分类:理性思维渠道的激活

来自Big Physics

研究背景和研究问题

在日常生活中,我们会经常用到推理能力。比如说,“如果我期末考试考砸了,那么我会受到父母的批评”、“如果明天下雨,那么体育课改上语文课”。具体来说,这些被称之为条件推理。有趣的是,研究者们发现一个相同的推理逻辑,如果使用了脱离现实情境的内容,那么会变得很困难,反过来说,如果使用了现实生活中日常的内容,那么会容易很多。

比如,有一道心理学上非常经典的测试题,叫做沃森测试(Wason, 1968),这个测试给被试呈现四张卡片(E、F、4、7),卡片正面是字母,反面是数字,被试只能看到其中一面,要求被试通过翻看最少数量的卡片来检验这么一条规则“如果卡片的一面是元音字母,那么另一面必定为偶数”的真伪。结果发现,只有很少的被试能够给出正确答案,即翻开“E”和“7”。大多数被试会翻开“E”来看看它的另一面是否为偶数,这是正确的。除此之外,还有一部分被试还会翻开“4”来看看它的另一面是否为元音字母,然而,这是错误的,因为这条规则没有限定辅音字母的背面就不能是偶数。正确做法还有翻开“7”这一步,因为按照该规则,奇数的另一面不能是元音字母,翻开这张卡片可以检验这一点。所以正确做法是翻开“E”和“7”。这个推理过程对于有些读者来说可能有些困难,可能要花费很多的时间才能搞明白。

但是,如果把这道题中的内容换成生活中熟悉的事物,就会容易得多。有研究者Griggs and Cox (1982)给被试呈现了这么四张卡片(喝啤酒、喝可乐、16、22),告诉被试这代表了四位顾客在酒吧所购买的饮料或者年龄,要求被试检验这家酒吧是否遵守了这么一条规则“如果有人喝啤酒,那么该人的年龄必须超过19岁”。在这道题中,大部分被试(74.1%)做出了正确选择,即翻开“喝啤酒”和“16”。那么问题来了,为什么这两道在逻辑上完全相同的题目,只是在内容上存在具体和抽象的差异,被试的行为表现差异这么大?背后有怎样的神经基础?先后完成这两道题目会否有促进或者抑制?大脑是如何实现这个促进或者抑制过程的?

前人研究

Goel, Shuren, Sheesley, and Grafman (2004)考察了前额叶受损的病人与健康人在推理任务上的表现,发现两组人在抽象推理上表现差不多;相比于抽象推理任务,健康人在社会推理任务(包含日常生活中具体的内容)上明显表现得更容易,但前额叶受损的病人却没有。而且,左侧前额叶受损的病人比右侧前额叶受损的病人受到的影响更大。他们据此认为左侧前额可能比右侧前额叶更多地参与社会推理。最新的一项元分析(Wertheim & Ragni, 2020)荟萃了该类任务的一系列脑成像研究,具体内容的推理激活了内侧前额叶、和左侧顶下小叶,抽象内容的推理激活了左侧额下回、左侧额中回、内侧前额叶和顶枕脑区,两者共同激活的脑区为内侧前额叶和顶叶脑区。此外,对于我们关心的,违反世界知识(world knowledge)的具体内容推理(即,有具体内容,但该内容与现实生活中的情况脱钩、甚至违反,比如说“年满19岁才能喝可乐”),该研究只搜集到三段论推理研究中的数据,发现与符合世界知识的推理激活了左侧额下回,而违反世界知识的推理不仅激活左侧额下回,还激活左侧额中回。

总结来说,抽象内容的推理比具体内容推理更多地消耗大脑认知资源,违反世界知识的推理比符合世界知识的推理也更多地消耗了大脑认知资源。需要注意的是,Wertheim and Ragni (2020)的元分析汇总了该问题上众多的脑成像研究,这些研究之间的结果差异也很大,其中一些研究着重考察社会推理和非社会推理(Canessa et al., 2005)、社会推理和预警推理(Fiddick, Spampinato, & Grafman, 2005)的比较,认为不同内容和情境的推理有着不同的脑机制。

关于人类的推理过程,研究者们提出了一些理论来理解它。比如,有研究者提出心理模型理论(mental model theory; Johnson-Laird, 1980),认为推理过程是人们在对信息进行心理建模之后对模型进行保持和操作的过程,该过程可能需要右侧半球和顶叶脑区的参与。在条件推理中,具体推理明显比抽象推理容易,很有可能是因为前者比后者更容易建立和维持心理模型。还有研究者认为推理过程也可以用双过程理论(dual process model; Wason & Evans, 1974)来解释,该理论认为系统1(也被称为“快系统”)参与自动化的、与情绪情感相关的加工,系统2(也被称为“慢系统”)参与深思熟虑的理性分析,这两个过程分别激活额叶-颞叶通路和顶叶通路(Goel & Dolan, 2003)。在条件推理中,具体推理明显比抽象推理容易,很有可能是依靠了快速反应的系统1,而不是深思熟虑的系统2。

在现实的教与学过程中,教师和学生常常面对的是抽象的推理。或者说教学目标常常是希望学生一套通用的逻辑思路,以便学生能灵活运用在各种具体情景中;而不是让学生记住一两个具体情境,以便在遇到新情境时生搬硬套。那么,有没有办法让学生可以更好地学会抽象推理、培养抽象推理的能力呢?在教学实践中,教师通常会以日常生活中的事物为例阐述抽象难懂的知识点,来帮助学生理解;同时,在讲完一个抽象难懂的知识点之后,会拿出一些具体的例子供学生练习。因此,一个很自然的问题是,先给学生提供具体推理任务,会否促进他们随后抽象推理任务上的表现;反过来,当他们(正确地)完成抽象推理任务后,是否也能促进随后在具体推理任务上的表现。

有研究表明,不同版本的沃森测试会相互影响(Cox & Griggs, 1982; Fiddick, Brase, Cosmides, & Tooby, 2017)。Cox and Griggs (1982)制作了三个版本的沃森测试:喝酒年龄问题、服饰颜色问题(如果一个人穿蓝衣服,那么他必定年满19岁)、字母数字问题。采用启动范式,让被试先后完成不同版本的任务。他们发现,服饰颜色问题或字母数字问题使得喝酒年龄问题的正确率降低;喝酒年龄问题会提高颜色服饰问题的正确率;喝酒年龄问题、服饰颜色问题都不会提高字母数字问题的正确率。Fiddick et al. (2017)在此基础上进一步考察道德推理、社会契约推理、预警推理之间的启动效应。然而,这些研究都是以正确率为指标来考察不同版本任务间的相互影响,尚未有研究采用更精细的指标(如反应时)和脑成像技术考察该影响背后的神经基础。

实验计划

研究思路

  1. 核磁内的启动研究。看看先学会了具体逻辑是否可以促进抽象逻辑(基线是先学一个无关的具体逻辑,再学相同的抽象逻辑),看看这个促进效应是由哪些脑区活动所支持的。
  2. TMS干预研究。同样采用启动范式,不过是行为研究,其中一组采用TMS抑制掉促进效应的脑区,另一组不抑制,看看能否使得促进效应消失。或者反过来,其中一组用TMS活化促进效应的脑区,另一组不活化,看看促进效应是否加强。
  3. 师生互动的近红外研究。一组教师借助具象逻辑来讲解抽象逻辑,另一组不借助,比较两组的师生(在促进效应的脑区上的)脑同步差异。

核磁研究相当于学生在读教材(有生动例子,没有生动例子);TMS研究相当戴着黑科技设备读教材;然而,黑科技直接干预脑子在推广起来总是让人心存顾虑,经红外研究相当于使用教师的语言和人际互动来刺激学习者的脑子。

材料

拓展了的问题

下面这些拓展问题主要考虑到问题是否贴近生活经验还是违反生活经验(考察直觉对这个决策的影响),需要用到的概念是否比较抽象(考虑抽象概念对决策的影响)。

题目一

四张卡片,正面颜色,反面数字,规则:红色卡片的反面必须是大于18的数字。请问要检验这四张牌是否符合这个规则,至少要翻开哪几张牌的另一面?

① ② ③ ④

13 23 红色 绿色

题目二

四个年轻人,去酒吧点红酒或者绿茶,规则:点酒精饮料的人必须年满18周岁。下面是四个人的年龄或者所点的饮料,请问要查验他们是否违规,至少应该查验哪几个人的年龄或者所点的饮料?

① ② ③ ④

13 23 红酒 绿茶

题目三

四张卡片,正面颜色,反面数字,规则:红色卡片的反面必须是大于22的数字。请问要检验这四张牌是否符合这个规则,至少要翻开哪几张牌的另一面?

① ② ③ ④

13 23 红色 绿色

题目四

四个年轻人,去酒吧点红酒或者绿茶,规则:点酒精饮料的人必须年满22周岁。下面是四个人的年龄或者所点的饮料,请问要查验他们是否违规,至少应该查验哪几个人的年龄或者所点的饮料?

① ② ③ ④

13 23 红酒 绿茶

题目五

四张卡片,正面颜色,反面数字,规则:红色卡片的反面必须是大于14的数字。请问要检验这四张牌是否符合这个规则,至少要翻开哪几张牌的另一面?

① ② ③ ④

13 23 红色 绿色

题目六

四个年轻人,去酒吧点红酒或者绿茶,规则:点酒精饮料的人必须年满14周岁。下面是四个人的年龄或者所点的饮料,请问要查验他们是否违规,至少应该查验哪几个人的年龄或者所点的饮料?

① ② ③ ④

13 23 红酒 绿茶

题目七

四张卡片,正面颜色,反面性别,规则:红色卡片的反面必须属于男人。请问要检验这四张牌是否符合这个规则,至少要翻开哪几张牌的另一面?

① ② ③ ④

男 女 红色 绿色

题目八

四个年轻人,去酒吧点红酒或者绿茶,规则:点绿茶的人必须是男的。下面是四个人的年龄或者所点的饮料,请问要查验他们是否违规,至少应该查验哪几个人的年龄或者所点的饮料?

① ② ③ ④

男 女 红酒 绿茶

题目九

四张卡片,正面颜色,反面性别,规则:红色卡片的反面必须属于女人。请问要检验这四张牌是否符合这个规则,至少要翻开哪几张牌的另一面?

① ② ③ ④

男 女 红色 绿色

题目十

四个年轻人,去酒吧点红酒或者绿茶,规则:点绿茶的人必须是女的。下面是四个人的年龄或者所点的饮料,请问要查验他们是否违规,至少应该查验哪几个人的年龄或者所点的饮料?

① ② ③ ④

男 女 红酒 绿茶


改成单独提问的版本

单独提问可能更加适合做脑活动的研究。

一个供应红酒和绿茶的酒吧有一个规则:点绿茶的人必须是男的。你是负责检查的服务员。如果你遇到一个“男”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查

一个供应红酒和绿茶的酒吧有一个规则:点绿茶的人必须是男的。你是负责检查的服务员。如果你遇到一个“女”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查

一个供应红酒和绿茶的酒吧有一个规则:点绿茶的人必须是男的。你是负责检查的服务员。如果你遇到一个“点红酒”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查

一个供应红酒和绿茶的酒吧有一个规则:点绿茶的人必须是男的。你是负责检查的服务员。如果你遇到一个“点绿茶”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查


改成带有奖励(incentive)的单独提问的版本

有了依赖被试行为的奖励和惩罚可能可以促进被试做更加严肃和细致的思考。

一个供应红酒和绿茶的酒吧有一个规则:点绿茶的人必须是男的。每天都有大约20%的人违规。你是负责检查的服务员。如果你查到一次违规,则你的老板会给你20元的奖励;如果你检查了一个人,但是那个人没有违规,则你需要掏出两元钱来给这个被你打扰的人。

现在,如果你遇到一个“男”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查

现在,如果你遇到一个“女”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查

现在,如果你遇到一个“点红酒”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查

现在,如果你遇到一个“点绿茶”的,请问你是否要查验其是否违规:

① ②

检查 不检查

参考文献

  1. Canessa, N., Gorini, A., Cappa, S. F., Piattelli-Palmarini, M., Danna, M., Fazio, F., & Perani, D. (2005). The effect of social content on deductive reasoning: an fMRI study. Hum Brain Mapp, 26(1), 30-43. doi:10.1002/hbm.20114
  2. Cox, J. R., & Griggs, R. A. (1982). The effects of experience on performance in Wason’s selection task. Memory & cognition, 10(5), 496-502.
  3. Fiddick, L., Brase, G. L., Cosmides, L., & Tooby, J. (2017). Rethinking relevance: Repetition priming reveals the psychological reality of adaptive specializations for reasoning. Evolution and Human Behavior, 38(3), 366-375. doi:10.1016/j.evolhumbehav.2016.11.008
  4. Fiddick, L., Spampinato, M. V., & Grafman, J. (2005). Social contracts and precautions activate different neurological systems: an fMRI investigation of deontic reasoning. Neuroimage, 28(4), 778-786. doi:10.1016/j.neuroimage.2005.05.033
  5. Goel, V., & Dolan, R. J. (2003). Explaining modulation of reasoning by belief. Cognition, 87(1), B11-B22. doi:10.1016/s0010-0277(02)00185-3
  6. Goel, V., Shuren, J., Sheesley, L., & Grafman, J. (2004). Asymmetrical involvement of frontal lobes in social reasoning. Brain, 127(Pt 4), 783-790. doi:10.1093/brain/awh086
  7. Griggs, R. A., & Cox, J. R. (1982). The elusive thematic‐materials effect in Wason's selection task. British journal of psychology, 73(3), 407-420.
  8. Johnson-Laird, P. N. (1980). Mental models in cognitive science. Cogn Sci, 4(1), 71-115.
  9. Wason, P. C. (1968). Reasoning about a rule. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 20(3), 273-281.
  10. Wason, P. C., & Evans, J. S. B. (1974). Dual processes in reasoning? Cognition, 3(2), 141-154.
  11. Wertheim, J., & Ragni, M. (2020). The Neurocognitive Correlates of Human Reasoning: A Meta-analysis of Conditional and Syllogistic Inferences. J Cogn Neurosci, 32(6), 1061-1078. doi:10.1162/jocn_a_01531

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