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演绎推理形式作为人类基本的思维形式,对人类科学、文化以及日常生活的都有基础作用,而三段论正是其中一种最为常见和重要的演绎推理形式。在关于演绎推理的文献中,存在心理逻辑理论和间模型操作的心里逻辑理论之争。前者强调推理过程对命题的句法和逻辑的语言加工,后者强调通过语义建立空间模型进行操作以完成推理。脑成像研究表明不同类型的推理对两个系统的依赖有所不同。Goel等人(2000)的脑成像研究使用与前提无关的句子作为基线,其中得到语言(句法)区的激活,提示三段论推理涉及语言加工成分。然而Fangmeier等人(2006)的研究使用记忆任务作为基线,提示关系推理的加工过程并不涉及语言加工。该结果还提示Goel等人(2000)的研究中所得到的语言区激活可能只是由对命题的记忆导致的,不能表明三段论需要精细的语言加工。此外,已有的一些推理形式(命题推理、关系推理、类比推理)的研究显示前额叶(BA10)在推理过程中产生激活,该区域也被认为是推理加工中整合运算的核心区域之一。但Goel等人(2000)的三段论的脑成像研究中却没有发现前额叶(BA10)在加工过程中的激活,这可能与该研究范式中没有能够完全分离出推理整合阶段的脑激活有关。本研究改进以往关于三段论研究的范式,以事件相关fMRI技术来解决以上问题。
以记忆维持任务为基线条件,将三段论推理分为前提加工、整合和核对三个阶段,分别得出三段论推理三个阶段的脑激活模式。在两种条件中,均为三个命题逐次呈现,依次与推理加工的三个阶段对应。推理任务为判断能否从头两个命题推理出第三个命题,而记忆任务则为判断第三个命题是否与头两个命题中的任何一个一致。在数据分析中,采用推理条件的各个阶段对应减去记忆条件的各个阶段,从而得到三段论推理的三个阶段的激活模式。结果发现:推理的前提加工阶段没有任何激活。整合阶段发现了Broca区(左侧BA44)的大量激活,以及Wernicke区(左侧BA40)和右侧上颞叶的部分激活,却没有发现前额叶(BA10)的激活。核对阶段跟整合阶段的激活模式接近,得到了左侧额叶(BA44、10)、左侧颞叶(BA40、20)以及右侧颞叶的激活。此外,结果还显示了推理任务所得到的激活模式呈现明显的左半球优势。左侧尾状核体部在推理的第二个阶段激活。
前提加工阶段的结果说明了对于推理中的命题加工,并没有产生比对命题记忆更多的加工。整合阶段中,Broca区的激活可能是由精细的句法加工导致的,而Wernicke的激活可能是由命题语义复述导致的,右侧颞叶的激活可能跟心理模型的加工相关,而该阶段发现前额叶(BA10)的激活可能是因为三段论是一种与语言高度结合的推理,不像其他类型的推理那样需要抽象的运算。而核对阶段中得到与整合阶段相近的激活模式可能说明了推理中整合过程的神经兴奋传递活动。左半球的优势提示了对于三段论推理,心理逻辑系统相比起心理模型系统占主导作用,而右半球的激活提示这两个系统在三段论加工也可能并存。尾状核体部的激活提示三段论加工是一个高度自动化的过程。