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传递性推理认知与神经机制研究

张仲明  
【摘要】:传递性推理(Transitive reasoning/transitive inference,简称TI)是指由两个或两个以上的具有传递性关系的判断构成的推理,是一种间接关系推理,它要求必须从前提关系中演绎合成没有一同呈现的前提项之间的关系,是演绎推理的一种特殊类型。从动物到人类,都可以表现出传递性推理。而传递性推理行为是人类适应环境的一种重要能力,在我们生活中无处不在,无时不有。同时,传递性推理是认知发展的一种核心能力,是解释推理乃至思维的重要窗口。传递性推理在儿童的认知发展中扮演着重要作用。Flavell预言“个体传递性关系推理的实质和发展仍将是一个活跃并充满争论的课题”。传递性推理的认知与神经机制研究具有重要的科学价值和应用价值,是目前认知心理学、思维心理学、认知神经科学等的研究热点及焦点。在国际权威的Science、Nature、Nature Neuroscience、Neuron、PNAS、Trends in CognitiveScience和Psychological Review等学术刊物上发表了部分有关传递性推理的行为、fMRI、PET、ERP、眼动和脑损伤的研究报告与综述评论。因此,综合利用传统的行为研究与ERP技术等现代化研究手段,系统研究传递性推理的认知机制和神经机制,其科学价值不仅在于揭示传递性推理过程的神经机制,还在于揭示神秘的大脑是如何进行高级思维的,可见传递性推理研究的应用价值是显而易见的。 在实际生活中,通常存在着三种传递性推理情境:一是真传递性推理,该情境中的传递性是确定的,个体根据传递性关系做出确定的传递性推理结论:二是社会性情境,该情境中的传递性是不确定的,在该情境中,关系是否传递需要根据实际的情况和社会经验来确定。三是否定性传递性推理,根据前提关系得出不能进行传递性的必然结论。这三类推理的传递性程度不同,传递性程度最高者为真传递性推理,社会性传递性推理次之,否定传递性推理的传递性最低。显然,在现实生活中,人们面临更多的是不确定情境中的传递性推理。但这种具有不确定性的传递性推理广泛存在又很少受到研究者的关注。这种传递性推理是个体在面临不确定情境中的一个传递性推理事件(例如:A是B同学,B是C同学,A是C的同学吗?)时,需要根据实际情境和相关的社会经验和知识来做出传递性推理。本研究主要考察传统的传递性推理(真传递性推理)和这种不确定情境中的传递性推理(社会性传递性推理)以及否定传递性推理(也称非传递性推理)过程的认知与神经机制。为此,本研究发展并增加了一种新的研究任务——“好朋友”任务结合传统的传递性研究任务,进行行为研究和ERP实验研究来具体探讨真传递性推理和社会性传递性推理及否定传递性推理的推理过程、策略运用和影响因素以及神经机制。本研究分为四各部分:第一部分主要为实验一,以大学生为对象,以真传递性推理任务和社会性传递性推理的“好朋友”式任务来考察不同意识度下传递性推理过程,进一步深入研究传递性推理的认知过程与机制。第二部分主要为实验二,仍然以大学生为对象,采用与实验一相似的任务设计来考察不同难度下的传递性推理过程,进一步研究传递性推理的认知过程与机制。第三部分为实验三,从发展角度重点研究从3岁到7岁儿童在解决这三类传递性推理任务时,推理能力的发展、发展速度和策略发展状况,这是对三类传递性推理的发展进行探索性研究。第四部分为实验四,以大学生为被试,采用ERP技术来研究这三类传递性推理任务所诱发的事件相关电位,初步分析不同类别的传递性推理所诱发的ERP情况,通过偶极子朔源分析,进一步确定参与传递性推理的脑区情况。初步探讨传递性推理的神经机制。 第一部分对三种传递性推理的推理过程的认知和机制进行研究,同时探讨意识度对解决三类传递性推理的影响。研究目的:(1)通过系统操纵传递性推理的确定性水平:即从否定到不确定性情境最后到肯定水平,来考察被试的传递性推理过程,以及各种水平上传递性推理的策略;(2)通过系统操纵传递推理前提项的意识度水平,来考察被试在不同意识度下解决传递性推理问题的规律、策略及认知机制,重点研究传递性推理的认知机制。研究方法:采用经典传递性任务和“好朋友”任务对81名大学生进行传递推理的过程和策略研究,并在实验之后测试被试对前提项的意识度水平。研究结果:(1)总体而言,不同推理类型具有不同的水平的推理能力。在三类传递性推理中,社会性传递性推理能力发展最强,其次是否定性传递性推理,最差的是真传递性推理。(2)总体而言,在不同的推理类型中,对前提项层次关系的意识度其作用机制和效果不同。在真传递性推理中,随意识度的增高个体解决传递性推理问题的能力显著增强;在社会性传递性推理中,意识度的差异不显著,但仍表现出随意识度增高,解题正确率和通过人次增高的趋势。在否定性传递性推理.中,意识度的作用机制与效果和社会性传递性推理相似。在反应时上,出现了反应时随意识度的增加而降低的趋势。(3)个体解决不同的传递性推理问题时,策略的使用有所不同。在社会传递性推理中,策略使用相对均衡。在否定传递性推理中,个体主要使用知识经验策略。在高意识度情况下,个体解决问题时主要使用逻辑推理策略和知识经验策略,而假设举例策略使用得相对比较少。在部分意识度下,个体主要使用逻辑推理策略和知识经验策略。在无意识状态下,逻辑推理策略和知识经验策略以及假设举例策略等在解决传递性推理问题时运用得相对均衡。(4)文理科对解决三种类型的传递性推理问题的正确率、通过率、反应时和策略运用等都不存在显著影响。 第二部分主要是研究任务难度对传递性推理的影响。采用与实验一相似的范式,以真传递性推理任务和社会性传递性推理的“好朋友”式任务来考察不同难度下的真传递性推理和社会传递性的推理过程,深入研究传递性推理的认知过程与机制。研究目的:(1)再次探讨个体解决不同类型的传递性推理问题的能力、速度和策略使用等特征和规律:(2)任务难度对个体解决不同类型的传递性推理问题能力、速度的影响;(3)研究任务难度对个体解决不同类型的传递性推理,策略使用的影响。研究方法:采用经典传递性任务和“好朋友”任务对73名大学生被试进行传递推理的过程和策略研究。并在实验之后测试被试对任务难度的估计。研究结果:(1)总体而言,不同推理类型具有不同水平的推理能力。在真传递性推理和社会传递性推理中,真传递性推理的解题能力明显弱于社会性传递性推理,与实验一具有相似的能力模式。而且,真传递性推理的解题速度显著快于社会性传递性推理。(2)总体而言,各传递性推理类型解题正确率有随估计难度增高而不断下降的趋势。随着难度的提高,个体解决两类传递性推理的通过率具有下降的趋势。从反应时来看,两种类型的传递性推理三难度水平之间反应时差异不显著。但社会传递性推理的反应时显著长于真传递性推理。(3)个体解决不同传递性推理时,主要使用逻辑推理、知识经验和假设举例等三种策略。个体在解决不同类别的传递性推理问题时,难度估计不同,策略的使用也不平衡。在相同难度下,个体在解决真传递性推理问题和社会性传递性推理问题时表现了相似的策略使用趋向。从同一策略在不同的传递性推理和不同难度水平上的使用情况看,逻辑推理策略和知识经验策略在两种类型的传递性推理中,在三种难度水平上表现出相似的均衡性;假设举例策略在两种不同类型的传递性推理中,在三种难度水平上使用不均衡,在真传递性推理难于社会性传递性推理的情况下更常使用。(4)文理科对解决两种类型的传递性推理问题的正确率、通过率、反应时和策略使用等都不存在显著影响。 第三部分主要从发展角度重点研究从3岁到7岁儿童解决三类传递性推理任务的能力发展、速度发展和策略发展状况,这是对三类传递性推理的发展进行探索性研究。研究目的:(1)探讨三种不同类型的传递性推理(真传递性推理、社会传递性推理和否定传递性推理)解题能力的发展特点和规律;(2)探讨儿童解决三类传递性推理的年龄特征:(3)探讨儿童解决三类传递性推理问题时,策略类型及发展规律。研究方法:运用经典传递性任务和“好朋友”任务,以图片形式对139名3-7岁儿童进行单独逐一测试。记录其解题的正误和对解题策略的口语报告。研究结果:(1)三类不同传递性推理具有各自不同的发展趋势和规律。发展最快的是真传递性推理,其次是否定传递性推理,发展最慢的是社会传递性推理。个体解决三类传递性推理问题的能力随年龄的增长而不断增强。但个体在不同年龄、不同类型的三项系列问题上所表现出的能力水平存在较明显的不平衡性,某些类型上表现出的能力萌发较迟,成熟较晚,发展较慢,一些传递性推理类型能力较萌发较早,发展也较快。不同类型的推理,儿童的传递性推理能力发展有不同的起始点、快速发展时期以及初步形成期。(2)年龄是影响三种传递性推理能力发展的一个重要因素。年龄因素影响了被试解题能力、速度。(3)3-7岁儿童在解决三类传递性推理问题时主要使用了猜测策略、视觉判断策略、定向反应策略、经验推测策略和逻辑推理策略。在不同的年龄阶段,儿童主要使用的策略不同,一些策略使用得早并占据主导地位,一些策略使用得晚,但逐渐代替前期策略而占据主导地位。在不同的推理类型中,视觉判断策略、定向反应策略、经验推测策略相对比较均衡,仅逻辑推理策略在真传递性推理中发展快,而在社会传递性推理的使用中发展相对滞后。 第四部分是对真传递性推理和社会传递性推理以及否定传递性推理的神经机制进行研究。研究目的:(1)初步分析不同类别的传递性推理所诱发的ERP情况,研究各种传递性推理过程中的时程变化:(2)通过偶极子朔源分析,初步确定参与传递性推理的脑区情况;(3)初步揭示传递性推理的神经机制;研究方法:本研究利用ERP技术,通过记录具有相似刺激形式的三种不同类型的传递性推理前提所诱发的事件相关电位,对16名右利手大学生被试进行传递性推理的神经机制研究,实验任务为经典的传递性推理任务和新发展的“好朋友”传递性推理任务。研究结果:(1真传递性推理、社会性传递性推理和否定传递性传递性推理三种推理任务所诱发的ERP的走势基本相同,波形略有不同:在时间窗口180-260ms内,三种推理任务都出现了一个P2成分,但波幅上有差异;在300-380ms内,三种推理任务都出现了一个P3成分,波幅上也有差异;随后,三种任务类型均诱发一个晚期正成分(LPC)。这些波与传递性推理的前提项识别过程、关系整合过程和推理判断过程有关。(2三种传递性推理任务与基线激活的差异表现出相似的特征,即P2成分基线和推理任务差异不显著,具有共同的识别过程,在P3成分都与基线出现差异,表现出关系整合的差异性,在晚期正成分(LPC)上差异不显著,表现出具有共同的判断过程。(3偶极子溯源定位结果为180-260ms内社会性传递推理和它的基线的差异波的发生源,偶极子主要位于后扣带回和布罗德曼23区。870-920ms的时间窗口内社会性传递推理和它的基线的差异波的发生源,偶极子主要位于左侧颞叶和梭状回。


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