演绎推理是基于规则还是模型(刘昌2010) by M FL

心理科学进展 2010, Vol. 18, No. 2, 237–243 Advances in Psychological Science

演绎推理是基于规则还是模型？ ——来自空间推理的证据* 张小将 1

刘

昌 1 刘迎杰 2

(1 南京师范大学教育科学学院暨认知神经科学实验室, 南京 210097) (2 江西师范大学教育学院, 南昌, 330022)

摘

要

对空间推理的研究有助于探明其加工机制以及验证心理逻辑理论和心理模型理论。行为研究

通过考察多种影响空间推理的因素(如心理模型数量、前提的对象顺序等)证实了心理模型理论的预测。脑成像的研究表明, 空间推理活动主要激活枕-顶-额脑区网络, 顶区可能是推理的特异性脑区。研究的结果同样支持心理模型理论。未来的研究应该整合演绎推理的不同理论, 加强对不同演绎推理任务的研究, 并将脑成像技术与 EEG 或 ERP 结合起来, 进一步探明人类空间推理的机制。关键词

空间推理; 心理模型理论; 心理逻辑理论; 功能磁共振成像; 正电子发射断层扫描

分类号

B842

人类是如何表征前提的？这是演绎推理研

问题。不确定问题至少有两种或两种以上心理模

究中的一个重要问题。对此心理学上有两种不同

型, 因此也被称为多模型问题。无论是确定问题

的观点, 即心理逻辑理论(Mental Logic Theory)

还是非确定问题, 都可能包含对结论没有影响的

和心理模型理论(Mental Model Theory)。心理逻

无关前提(如问题 1 和 3 中的第一条前提)。在不

辑理论主张人类以命题或语言来表征前提, 并通

确定问题中, 有些问题是存在有效结论的(如问

过对形式规则(formal rules)的操作进行推理。推

题 3), 而有些问题无法得出适合所有模型的结论,

理问题的难度由得出结论所需要的规则数量和

即无有效结论(如问题 4)。

每条规则的难度决定 (Braine & O’Brien, 1998;

相对于其他的演绎推理任务, 空间推理问题

Rips, 1994)。相反, 心理模型理论认为, 推理不需

比较简单且容易理解, 对于模型数量等变量的操

要应用逻辑规则, 而是通过对心理模型的建构与

作也比较方便。因此, 它被广泛用于验证心理逻

操作来实现的, 心理模型的数量决定了推理问题

辑理论和心理模型理论。行为研究通过考察模型

的难度(Byrne & Johnson-Laird, 1989; Johnson-

数量、前提对象顺序、问题材料等因素的影响从

Laird, 2001)。

而证实了心理模型理论的观点, 但这类研究仅通

空间推理(spatial reasoning)或空间关系推理

过反应时和正确率等外在指标来推测被试的加

(spatial relational reasoning)是涉及空间领域的推

工过程。近年来, 部分研究者借助于脑成像技术

理, 它是演绎推理中关系推理的一种特殊形式,

考察空间推理的大脑活动情况, 并进一步对两种

通常要求从描述空间关系的前提中推论出隐含

理论进行了验证。

在其中的结论(具体见表 1)。根据前提所表述的整

1 支持心理模型理论的证据

体关系是否确定, 空间推理问题可以分为确定问

1.1 行为研究

题(如问题 1、2)和不确定问题(如问题 3、4)。确

1.1.1 心理模型数量决定任务难度

定问题只有一种心理模型, 因而也被称为单模型

支持心理模型理论的最直接证据来自于对不同模型数量空间推理问题的研究。根据心理模

收稿日期: 2009-07-07

型理论的观点, 模型而非规则数量决定了问题的

* 江苏省研究生科研创新计划项目(CX09B_077R)和南京

难度。已有研究表明, 在不同条件下, 多模型问

师范大学 09 年度优秀博士学位论文培育项目

题均难于单模型问题, 研究的结果证实了心理模

(1243211601019)资助。

型理论的观点。

通讯作者: 刘昌, E-mail: cglew@163.com 237

-238-

2010 年

心理科学进展表 1 Johnson-Laird & Byrne (1991) 使用的空间推理任务

问题 1

问题 3

A 在 B 的右边

B 在 A 的右边

C 在 B 的左边

D 在 C 的前面

E 在 B 的前面

D 和 E 之间是什么关系？

模型: C － B － A

︱

A － B ︱

︱

问题 2

问题 4

A 在 B 的右边

B 在 A 的右边

C 在 B 的左边

D 在 C 的前面

E 在 A 的前面

D 和 E 之间是什么关系？

－

模型: C － B － A

A － B

C － B

︱

Byrne 与 Johnson-Laird (1989) 比较了推理的步骤(即心理规则)和模型的数量在预测空间推

包含无关前提, 多模型问题的正确率均低于单模型问题。

理问题难度方面的差异。在第一个实验中, 问题

对不同材料的空间推理问题的研究进一步

需要的推理步骤是不变的, 但模型数量不同(问

支持了上述的结果。研究中使用的任务类似于表

题 2 和问题 3)。在第二个实验中单模型问题比多

1 中问题 1、2 和 3, 以句子或图表(如“A B”, 表示

模型问题需要更多的步骤(问题 1 和问题 3)。研究

A 在 B 的左边)的形式呈现。结果发现, 图表形式

结果表明, 多模型问题比单模型问题更难, 但需

的问题比句子形式的更容易, 但两种材料的多模

要更多推理步骤的问题并不比需要更少步骤的

型问题均比单模型问题难 (Boudreau & Pigeau,

问题难。 Byrne 的研究仅以正确率为指标 ,

2001)。虽然前提的顺序及空间的维度都影响被试

Carreiras 等(1997)对此做了改进, 记录每类问题

的成绩, 但在所有条件下, 多模型问题均难于单

的前提阅读时间、问题回答时间及错误的百分比,

模型问题(Boudreau, Pigeau, & McCann, 2002)。

并将空间与非空间的推理问题进行比较。实验所

心理模型理论以工作记忆理论对模型数量

使用的问题与上述 Byrne 的研究相似, 但使用系

影响任务难度的现象进行了解释, 认为工作记忆

列呈现和同时呈现两种方式。结果表明, 在两种

容量限制了被试处理并比较多个模型的能力, 从

呈现方式下, 单模型问题都比多模型问题的正确

而影响被试的推理成绩 (Johnson-Laird, 2001)。

率更高, 反应时更短。对空间和时间推理问题的

Oberauer 等(2006)证实了工作记忆容量对心理模

研究也得到相似的结果 (Vandierendonck &

型建构的影响。研究表明, 工作记忆容量高与低

Vooght, 1996)。在空间和时间领域, 单模型问题

的被试在空间推理方面的差异主要表现为成功

的前提阅读时间及结论反应时间都比多模型问

建构心理模型的概率不同。虽然研究证实了心理

题短, 反应的正确率更高。Schaeken 等(1998)通

模型理论的观点, 但也有研究者提出了质疑。批

过系统地操纵无关前提(即分别设置无或有无关

评者认为, 心理模型理论并没有提出一个明确计

前提的单模型和多模型问题 ), 进一步考察了模

算心理模型数量的方法。模型数量是每条前提模

型数量对任务成绩的影响。结果发现, 无论是否

型数量的总和, 还是符合所有前提的结论的模型

第 18 卷第 2 期

演绎推理是基于规则还是模型？——来自空间推理的证据

-239-

数量, 或者是每条前提的模型数量加上结论的模

知 ” 原则和 “ 旧－新 ” 原则 (Hörnig, Oberauer, &

型数量(Bonatti, 1998)？

Weidenfeld, 2005; Hörnig, Weskott, Kliegl, &

1.1.2 前提的对象顺序影响推理过程

Fanselow, 2006; Hörnig, Oberauer, & Weidenfeld

心理模型理论认为, 演绎推理包括三个阶段:

2006)。

(1)前提加工阶段。被试通过阅读第一条前提建构

前提的对象顺序同样影响结论的产生。这在

一个最初的心理模型。(2)前提整合阶段。被试将

三段论推理的研究中已经得到证实, 如前提“所

其他前提整合形成一个整体的模型, 并得出假定

有的 A 是 B, 所有的 B 是 C”, 被试更容易得到“所

的结论。(2)确认阶段。被试通过建构前提的其他

有的 A 都是 C”而不是“所有的 C 都是 A”的结论。

模型来确定假定的结论是否正确 (Johnson-Laird

在涉及关系词“在…左(右)边”的三个对象空间推

& Byrne, 1998)。已有研究表明, 前提的对象顺序

理问题中, AB-BC 的对象顺序更容易得出 A-C

对不同的加工阶段都有重要影响, 研究的结果支

的结论, 而 BA-CB 的对象顺序更容易得出 C-A

持心理模型理论的观点。

的结论(Oberauer, Hörnig, Weidenfel, & Wilhelm,

在前提加工阶段, 对象的位置影响其被加工的过程, 空间关系的前提引导被试以某个物体为

2005)。 1.1.3 图表推理易于句子推理

参照物, 另一个物体为目标物(Logan, 1994)。如

根据心理模型理论的观点, 心理模型是图标

“教堂在车站的左边”, 车站被看作为参照物, 教

形式的, 因而图表的前提比句子的前提更容易形

堂则为目标物。Oberauer 等人在此基础上进一步

成心理模型。而从心理逻辑理论的角度来看, 推

提出关系推理任务中存在方向性 (directionality)

理是通过对规则的操作来实现的, 这种操作部分

的观点。例如, 关系词“在…左(右)边”存在反向的

是基于句法结构而进行的, 因而句子形式的前提

作用。对于“A 在 B 的左边”这一前提, 个体是先

应比图表易于进行规则的操作。对涉及不同材料

加工 B, 其次是 A。这一观点得到句子－图片证

的空间推理问题的研究证实了心理模型理论的

实任务的支持。在单个前提的空间描述中, 如果

预测。

图片中的参照物先于目标物出现时, 被试的证实反应时明显更短(Oberauer & Wilhelm, 2000)。

Boudreau 与 Pigeau (2001) 对图表材料与文字叙述的空间推理问题进行了比较。实验设置了

在前提整合阶段, 第二条前提中新的元素被

四种条件: (1)图表(图像), 如“▲ ●”。(2)图表(名

整合到第一条前提所建构的最初的心理模型。因

词), 如“三角形圆形”。(3)句子(图像), 如“▲在●

此, 这一整合过程应该对第二条前提的特点非常

的左边”。(4)句子(名词), 如“三角形在圆形的左

敏感(Hörnig, Oberauer, & Weidenfeld, 2005))。

边”。研究结果显示, 图表形式的问题均比句子形

Oberauer 等人(2005)总结了关系推理中前提整合

式显著容易。在不同的前提顺序和空间维度条件

的三条原则: (1)参照物＝已知原则(relatum=given

下 , 这一效应仍旧存在 (Boudreau, Pigeau, &

principle)。如果第二条前提的参照物在第一条前

McCann, 2002)。Copeland 等人(2007)对空间推理

提中已经给出了, 第二条前提更容易被整合。(2)

年老化的研究进一步支持了上述的结论。其研究

先进先出原则(first-in-first-out principle, FIFO)。

表明, 以句子和词语形式呈现前提时, 老年组的

首先进入工作记忆的信息容易成为最先的输出

推理成绩明显不如青年组, 在不连续的前提条件

结果。(3)旧－新原则(given-new principle)。当第

下尤其明显。但图片形式的前提对老年组的推理

一条前提中的第二个对象在第二个前提中首先

成绩影响不大。

提及时, 前提的整合更为容易。对条件推理、关

1.2 脑成像研究

系推理(涉及空间、时间、比较关系)和三段论推

随着脑成像技术的发展, 关于两种理论的争

理的研究表明, “参照物＝已知”原则和“旧－新”

论也从行为研究转向了对于推理如何在大脑中

原则能够解释大多数的对象顺序效应。对规范(如

进行的问题。按照心理模型理论, 推理是通过对

“A 在 B 的左边”)和不规范(如“B 的左边是 A”)表

模型的操作而实现的, 这一活动应与大脑的视空

述的推理问题、四种不同表述方式的德语推理问

间加工系统有关(Johnson-Laird, 2001), 这一预测

题以及“在…之间”的推理均证实了“参照物＝已

得到多数空间推理的脑成像研究的证实。

-240-

2010 年

心理科学进展

对具体和抽象的空间推理任务的研究表明 ,

Fangmeier 等人以图表形式的前提为材料 ,

两种任务激活了相似的双侧枕－顶－额脑区网

以事件相关功能磁共振成像技术来证实了心理

络, 即双侧枕区(BA17, 18, 19)、双侧顶区(BA7,

模型理论所提出的三个加工阶段的观点。对被试

40)、双侧额叶背部(BA6)、左侧背外侧前额皮层

大脑活动的扫描结果表明, 在不同的加工阶段出

(BA9)等(Goel & Dolan, 2001)。这些脑区主要与视

现了不同的脑区活动特征: (1)在前提加工阶段,

空间加工系统有关, 研究的结果支持心理模型理

双侧枕颞皮层出现更大的激活。(2)在前提整合阶

论的预测。Knaff 等人(2002)对不同通道(听觉和

段, 除双侧枕颞皮层外, 前额叶皮层(BA10, 32)

视觉)的两种推理任务(空间推理与和条件推理)

出现更大的激活。这与临床上对脑损伤病人的研

的研究进一步证实了上述研究结果。研究发现,

究结果一致, 即前额叶损伤严重影响需要整合关

无论是听觉还是视觉呈现, 两种推理任务均激活

系的演绎推理与归纳推理任务的成绩, 但对记忆

了相似的枕－顶－额脑区网络, 包括前额叶皮层

任务影响不大(Waltz, Knowlan, et al., 1999)。(3)

(BA6, 9)和扣带回(BA32)、顶区上部与前部(BA7,

结论的确认阶段激活的脑区除前额叶皮层外, 还

40)、前楔叶(precuneus) (BA 7)、及视觉相关皮层

有顶区后部。具体脑区包括额中回(BA9, 8, 6)、

(BA19)。上述的研究结果也得到了比较空间推理

右侧前扣带回(BA32)、顶叶上部和下部(BA7, 40)

与空间工作记忆任务研究的支持 (Ruff, Knauff,

(Fangmeier, Knauff, Ruff, & Sloutsky, 2006)。虽然

Fangmeier, & Spreer, 2003)。Ruff 等人的研究表明,

在前提加工阶段发现颞区的激活, 但这可能反映

空间推理主要激活枕-顶-额脑区网络, 两种任务

了对前提的理解过程, 而前提整合阶段与结论确

共同激活的神经网络包括双侧的次级视觉皮层、

认阶段额区和顶区皮层的更大激活才反映了真

扣带皮层后部(posterior cingulate cortex)和内侧

正的推理过程, 研究的结果不但表明了存在三个

前额皮层。

不同的加工阶段, 同时也证实了空间推理活动主

虽然上述研究均表明空间推理主要激活枕-

要激活与视空间系统有关的脑区, 从而进一步证

顶-额脑区网络, 但也发现某些视觉有关皮层的

实了心理模型理论的观点。

激活。为了进一步考察视觉信息对空间推理的影

2 支持心理逻辑理论的证据

响, Knauff 对听觉上呈现的四种关系推理任务(通过操纵视觉与空间上的可想像程度分为视空间关系、视觉关系、空间关系、控制关系)进行了考察。研究表明, 所有的推理问题激活了相似的脑区, 视空间关系与空间关系的推理主要导致了左侧颞回中部(BA21)、双侧顶区皮层上部(BA7)、左侧额回中部(BA11)活动增加。然而, 视觉关系的问题除上述激活脑区外, 同时也激活了与 V2

2.1 行为研究虽然空间推理的行为研究基本支持心理模型理论, 但也有研究者持不同的意见。Van der Henst (1999) 认为, 已有的对单模型与多模型问题比较的研究中, 无关前提均放在首位。可能是无关前提的位置而非模型数量影响问题的难度。因此, 他使用类似于 Byrne 等人的单模型和多模型问题, 并在多模型问题中设置两种无关前提的

相应的视觉联系皮层(Knauff, Fangmeier, Ruff, &

位置(分别放在首位或末位)。结果发现, 无关前提

Johnson-Laird, 2003)。与上述研究不同的是, 这一

在末位的多模型问题比无关前提在首位的多模

研究发现了左侧颞区的激活。这种差异可能与研

型问题更容易, 甚至与单模型问题同样容易。此

究中使用的基线任务不同有关。前面所述的研究

后, 他进一步提出, 已有研究主要以确定问题(表

使用与推理相匹配的记忆任务为基线, 而本研究

1 中的问题 2)与不确定(问题 3)进行比较, 问题 3

以被试休息时的大脑活动为基线。Knauff (2006)

的第一条前提使得问题产生了非确定性。大多数

总结认为, 听觉呈现的任务中也发现视觉有关皮

研究者从心理模型理论的观点出发, 认为如果是

层的激活, 这可能与问题包含视觉化信息且必须

以规则进行推理, 则应不考虑第一条前提。但这

在视觉工作记忆中储存与加工有关。但一般的推

种预测是一种错误的观点。被试是否考虑第一条

理过程不需要视觉表象的参与, 更多依赖储存于

前提, 这取决于推理的启发式或策略的方面, 并

顶区皮层的抽象的空间表征。只有这些空间表征

不依赖于推理的途径(即基于规则或模型)。实际

对真正的推理过程来说是关键的。

上, 从心理逻辑理论的观点来看, 问题 3 与问题 2

第 18 卷第 2 期

演绎推理是基于规则还是模型？——来自空间推理的证据

-241-

需要同样多的步骤, 而问题 3 由于涉及不确定性,

总之, 从行为研究来看, 虽然 Van der Henst

某些步骤需要储存更多的信息, 从而导致难度加

等人(2005)的研究表明前提的措词影响结论从而

大。因此, 从心理逻辑理论的观点来看, 多模型

支持心理逻辑理论, 但这项研究中前提的对象顺

问题也应该难于单模型问题 (Van der Henst,

序与措词两项因素混合在一起, 且仅以结论的正

2002)。

确率为反应指标。很可能是前提的对象顺序而非

此后, Van der Henst 等(2005)考察了前提的

措词影响了最终的结论。已有的行为研究从模型

措词、不同呈现方式等因素对结论措词的影响。

数量、前提的对象顺序效应等方面证实了心理模

首先, 前提措词影响结论的表述。这一结果证实

型理论的预测, 研究的结果基本支持心理模型

了心理逻辑理论。因为如果被试建构前提的心理模型, 则前提的措词应不影响结论的措词; 相反, 如果被试通过规则进行推理, 则结论的措词应与前提保持一致。其次, 不同的呈现方式也会影响被试的推理过程。任务(包括前提与问题)同时呈现时, 被试倾向于使用规则进行推理。而在系列呈现时, 被试倾向于使用心理模型进行推理。第三, 前提的顺序、提问的方式(D 和 E 之间是什么关系? 或者 E 和 D 之间是什么关系？)等影响结论的措词, 这一结果支持心理模型理论。据此, 研究者提出了一种折衷观点, 即演绎推理涉及两种推理机制, 被试在具体的推理过程中使用哪种方法, 可能与任务的特点和被试的策略等因素有关。 2.2 脑成像研究从心理逻辑理论的角度来看, 推理是通过对规则的操作而实现的, 应与大脑左半球的语言加工脑区有关(Rips, 1994)。这一点得到早期临床研究的证实。Hier 等人的研究表明, 左脑语言有关区域损伤的被试虽然能使用抽象的词语, 但很难理解空间关系的介词(如在…后面、旁边等), 这些病人在理解视觉空间逻辑关系的任务上成绩明显比正常组差。但右半球损伤的被试并没有表现出这种困难 (Hier, Mogil, Rubin, & Komros, 1980)。

理论。从脑成像研究的结果来看, 多数研究结果表明空间推理活动主要激活视空间加工系统有关的脑区。虽然 Goel 等人 98 年的研究表明空间推理主要激活左侧脑区, 但进一步的审查发现, 该研究使用的是［ 15O］H2OPET 区组(block design) 设计, 对被试脑区的扫描时间超过 1 分钟以上, 扫描的结果主要反映被试阅读前提时的大脑活动 , 而并非真正的推理过程 (Goel & Dolan, 2001)。另外, Goel 等人的研究发现对熟悉内容的空间推理主要激活额-顶通道, 而对不熟悉内容的空间推理激活枕 - 颞通道 (Goel, Makale, & Grafman, 2004), 研究的结果支持主张人类存在两种不同的推理系统的双加工理论 (Evans, 2003)。但是在这项研究中, 使用的任务涉及信念信息, 可能是这种信念的信息导致了颞区的激活。另一种可能的解释是, 颞区的激活可能仅反映了对词语材料前提的理解过程, 这是进行推理的前提条件(Knauff, Fangmeier, Ruff, & JohnsonLaird, 2003)。多数的空间推理问题激活了与视空间加工系统有关的枕-顶-额脑区网络, 研究的结果支持心理模型理论的观点。

3 结语心理逻辑理论与心理模型理论都是对推理

Goel 等人以 12 名正常人为被试, 并以 PET

表征形式的一般假设, 二者都是一种理论框架。

技术扫描被试执行三种类型的演绎推理任务(直

只有两种理论或建立在其基础之上的理论对推

言三段论、三个对象的空间关系和非空间关系推

理机制作出详细的说明, 通过分析支持和反对不

理)时的脑区激活情况。研究的结果表明, 三种推

同理论的证据, 对于推理机制的研究才能取得较

理任务的激活区域主要是左脑, 包括左侧额回下

大的突破。但目前的研究显然还没有达到这一条

部(BA45、47)、左侧额回中部(BA46)、左侧颞回

件, 就空间推理而言, 虽然心理模型理论提出了

中部(BA21、22)、左侧颞回外侧下部及颞回上部

较为详细的解释, 但来自心理逻辑理论的解释却

(BA32、34)。并没有发现右半球或顶区显著的激

相对匮乏, 因而研究虽然证实了心理模型理论,

活(Goel, Gold, Kapur, & Houle, 1998)。这一结果

却也难以驳斥心理逻辑理论。

进一步支持了心理逻辑理论。

总体上看, 已有的行为研究及脑成像研究结

-242-

2010 年

心理科学进展

果基本支持心理模型理论, 但不同的脑成像研究结果之间仍存在某些差异, 这可能与以下原因有关: (1)研究多以要求判断给定结论的方式考察被试的反应, 有的研究只分析正确反应时的脑区激活情况, 而有的研究并没有区分两种情况。而被试对错误与正确结论判断时的大脑活动过程可能是不同的。(2)可能与不同研究中使用的实验设计、刺激类型(如视觉或听觉、言语或图表材料)、图像分析技术等方面的差异有关。(3)不同研究中的任务难度不同。例如, 有的研究中使用一维(左与右)的空间推理问题, 而有的研究中使用了二维(东西南北)的空间推理问题。(4)不同研究中使

Braine, M. D. S., & O’Brien, D. P. (1998). Mental logic. New Jersey, USA: Lawrence Erlbaum Associates Inc. Byrne, R. M. J., & Johnson-Laird, P. N. (1989). Spatial reasoning. Journal of Memory and Language, 31, 74–98. Carreiras, M., & Santamaría, C. (1997). Reasoning about relations: spatial and nonspatial problems. Thinking and Reasoning, 3 (3), 191–208. Capon, A., Handley, S., & Dennis, I. (2003). Working memory

and

reasoning:

individual

differences

perspective. Thinking and Reasoning, 9 (3), 203–244. Copeland, D. E., & Radvansky, G. A. (2007). Aging and integrating spatial mental models. Psychology and Aging, 22(3), 569–579. Evans, J. S. (2003). In two minds: Dual-processing accounts

用的基线任务不同。有的研究中, 基线任务的前

of reasoning. Trends in Cognitive Science, 7(10), 454–459.

提与推理任务相同, 但结论与前提无关或者与前

Fangmeier, T., Knauff, M., Ruff, C. C., & Sloutsky, V.

提 1 相同(或不同)。有的研究中将被试休息时间的脑区活动作为基线。

(2006). fMRI evidence for a three-stage model of deductive reasoning. Journal of Cognitive Neuroscienc, 18(3), 320–334.

未来的研究应从以下几方面加强: (1)整合心

Goel, V., & Dolan, R. J. (2001). Functional neuroranatomy

理逻辑理论、心理模型理论与双加工理论, 形成

of three-term relational reasoning. Neuropsychologia, 39,

更为合理的推理理论。三种理论分别得到不同研究的支持, 它们可能反映了同一问题的不同方面。Schroyens 等人(2003)认为, 心理模型理论也是双加工理论。系统 1 负责在语言与信念的基础上建构前提的最初模型, 系统 2 负责搜索其他可

901–909. Goel, V., Gold, B., Kapur, S., & Houle, S. (1998). Neuroanatomical correlates of human reasoning. Journal of Cognitive Neuroscience, 10, 293–302. Goel, V., Makale, M., & Grafman, J. (2004). The Hippocampal system mediates logical reasoning about

能的模型。虽然这一观点还需要进一步验证, 但

familiar spatial environments, Journal of Cognitive

这无疑是对不同推理理论进行整合的一种有益

Neuroscience, 16(4), 654–664.

探索。(2)心理模型理论与心理逻辑理论都声称是解释所有演绎推理的一般理论, 因而需要结合不同演绎推理任务来对二者进行验证。由于空间推理问题本身包含空间信息, 有可能是这种空间信息导致了视空间加工系统的激活。因此, 在加强对空间推理研究的同时, 大力开展对其他演绎推理的研究, 并将不同研究的结果进行比较, 形成更为普遍的研究结论。(3)将脑成像的研究与 EEG 或 ERP 结合起来, 进一步探明空间推理的脑机制。

(1980). Semantic aphasia: a neglected entity. Brain and language, 10(1), 120–131. Hörnig, R., Oberauer, K., & Weidenfeld, A. (2005). Two principles of premise integration in spatial reasoning. Memory & Cognition, 33(1), 131–139. Hornig, R., Oberauer, K., & Weidenfeld, A. (2006). Between reasoning.

The

Quarterly

Journal

Experimental

Psychology, 59(10), 1805–1825. Hornig, R., Weskott, T., Kliegl, R., & Fanselow, G. (2006). Word order variation in spatial descriptions with adverbs. Memory & Cognition, 34(5), 1183–1192. Johnson-Laird, P. N. (2001). Mental models and deduction.

参考文献 Boudreau,

Hier, D. B., Mogil, S. I., Rubin, N. P., & Komros, G. R.

Trends in cognitive sciences, 5(10), 434–442. G.,

Pigeau,

(2001).

The

mental

representation and processes of spatial deductive reasoning with diagrams and sentences. International Journal of Psychology, 36 (1), 42–52. Boudreau, G., Pigeau, R., & McCann, Carol. (2002). The effects of formal order and spatial content on reasoning in three dimensions. International Journal of Psychology, 37(4), 228–238.

Johnson-Laird, P. N., & Byrne, R. M. J. (1991). Deduction. Hove, UK: Lawrence Erlbaum Associates Ltd. Johnson-Laird, P. N. (1994). Mental Models, Deductive Reasoning, and the Brain. In M. S. Gazzaniga (Ed.), The Cognitive Neurosciences (pp.999– 1008). Cambridge, MA: MIT Press. Knauff, M. (2006). A Neuro-Cognitive Theory of Relational Reasoning with Mental Models and Visual Images.

第 18 卷第 2 期

-243-

演绎推理是基于规则还是模型？——来自空间推理的证据

Advances in Psychology, 138, 127–152. Knauff, K., Mulack, T., Kassubek, J., Salih, H. R., & Greenlee, M. W. (2002). Spatial imagery in deductive reasoning: a functional MRI study, Cognitive Brain Research, 13, 203–212

Ruff, C. C., Knauff, M., Fangmeier, T., & Spreer, J. (2003). Reasoning and working memory: common and distinct neuronal processes. Neuropsychologia, 41, 1241–1253. Schaeken, W., Girotto, V., & Johnson-Laird, P. N. (1998). The effect of an irrelevant premise on temporal and spatial

Knauff, M., Fangmeier, T., Ruff, C. C., & Johnson-Laird, P. N. (2003). Reasoning, models, and images: Behavioral measures and cortical activity. Journal of Cognitive Neuroscience, 15(4), 559–573. Logan, G. D. (1994). Spatial attention and the apprehension of spatial relations. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 20, 1015–1036. Oberauer, K., & Wilhelm, O. (2000). Effects of directionality in deductive reasoning: Ⅰ.The comprehendsion of single relational premises. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 26(6), 1702–1712. Oberauer, K., Hörnig, R., Weidenfel, A., & Wilhelm, O. (2005). Effects of directionality in deductive reasoning: II. Premise integration and conclusion evaluation. The Quarterly Journal of Experimental Psychology, 58A (7),

reasoning. Kognitionswissenschaft, 7, 27–32. Schroyens, W., Schaeken, W., & Handley, S. J. (2003). In search of countrt-examples: Deductive rationality in human reasoning. Quarterly Journal of Experimental Psychology: Human Experimental Psychology, 59(A), 1129–1145. Vandierendonck, A., & Vooght, G. D. (1996). Evidence for mental-model-based reasoning: A comparison of reasoning with time and space concepts. Thanking and Reasoning, 2(4), 249–272. Van der Henst, J. B. (1999). The mental model theory of spatial reasoning re-examined: the role of relevance in premise order. British Journal of Psychology, 90, 73–84. Van der Henst, J. B. (2002). Mental model theory versus the inference rule approach in relational reasoning. Thanking

1225–1247. Oberauer, K., Weidenfeld, A., & Hörnig, R. (2006). Working memory capacity and the construction of spatial mental

and Reasoning, 8(3), 193–203. Van der Henst, J. B., & Schaeken W. (2005). The wording of

models in comprehension and deductive reasoning. The

conclusions in relational reasoning, Cognition, 97, 1–22.

Quarterly Journal of Experimental Psychology, 59(2),

Waltz, J. A., Knowlton, B. J., Holyoak, K. J., Boone, K. B., Mishkin, F. S., De Menezes, M., et al. (1999). A system for

426–447. Rips, L. J. (1994). The psychology of proof. Cambridge, MA:

relational

reasoning

human

prefrontal

cortex.

Psychological science, 10(2), 119–126.

MIT Press.

Are Deductions Built Upon Rules or Models? ——Evidences from Data on Spatial Reasoning ZHANG Xiao-Jiang1; LIU Chang1; LIU Ying-Jie2 (1 Lab of Cognitive Neuroscience and School of Educational Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China) ( 2 School of Educational Science, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China)

Abstract: Studies on spatial reasoning can promote the understanding of its processing mechanism and the testing of the theories of reasoning. Results of behavioral studies have indicated that many factors affect the processing of reasoning. These factors include numbers of mental model, the order of premise terms, and so on. Outcomes of behavioral researches have proved the validity of the mental model theory. Brain-imaging studies show that spatial reasoning problems elicit occipital–parietal–frontal network. The parietal cortex is possibly specific to spatial reasoning. Results of brain-imaging studies also agree with the mental model theory. The studies in the future should integrate the three theories of reasoning, strengthen studies of other deductions, and combine EEG or ERP with brain-imaging techniques, so that we can understand much more about the mechanism of spatial reasoning. Key words: spatial reasoning; Mental model theory; Mental logic theory; fMRI; PET