歸納推理的假設(shè)過程及其神經(jīng)機(jī)制.pdf

1、歸納推理的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究起步更晚，近十年來，僅有少數(shù)文獻(xiàn)考察了歸納推理活動的相關(guān)腦皮層區(qū)域，尚無研究者深入討論這些腦皮層區(qū)域在歸納推理活動中的各自作用及動態(tài)加工機(jī)制。為研究這一動態(tài)過程，有必要借用時間分辨率更高的技術(shù)手段來考察歸納推理的神經(jīng)過程?？梢约俣?，歸納推理的過程包括以下三個主要環(huán)節(jié)，一是注意與知覺分析，二是提取共同點，三是形成假設(shè)并驗證假設(shè)。其中，后兩個環(huán)節(jié)可以看作歸納推理的重要過程。迄今為止，只有兩項研究對歸納推理中的核心認(rèn)

2、知成分(尋找共同性)進(jìn)行了考察，而且這兩項研究也沒有直接考察歸納推理活動本身，因為他們的實驗任務(wù)在性質(zhì)上都只是類別形成與應(yīng)用的任務(wù)。盡管歸納推理與類別形成存在共同的認(rèn)知成分，即抽取共同點，但在真實的歸納推理任務(wù)中抽取共同點是為了基于共同點形成更上位的概念，而類別形成僅僅是形成一個類別。最為重要的是，對于假設(shè)形成與檢驗的這兩個重要的環(huán)節(jié)，目前尚無研究。 基于此，本研究設(shè)置了一個與日常思維中的歸納推理過程相似的實驗任務(wù)，考察被試在此

3、任務(wù)中發(fā)現(xiàn)客體間共同特征并在合理的范圍內(nèi)概括成一種規(guī)律性的假設(shè)的過程。在本研究的4個實驗中，給被試同時(或繼時)呈現(xiàn)在不同知覺維度上變化的前提客體，即電池圖片，這些電池有的有電，有的無電，要求被試通過觀察與比較，概括什么類型的電池有電。當(dāng)被試通過歸納概括得出一個結(jié)論時，我們使用一個探測刺激來探測被試是否得出正確的結(jié)論。在此任務(wù)中，被試發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程即是歸納的過程，而應(yīng)用歸納的過程(即被試對探測刺激的反應(yīng))則可看作演繹過程，本研究的重點為

4、歸納的過程。在實驗1中，給被試同時呈現(xiàn)一組電池，要求被試發(fā)現(xiàn)什么類型的電池有電并對探測刺激進(jìn)行反應(yīng)。電池組分為可概括與不可概括兩種實驗條件。在可概括條件下，有電的電池共享某一知覺特征(如都是長方形)，在不可概括條件下，有電的電池不共享知覺特征。行為結(jié)果表明，被試在可概括條件下的反應(yīng)時顯著短于不可概括條件下的反應(yīng)時。 實驗1的ERP結(jié)果表明在可概括條件下頭皮前部的N1潛伏期顯著短于在不可概括條件下的潛伏期，這與行為結(jié)果一致。在較晚

5、的時間窗口內(nèi)(420ms之后)，可概括條件引發(fā)了波幅更大的LPC。從可概括條件下較短行為反應(yīng)時與較早的N1潛伏期，可以認(rèn)為，在本實驗中的歸納概括任務(wù)中，被試會十分快速地發(fā)現(xiàn)客體中的規(guī)律性并準(zhǔn)確地進(jìn)行反應(yīng)，換言之，人們能在早到70ms的時間把有規(guī)律的刺激(可概括條件)從無規(guī)律(不可概括條件)的刺激中區(qū)分出來。當(dāng)然，這種區(qū)分僅僅發(fā)生于注意或加工資源的分配上，真正辨別出規(guī)律并將規(guī)律性的知識存儲于工作記憶發(fā)生于較晚的時間窗口內(nèi)。實驗1發(fā)現(xiàn)，可概

6、括條件與不可概括條件在波幅上的顯著差異發(fā)生于420ms之后的LPC。通過對歸納概括任務(wù)與關(guān)系判斷任務(wù)在波形上的對比，我們發(fā)現(xiàn)在310ms左右，被試就已經(jīng)形成了一個初步的假設(shè)，這說明，對刺激相似度的識別在310m之前就基本結(jié)束。因此，我們認(rèn)為，實驗1中的LPC最可能的認(rèn)知過程涉及知識背景的更新。通過對任務(wù)的分析，不難看出，被試在不可概括條件下不能概括出一種關(guān)于何種類型的電池有電的新知識，故而不需要更新知識系統(tǒng)；相反，在可概括條件下他們可以

7、概括出如“長方形電池有電”這一新知識，這一新形成的知識立即更新認(rèn)知系統(tǒng)，并將之存儲于工作記憶中。 在實驗1雖然發(fā)現(xiàn)了假設(shè)檢驗的環(huán)節(jié)，但由于是同時呈現(xiàn)刺激，很難精確地考察到假設(shè)檢驗過程。在實驗2-4中，繼時呈現(xiàn)刺激，三個實驗的結(jié)果一致表明，假設(shè)檢驗的不同結(jié)果會在不同時間窗口內(nèi)引發(fā)不同的腦電成分，反應(yīng)了歸納推理中假設(shè)檢驗的不同認(rèn)知加工階段對不同腦區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不同程度的調(diào)用。 例如，在實驗2中，先后給被試呈現(xiàn)兩張電池的圖片，這

8、兩電池都有電，且共享某一知覺特征，如長方形。在任務(wù)驅(qū)動下，被試會注意到這一共享特征，并可能形成一個初步的假設(shè)，如“長方形電池有電”。然后呈現(xiàn)第三塊電池。設(shè)置了三種實驗條件，在假設(shè)不變條件下，第三塊電池不共享前兩塊電池的知覺特征，且無電。在假設(shè)增強(qiáng)條件下，第三塊電池共享前兩塊電池的知覺特征且有電。在假設(shè)否定條件下，第三塊電池共享前兩塊電池的知覺特征但無電。實驗2的行為結(jié)果表明，在假設(shè)增強(qiáng)條件下，被試的記憶得到了增強(qiáng)，反應(yīng)正確率最高，在假設(shè)

9、否定條件下，由于記憶已經(jīng)被刷新，不需要提取記憶，故而也有較高的反應(yīng)正確率。實驗2的腦電結(jié)果不僅支持了行為結(jié)果，還提供了更豐富的信息。在假設(shè)檢驗的早期注意階段，就發(fā)現(xiàn)了顯著的實驗條件主效應(yīng)。在增強(qiáng)條件下，燈泡是“亮”的，而在其它兩種條件下燈泡是暗的，所以他們在增強(qiáng)條件下立即注意到燈泡的知覺特征，引起較大的P1波幅。這一結(jié)果再次說明，在歸納概括任務(wù)中，被試在早期的注意階段就能將不同實驗條件區(qū)分開來。不同實驗條件在早期注意階段的腦電差異也在實

10、驗4被發(fā)現(xiàn)。 在假設(shè)檢驗的知覺分析階段也存在顯著的實驗條件主效應(yīng)，不過這一知覺階段的主效應(yīng)具有任務(wù)具體性，在實驗1與實驗2的任務(wù)中沒有出現(xiàn)這一效應(yīng)，主要原因可能是實驗條件之間細(xì)微差異。比如，在實驗3的假設(shè)不變條件下，被試可能會因為假設(shè)不變條件的刺激恒定性與假設(shè)無關(guān)性而減少對腦電誘發(fā)刺激的關(guān)注，所以他們在假設(shè)不變條件下的知覺努力就少于另外兩種條件。 另一與假設(shè)檢驗過程無直接相關(guān)卻在類別歸納的學(xué)習(xí)中相當(dāng)重要的過程是沖突檢測與

11、相似度分析。這一過程在本研究的實驗2中被揭示。在實驗2的三種實驗條件中，假設(shè)增強(qiáng)條件下的腦電誘發(fā)刺激(即第三塊電池及其上方的燈泡)與被試所形成的假設(shè)的表征在電池的知覺特征與燈泡的知覺特征均無沖突，相似度最高；在假設(shè)否定條件下，盡管電池的知覺特征與假設(shè)一致，但燈泡的知覺特征與假設(shè)有沖突，故而相似度次之；假設(shè)不變條件下，電池與燈泡的知覺特征均與假設(shè)不一致，沖突最多，相似度最低。三種實驗條件在相似度的遞變正好與刺激呈現(xiàn)300ms左右的波幅遞變

12、相吻合。假設(shè)增強(qiáng)條件引起了最大的頂部正波，假設(shè)不變條件在這一時間段內(nèi)波幅最低，卻在前部體現(xiàn)出最負(fù)的負(fù)波。對這一時間窗口差異波的定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)其主要發(fā)生源位于尾狀核附近，反映了尾狀核在學(xué)習(xí)刺激與類別間的新聯(lián)結(jié)或規(guī)則的重要的作用。 本研究的最重要發(fā)現(xiàn)是在實驗2-4一致發(fā)現(xiàn)了與假設(shè)檢驗過程直接相關(guān)的關(guān)鍵波形，即500ms左右的假設(shè)否定正波(HRP)。與假設(shè)增強(qiáng)條件和假設(shè)不變條件相比，假設(shè)否定條件引發(fā)了波幅更大的LPC。 HRP可

13、能反應(yīng)了假設(shè)評估與相應(yīng)的記憶更新與維持。在本研究的后三個實驗中，假設(shè)的評價結(jié)果有假設(shè)不變、假設(shè)增強(qiáng)與假設(shè)否定三種，但三個實驗均發(fā)現(xiàn)HRP只在假設(shè)否定與其它兩種實驗條件間存在顯著的差異，在假設(shè)不變與假設(shè)增強(qiáng)之間并沒有顯著的差異。這可能是因為假設(shè)增強(qiáng)條件并沒有更新認(rèn)知系統(tǒng)，被試的知識狀態(tài)沒有得到改變，記憶沒有被刷新。而在假設(shè)否定條件下，存在知識系統(tǒng)與記憶背景的更新，所以引發(fā)了較大的LPC。 最為重要的是，反映LPC波幅變化的直接心理

14、過程可能不是記憶更新的結(jié)果，而是更新的過程，而記憶更新過程會更多地涉及工作記憶的另一成分的功能，即中央執(zhí)行系統(tǒng)(CE)。中央執(zhí)行系統(tǒng)不僅在工作記憶實時更新的過程中有著重要的作用，在本研究的假設(shè)檢驗過程中也行使了重要的功能。通過對不同實驗條件之間在HRP時間窗口內(nèi)的差異波的顱內(nèi)源的偶極子定位，進(jìn)一步支持了這一觀點。從三個實驗的定位結(jié)果來看，扣帶回作為差異波的顱內(nèi)源，在三個實驗均被發(fā)現(xiàn)。而研究表明，扣帶回尤其是扣帶前回與中心控制(CE)功能

15、有關(guān)。在本研究中，需要調(diào)用與整合不同信息，如根據(jù)燈泡的亮度信息判斷存儲于工作記憶中與電池某一知覺特征(或形狀或顏色)相聯(lián)系的假設(shè)是否成立，如果成立，原假設(shè)或知識則保持于記憶中，如果不成立則要刷新記憶并在動作準(zhǔn)備上抑制由原假設(shè)自動誘發(fā)的準(zhǔn)備動作。 本研究雖然首次以ERP技術(shù)考察了人類的高級認(rèn)知活動一歸納推理的假設(shè)過程，發(fā)現(xiàn)了與假設(shè)形成與檢驗相關(guān)的腦電成分，但仍存在以下問題。 第一，研究內(nèi)容上對假設(shè)形成過程探討不深入。本研究

16、雖然在實驗1中重點探討了假設(shè)形成過程的神經(jīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了P310這一與假設(shè)形成相關(guān)的特異成分。但這一成分從波形上看并不明朗，其反應(yīng)的認(rèn)知過程是否真的反應(yīng)了一個初期假設(shè)的形成過程有待進(jìn)一步的驗證。 第二，定位的準(zhǔn)確性問題。本研究為了探討造成不同實驗條件間腦電差異的顱內(nèi)源，采用了偶極子定位的方法。從定位結(jié)果來看，其精準(zhǔn)性是令人懷疑的，這主要緣于相應(yīng)技術(shù)與算法本身的限制。 第三，假設(shè)增強(qiáng)與假設(shè)不變從理論上看是不同的兩個過程，至少