基于双加工理论解释下信念偏差效应的神经机制
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摘要 信念偏差效应是指人们已有的知识信念对逻辑推理的影响现象。对此，双加工理论认为这是由于信念偏向系统和逻辑分析系统之间的冲突所导致的。近年来，该理论得到来自认知神经科学证据的有力支持：一方面，基于功能磁共振成像（fMRI）、近红外光谱（NIRS）以及重复性经颅磁刺激（rTMS）等技术的研究从不同角度证实右侧前额皮层与信念偏差抑制有关；另一方面，基于脑电（ERP）的研究表明，晚期正成分和晚期负成分可能参与了不同推理类型下信念偏差效应的认知加工。未来的研究可以从工作记忆、不同加工阶段、推理前提本身可信度、实验分析、实验材料生态学效度以及思维训练等方面对信念偏差效应作进一步探索。
关键词 信念偏差效应；双加工理论；神经机制：右侧前额皮层
分类号 B842；B845
1 引言
按形式逻辑的观点，不同的推理类型都有一套做出正确推断的逻辑规则。一般情况下，人们被认为按照逻辑规则进行推理判断。但实际上，人们的推断结果往往不符合逻辑规则，而可能受到已有知识信念的影响。
例如，对于三段论推理（syllogistic reasoning）：“所有A是B，所有C是B，因此，A和C的关系不确定”。在一类情况下：“所有女人是生物，所有人是生物”，按逻辑规则应推出“女人和人的关系不确定”。但基于知识经验所形成的信念告诉人们：“所有女人是人”。因此，在此种情境下，人们通常做出违背逻辑规则的推断：“女人是人”。这说明，知识信念存在对逻辑任务解决的阻碍作用。在另一类情况下：“所有小狗是动物，所有狼狗是动物”，按逻辑规则可推出“小狗和狼狗的关系不确定”。由于在人们的知识信念系统中，小狗和狼狗没有类属关系，因此，人们容易推出“小狗和狼狗的关系不确定”。这说明，知识信念亦可能对逻辑任务的解决起促进作用。
由此可见，对于相同的推理类型，人们在不同的情况下可能会出现截然不同的推断结果。导致这一现象的原因是知识信念和逻辑规则在人们的推理过程存在着相互影响。而知识信念对逻辑推理的影响作用就表现为信念偏差效应。较逻辑有效性而言，这一效应在无效性的情况下更为明显，表现出了逻辑状态（logical status）和结论可信度（believability）之间的交互作用（Evans，2003；Klauer，Musch，& Naumer，2000）。传统的信念偏差研究范式包含两类问题：冲突问题（conflictproblem），即人们的知识信念与逻辑结论不一致，该问题下人们的知识信念将会阻碍逻辑任务的解决；非冲突问题（non-conflict problem），人们的知识信念与逻辑结论一致，此时逻辑任务的解决会受到知识信念的促进（Evans，Barston，& Pollard，1983；Goel & Dolan，2003）。具体而言，冲突问题包括两种情况：有效不可信的结论（valid-unbelievable conclusions）和无效可信的结论（invalid-believable conclusions，）；非冲突问题也包括两种情况：有效可信的结论（valid-believable conclusions）和无效不可信的结论（invalid-unbelievable conclusions）。
关于信念偏差效应，研究者提出了不同的理论对其认知过程进行解释。其中，双加工理论（dual process theories）引起了众多研究者的关注，越来越具影响力（De Neys&Glumicic，2008；孙彦，李纾，殷晓莉，2007；肖前国，罗乐，余林，2009）。该理论认为人们的推理是在信念偏向系统（系统1）和逻辑分析系统（系统2）相互作用下进行的，系统1是快速、自动的加工过程，通常靠知识信念解决问题；系统2则是通过逻辑规则来解决问题，是缓慢、系列和控制加工的过程（De Neys，2006；Evans，2003，），当两个系统推断的结果不同时，两个加工过程就会产生冲突。在传统的信念偏差研究范式下，一系列的研究均发现了明显的信念偏差效应，具体而言，较非冲突问题，冲突问题下的正确率更低（Evans et al.，1983）、反应时更长（stupple & Ball，2008）、信心评分（confidence ratings）更低（Turner & Thompson，2009）。根据双加工理论，被试在信念偏向系统和逻辑分析系统发生冲突时将花费更多的认知资源对信念偏向系统进行抑制（Stupple&Ball，2008，），因此，以上研究结果（EVails et al.，1983；Stupple & Ball，2008；Turner &Thompson，2009）有力地支持了该理论模型。
有关双加工理论模型（信念偏向系统和逻辑分析系统）的具体介绍，已有文献（孙彦等，2007；肖前国等，2009）从不同角度进行了综述。本文主要回顾和总结基于双加工理论解释下信念偏差效应发生的脑定位和时间进程，这不仅对理解信念偏差效应的内在机制具有重要的理论意义，同时也为了解双加工理论提供更为深入的全新视角。
作为一种高级认知活动，信念偏差效应的认知机制较为复杂，以往通过行为手段获取的指标也只是在一定程度上反映其加工过程和特点。近来，认知神经技术的发展使得对其更为深入的探讨（如，神经机制）成为可能。在过去十年里（特别是近几年），研究者采用功能磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging，fMRI）、近红外光谱（near-infrared spectroscopy，NIRS）、重复性经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation.rTMS）以及脑电（event-related potential，ERP）等技术对信念偏差效应展开了研究，得到了一系列有价值的研究结果。本文将综述采用这些技术所开展的研究，期待为该领域未来研究的方向提供参考。
2.1 功能磁共振成像（fMRI）研究
Goel等人（Goel，Buchel，Frith，& Dolan，2000）首先采用fMRI技术对三段论推理的脑机制进行研究。在他们的研究中主要比较了两类推理题目，一类题目是由有语义填充的内容（with semantic content）构成的，例如：“所有的狗是宠物，所有的贵宾犬是狗，因此，所有的贵宾犬是宠物”；另一类题目是由无语义填充的内容（without semantic content）构成的，例如：“所有的P是B，所有的C是P，因此，所有的C是B”。结果发现，有语义内容情况下左侧颞叶系统区域（left hemisoheretemporal system）被激活，而无语义内容情况下激活了双侧顶叶系统区域（bilateral parietal system）；此外，较无信念逻辑冲突（non belief-logic conflict）的语义推理题目，信念逻辑冲突（belief-logic conflict）情况下右侧前额皮层（right lateral prefrontal codex）会被激活，这说明该区域与冲突加工有关。研究者认为这一结果支持了双加工理论，即推理过程涉及到的是两个可分离的神经网络。需要指出的是，Goel（2003）认为信念偏向系统更为基础，并且消耗的认知资源也较少，人们的推理倾向于依赖知识信念。
不过，他们（Goel & Dolan，2003）认为左侧颞叶系统和双侧顶叶系统的分离反映的是具体（concrete）和抽象（abstract）内容之间的差别，而不是信念负载（belief-laden，即被试对所推理的内容会产生知识信念）和信念中性（belief-neutral，即被试对所推理的内容不会产生知识信念）之间的差异，并且知识信念对逻辑任务的阻碍和促进作用是怎样调节推理过程也需进一步探讨。因此，他们（Goel & Dolan，2003）采用fMRI技术，在传统的信念偏差范式下主要分析比较了三段论推理冲突问题下的两种情况：有效不可信的问题（valid-unbelievable）和无效可信的问题（invalid-believable）。该研究发现，当被试抑制了与信念有关的反应并且成功地进行了逻辑判断时激活了右侧前额皮层；相反，当被试忽略逻辑而以知识信念为导向进行推断时，腹内侧前额皮层fventralmedial prefrontal cortex）会被激活。Evans（20031指出这一结果进一步为双加工理论提供了关键的证据，即当要求被试进行逻辑推断时，逻辑分析系统能够对信念偏向系统进行干扰和抑制。
以上两项研究均发现右侧前额皮层是对信念偏差进行检测以及抑制的重要区域（Evans，2003）。那么，右侧前额皮层究竟是负责检测信念逻辑冲突，还是负责对该冲突进行抑制？已有文献发现，扣带前回（anterior cingulate cortex，ACC）主要负责对一些初级的冲突进行检测（Veen & Carter，2006），而负责对该冲突进行抑制的脑区则是右侧前额皮层（Aron，Robbins，& Poldrack，2004）。为进一步在信念偏差效应下揭示这一问题，De Neys等人（De Neys，Vartanian，& Goel，2008）采用fMRI技术考察了被试在进行经典决策问题（Kahneman &Tversky，1973）时扣带前回以及右侧前额皮层两个特定区域的激活情况。类似于传统的信念偏差效应研究范式下的问题，该决策问题的冲突情况是指由描述获得的刻板信息与基本概率信息不符，不冲突情况是指由描述得到的刻板信念和基本概率获得的信息是一致的。结果显示，当与知识信念有关的反应被抑制时，右侧前额皮层被发现有明显的激活；而扣带前回作为冲突检测区，在被试做出信念偏向反应时依然被激活，这表明被试在做出信念偏向性反应的同时也检测到了这一偏向。
在一系列与抑制任务有关的研究中，如反应/不反应（Go/NoGo）（Chikazoe，Konishi，Asari，Jimura， & Miyashita，2007；Chiu，Holmes，& Pizzagalli，2008）和信号停止（stop-Signal）（Aron & Poldrack，2006；Boecker，Buecheler Schroeter，& Gauggel，2007；Cai & Leung，2009）均发现右侧前额皮层与反应抑制有关。从双加工理论角度来看，对信念偏差的抑制其实是抑制了与信念偏向系统有关的反应。因此，右侧前额皮层被发现与信念偏差抑制有关是对该区域作为负责抑制功能的有力佐证。
2.2 近红外光谱（NIRS）研究
为了深入验证右侧前额皮层与信念偏差抑制有关这一结果，Tsujiia等人采用NIRS技术从不同角度（例如：双任务效应、时间压力效应和年龄效应）对信念偏差效应范式下的三段论推理问题（冲突问题和非冲突问题，见图1）进行了系统研究。
他们（Tsujii & Watanabe，2009）首先采用NIRS技术研究了双任务效应（dual-task effect）和前额皮层激活的关系，具体而言，被试在执行信念推理问题（冲突和非冲突）的同时还要进行高负荷和低负荷的次级任务（high-load and low-load secondarytasks）。行为结果显示，高负荷次级任务仅仅降低了冲突问题的成绩。进一步的NIRS分析显示，在进行冲突问题时，高负荷次级任务减少了右侧前额皮层的激活。因此，作者认为高负荷次级任务仅仅对冲突问题有影响是由于次级任务减少了右侧前额皮层的激活，而右侧前额皮层是对信念偏差进行抑制的区域，一旦该区域被抑制，被试只能依靠信念偏向系统来反应。
随后，他们（Tsujii & Watanabe，2010）采用NIRS技术从时间压力效应（time-pressure effect）的角度对信念偏差效应下前额皮层激活情况进行了考察。实验中，被试需要在20 s的长持续（long-span）和10s的短持续（short-span）情况下分别进行冲突和非冲突的问题解决。研究结果显示，只有短持续情况降低了冲突问题的成绩。导致这一结果的原因，他们认为被试在进行冲突问题解决时，时间压力减少了右侧前额皮层的激活强度，而该区域能对信念偏差进行抑制，因此，被试只能依靠信念偏向系统来反应。
此外，他们（Tsujii，Okada，& Watanabe，2010）采用NIRS技术从年龄的角度对信念偏差效应下前额皮层激活情况也进行了考察。实验中他们选取了两组不同年龄的被试，年老组的平均年龄是68.5岁，年轻组的平均年龄是21.5岁。结果发现，年老组比年轻组表现出更大的信念偏差效应；年轻组右侧前额皮层比左侧前额皮层激活程度更强，但年老组没有出现半球差异。研究者认为对于年轻成人而言右侧前额皮层对于解决冲突是至关重要的，但年长者可能会用左侧前额皮层来弥补由于年龄带来的抑制机制下降方面的不足。
工作记忆（working memory）是指一种对信息进行暂时性加工和存储的能量有限的记忆系统，它与推理之间关系紧密，并在一定程度上能够很好地预测推理能力（白学军，臧传丽，王丽红，2007）。进一步分析Tsujiia等人以上三项研究，双任务效应下的高负荷次级任务、时间压力效应下的短持续以及不同年龄被试下的年老组信念偏差效应增强，均可能与工作记忆能力被削弱或下降有关。双加工理论也认为（De Neys，2006），对信念偏差的抑制在一定程度上依赖于个体工作记忆的能力，即工作记忆能力越高，对信念偏差抑制的效果越好。此外，来自脑机制研究表明，尽管工作记忆涉及到前额皮层、基底节以及海马等脑区，但工作记忆与前额皮层关系最为密切（徐晖，渠春环，于平，尹文娟，于萍，2009）。这样一来，工作记忆在解释右侧前额皮层与信念偏差抑制之间的关系中似乎扮演了某种重要角色。后续研究可直接探讨工作记忆、信念偏差效应以及右侧前额皮层三者之间的关系。
2.3 重复性经颅磁刺激（rTMS）研究
如上所述，fMRI研究首先发现右侧前额皮层与对信念偏差抑制有关，NIRS研究也从不同角度对此进行了证实，但需要指出的是，脑成像研究仅仅是对激活区域和某一行为进行相关性的分析。而rTMS技术能被用来考察脑区与行为之间的因果关系（Pascual-Leone，Walsh，& Rothwell，2000）。鉴于此，Tsujiia等人采用rTMS技术对前额皮层与信念偏差效应的因果关系又进一步开展了两项研究。
在第一项rTMS研究中（Tsujii，Masuda，Akiyama，& Watanabe，2010），他们只考察了左/右侧前额皮层和信念偏差效应的关系。研究发现，对右侧前额皮层进行刺激，可以显著的降低被试对冲突问题解决的成绩，从而增强信念偏差效应。较为有趣的是，虽然对左侧前额皮层进行刺激，可以显著的降低对非冲突问题解决的成绩，但却提高了对冲突问题解决的成绩，消除了信念偏差效应。这表明被试的右侧前额皮层在被rTMS损害时，将不能对冲突问题下的无关语义（指知识信念）进行抑制；而如果左侧前额皮层被rTMS损害时，将不会受到来自无关语义信息的干扰。
在第二项rTMS研究中（Tsujii，Sakatani，Masuda，Akiyama，&Watanabe，2011），他们系统地考察了几个重要的脑区在推理任务中（冲突问题、非冲突问题以及抽象问题）的作用，具体而言，他们把被试分成两组：一组被试在进行推理任务之前采用rTMS对双侧顶上小叶（superior parietallobule）进行刺激，另一组被试在进行推理任务之前采用rTMS对双侧前额皮层进行刺激。结果发现，双侧顶上小叶受损会降低被试对抽象问题以及冲突问题的解决成绩，左侧前额皮层受损会降低对非冲突问题解决的成绩，但却提高了冲突问题解决的成绩，右侧前额皮层受损会降低对冲突问题解决的成绩。由此可见，该结果进一步验证了他们之前的一项研究结论。
至此，Tsujii等人（Tsujii et al.，2010；Tsuiii et al.，2011）通过rTMS技术在Goel等人（Goel et al.，2000；Goel & Dolan，2003）的研究基础上进一步理清了双加工理论解释下信念偏差效应的神经机制，即左侧前额皮层可能负责信念偏向系统的加工，双侧顶上小叶可能负责逻辑分析系统的加工，右侧前额皮层可能扮演着在冲突问题解决过程中对信念偏向系统抑制的角色。需要指出的是，右侧前额皮层在抑制信念偏差中发现被激活，在最开始的两个fMRI研究（Goel et al.，2000；Goel &Dolan，2003）中，采用的是全脑分析法（whole-brainanalysis），即设置一个统计阈限值，以考察全脑中的哪一个区域高于这个阈限被激活。随后的fMRI的研究（De Neys et al.，2008）则采用的是感兴趣区分析法（region of interest analysis），即在强有力的假设基础上只对特定区域的脑激活模式进行提取分析。Tsujiia等人采用NIRS技术以及rTMS技术有指向性的对右侧前额皮层进行考察（Tsujii，Masuda，et al.，2010；Tsujii，Okada，et al.，2010；Tsujii et al.，2011；Tsujii & Watanabe，2009，2010），也可视为感兴趣区分析法。作为一种高级认知活动，信念偏差的认知机制较为复杂，因此有关对信念偏向系统的抑制涉及到的脑区可能不止右侧前额皮层，有可能是多个脑区协同加工的结果。对于这一问题的揭示，有待利用全脑分析法继续对不同类型的信念偏差问题进行更为广泛的研究。
2.4 脑电（ERP）研究
众所周知，脑成像手段在空间维度上能提供相对准确的信息，但在时间维度上缺乏精确性，而事件相关电位（ERP）技术在时间上为研究者提供了脑内时程动态变化的信息。据此，luo等人采用ERP技术先后对三段论推理以及条件推理下的信念偏差效应进行了考察。
Luo等（2008）首次采用ERP技术考察了被试在三段论推理问题解决过程中的脑内时程动态变化。实验考察的条件（如引言中举例）主要有：冲突问题，例如：“所有女人是生物，所有人是生物，因此，女人和人的关系不确定”；非冲突问题，例如：“所有小狗是动物，所有狼狗是动物，因此，小狗和狼狗的关系不确定”。结果表明，在小前提出现后的300～500 ms内，冲突问题比非冲突问题诱发了一个更正的ERP成分（P500），可能反映了该三段论推理类型下信念偏向系统对逻辑分析系统作用的ERP效应。该研究中，实验选取的推理类型为“所有A是B，所有C是B，因此，AC关系不确定”。这一推理类型为无效式，即由给定的前提不能推出确定命题的结论。在另外一项对无效式（同Luo et al.，2008）和有效式（即由给定的前提可逻辑的推出一个确定的结论，例如：“所有A是B，所有A是C，因此，一些B是C”）的对比研究中（罗俊龙，邱江，怀章翠，张庆林，2010），结果发现信念偏差的ERP效应没有出现在选取的有效式推理形式下，而是出现在无效式推理形式下。
根据小前提的不同，条件推理可以区分出四种推断形式。例如，对于命题“如果p，那么q”。如果给出条件P（肯定前件式），那么应得出结论Q；给出条件非Q（否定后件式），那么应得出结论非P。另外，如果给出条件非P（否定前件式）和条件Q（肯定后件式），就逻辑规则而言，这两种情况下都不能推出确定的结论。Luo等人（Luo，Yang，Du，& Zhang，2010）采用ERP技术记录了条件推理中否定前件和否定后件下的脑内时程动态变化过程。实验考察的条件有：否定前件下的冲突问题、否定前件下的非冲突问题、否定后件下的冲突问题以及否定后件下的非冲突问题（见图2）。结果发现，在小前提出现后，否定后件下的冲突问题比非冲突问题诱发了更负的ERP成分（N400-600和N800-1600），可能反映了否定后件类型下对信念偏差效应中的冲突（信念偏向系统和逻辑分析系统）进行的检测。然而，否定前件下的冲突问题和非冲突问题诱发的ERP波形基本趋于一致。
由此可见，信念偏差的ERP效应在不同推理类型下的作用形式是不同的，可以通过不同的ERP指标（例如：晚期正成分或晚期负成分）来反映。
需要指出的是，传统信念偏差效应研究的指标主要有正确率、反应时以及信心评分等，这些指标不会受到推理不同阶段的影响，而采用认知神经技术对该领域进行研究就涉及到该对哪一推理阶段锁定考察。实际上，Goel等人（Goel et al.，2000；Goel & Dolan，2003）的研究主要关注的是结论阶段，然而有研究（Fangmeier，Knauff，Ruff，&Sloutsky，2006；Qiu et al.，2007）发现在小前提出现之后推理过程实际上已经发生。Luo等（Luo et al.，2010；Luo et al.，2008）以上两项采用ERP技术对信念偏差效应的研究均是对小前提出现之后的认知过程进行锁定考察。此外，前提本身的可信度在Luo等（Luo et al.，2010；Luo et al.，2008）的研究中作为控制变量控，即均采用可信的前提作为实验材料。因此，后续的研究可以结合前提本身的可信度，采用多项技术（例如ERP和fMRI）对推理各个阶段的信念偏差效应进行考察。
3 小结与展望
借助fMRI技术对传统的信念偏差推理问题以及决策问题的研究，首先发现右侧前额皮层与对信念偏差抑制有关。随后，采用NIRS技术分别从双任务效应、时间压力效应和年龄效应的角度对传统信念偏差推理问题的一系列研究，进一步验证了右侧前额皮层在抑制信念偏差上所具有的作用。此外，右侧前额皮层的这一作用还受到来自rTMS技术（具备考察脑区与行为之间因果关系）研究结果的支持。更为最要的是，研究者们（Evans，2003；Tsujii et al.，2011；Tsujii & Watanabe，2010）认为右侧前额皮层作用的揭示是对双加工理论的有力支持。
在已有研究基础上，除了在工作记忆、不同加工阶段、推理前提本身可信度以及实验分析等方面需要对信念偏差效应作进一步探索，以下两个方面也值得研究者们关注和思考。
首先，根据双加工理论，系统1靠知识信念快速和自动地解决问题；系统2靠逻辑规则缓慢、系列和控制地解决问题。显然，人们在日常生活中解决问题不宜以系统为基础，但这不意味着人们的推理是以系统2的加工结果为导向。例如，对于条件推理的大前提“如果是女生，那么举手”。按逻辑规则（以系统2为导向）会得出“男生（不是女生）可以举手，也可以不举手”。但在课堂上，如果某老师给出这样的大前提，一般（以系统1为导向）会认为“男生不应举手”。显然，这一推断违反逻辑的结论，但却为人们普遍接受，没有产生交流上的障碍。这似乎意味着人们在推理过程中遵循一种“经济适用的生活逻辑”。这种生活逻辑有时以系统1为基础，有时则以系统2为导向。同时双加工理论并非一家之言，它是集众多研究者的观点于一身，并且还不断的被发展完善。因此，今后的研究有必要采用更具生态学效度的现实推理任务为实验材料，进一步探索双加工理论框架下信念偏差效应的认知神经机制。
其次，右侧前额皮层对信念偏向系统的抑制作用，从大脑可塑性角度来看，为逻辑思维训练提供了重要的参考。不同文化背景下个体会出现不同的推理倾向。Norenzayan等（Norenzayan，Smith，Kim，& Nisbett，2002）考察了三类文化背景下的被试（东亚人、亚裔美国人和欧裔美国人）在两类推理任务（形式推理和直觉推理）下的表现。结果发现，欧裔美国人倾向于采用的是形式推理策略，东亚人倾向于采用直觉推理策略，亚裔美国人介于二者之间。无论是信念偏向系统还是逻辑分析系统都是人类长期思维进化的结果，人们在日常推理中需要对两种推理系统进行灵活处理，针对具体的问题动态地采用不同的推理策略。因此，对不同推理倾向的个体进行思维训练（不仅指抑制信念偏向系统，也可指抑制逻辑分析系统）能在一定程度上为人们灵活地进行推理策略的调整提供可能。