无关情绪作为外在认知负荷调节关系归纳推理：来自P2和LPC的证据

《Biological Psychology》：Irrelevant Emotion as Extraneous Cognitive Load modulates Relational Inductive Reasoning: Evidence from P2 and LPC

　　

•情绪对推理的影响受内在认知负荷的调节•内在认知负荷增强N400（规则提取）和LPC（结论修正）•偶然情绪调节早期（N1、P2）和晚期ERP成分（N400、LPC）•情绪状态特异性塑造P2成分，反映情绪注意竞争•这些发现推进了认知负荷理论在情绪–推理交互中的作用机制理解

引言

推理是人类高级认知能力的重要组成部分，涉及从已知事实和原则中抽象出新结论和知识。然而，推理往往受到情绪状态和情绪内容的影响。大量研究表明，负性情绪内容和情绪状态会降低逻辑推理能力，且这一现象跨越多种任务类型，包括三段论推理、条件推理和演绎推理（Blanchette, 2006; Blanchette et al., 2018; Blanchette & Richards, 2010; Jung et al., 2014; Lefford, 1946）。值得注意的是，当情绪与个人经历相关时，情绪也可能促进推理（Blanchette et al., 2014; Blanchette et al., 2007），这表明情绪对推理的影响取决于情绪状态与认知目标之间的功能相关性。研究者提出，情绪对逻辑推理能力的抑制效应可能源于情绪占用了推理所需的有限认知资源，或源于情绪唤醒引发了冲突检测过程（Blanchette & Nougarou, 2016）。然而，当情绪和工作记忆在推理过程中竞争认知资源时，二者是否共享相同的底层机制仍不清楚。本研究旨在探讨偶然情绪状态和内在认知负荷如何影响关系推理——一种典型的非语言推理和抽象问题解决形式。

尽管行为学研究表明情绪对逻辑推理的影响存在矛盾，但事件相关电位（ERP）研究进一步揭示了情绪对推理影响的神经基质。ERP研究表明，情绪对条件推理和类比推理的影响主要反映在中间持续注意（N400/P3b）或晚期推理形成（LPC/LNC）加工阶段，而非早期成分所表征的自动加工（Blanchette & El-Deredy, 2014; Leblanc-Sirois et al., 2021）。在三段论推理中，情绪行为（皱眉）同时调节语义整合阶段（475–525 ms）和持续注意阶段（700–1200 ms）（Gagnon et al., 2021）。值得注意的是，一项关于基于类别的归纳推理的近期研究发现，情绪效价调节早期增强注意（P2）和冲突检测加工（N200）、中间阶段语义关系泛化（N400）以及晚期关系提取加工（LPC）（Ye et al., 2026），表明情绪影响推理的多个加工阶段。因此，关于情绪对推理的影响仍存在分歧，可能有多方面因素导致这一现象。

首先，情绪对推理过程的影响因任务特征和具体任务类型而异，包括归纳推理、演绎推理和类比推理（Eldaief et al., 2012; Ye et al., 2026）。如前所述，情绪主要影响演绎推理的中间和晚期阶段，但也影响归纳推理的早期阶段。此外，这一效应在有语义内容和无语义内容的实验刺激之间也有所不同，包括基于语义的、关系归纳推理和数字推理（Leblanc-Sirois et al., 2021; Ye et al., 2026）。然而，当前关于情绪与推理关系的行为学和ERP研究主要基于语义推理——特别是经典的演绎推理范式。

其次，关于情绪对推理影响的矛盾发现可能受工作记忆容量/负荷的驱动，工作记忆显著调节各种推理偏差。例如，工作记忆容量低的参与者或需要高认知负荷的任务在推理任务中表现出更多信念偏差，且随着工作记忆容量的增加，信念偏差逐渐减弱（De Neys & Pennycook, 2019; Thompson et al., 2018）。在情绪脆弱个体中也观察到了类似模式。例如，抑郁情绪会诱导工作记忆容量低的个体出现推理偏差，但不影响高容量个体的表现（Wasielewski et al., 2021）。进一步的研究揭示，这种不一致性可能源于任务或个人经历的情绪相关性（Blanchette et al., 2018; Blanchette & Nougarou, 2016; Castro et al., 2023）。情绪相关信息会激活相关语义概念或心理图像以促进推理，而偶然情绪则需要额外的认知资源来抑制（Trémolière et al., 2016）。这些发现暗示情绪可能是另一种形式的认知负荷，但情绪与认知负荷在推理中是否依赖相同的神经机制仍有待阐明。

认知负荷理论为理解情绪为何可能干扰推理提供了原则性框架。据此，工作记忆具有有限容量，施加于工作记忆的总认知负荷由两个功能不同的组成部分构成（Paas et al., 2003; Sweller et al., 1998）。内在认知负荷可以由关系复杂性决定，关系复杂性指的是问题解决中必须同时整合的变化数量或维度（Halford et al., 1998a; Xiao et al., 2025）。ERP研究表明，关系复杂性调节关系推理的神经基质：增加关系复杂性会增强与工作记忆更新和关系整合相关的成分，如N400和LPC（Xiao et al., 2022; Xiao et al., 2025）。其中，N400通常与从长时记忆中激活语义知识以促进语义整合相关联（Kutas & Federmeier, 2011）；而LPC的振幅常与归纳推理的强度及演绎推理的逻辑性呈负相关（Liang et al., 2016; Ye et al., 2026）。例如，LPC反映推理结论的生成和评估，演绎推理任务中不匹配结论、基于类别的归纳推理中无关结论以及Wason选择任务中的证伪条件均表现出较大的LPC（Bonnefond & Van der Henst, 2013; Long et al., 2015; Cai et al., 2011）。此前关于一般工作记忆更新的ERP研究将N400（约400 ms达峰）和晚期正成分（LPC，刺激呈现后500-800 ms）均与认知资源消耗相关联。然而，文献中报告的N400调节方向并不完全一致：一些一般工作记忆研究表明高认知负荷下N400振幅更小（负性更弱）（D'Arcy et al., 2005; Hunter, 2020; Kutas & Federmeier, 2011; Megías et al., 2021），而类似本实验范式的关系推理研究则发现增加关系复杂性会增强（即增加N400的负性）N400，反映规则提取和语义整合需求增加（Xiao et al., 2022; Xiao et al., 2025）。鉴于这一分歧，我们没有先验性地承诺N400调节的具体方向，而是预测内在认知负荷将调节N400振幅。

相比之下，外在认知负荷源于不贡献于核心推理过程但消耗工作记忆资源的与任务无关的信息或加工需求。外在认知负荷通常由必须被抑制或压制的无关信息诱发（Holyoak & Monti, 2021; Xiao et al., 2019）。关键的是，认知负荷理论认为内在认知负荷和外在认知负荷是累加的：当两者同时存在时，它们共同消耗有限的工作记忆资源池。这意味着，只要总认知负荷不超过工作记忆容量限制，不同类型的认知负荷可以相加来预测学习和表现。因此，当内在负荷相对较低时，对内在和外在认知负荷的独立操纵可能产生线性累加效应，在ERP效应上通常表现为两个显著主效应而无交互作用。例如，感知不匹配的数字归纳推理任务（如"12, 12, 十二, 十二"）通过增加与任务无关的自下而上视觉冲突降低推理准确率，引发P200（注意分配）、N200（感知模板偏差）、P300（不确定感）和LPC（工作记忆更新）（Xiao et al., 2019）。然而，当内在认知负荷已经很高时，外在认知负荷对推理的干扰最为强烈，因为合并需求超过了工作记忆的绝对容量。在这种情况下，当任务极其困难时可能出现不足加效应，表明ERP结果上存在显著交互作用。这一观点得到了近期ERP研究的支持：内在和外在认知负荷对数字归纳推理产生不同影响：内在负荷调节N200（模式检测）、LPC（工作记忆更新）和LNC成分（关系整合），而外在负荷调节P2振幅（注意分配），在N400上存在显著交互作用（Xiao et al., 2025）。当执行高负荷或更相关的附加任务时，观察到N400潜伏期延长或振幅减小；这可能反映因资源竞争导致的注意分配变化（Hohlfeld et al., 2004; Kutas & Federmeier, 2011）。由于外在认知负荷通常聚焦于注意分配或无关维度以及规则提取期间的注意分配，P2和N400可作为此类外在负荷的可靠电生理指标。

在认知负荷理论框架内，推理任务前诱发的偶然情绪状态可被概念化为外在认知负荷的来源（Plass & Kalyuga, 2019）。如前所述，与任务无关的情绪信息会激活语义概念或心理图像，而这些必须被抑制才能维持对推理的专注，这一抑制过程本身消耗工作记忆资源（Trémolière et al., 2016）。情绪是否作为外在认知负荷起作用，关键取决于其与推理内容的相关性：当情绪内容与个人相关时（例如，PTSD退伍军人推理与战争相关材料），它可能增强而非损害推理（Blanchette et al., 2014; Goel & Vartanian, 2011）。相反，与任务无关的情绪信息可被概念化为外在认知负荷的来源，其对推理的影响可能因任务难度或工作记忆容量而异（De Neys & Pennycook, 2019; Thompson et al., 2018; Trémolière et al., 2016; Wasielewski et al., 2021）。例如，负性情绪尤其在高工作记忆需求下损害推理表现（Rojas-Barahona et al., 2023），高认知负荷放大了类比推理中情绪刺激的注意捕获（Castro et al., 2023）。因此，本研究采用情绪启动，使用与关系推理无关的情绪图片作为诱发外在认知负荷的典型操纵方式。

基于上述考虑，本研究结合行为和ERP指标，探讨偶然情绪状态（作为外在认知负荷）如何与关系复杂性（作为内在认知负荷）交互作用来调节关系归纳推理。先前研究发现，不同离散偶然情绪状态对推理过程产生不同影响（Mills et al., 2017; Smith et al., 2015）。因此，我们聚焦于两种典型的基于效价的情绪——快乐（正性）和悲伤（负性）——并通过情绪启动检验其对推理的具体影响。LPP成分是一个在刺激后约300 ms出现的持续正波，对正性和负性高唤醒图片均敏感，通常作为个体情绪参与度的可靠指标（Hajcak & Foti, 2020; Hajcak et al., 2010）。因此，我们假设如果情绪启动类型的操纵有效，正性和负性图片引发的LPP将大于中性图片引发的LPP。此外，我们采用了改良版的瑞文渐进矩阵（RPM）任务，要求参与者识别控制不完整3×3矩阵的隐藏规则并从两个选项中选出正确的补全项（Christoff et al., 2001; Halford et al., 1998b）。RPM任务特别适合本研究目的，因为它消除了语义内容和先前语言知识的影响，允许对关系复杂性进行清晰操纵。高内在负荷由三个同时变化的规则表征（例如形状、阴影和数量），而低内在负荷仅涉及单一规则。外在认知负荷通过情绪启动进行操纵，使用中性、正性或负性图片，且与关系推理内容无关。

为得出具体ERP预测，我们借鉴了不同类型归纳推理的先前发现，包括有语义内容和无语义内容的实验刺激。先前ERP研究发现，基于类别的归纳推理涉及不同的加工阶段：特征比较（P2）、规则提取（N400）和推理生成（LPC）（Liang et al., 2016; Liang et al., 2020; Ye et al., 2026）。此外，关系归纳推理过程与N1、P3和PSW成分相关联（Bigman & Pratt, 2004; Chen et al., 2007），而数字归纳推理常与N2、N400、LPC和LNC反应相关联（Xiao et al., 2022; Xiao et al., 2025）。

在这些范式之间，LPC成分始终被认为与推理结论的生成和评价有关（Bonnefond & Van der Henst, 2013；Cai等, 2011；Long等, 2015）。重要的是，情绪对演绎推理的影响主要反映在中后期阶段（Blanchette & El-Deredy, 2014），然而近期证据表明，情绪也会调节归纳推理的早期阶段（Ye等, 2026）。此外，外在认知负荷还会额外影响与注意分配相关的早期P2（Xiao等, 2025）。基于这些研究，我们假设偶然的情绪启动会调节关系归纳推理的多个加工阶段，包括早期（N1、P2）和晚期（N400、LPC）成分。相比之下，内在认知负荷预计主要调节与关系整合（N400）及推理生成过程中结论修正（LPC）相关的成分。根据认知负荷理论的资源加和原理，内在认知负荷与外在认知负荷同时施加时会争夺相同的有限工作记忆资源。值得注意的是，Xiao等（2025）发现内在与外在认知负荷对与语义整合相关的N400具有显著交互作用。这可能是由于内在认知负荷难度极大，可能导致非加和性效应，并对N400效应产生显著的交互影响。本研究可能在行为结果以及P2或N400效应中发现显著交互作用，其中情绪启动在高内在负荷下的干扰强于低内在负荷下，因为在低负荷条件下充足的剩余工作记忆容量可能缓冲外在负荷的干扰效应。然而，如果内在负荷相对较低且推理准确率极高（即使在负荷条件下），内在与外在认知负荷可能会独立地调节表现，产生线性加和效应；该效应通常表现为两个统计显著的主效应，且不表现出与ERP效应的交互作用。

片段：参与者 样本量通过G*Power 3.1.9.7（Faul等, 2007）进行先验功效分析确定。总样本量为24名参与者，足以在α水平为0.05、功效为0.90的情况下检测到效应量（f = 0.25）。为进一步确保研究结果的稳定性，本研究招募了四十一条右手利、视力正常或矫正后正常的本科生。所有参与者均无精神或神经系统疾病史，并签署了同意书……PANAS得分 如表2所示，不同情感启动类型之间在积极情绪子量表得分上没有显著差异[F(2, 68) = 2.22, p = .11, η2p = .044]。情感启动类型对消极情绪子量表得分的主效应显著[F(2, 68) = 4.02, p = .021, η2p = .079]。事后比较显示负性与正性情感启动类型之间存在显著差异（p = .022）。配对样本t检验表明，在不同情感启动条件下……

讨论 本研究旨在探讨在控制正性和负性图片的情感强度与唤醒度之后，情感启动类型如何影响具有不同内在认知负荷的关系归纳推理。与中性图片相比，正性和负性图片均诱发出更大的顶叶LPP波幅，这作为情感强度的有效指标，其波幅与所体验的情感强度直接成正比。这一结果提示……

结论 我们的ERP结果表明，关系归纳推理的加工至少包含四个阶段，而情绪与内在认知负荷通过彼此不同但相互作用的神经机制影响关系归纳推理。情绪启动不仅影响推理的后期阶段，也影响早期阶段，分别反映特征检测（N1）、特征比较（P2）、规则提取（N400）和推理生成（LPC）。内在认知负荷也……

关于稿件撰写过程中使用生成式人工智能及人工智能辅助技术的声明 声明：在本工作准备过程中，作者使用了Claude对稿件进行编辑和校对。在使用该工具/服务之后，作者按照需要进行审阅和编辑，并对出版内容承担全部责任。

资助 本研究受教育部人文社会科学研究项目（24YJC190004）支持；国家自然科学基金[项目编号：32500920；32460208和31400961]；河南省医学科学研究计划项目（项目编号：LHGJ20220569）资助。

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利益冲突声明 我们声明不存在潜在的利益冲突。

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