数列归纳的神经机制探索研究

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作为人类智力重要因素之一,归纳推理是人类适应环境,进行学习,获取知识的重要方式,也是科学发现的重要途径。从定义上看,归纳推理是指通过对几个具体项目或刺激(即前提)的观察从而生成一个一般性规则(即结论)的过程。人们对归纳推理认识已经进行了近30多年,一个经典的归纳推理的模型可以看着是假设生成和选择的过程,基于这一形式,人们通过对大量信息进行研究,找出其相关信息,并用它们描绘出当前的情形。早期的行为研究主要集中在对归纳论断力度判断及其儿童归纳能力发展的研究上,意图建立一个基于领域一般性的结构模型。当前对归纳推理神经机制的研究主要以对脑损伤病人的研究和神经成像学研究进行的,通过对近几年的文献综述发现,归纳推理主要激活了左侧前额叶皮层,且归纳推理中所涉及的关系整合难度也会特别地激活双侧前额皮层嘴部和右前额皮层背侧。归纳推理作为一种快速加工的高级认知能力活动,有必要采用时间定位较为精确的仪器对其活动进行的时间进程进行探索,假设检验任务的ERP研究结果指出,P300可能揭示了假设的生成。然而这类任务中被试无法生成真正的假设,只能通过拟定的反馈来调节内心假设,因此无法考察真正意义上的归纳活动。此外,对于归纳推理的时间进程的电生理相关的研究,目前仍然处于探索尝试阶段,主要采用的是三段论语意归纳,类别归纳和函数发现的范式。语义归纳推理任务中可能带有许多无关因素的影响从而导致所得到结果“不纯净”,在类别归纳和函数发现的任务范式中,要求被试对每一个前提项目(即几何图形或三角等式)进行知觉特征或运算关系的抽取,然后对前提之间进行相似性和差异性的评价,从而发现规律。与上述两者任务范式不同,数列完型任务更多强调前提项目间抽象关系的抽取,以得到一个“一般性”的规则。该任务为项目间创造某种解决空间使得项目难度评价及规则推断需要以之前项目为基础得以确定。因此本研究拟采用数列完型任务范式进一步验证和探索归纳推理的时间进程的电生理相关及其假设检验模型。本研究一共有两个实验,在第一个实验中,均采用周期为1的数列任务,在此任务中,被试只需要3个数字即可确定整个数列的规则。本实验意图通过分析数列归纳任务和计算任务(基线任务)之间的脑成分差异,分离出特定的归纳推理时程的电生理关联,以验证前人的结果,并预期发现假设生成和假设确认的电生理相关特点;结果发现,在数列归纳任务下,三个前提数字均引发了N1,P2,N2,P3前部的LNC和后项部LPC,详细地描述了在数列归纳中,被试对数字识别,关系觉察,假设生成和确定的时间进程特点,其中,数字3引发的P2,P3和LPC均大于前两个数字,而N2显著小于前两个数字,可见数字3是整个归纳过程的关键,其较大的P3和LPC可能反映了在此时间段假设的确定;和运算任务相比较,归纳任务的数字1引发了较小的N1和较大的LPC,而数字2中归纳任务引发了更大的P2和LPC,主要涉及关系觉察和假设生成在两种任务上的差异,数字3中两种任务所引发的波在晚期成分(300-400ms)的时间窗口内发生分离,主要体现了归纳活动中假设生成与确定的特有波形特征。在第二个实验中,加入了不同的周期(周期1vs.周期2)这一自变量以探讨确认假设和修正假设的电生理相关特点,以及前提数目对假设确定的影响。结果发现,相对于周期为1的数列,周期为2的数列归纳任务在数字3呈现的时候引发了更大的N2和P3,这可能意味着当需要进行假设修正时,首先在关系觉察阶段,被试可能面临更多的冲突信息,随后进行假设修正的特有波形主要反映在P3上。此外,在周期为1的归纳任务的数字3、数字4和数字5的波形特征上也反映了数量前提效应,主要表现在N1和N2的差异上,前者体现了被试在基本确立假设后注意资源分配的变化,而后者可能体现在在进一步确定假设中元认知的监控作用。结合两个实验的结果发现,人们进行归纳推理活动主要分为三个阶段:首先是归纳前准备阶段(0.150 ms),这一时间窗口主要引发了N1,与早期注意分配有关,这是几乎每一个任务都会涉及到的加工过程,在没有获得确切的规则之前,前提数字对被试有同等重要的意义;其次被试进入相关信息的分析的加工过程(150-300 ms),这里主要表现为N2和P2在不同前提项目序列的差异,其实实质反映了被试通过计算找出数字间可能的规则关系;最后假设生成和确定的过程(300-500 ms),其标志是P300的生成及随后的LPC,在这一阶段可能随着前提的信息的丰富不断地修正和检验假设过程,期间可能涉及元认知的监控,处于一种动态的加工过程直至最终获得肯定的假设。此外,工作记忆及其中央控制系统在这一阶段可能扮演了重要的角色。
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