经典网文分享: 天生的逻辑

人的逻辑思维能力从何而来？婴儿也具有逻辑推理能力吗？如何知道不会说话的婴儿有没有逻辑推理能力？

知识的起源一直是一个争论不休的问题。先天学派（Nativism）认为存在与生俱来的基本知识，这些基本知识是各种复杂知识和能力的基石。相反，后天学派（Empiricism）则认为人出生就是一块白板，婴儿只有基本的感知觉，知识都是后天习得的。两千年来，两派理论争论不休。然而，思辨的争论最终还是需要实证的研究来裁决。

近日，《科学》（Science）杂志发表的研究《前语言期婴儿逻辑推理的先兆》（Precursors of logical reasoning in preverbal human infants）通过研究婴儿的行为和眼动，表明了12个月和19个月的婴儿能够进行简单的选言三段论（Disjunctive Syllogism），说明人类的逻辑能力存在独立的起源，并不依赖于语言的习得。一些基本的逻辑能力可能是与生俱来的。

为了深入了解这项研究，我们采访了此研究的一作Nicoló Cesana-Arlotti博士以及受《科学》杂志邀请为此研究撰写评论文章《婴儿的逻辑》（Logic in babies）的Justin Halberda教授。我们会从以下三个方面介绍这项研究。

从《科学》文章本身出发介绍这项研究。
Cesana-Arlotti博士向我们讲述了这项研究背后的故事，以及他对科学研究的思考。
Halberda教授对这项研究的解读

天生的逻辑

$\color{red}{\textbf{选言三段论}}$

让我们先一起来看两个动画。

第一个动画合情合理，第二个动画出人意料。在第二个动画中，一条蛇和一个球被遮挡住了，碗从遮挡物后舀出了其中一个：可能是蛇，也可能是球。之后蛇从遮挡物后面出来，这时你大概会想，碗里的肯定是球了。但是接下来，球又从遮挡物后出现了！这是怎么回事？你也许会觉得这是实验者在恶作剧，但正是这种小把戏，能帮助我们了解还不会说话的婴儿的逻辑推理能力。

为什么我们会感到惊讶？因为我们进行了一个简单的推理：碗里面或者是球，或者是蛇，如果不是蛇，那就一定是球！这个推理的过程被哲学家描述为选言三段论：

我们在做单选题时经常使用这个方法：有四个选项可能是对的，用排除法去掉错误的选项，那么剩下的那一个就是正确答案。

$\color{red}{\textbf{婴儿也能进行选言三段论推理}}$

Cesana-Arlotti博士发现，在看到这两个动画之后，不会说话的婴儿也会表现出不同的反应。12个月大的婴儿在看完第一个动画之后，一会就失去兴趣，东张西望。但是看完第二个动画后，他们会盯着碗看很久。婴儿会对意外的事件格外关注。他们在动画二之后长久地凝视着碗，说明他们也跟我们一样觉得动画二出乎意料，碗里的东西有什么不对劲。

由于两个动画的差别只是第二次从遮挡物后出现的物体，从婴儿对动画二感到惊讶，研究者推测他们一开始看到蛇从遮挡物后出现，就推理出到碗里的应该是球，但是没想到第二次从遮挡物后出现的东西（球）不是他们所预期的（蛇）。

光凭这样一个简单的实验结果还不足以表明婴儿确实具备逻辑推理能力。于是，研究者给出了更有力的证据。他们记录了婴儿在观看动画时的眼动位置和瞳孔大小。

当第一个物体从遮挡物后出来的时候，实验进入了"潜在推理阶段"（potential inference stage)。在这个阶段，出现的物体不仅表明了遮挡物后的物体是什么，同时也提示了碗里的物体。结果发现，婴儿看到第一个物体从遮挡物后出来之后，会转而看向碗。不仅如此，婴儿眼动的幅度越大，之后看到不合理的物体从遮挡物候出来时会越惊讶（看碗的累计时间越长）。

为了进一步确认这种眼动与最后看碗的累积时间的正相关关系是因为婴儿在进行逻辑推理，研究者又让婴儿看了动画三。

动画三：不需要进行逻辑推理的场景，一开始就知道碗里是哪个物体。这个时候，婴儿看到遮挡物后出现的物体时，就不会去查看碗。眼动与惊讶的程度也不再相关。

动画三跟前两个动画唯一的差别在于，动画三一开始就表明了碗里面的物体是什么。婴儿根本不需要进行任何逻辑推理来猜测碗里面的物体。这时，婴儿看到物体从遮挡物后出来时，眼动的位置就与之后的惊讶程度没有关系了。不仅如此，研究者还发现婴儿看到遮挡物后物体出现时的瞳孔半径可以预测婴儿之后的眼动幅度以及最后看到不合理物体出现时的惊讶程度。瞳孔放大得越多，婴儿就越会去查看碗，面对不合理物体从遮挡物后出现时的惊讶程度也会更高。这一系列生物指标都实时地反映了，在看到物体第一次从遮挡物后出现时，婴儿在进行逻辑推理。

$\color{red}{\textbf{小结}}$

这项研究旨在寻找不会说话的婴儿也具备选言三段论推理的证据，其实验设计精巧，文字平实。我非常推荐大家有机会读一读原文，了解一下如何研究婴儿的思维以及实验背后的逻辑。

当然，没有一项研究能解决所有问题。这项研究也只是寻找到了婴儿逻辑推理的先兆。即使是先天论者，也不会认为婴儿一生下来就具有所有的认知能力与知识。

背后的故事：对话Nicoló Cesana-Arlotti博士

$\color{red}{\textbf{理解这项实验}}$

Q: 12个月和19个月的婴儿有什么特别之处？你为什么选择这两个年龄段的婴儿？

A: 之前的研究表明，婴儿的逻辑能力取决于语言中逻辑词汇的发展，逻辑推理能力在两岁之后才会形成。但是12个月和19个月的婴儿还不具备语言能力，处于前语言阶段。我们想知道这两个年龄段的婴儿是否拥有简单的逻辑推理能力。

另外，我们也想知道从一岁到两岁，人的认知能力有什么变化。19个月左右是现有研究中发现婴儿能使用排除法学习新词汇的最小年龄，但是并没有人在19个月大的婴儿身上研究过逻辑推理能力本身。

Q: 为什么不找年龄更小的婴儿？

A: 当然也可以找更小的婴儿做实验，但是难点在于，逻辑推理的实验本身需要婴儿有能力对多个物体进行加工。如动画所示，这些物体会被遮挡住。为了使用排除法推理，婴儿必须至少记住整个实验过程中有两个物体（蛇和球）。然而，要记住两个不同的物体，这本身对于婴儿来说就很难。所以我们在测试12个月大的婴儿时，简化了任务。但即便如此，对于年龄更小的婴儿来说，这些任务可能依然非常困难。如果婴儿无法完成实验，我们就无从得知实验失败到底是因为婴儿没有逻辑推理能力，还是因为他们缺乏其他完成这个实验所需要的能力。

Q: 你最喜欢这个研究中的哪个部分？

A: 研究前语言阶段婴儿的高级认知功能，比如逻辑推理、建构和检验假设的能力，以及这些能力的起源，是很有意思的，因为这些能力很强大也很令人惊讶。

了解这些能力的基石和初始状态，是了解这些认知能力发展的必要部分，也能帮我们了解这些能力到底是怎么运作的。毕竟人类最重要的能力之一就是使用逻辑，在各种假设空间中探索，寻找各种可能性。

另外，我有逻辑学和哲学的背景。我特别感兴趣什么是逻辑，逻辑如何工作，以及逻辑在我们脑中是怎么表征的。研究还不会说话的婴儿，了解没有语言支持的逻辑形式和概念，对我来说非常好玩。

$\color{red}{\textbf{研究背后的故事}}$

Q: 你认为最令人振奋的发现是什么？你一开始就知道你会找到这些结果吗？

某种程度，我们觉得能找到结果。通过理论思辨，我们相信能找到婴儿的逻辑表征，但是我们也需要实证数据来表明。所以，真的找到了实证证据，我们还是挺惊喜的。我们的实验结果验证了我们的预期。

同时，我们也惊喜地发现这种逻辑能力在婴儿和成年人之间具有连续性。我们发现，在做我们的实验的时候，婴儿和成年人拥有相似的逻辑推理过程。成年人和婴儿都会使用非语言的逻辑推理能力，这种推理过程都会在他们的眼动行为上表现出来。这些认知结构和能力上的相似性说明一些最基本的逻辑推理能力在发展中是连续的，贯穿整个人生。

Q: 你的博士论文的第一句话说"关于前语言逻辑概念，我们知之甚少。"你怎么想着做这个项目的，以及你怎么在没有参考文献的情况下进行研究？另外，皮亚杰之前说过逻辑推理能力是后天学会的，在形式运算阶段(Formal Operation)才形成。你为什么认为皮亚杰不对，转而去研究年幼儿童的逻辑推理能力？

A: 你的问题有两个方面。

第一，我们为什么对婴儿有没有逻辑能力这个问题感兴趣，为什么我们认为婴儿天生有基本的逻辑能力，而皮亚杰等人不这么认为？从哲学的论证出发，我们觉得我们应该能够在个体发展的早期找到基本的逻辑表征。福多（Fodor）的论证很有道理，非常有说服力。他基本上建立了认知先天论的哲学基础。他认为，如果人类完全没有基础概念（primitives），而是要从感知觉信息之中建立起逻辑概念，这很不合理，也很难实现。人虽然可以通过假设检验的过程学习复杂的新的概念，但是那些基本的、无法被分解的简单概念是如何学会的，这一点令人疑惑。有些概念不能被分解为更加基本的概念，包括一些基本的逻辑概念，比如否定（negation）和析取（disjunction）。这些基本概念不能被其他更加基本的逻辑操作所定义或诠释，这时候我们就不知道如何通过组合来学习这些概念了。福多认为，这些最基本的概念是与生俱来的。婴儿根本不需要学习这些基本概念。从哲学家的思维论证出发，我们觉得我们应该能够在个体发展的早期找到这些基本的表征。

第二，如何找到一个方法去回答前人完全没有问过的问题？这里，我综合了几件事情。首先，我有哲学和逻辑学的背景，所以我内心中有一个逻辑表征应该什么样，逻辑过程应该怎么运作的模型。然后，我需要设计实验来验证如何在没有语言的情况下检测逻辑能力。其次，很多人设计过很多聪明的实验来研究不会说话的婴儿的别的能力，比如Halberda博士做过一些关于词汇学习的实验，发现婴儿通过排除法来学习新的单词的意思[1]。所以我知道，有些方法可以有效地测试不会说话的婴儿的认知功能。当然，我需要找到一种新的方法来检验逻辑能力。在阅读了大量的文献之后，我的脑子里浮现出了实验设计的原型。

我用了八年的时间做这一系列研究。这八年来，我不断地在思考如何回答这个问题。很多次我都觉得我肯定没法回答这个问题。我花了很多时间，一步一步，尝试了很多方法。每次我们都觉得结果不是很好，而且还有很多新的问题。我们花了很长时间，终于逐一解决了这些问题。

Q: 为什么你愿意承担这个风险？

A: 一方面，我对这个问题非常感兴趣，我也觉得这个问题很重要。另一方面，我觉得科学就是这样的——要花很多时间，想清楚，想好了，再做很多实验。这样，这些实验才是正确的、真正需要做的实验。思考很重要。没有想好问题就跑很多实验，我不觉得那样是做科学的合理方法。在构建模型之前，我们需要对比各种不同的模型和参数，需要生成很多假设，然后再尝试找到或者收集证据来支持或者反对这样的假设，再更新假设。

$\color{red}{\textbf{向《科学》杂志投稿的经历}}$

Q: 在《科学》杂志上发表文章的过程大概是什么样的？是什么让你决定一开始就向《科学》杂志投稿？

A: 为什么不呢？我觉得每个人都应该试一试。一开始，我们觉得我们有一些很有趣的结果，同时《科学》杂志的编辑可能有兴趣。我当然有点不确定最后能不能被接受。最后发表了，我还是挺意外的。如果你热衷于你的研究，并且想让大众了解你的研究，完全可以向《科学》投稿试试。另外，《科学》杂志拒稿也特别快。你很快就会知道被拒了，所以不会耽误太多时间。

Q: 投稿后你等了多久编辑和评审人才告诉你结果？

A: 编辑大概就两三周吧，非常快。评审意见也很快。评审人都非常棒。我觉得他们的建议让这项研究变得更好了。当然，他们也提出了一些批评意见，但是我并不觉得沮丧或者受挫。我觉得整个过程很有帮助。

$\color{red}{\textbf{社会影响}}$

Q: 你希望别人，尤其是普通大众，比如家长们，怎么理解你的研究？你希望他们从你的研究中学到什么？

A: 我需要说明一点：我们的结果既不说明家长们要做什么特别的事来发展孩子的逻辑能力，也不能具体地指导家长怎样教育孩子。因为这还只是一些初期结果。

我们的研究说明婴儿在自然的成长过程中，有一些与生俱来逻辑能力，所以家长不要过度担心他们这方面的能力。他们应该跟孩子们一起玩耍，共度好时光，提供自然、开心和丰富的成长环境。我非常希望公众了解这些信息，而不要过渡诠释我们的研究。

文章在《科学》上发表已吸引了公众的注意和讨论。我很惊讶原来大家对这样的研究这么有兴趣又有明显的担心。我现在收到很多邮件，主要是普通公众的邮件，告诉我他们的体会。我想说，发展心理学有很多人们特别关心和想知道的关于婴儿心智发展的研究。我们这种研究很重要，没想到一般人也很认可，我很开心。

研究逻辑起源的新领域：对话Justin Halberda教授

Q: 你最喜欢这项研究的哪个部分？

推理能力之所以难研究，是因为人的逻辑推理是个随着时间展开的过程——你得到一些信息，经过思考分析，推测某个假设可能是对的，然后你检查这个假设是否成立。这是一个序列过程。我们通常测量的数据是特定时间点的行为反应，很难记录随时间展开的整个推理过程。这篇文章的研究，通过记录婴儿在观看影片的眼动和瞳孔大小，向我们呈现了婴儿推理过程的实时变化。通过瞳孔大小和眼动，你可以看到，当推断碗里面肯定是球的时候，婴儿就会盯着那个碗看，觉得球肯定在碗里。你可以看到婴儿确实正在做出推断。这就是这个研究美妙的地方。

Q: 这个实验任务会不会太简单了。通过这么简单的任务我们真的能说明婴儿有逻辑能力吗？

人们对知识和科学存在非常严重的臆想和误解，以为一个实验就能回答所有问题，找到答案证明你是对的，然后就万事无忧了。大错特错！你这辈子想到的每一个想法都有错误的方面。任何一个科学理论都有错误的方面。只不过有时候，有些理论流传的时间更长罢了。牛顿很聪明，他发明了微积分来研究瞬时速度。在某个瞬间怎么可能测量到速度？但是牛顿通过数学解决了这个问题。他还提出了万有引力理论，这是个关于引力的很好的理论，也预测了很多物理事件。但是这个理论是错的，但是人们不知道，一直到爱因斯坦出现说："不对，引力不是在时空中传递能量，引力是扭曲的时空本身。"我们都说地球绕着太阳转啊转。不对！地球是在扭曲的时空中走直线——穿越两点间最短的距离。

通过单一的实验来回答某个问题，这种想法是错误的。这个问题不值得回答，这个问题应该被改正。

Q: 站在后天论的角度，你觉得他们会如何反对这项研究？

绝大部分科学家都是后天论者，绝大部分发展心理学家也是。绝大部分的心理学家不希望这项研究被发表在《科学》杂志上，不喜欢这篇文章被发表在《科学》杂志上，也不认为这项研究有什么重要的，甚至认为这项研究一团糟。这就是绝大部分发展心理学家的看法。他们，就像普通公众一样，都有后天论的偏见，看到婴儿会说："哦，这就是一团物体，啥也做不了，也不能自己吃东西，也不能走动，也不能说任何话。"

他们会怎么评论这项研究？他们会说："所有婴儿的反应不过是视觉、知觉和运动的反应。实验物体有不同的颜色，婴儿看到颜色来来去去，花花绿绿的，总之，婴儿就是看到五颜六色很惊讶。"

Q: 你在观点文章里提到:"一个新的研究领域正在形成"。你最希望看到这个领域有什么样的研究？

我希望更多人去探索到底孩子们真的知道什么，去真正探究婴儿的认知能力，而不是去争吵为什么我们应该排斥和拒绝这篇已经发表的文章，或者批评这篇文章错在哪里。发展科学（Developmental Science）经常疲于争吵孰对孰错，比如这个理由是错的，或者那个推理不合理。这都是在浪费时间。通过这种争吵，我们学不到任何新的东西。所以，我们要花时间去探索新的东西，然后自然有时间来写综述分析我们是怎么想的，哪些是对的，哪些可能不太对，等等。我们需要先去寻找更多更新的东西。
其实，对逻辑能力的研究从一开始就是对心智进行科学研究的基础。但是近几十年没有什么人进行这样的研究了，更没有人研究过还不能说话的婴儿的逻辑能力。这个新兴的领域将研究婴儿是否有逻辑能力，也将探索是否只有人类具有逻辑能力。同时，我们也要研究动物是否有逻辑推理能力。我认为有很多东西需要发掘的，有很多问题需要解答。即使研究发现婴儿或者动物不能进行某种逻辑能力，我觉得也是很有意义的。毕竟，婴儿也好，动物也罢，不可能拥有所有的逻辑推理能力。即使有，也只是很少的一部分，但是这一小部分能力使得幼小的心灵能够成长并且创造未来。

Q: 发展心理学研究在寻找认知功能起源的时候目标是什么？

当你说"婴儿能做这做那"的时候，没有研究过婴儿的科学家和普通大众总是会很惊讶，因为这些研究发现跟他们的期望不一样。人们觉得婴儿就是蠢蠢的："婴儿不会说话不会走，你得教这教那。婴儿能知道啥呢？" 所以，发展研究的实验结果经常出乎他们的意料。

我们发展心理学研究不仅仅要思考为什么这种研究逻辑起源的工作很有趣，更要知道为什么这样的工作很重要。这类研究之所以重要，是因为它能告诉我们在婴儿长大成人的过程中，心智发展要解决多大多难的问题。如果任何心智最初只有感知觉，那么它无法发展成为伽利略那样伟大的心智。为什么不能？因为心智发展过程要解决极其复杂的溯因推理（abduction）。"心智一开始只有感觉系统，什么先天概念都不存在"这样的假设，并不会使得心智发展的问题变得容易。相反，这样的后天论假设会使得心智发展成为一个不可能解决的问题。
我们不是说想发现婴儿什么都会、什么都懂，而是去寻找促使学习成为可能和心智能够发展的最基本、最不可或缺的认知基础。

$\color{red}{\textbf{《科学》杂志评审过程}}$

Q: 能否从评审人的角度分析为什么这篇文章会被《科学》杂志接受？

这篇文章发表在《科学》杂志上一部分是因为《科学》杂志的编辑Gilbert Chin认为先天论者提出的科学论据非常重要。这并不是《科学》杂志第一次刊登有争议的发展心理学研究。只有《科学》杂志对这样的学术争论很重视，它曾经刊登过非常著名的学术先天论对战后天论的交锋：一边是先天论的代表Gary Marcus论证句法规则在早期语言习得的重要性，另一边是Jenny Saffran论证转移概率在学习分割词汇中的重要性。这是一场非常精彩、非常重要的辩论。我认为《科学》杂志的编辑明白这种争论非常重要，也明白"婴儿具有一些基本的逻辑推理能力"是个非常大胆的假设，而且他们认为研究者对这个假设进行了仔细认真的求证，而且实证数据很有说服力。所以，他们认为应该把"婴儿在能说话之前就有逻辑推理能力"这个大胆的断言引入学术讨论中。

Q: 原来如此，但是这些背后的决策我们怎么知道呢？我们平时似乎都不能知道评审人（reviewer）的身份？

《科学》杂志让允许投稿人知道评审人的身份。对于一份稿件，如果两个评审人有巨大的意见分歧，比如一个说这篇文章很好，另一个说这篇文章很糟，那么《科学》杂志的编辑有权邀请两位评审人互相评审——每个评审人都要告诉编辑为什么你认为对方的意见不合理。然后，编辑会权衡双方意见，选择更有说服力的一方。虽然投稿人不一定知道文章发表的背后都发生了什么，但是这种过程确实时常发生。这是《科学》杂志的工作方式。《科学》杂志会这么做，其他杂志不见得这么做。

有争议的文章能发表在《科学》杂志上，并不是因为所有人都同意这篇文章表明的观点，而是因为很多人不同意这篇文章的观点，但是《科学》杂志认为研究证据充分表明文章的论点是成立的。

结语

这项关于婴儿逻辑推理能力的研究，实验的设计很巧妙，探讨的问题也很有趣。来自作者和评审人的第一手解析让我们知道一项科学研究远不是一篇《科学》文章所能概括的。研究背后的各种思索、尝试、失败、挫折以及运气，不去问问研究人员本人，我们可能根本体会不到。

这个研究做了八年，最后发到了《科学》杂志上。一方面，我觉得作者对研究问题本身的兴趣和执着肯定是功不可没。另一方面，《科学》愿意接受有争议的研究课题，看重研究证据是否能支持研究结果，而不被观点上的偏见所影响，这一点也很重要。了解这些杂志选稿的逻辑或许有助于我们了解自己的研究到底做得如何以及到底什么是好的原创性工作。

最后，文章的采访原稿很长，讨论的方面也很多，我们在这里只编辑选取了部分重要内容。完整的采访内容，我们将作为补充材料放在微信公众号中。如果您有兴趣，欢迎通过【扩展阅读】中的链接点击查看。我们初次使用微信公众号编辑文章，发现微信公众号的编辑环境有很多不合理的地方，我们还在学习怎么使用这个媒介。希望在将来给大家提供更友好的阅读体验。

扩展阅读

完整的采访和补充内容

Nicoló Cesana-Arlotti博士采访完整版
Justin Halberda教授采访完整版
研究介绍的补充内容也可以在这里进行阅读。

研究报道相关的延伸阅读

Halberda, J. (2018). Logic in babies. Science, 359(6381), 1214-1215.
Cesana-Arlotti, N., Martín, A., Téglás, E., Vorobyova, L., Cetnarski, R., & Bonatti, L. L. (2018). Precursors of logical reasoning in preverbal human infants. Science, 359(6381), 1263-1266.
Laura Schulz在2015年给了一个很精彩的Ted Talk，其中列举了婴儿其他的推理能力。
知识分子：一岁幼童也会推理：逻辑产生或与语言无关 | 前沿

Nicoló Cesana-Arlotti博士采访中的相关信息

Halberda, J. (2003). The development of a word-learning strategy. Cognition, 87(1), B23-B34

Justin Halberda教授采访中相关的信息

《科学》杂志Gilbert Chin的页面
Saffran, J. R., Aslin, R. N., & Newport, E. L. (1996). Statistical learning by 8-month-old infants. Science, 274(5294), 1926-1928.
Marcus, G. F., Vijayan, S., Rao, S. B., & Vishton, P. M. (1999). Rule learning by seven-month-old infants. Science, 283(5398), 77-80.

补充材料