儿童与成人数字推理的电生理研究

摘要

归纳推理是从特定的事件、事实向一般的事件或事实推论的过程，是将知识或经验概括简约化的过程。具体来说就是指通过对几个具体项目或刺激的观察从而生成一个一般性规则的过程。作为人类智力的重要组成部分，归纳推理能力是人类形成假设，生成概念，发现事物间关系的基础。可以说归纳推理是科学发现必不可少的基础能力。
　　 门纳推理作为一种快速自动加工的思维活动，有必要通过采用时间精度极高的事件相关电位技术来探讨其发生的时间进程。数字完型任务作为一种典型归纳推理的测量任务，主要包括规则获得和外推两个环节，前者的实质就是规则门纳过程，同时又包括假设生成和假设确认两个子过程；后者则涉及到规则的应用。由于目前对于归纳推理的时间进程的电生理相关研究只限于成人，几乎没有有关儿童此方面神经机制的发展研究。因此本研究采用数字完形任务，用两个实验分别对儿童数字推理过程中规则获得和数字外推两个阶段的电生理证据进行了初步探索，并与成人被试的结果比较异同以发现二者之间的发展和变化。
　　 实验一包括归纳和计算两种任务，考察了数字推理的规则获得阶段。首先，比较归纳条件下三个数字的脑电特征发现儿童与成人归纳推理的时间进程是基本一致的：三个数字在300ms以前的各早期成分中没有出现差异，说明儿童与成人被试对归纳条件下的各数字都进行了相似的早期视觉加工；300-500ms时间窗口出现的P3成分主效应显著，标志着假设生成的过程，意味着认知加工进入归纳阶段。数字3引发的更大波幅的P3揭示了儿童与成人被试都在第三个数字呈现后归纳出了一个确定的规则，并准备将其应用于对探测数字的检验。
　　 其次，分别比较三个数字计算与归纳任务下的脑电差异发现：儿童与成人归纳推理任务与计算相关认知加工的分离过程也基本一致：均主要表现在假设生成阶段，即数字2呈现后700-900ms和数字3呈现后300-500 ms的时间窗口。儿童与成人被试脑电结果上的不同点在于：儿童在数字3的N2成分上显示出了差异，表明儿童被试在形成一个由三个前提数字归纳出的统一确定规则的过程中产生了较明显的冲突。出现在N2成分上的差异说明，由于认知水平低于成人，在当三个前提数字归纳出的规则与数字1和数字2之间的规则不一致时，儿童会产生更大的冲突。同时，从儿童与成人各脑电成分的地形图我们发现，儿童的差异主要集中于前额叶，而成人的差异主要分布在头皮中部和后部。前额叶被证明一般与工作记忆和注意相关，因此这样的差异说明完成同等难度的任务时，儿童比成人要投入更多的工作记忆以及注意资源。
　　 实验二考察了数字推理的外推阶段。儿童和成人被试都被违反前提数字规则的探测数字诱发了更大波幅的N2，标志着错误答案出现时的一种预期破坏或者说冲突觉察。然而，儿童和成人被试在P2成分上得出了不同的结果：成人P2成分差异不显著，儿童却在该成分上表现出了显著差异。P2成分存在差异表明：与成人相比，儿童在较早的知觉加工阶段就已经对两种不同条件下的刺激作出了区分。这说明在本实验中，儿童在较早的知觉加工阶段就觉察了不一致条件下的冲突刺激，对两种条件下刺激的差异更敏感。这是因为儿童与成人相比智力发展尚未成熟，认知水平较低，因而在完成任务时需投入更多的认知资源，更多的认知资源的投入就会带来对冲突刺激更大的反应，也就意味着对相同的刺激比成人更加敏感。这样的结果在脑电上的表现即为在较早的时间窗口对两种条件下的刺激作出了区分。
　　 总体来说，本研究通过两个实验比较完整的考察了儿童和成人的数字推理过程。就规则获得阶段而言，实验结果显示儿童表现出了与成人基本相同的电生理特征，说明二者归纳推理过程的时间进程基本相似。表现在数字3 N2成分上的差异体现了儿童正处于智力发育期，认知水平低于成人的特点。对数字外推阶段的考察发现，儿童较成人在更早的时间窗口察觉了一致与不一致条件的区分，表明对于同等水平的冲突刺激，儿童比成人更加敏感。这样的差异也体现了处于智力发育期的儿童在数字外推阶段神经机制的独有特点。总之，在数字推理过程中，儿童表现出了与成人大致相同的电生理特征，而二者的相异之处都体现了儿童处于智力发育阶段，认知水平较低，并且缺乏相关练习和经验的特点。