不同趋近动机强度的积极情绪对类比推理的影响*——来自ERP的证据

杜雪松，王爱平，2

(1.北京师范大学心理学院，北京100875；2.应用实验心理北京市重点实验室，北京师范大学，北京100875)



不同趋近动机强度的积极情绪对类比推理的影响*
——来自ERP的证据

杜雪松1，王爱平1，2

(1.北京师范大学心理学院，北京100875；2.应用实验心理北京市重点实验室，北京师范大学，北京100875)

实验采用类比推理的经典四项比例式“A：B：：C：D”，选择两种有难度差异的类推题目(同形、反义)作为实验任务，用情绪图片诱发情绪，采用事件相关电位(event-related potentials，ERPs)技术，探究欲求(高动机强度)、愉悦(低动机强度)和中性情绪影响类比推理的差异及脑机制。结果发现：(1)图式生成阶段：N400、P300和LNC被诱发，情绪在LNC上的主效应不显著；(2)类比映射阶段：N400和LNC成分被诱发，情绪在LNC上的主效应显著。LNC幅值：欲求情绪(高动机强度)>愉悦情绪(低动机强度)>中性情绪。结果表明情绪对类比推理的影响主要发生在类比映射阶段。不同趋近动机强度的积极情绪均会降低推理质量，延长推理的反应时，部分支持情绪的动机维度模型。

情绪；动机强度；类比推理；事件相关电位

1 引言

思维是人类特有的高级认知活动，而推理是思维的重要成分(Krawczyk，McClelland，Donovan，Tillman，& Maguire，2010)，它是由一个或几个已知的判断(前提)，推导出一个未知结论的思维过程。类比推理是推理的一个重要形式，是指将一个已知场景中的关系映射到另一个场景中，从而推理出新的结论或解释的认知过程(Gentner，1983，2010b；Holyoak，Gentner，& Kokinov，2001；Penn，Holyoak，& Povinelli，2008)。类比推理是创造性问题解决的核心机制(Holyoak & Morrison，2005)，它使人们能够在过去经验的基础上对新情况做出判断。

类比推理有两个重要的加工环节：(1)图式生成(schema induction)阶段，指从作为类比源域的已知情境或事物间抽取出共享的关系；(2)类比映射(analogy mapping)阶段，指将提取出的关系映射到类比目标域的情境或事物中，使类比目标域具有与类比源域相似或相同的关系(Green，Fugelsang，Kraemer，Shamosh，& Dunbar，2006；Krawczyk et al.，2010)。

类比推理有两种基本研究范式：四项比例式和问题解决式。经典类比推理采用“A：B：：C：?(D)”的四项比例形式，通过提取A与B的关系，已知C，再通过类比关系来推断D(Jani & Levine，2000；Wendelken et al.，2008)。例如：“百合：植物：：狮子：?(动物)”，该任务包括四个项目，其中“百合”和“植物”存在一定的关系(种属关系，即百合属于植物的一种)，“狮子”和“?”之间也应该存在这种与“百合”和“植物”关系一致的种属关系，因而推断出“?”是“动物”。为了更精细地考察类比推理不同阶段的加工机制，实验多采用“A：B：：C：D”范式。

目前已有大量来自生理和脑成像的证据表明，前额叶(prefrontal cortex，PFC)是参与类比推理的主要区域(Stuss & Benson，1984；Prabhakaran et al.，1997；Osherson et al.，1998；Christoff & Gabrieli，2002)。与fMRI和PET技术相比，ERP技术可以更精确地动态记录类比推理过程的时间进程。Qiu等人(2008)运用ERP技术研究经典类比推理，采用英文字母串为实验材料，发现在图式生成阶段(Schema induction)左丘脑诱发了N400，在中央前额、左额叶诱发了P300，这可能反映了关系的整合；在类比映射阶段(Analogy mapping)诱发了N400，在左前额诱发了晚期负成分(late negative component，LNC)，LNC 成分与类比映射阶段的加工关系密切，其波幅和头皮分布的广泛性情况与类比关系的复杂程度成正比。Zhao等人(2011)采用ERP考察了两种隐喻关系下语言类比推理的神经机制，结果显示：图式生成阶段诱发出N400、P300和LNC1成分；类比映射阶段诱发出N400和 LNC2。综上所述，类比推理的主要激活区域为前额叶，且在图式生成阶段可能会诱发N400、P300，在类比映射阶段可能会诱发N400、LNC成分。

人们往往是在某种情绪状态下进行认知加工的，因此情绪对认知的影响不容忽视。关于情绪状态对推理的影响，有两种相反的理论假说：一个是促进假说，它认为积极情绪会促进推理，而消极情绪会阻碍推理(Isen，1987)；另一个是抑制假说，它认为积极情绪与消极情绪均会抑制推理(Ellis & Ashbrook，1988)。然而Gable与Harmon-Jones(2008a, 2010a ,2010b, 2010c)提出的情绪动机维度理论(motivational dimension model of affect)，为情绪如何影响认知提供了新的解释。该理论认为，过去大多数研究只关注情绪的效价(Valance，情绪是积极或消极的)和唤醒度(Arousal，激活程度)，却忽视了另一个重要的维度——动机。动机有方向和强度之分，动机方向指对目标或者刺激采取趋近或回避；动机强度指动机的大小，其范围由低到高(邹吉林，张小聪，张环，于靓，周仁来，2011)。高动机强度的情绪窄化(narrow)认知，低动机强度的情绪扩展(broaden)认知。学者们验证了情绪对注意的作用，结果发现，高趋近动机强度的积极情绪窄化注意范围，低趋近动机强度的积极情绪扩展注意范围(Liu, Zhang, Zhou, & Wang, 2014)。在更高水平的认知加工方面发现，低趋近动机强度的积极情绪扩展了认知归类，增强了认知灵活性，加快了反应抑制和任务转换的速度；高趋近动机强度的积极情绪窄化了认知归类，降低了认知灵活性，增加了定势转移的反应时，降低了错误率，平衡了注意转移的灵活度与稳定性，这些研究进一步为该理论提供了支持证据(Price & Harmon-Jones，2010；王振宏，刘亚，蒋长好，2013；Zhou & Siu，2015)。根据情绪新模型的启发，情绪影响推理的结论不一致的原因可能是前人对情绪状态的划分不一致以及在操纵情绪的方法上不一致所造成的。因此本研究纳入动机强度这一维度来进一步划分情绪，从而更细致地研究情绪对类比推理的影响，并探究已有研究结论不一致的原因。

本文以经典四项比例式“A:B::C:D”为实验范式，采用图片诱发不同情绪，通过ERP技术更加精细地分析图式生成阶段和类比映射阶段，揭示不同动机强度的积极情绪影响语言类比推理的脑机制与加工特点。因为LNC成分是与类比映射加工最为密切的脑电成分，并且其幅值大小可以反映推理时的难度(Qiu et al., 2008)，因此我们预期，图式生成阶段以及类比映射阶段都可能诱发出LNC成分，并且三种不同动机强度情绪下的LNC幅值有显著差异。

2 实验方法

2.1 被试

共有14名母语为汉语的高校大学生自愿参加本实验，男女比例为1：1，年龄范围为19～22 岁。他们均为右利手，视力或矫正视力正常，无任何精神和神经疾病史，实验前签署知情同意书和实验协议，实验结束获得适当报酬。实验前要求每人完成贝克焦虑量表(BAI)以确定其焦虑状态。该量表含有21个题目，采用4级计分法，把各个项目的分数相加后求总分，总分大于或等于45分则划分为焦虑，被试均有效。

2.2 实验设计和实验材料

实验设计采用3(情绪变量：欲求—高动机强度、愉悦—低动机强度、中性情绪)×2(类推关系：同形关系，反义关系)的两因素被试内设计。

实验材料包括推理文字材料和情绪图片材料两部分。

2.2.1 推理文字材料

选取中文词语对为实验材料，采用Sternberg的经典类比推理形式A：B：：C：(D1，D2)，并选取两种类比推理关系，反义关系(如“成熟：幼稚：：聪明：愚笨”)和同形关系(如“桌子：桌子：：蝴蝶：蝴蝶”)。根据前人文献(赵鸣，徐知媛，刘涛，杜锋磊，李永欣，陈飞燕，2012)，同形关系的类推相比其他类推关系最为简单，同时包含有类推的基本加工阶段，在此作为基线任务。由6名研究生写出含有这2种关系的双字词且词语内部无重复字，然后由16名本科生(之前没有参加编写材料)进行熟悉度和合理性的评定，最终选定900对词语。

2.2.2 情绪图片材料

采用图片155张，其中135张选自国际情绪图片系统(IAPS)，20张选自网络，所有图片经过photoshop7.0调整为324×432像素，其中愉悦图片52张，欲求图片51张，中性图片52张，并由27名研究生对全部图片进行评定，实验程序采用E-prime编制。首先呈现指导语，告知被试将要看到一张图片，图片会自动消失，之后分别针对效价、唤醒度和动机三个因素回答三个问题：(1)“请评价您现在的愉快程度(1～9：非常不愉快—非常愉快)”，(2)“请评价您现在的心情(1～9：平静—兴奋)”，(3)“请评价您是否想靠近这张图片(1～9：非常想靠近—非常想远离)”。

根据图片评定结果，选出欲求、愉悦、中性情绪各50张图片，其效价、唤醒度和动机程度的评定结果如表1所示。

表1 情绪图片的效价、唤醒度和动机强度评定结果(M±SD)

重复测量方差分析表明，在效价(F(2,52)=115.86,p<0.001)、唤醒度(F(2,52)=154.695，p<0.001)和动机强度(F(2,52)=80.83,p<0.001)三个维度上，三种情绪间的差异均显著。事后检验(Bonferroni)发现，两组积极情绪图片的效价、唤醒度和动机强度均高于中性图片的(ps<0.01)；高、低趋近积极情绪图片在效价(p=0.58)和唤醒度(p=0.60)上差异不显著；高趋近积极情绪图片的动机强度显著高于低趋近积极情绪图片(p<0.001)。

2.3 实验设备和实验程序

采用IBM兼容机，配有HP17英寸CRT彩色显示器，分辨率1024×768像素，刷新频率60HZ。实验在隔音、亮度适中的电磁屏蔽室内进行，视距为100cm。所有trial均在计算机屏幕中央呈现，采用E-prime2.0软件编程，字体颜色为72号黑色宋体字，背景色为浅灰色(RGB为231，230，230)。实验流程如图1所示。首先呈现注视点500ms，接着呈现一张情绪图片3000ms；随后依次呈现：前提1(类比源域的词对，水平视角8°，垂直视角1.9°)、前提2(类比目标域的词对，水平视角8°，垂直视角1.9°)、备选项(水平视角4°，垂直视角1.9°)；trial内刺激之间的时间间隔随机为300～500ms。要求被试在2500ms内尽快按键反应(“F”或“J”，根据前提1和前提2，做出推理，选择认为正确的选项)，否则将自动转至下一题。所有trial被随机编排后分为2个session，每个session含有3个block，共6个Block，每个block含有50个trial，每个block内同形关系类推题和反义关系类推题各25道。实验共50×2(类推类型)×3(情绪类型)=300个试次。Block之间有短暂休息。为了使被试的情绪得到缓冲和休息，每个session均以中性情绪组作为最后一组。

图1 实验程序流程图

2.4 数据采集和分析

采用NeuroScan SynAmps2型放大器采集数据，使用国际10～20系统扩展的64导电极帽记录脑电，以左耳乳突为参考；使用左眼上下电极记录垂直眼电(VEOG)，左右眼外约1厘米处两电极记录水平眼电(HEOG)。头皮电阻被降至5kΩ以下，脑电记录滤波带宽为DC～100Hz，采样频率为1000Hz。

离线分析以双耳乳突连线为参考，去除眨眼、心电、肌电等伪迹，将波幅大于±100μV作为伪迹剔除，数字滤波采用30Hz(24dB/oct)的零相位低通滤波。在本实验中，类比推理中的推断过程主要发生在前提1出现以后，因此分析时程为前提1出现后2500ms，基线为前提1出现前200ms；映射过程主要发生在前提2出现以后，因此分析时程为前提2出现后2500ms，基线为前提2出现前200ms。因为反应的正确率超过86%，所以对所有trial按类型叠加平均。

根据相关文献和总平均图，在图式生成阶段，选择3个时窗对存在差异的ERP成分的平均幅值统计分析：300～550ms(N400)、550～1000ms(P300)、1000～2500ms(LNC)；在类比映射阶段，选择2个时窗对存在差异的ERP成分的平均幅值进行统计分析：300～500ms(N400)、500～2500ms(LNC)。根据前人研究，发现个体在类比推理时的主要加工脑区为额区，因此主要关注大脑额区。为了考察不同ERP成分在大脑左、右半球分布上的差异，将大脑皮层划分成2个兴趣区(regions of interest，ROIs)：左前(F1，F3，FC1，FC3)、右前(F2，F4，FC2，FC4)。运用SPSS 20.0统计软件将各ROI电极点的幅值平均后再进行3(情绪：欲求-高动机强度、愉悦-低动机强度、中性)×2(推理类型：同形、反义)×2(半球：左、右)的三因素重复测量方差分析，采用Greenhouse-Geisser法对p值校正。

3 结果统计分析

3.1 行为实验结果分析

3.1.1 正确率

3.1.2 反应时

3.2 ERPs结果分析

3.2.1 图式生成阶段ERP结果分析

(1)N400

(2)P300

(3)LNC

为了更细致地分析1000～2500ms内的LNC成分，分为1000～1500ms，1500～2000ms和2000～2500ms三个时窗，并对其LNC的幅值进行情绪类型×推理类型×脑区×半球的重复测量方差分析。

3.2.2 类比映射阶段ERP结果

(1)N400

图2 图式生成阶段反义关系诱发的ERP波形图

(2)LNC

为了更细致地分析1000～2500ms内的LNC成分，分为500～1000，1000～1500ms，1500～2000ms和2000～2500ms四个时窗，并对四个时窗内LNC的幅值进行情绪类型×推理类型×脑区×半球的重复测量方差分析。

图3 类比映射阶段反义关系诱发的ERP波形图

4 讨论

本研究探究了在不同动机强度趋近情绪下，大脑对同形和反义关系的类推理的加工过程。行为结果发现：不同动机强度情绪的正确率之间无显著差异；但与中性情绪相比，愉悦情绪与欲求情绪的反应时更长。该结果表明，无论是低动机强度还是高动机强度的趋近情绪，均会降低个体类比推理的加工速度。

4.1 图式生成阶段

ERP结果发现，在图式生成阶段，不同类推关系的刺激均诱发出N400成分。N400成分反映了语义加工过程，其幅度大小与语义加工的难度成正比(Kutas & Federmeier，2011)。在图式生成阶段，个体首先对“A：B”词对进行语义加工，类推在N400幅度产生的差异表明，加工反义关系的词对可能比加工同形关系的词对需要更多的认知资源；情绪在N400的主效应不显著，这与Blanchette(2014)的研究结果一致，情绪对于推理的早期成分没有显著影响。

在N400成分之后，两种类推条件均诱发出P300成分，但同形推理的P300更正。P300成分能够反映个体对刺激的评价和分类过程，在图式生成阶段，个体需要提取出词对内部的关系，因而P300的诱发可能与该加工过程有关。P300是一个反映认知难度的可靠指标，为了维持个体在认知任务上的正常表现，任务难度的增加会促进个体对注意资源的调拨，因而会诱发更小波幅的P300(Albert，2001；Polich，2007)。本实验结果与此结论一致，由于反义条件的难度比同形条件大，因而诱发的P300波幅更小。推理与情绪的交互作用显著，在左前脑区，与中性情绪相比，愉悦情绪与欲求情绪的P300幅值更小，这表明情绪可以自动加工，并优先引导注意从而获得认知加工资源(Vuilleumier，2005)，导致P300的幅值变小。

两种类推关系都诱发出LNC成分，相关研究表明，三段论推理(Qiu，Li，Luo，Zhang，& Tu，2009)、条件推理(Qiu，Huang，Zhang，Chen，& Luo，2007)等不同形式的推理过程中均会诱发出LNC成分。在1000～1500ms时段，情绪主效应边缘显著，愉悦条件的LNC幅值显著大于欲求和中性条件。Qiu等人(2008)研究表明，LNC的幅值与推理任务的难度成正比，这说明愉悦情绪占用更多认知资源，加大了推理任务的负荷。

4.2 类比映射阶段

在类比映射阶段，不同类推关系的刺激均诱发出N400成分。在加工“C：?”词语对时，个体首先需要对“C”词进行语义加工，两种推理的N400幅度差异表明，加工反义关系词对可能比加工同形关系词对需要更多的认知资源。

情绪在LNC上的主效应均显著，欲求情绪下的LNC比愉悦与中性情绪下的LNC显著更负，表明欲求情绪对推理加工产生更多负作用。在本实验中，被试要将“A：B”词对的关系映射于“C”，然后将符合类比关系的有用信息从长时记忆中调到工作记忆中，以寻找出合适的选项，推理出正确结果，因此该阶段诱发的LNC 成分可能反映了个体将“A：B”的关系映射于目标域“C”项的加工过程。执行功能是工作记忆的核心成分，Zhou(2013)的研究表明，高趋近动机强度的积极情绪会降低被试的执行功能，低趋近动机强度的积极情绪与中性情绪相比，并没有显著影响执行功能，因此在类比映射阶段，欲求情绪使个体的执行功能下降，影响了其在工作记忆中对目标项的搜寻，导致LNC的幅值变大。

本研究的结论与Gable和Harmon-Jones(Gable & Harmon-Jones，2008a，2010a，2010b，2010c)的理论假设不尽相同。低趋近动机强度的积极情绪能够增强认知灵活性，加快反应抑制和任务转换的速度；高趋近动机强度的积极情绪能够增强个体对目标的聚焦，促进认知稳定性；这两种不同趋近强度的情绪在完成不同认知任务时可以发挥各自优势，不能说哪一种情绪是有利于或抑制认知水平的。本实验结果表明，尽管愉悦情绪与欲求情绪的正确率并无差异，但高、低趋近动机强度的积极情绪均会延长被试的反应时。分析其原因可能是：推理是一种高级认知过程，而之前关于情绪动机维度模型的实证研究多是关于初级认知过程。个体在完成推理任务时，也会受注意资源、工作记忆等认知因素的影响，也可能受到个体自身的情绪调节策略(刘璐，2014)等因素的影响。未来我们可以关注其他因素在情绪影响类比推理过程中所发挥的作用。

5 结论

高趋近动机强度的积极情绪与低趋近动机强度的积极情绪均会降低推理质量，延长推理的反应时，支持抑制假说。不同动机强度的情绪对类比推理的影响主要发生在类比映射阶段。图式生成阶段主要诱发出N400、P300和LNC成分。类比映射阶段主要诱发出N400和LNC成分。欲求情绪下的LNC幅值显著大于愉悦情绪和中性情绪下的LNC幅值，部分支持情绪的动机维度模型。

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The Effect of Low Versus High Approach-Motivated Positive Affect on Analogical Reasoning：Evidence from ERP

Du Xuesong1，Wang Aiping1，2

(1.School of Psychology，Beijing Normal University，Beijing 100875；2.Beijing Key Lab of Applied Experimental Psychology，Beijing Normal University，Beijing 100875)

The current study employed the event-related potentials(ERPs)to examine the time course of analogical reasoning influenced by different motivational emotions(happy，desire and neutral emotion)in 14 healthy adults.The verbal four-term analogical reasoning task was used to measure analogy performance following emotional materials.Behavioral results showed that the correct rates in three emotions were not significantly different，while people responded more slowly following happy stimuli and desire stimuli compared to neutral state.ERP results showed that the schema induction stage elicited N400，P300 and late negative component(LNC).The effects of emotions on LNC in schema induction stage were not significant.In the mapping stage，N400 and LNC were elicited.The effects of emotions on LNC were significant.Desire pictures evoked smaller LNC compared to happy and neutral pictures，indicating that high-motivated state impaired searching the right answer in working memory.The current result indicated that whichever positive state people were in，it would impair people’s performance in analogy tasks，which supported inhibition hypothesis.It was partially consistent with previous studies based on motivational dimension model of affect which were almost about elementary cognition like attentional scope and cognitive categorization.The effect of different emotions on analogical reasoning mainly occurred in the analogical mapping phase.

emotions；intensity of motivation；analogical reasoning；ERPs

全国教育科学规划教育部重点课题(DBA130219)。

王爱平，E-mail：apwang@bnu.edu.cn。

B842.5

A

1003-5184(2016)05-0413-08