推理与工作记忆(白学军等)

推理与工作记忆（白学军等） 【摘要】 系统地总结了推理与工作记忆的研究进展，具体包括：（1）工作记忆的含义及其在推理中作用的相关研究；（2）推理与工作记忆关系的理论模型；（3）不同类型推理与工作记忆的实验研究；（4）推理与工作记忆的认知神经研究；（5）推理与工作记忆的未来研究展望。

【关键词】 工作记忆，类比推理，三段论推理，条件推理，预期推理。

20世纪80、90年代有关推理与工作记忆的研究进展，请读者阅读张清芳和朱滢于2000年发表在《心理学动态》第1期上的《工作记忆和推理》一文[1]。本文重点总结2000年以来的研究进展。

1 工作记忆与推理 1.1 工作记忆含义 工作记忆（working memory）是由Baddeley和Hitch于1974年提出的用来取代短时记忆的概念，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[2]。Baddeley认为工作记忆由语音回路（phonological loop）、视空间模板（visuo-spatial sketchpad）和中央执行器（the central executive）组成。后来，Oberauer等人将工作记忆分成内容和功能两个方面[3]。内容方面包括言语、数字工作记忆（相当于Baddeley模型中语音回路）和空间-图形工作记忆（相当于视空间模板）；功能方面包括对刺激的暂时存储，加工，管理和协调。存储是对暂时呈现的信息的保持，加工是对信息的转换或推导，管理包括对认知过程和行为的监控、对相关表征和程序的选择性激活以及对无关信息或干扰信息的抑制，协调是对各成分建立新的联系，对不同的信息进行整合。工作记忆模型的发展为探讨工作记忆在高级认知过程如推理中的作用提供了参考框架。

1.2 工作记忆在推理中作用的相关研究 许多研究者对工作记忆与推理之间的关系进行探讨。最初Kylloner等人发现工作记忆和不同推理的相关在0.74~0.93之间[4]，但他所采用的工作记忆任务与推理任务之间存在一些共同特征。近年来，人们对此问题进行了深入研究，其中Suess等人运用11个工作记忆任务和6个智力测验（包括3个推理测验，1个创造力测验，1个速度测验和1个记忆测验），通过验证性因素分析和结构方程模型发现，工作记忆容量（working memory capacity, WMC）与智力高度相关，相关程度最高的是推理能力[5]。

Ackerman等人对工作记忆与智力关系的86项研究进行了元分析，结果发现WMC与一般智力和推理能力之间共享25%的变异[6]。然而，Oberauer等人对Ackerman等人报告的数据进行再分析，发现WMC与推理能力之间的相关达到0.85，并认为WMC是推理能力的很强有力的指标[7]。Kane等人对最近公开发表的10项研究进行再分析，结果表明工作记忆与一般流体智力/推理能力之间的相关系数为0.41~1.00，中数为0.72，工作记忆和推理能力大约共享50%的变异[8]。

Buehner等人对推理、工作记忆的子成分和注意之间的关系进行了探讨[9]。实验运用20个工作记忆测验，2个注意力测验，9个智力分测验（包括3个言语推理测验、3个数字推理测验和3个图形推理测验）对135个学生进行施测。根据Oberauer等人提出的工作记忆的功能模型，运用结构方程模型，结果表明，从“存储”到推理之间的路径以及从“协调”到推理之间的相关路径达到显著，从“管理”和注意的选择性到推理之间的路径分析没有达到显著。存储是推理能力的最好预测指标，协调功能也能预测推理能力，管理和注意的选择性方面对推理能力几乎没有作用。工作记忆子成分（特别是存储和协调功能）在推理中能够解释95%的变异。可以看出，工作记忆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。

2 推理与工作记忆关系的理论模型 2.1 心理逻辑理论 心理逻辑理论者主张：人类有一个存储自然推理规则的大仓库，并通过使用这些规则，从给定的前提中推出结论。为了使抽象的推理规则应用到特定语境下的前提之中，需要建立从句法图式到语义信息的理解机制。在实际推理过程中，对前提的句法结构进行规则匹配、规则的运用和存储、对前提与新信息的运算等加工，均会受到WMC的制约。如果这些加工太复杂，超过人们工作记忆的容量，就会使推理产生错误[10]。

2.2 心理模型理论 心理模型理论者主张：推理是在语义加工的基础上建构模型的过程。从前提中推出结论需要经过三个步骤：一是建构能表征前提事件状态的最初心理模型；二是从模型中推导出一个有效结论；三是寻找反例进一步验证结论。心理模型的建构会受WMC的制约。如果一个前提存在多种解释，那么建构心理模型的数量就会增加，而建构多个模型需要更大的工作记忆存储空间和容量，也就是说，人们为了考虑其他可能的结论而需要在工作记忆中保持额外的前提信息，因此推理就变得更为困难。这时个体倾向于通过内隐地表征部分信息来减少认知负荷，消除含有矛盾信息的模型，在有限的WMC内建构更经济的模型表征，从而推出有效的结论[11]。

2.3 双重加工理论 双重加工理论者主张：个体存在两种不同的认知系统，即系统1和系统2。系统1是与其他动物共有的具有进化意义的子系统，它包括通过领域普遍化的学习机制而获得的先天的输入模块和领域特异性的知识，不需要占用个体的认知资源；系统2是人类特有的子系统，使人具有抽象推理和假设思维的能力，但它受WMC和一般智力的限制。加重工作记忆的负荷会干扰系统2的推理加工，但不会影响系统1。因此，要根据个体在实验任务中所使用的策略或知识来推断工作记忆在推理中的作用[12]。

总之，前两种观点认为，在推理过程中规则的使用或模型的建构都受到WMC的制约；而双重加工理论认为工作记忆在推理中的作用取决于被试在实验任务中所运用的策略或知识。

3 各类推理与工作记忆的研究进展 3.1 类比推理与工作记忆 类比推理（analogical reasoning）是抽象逻辑思维的一种主要形式。从形式逻辑的角度来看，类比推理就是根据两个（或两类）对象在某些属性上的相同或相似，已知其中的一个（或一类）对象还具有其他特定属性，从而推出另一个（或另一类）对象也具有该特定属性的推理。它的逻辑形式可以表示为：对象A具有属性a、b、c、d；对象B具有属性a、b、c；所以对象B也具有属性d。

Morrison等人使用双重任务实验方法探索工作记忆在类比推理中的作用[13]。在实验中有些被试只解决言语和图形类比推理问题，有些被试在推理的过程中同时完成发音抑制任务、空间敲击任务或者言语随机产生任务。结果发现，发音抑制任务会干扰言语类比推理，空间敲击任务干扰图形类比推理，而言语随机产生任务对言语和图形类比推理都产生很大的干扰作用。 唐慧琳对此问题进行了更为精细的研究[14]。实验运用言语类比推理和图形类比推理任务。同时还用敲击、图片干扰、发音抑制、言语干扰、随机间隔重复等五项任务来对工作记忆的不同成分进行干扰。结果发现：工作记忆中的各子成分对图形类比推理和言语类比推理有不同的影响；对于图形类比推理而言，控制组与敲击组、发音抑制组、随机间隔重复组这3个实验组之间在推理正确数方面都存在显著差异，表明视空间模板中的空间成分、语音回路中的发音成分和中央执行器参与了图形类比推理；对于言语类比推理而言，无论发音抑制组还是言语干扰组，它们与控制组之间都没有显著差异。相反，敲击组与控制组之间差异显著，表明视空间模板中的空间成分参与了言语类比推理。该研究结果与人们传统的认识不一致，因为言语类比推理中的题目是由词语组成，被试在进行言语类比推理时，应该有语音回路的参与。也就是说，当被试同时进行另一项会对语音回路产生干扰的任务时，类比推理成绩会受到影响。

3.2 三段论推理与工作记忆 三段论推理也称关系推理。在三段论推理中，给被试呈现两个前提，每个前提都描述了两个术语间的关系，其中一个术语在两个前提中重叠。被试的任务是利用这种重叠去推断三段论中三个术语之间的关系，然后回答有关关系的问题。

Capon等人使用测验法探讨了WMC与三段论推理之间的关系[15]。相关分析的结果表明，言语和空间WMC能够很好地预测三段论推理能力；验证性因素分析的结果表明，言语、空间WMC和g因素能很好地解释三段论推理成绩。Gilhooly等人对工作记忆各成分在三段论推理中的作用进行研究[16]。在实验中以系列方式呈现前提，实验分控制条件和双重任务条件（发音抑制，空间抑制和言语随机产生）。结果发现，以系列方式呈现前提的三段论推理显著加重了中央执行器和语音回路的负荷，视空间模板也在其中起一定作用。最近，Copeland等人又检验了WMC与三段论推理的关系[17]。结果发现WMC越高的被试，他们的三段论推理的成绩越好。

白学军等人采用眼动记录法，探讨了工作记忆、两个前提间的关系以及表达方式对线性三段论推理的影响[18]。结果发现：高WMC被试对三段论推理问题的第一次注视时间显著地短于低WMC被试；高WMC被试对同质性推理的第二次注视时间显著短于不同质推理；高WMC被试的回视次数和时间显著地少于低WMC被试。表明在线性三段论推理过程中的语言表征过程和空间关系的建立都受到WMC的影响，被试的WMC越高，就越容易建立语言表征和空间的关系。

3.3 条件推理与工作记忆 条件推理又称假言推理，是指人们利用条件性命题所进行的推理。关于条件推理中存在的抑制效应成为研究热点。研究者普遍认为，对于“如果，那么”的条件从句所附加的“背景”知识（干扰项、抑制条件）会影响人们的推理。