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归纳推理是人脑最重要的高级思维功能之一,是从特定的事件、事实向一股的事件或事实推论,将知识或经验慨括简约化的过程,其结沦超出前提规定的范围。逻辑学、认知心理学、人工智能领域已从不同的视角对归纳推理展开了研究,取得了一些理沦成果,然而,这些研究均将大脑看作一个“黑盒”,难以进一步揭示归纳推理的脑内信息加工机制。因而,采用ERP(Event-Related Potential,事件相关电位)和fMRI(functional Magnetic Resonance Imaging,功能磁共振)等实验技术打开“黑盒”、研究归纳推理的腑机制就成了必然的趋势。但目前关于归纳推理的脑成像研究还很少,尚处在起步阶段,缺乏系统的研究。
本研究整体上属于探索性研究。本课题的主要工作紧紧围绕两个问题展开,即不同视觉呈现内容的归纳推理的认知神经机制以及是否存在归纳推理特定的腑区,旨在获得对人脑归纳推理的信息加工机制的更进一步的理解。具体地,本文设计了语句型、数字型和图形型三类归纳推理任务,基于三类任务的不同特点,对每类任务有各自不同的关注点,进而采用ERP/fMRI技术,在分别研究三类归纳推理任务的神经机制的基础上,考察是否存在与具体视觉呈现内容无关的归纳推理特定的大脑区域。
关于语句型归纳推理的研究有两个关注点,首先通过一个fMRI实验和两个ERP实验考察了归纳力度判断中语义整合成分的脑内时空特性,发现其空间上主要定位于左侧DMPFC(Dorsomedial Prefrontal Cortex,背内侧前额),时间上主要表现为前头部的LNC(Late Negative Component,晚期负成分)。其次通过fMRI实验考察了前提多样性对归纳推理过程的影响机制,发现在基于分类树的类别归纳中,受控的加工主要与左侧MFG等脑区有关,而在一定情况下诱发的启发式加工主要与右侧颞叶及左侧海马有关。
关于数字型归纳推理的研究有两个关注点。首先基于启动效应范式考察了数列完型任务中规则发现及推断成分的神经基础,发现与左侧DLPFC(Dorsolateral Prefrontal Cortex,背外侧前额)和左侧APFC(Anterior PrcfrontalCortex,前额前部)的激活有关,且两者呈现功能双分离。其次,对被试进行训练,以使他们采用相同的策略进行问题求解,进而通过fMRI实验对左侧DLPFC、APFC和尾核三个感兴趣区域进行了功能分离和功能整合研究,实验结果支持:左侧DLPFC与规则识别中的周期发现有关,左侧APFC与规则识别中的模式描述完成有关,而左侧尾核与规则推断中的规则应用有关
关于图形型归纳推理的研究有两个关键点,设计了一种与语句型归纳推理任务同质的、由简单几何图形构成的归纳推理任务。基于这种任务,发现基于知觉相似性的归纳推理可能与前额-纹状体-丘脑通路有关;而知觉信息整合可能与尾状核、壳核及额下回等脑区有关。
在上述研究的基础上进行了元分析以考察是否仔在归纳推理特定的脑区。对归纳推理的ERP研究进行了定性元分析,表明刺激呈现后的晚成分与信息整合有关;对归纳推理的PET(Positron Emission Topography)/fMRI实验结果进行了定量元分析,发现归纳推理需要额叶、颞叶、顶叶、枕叶及一些皮层下核团等大量脑区组成的神经网络的参与。进一步对DLPFC功能作了定量元分析,发现其功能不单一、不是归纳推理特定的。基于这些研究推断:不存在归纳推理特定的脑区。
总之,本文首先分别对语句型、数字型和图形型归纳推理任务进行了实验研究,然后基于本文实验和以往实验结果进行了元分析,以便考察是否存在归纳推理特定的大脑区域。这些研究对于描述归纳推理的信息加工机制,理解人脑智能的本质有着重要的意义,也有望为高效、快速的智能推理应用的开发、实现机器智能提供一些有益的启示。