞和额叶［9］［14］。Knauff等则主张双侧激活，如双侧额颞顶区［3］。还有联合加工的观点，如主张左半球负责语义，右半球负责推理［17］。因此，演绎推理的加工脑区仍然存在分歧，也成为当前研究的主要争论点。

表3 六个条件推理脑成像研究的脑激活区域

第二方面，演绎推理和语言加工脑区的关系上存在分歧，即语义依赖和语义独立的加工分歧。支持依赖语言区［3，7，16］，而 Parsons 等［14］和 Monti等［18］则支持独立于语言区。

对于上述两方面分析，我们认为，第一，任务的差异。Osherson 等［9］和 Parsons等［14］的研究只使用了无效的三段论推理任务，而Goel等［7］使用的任务使用的是有效的三段论推理任务，这样会导致使用不同的推理策略，导致不同的脑区加工差异。第二，可能错误地使用了演绎推理任务，只是使用了假设检验任务。Reverberi等［19］研究表明，时间压力和通过率会促使被试使用著名的“气氛效用”策略，而没有使用逻辑推理。第三，不同基线任务问题。基线不同，既导致演绎推理脑区不同的解释，也会导致语言在推理中的作用的不同估计。例如，Goel等［8］使用的基线任务和推理任务前提相同，只是结论不同(演绎推理任务通常由前提和结论两部分构成)，基线任务的结论使用了与前提无关的内容。这种基线任务的问题是，被试仅仅依据“带有新词的结论就是无效的”来进行反应，而不必要进行完整的推理过程。此外，由于前提句和结论句间隔3秒，在被试读到结论句前，演绎推理可能已经发生了。这样，减掉这样的基线激活量，可能减掉了一些演绎推理的关键元素。Goel和 Dolan［15－17］的研究使用的基线任务也存在着这个问题。其他的一些基线任务，例如常用的静息基线任务，则无法区分阅读和推理的激活。

因此，研究更巧妙的实验任务，设计更合理的基线任务，揭示人类高级心理过程的心理机制，是当前演绎推理认知神经研究的方向。

［1］刘志雅.思维心理学.广州:暨南大学出版社，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

刘志雅(1971—)，男，广东韶关人，心理学博士，华南师范大学心理应用研究中心副教授。

全国教育科学十一五规划一般项目“学生归纳推理中相似性和类别标签的作用”(BBA100018);教育部人文社会科学青年项目“多重类别学习系统的认知机制研究”(08JCXLX004);广东省高等学校人文社会科学研究基地项目“演绎推理的认知神经功能区:线性三段论推理的fMRI研究”(09JDXMXLX02)

2010－5－23

B84

A

1000－5455(2011)04－0120－06

【责任编辑:王建平】