解开直觉的大脑密码
日常生活中，很多时候我们难以解释自己的选择，于是往往归因于「直觉」。莫非，我们的大脑真有不理性的时候？ 什么是直觉？它在脑中如何形成？ 直觉和推理所仰赖的神经机制有何不同？
撰文 郭文瑞、黄贞颖、许碧纯
科学人 2009.08
关于人类决策行为的研究，传统经济学发展已久，其中不乏令人激赏的理论及预测能力，但终究多半局限于数学理论模式的思考框架。直到1970年代，心理学家将心理研究领域的观察与成果，带入经济学的分析理论中，而有了巨大突破，他们以实证研究指出，人类行为（尤其是在不确定情况下的判断与决策）可能并非单一理性模型可以完全涵盖。
由于这类研究的主要标的为「判断」和「选择」，因此多可用来解释人们在投资和消费时的行为。例如，美国普林斯顿大学心理学教授卡尼曼（DanielKahneman）在1979年提出了展望理论（prospect theory），认为个人在充斥不确定性的环境下制定风险决策时，会因参考点（reference point）的不同而改变偏好态度，该理论成为行为经济学的基石，卡尼曼也因此获得2002年诺贝尔经济学奖。又例如，研究也发现，相同事件经由不同的陈述或表现手法，就会影响并导致决策者做出不同的选择，这就是著名的框架效应（framing effect）。
近年来，在各种脑造影仪器的辅佐下，认知神经科学蓬勃发展，而结合了行为经济学的神经经济学也受到关注。研究者开始了解，必须汇聚心理学、经济学和神经科学这三个层面的研究能量，直接探询人类决策形成时的脑部中枢机制，或是以大脑神经网络的反应激发，来推敲、解释决策行为的成因，才能更进一步了解经济行为或控制经济 行为的神经机制，进而利用这些发现来导引并建立经济学模式。例如，情绪如何影响消费行为及偏好？什么因素使我们信赖并进而将个人财务信托于他人？ 为什么我们即使知道某种行为将带来不良后果（诸如成瘾），仍然会去做？ 时间的即刻性如何影响我们的决定，你会选择马上得到100元还是明天得到110元？ 以上种种，都是目前研究者关注的议题。
难以言喻的直觉
我们合作的研究则是从经济学赛局理论出发。 赛局理论对人类决策行为提供了清楚的描述，在希望能够得到个人最高酬赏的前提下，研究人类对策略的理性选择，例如在众所周知的「囚犯的两难」赛局中，两名囚犯在无法沟通的状况下，各自推论、计算出对自己较佳的选择，而结果是双方都做出招供的决策。
多数赛局反映的是这样一个可以进行理性分析的情况，在一群可能的策略中，决策者一步步推理、寻求能够产生个人最大报酬的均衡点，其中一类称为「优势可解赛局」（dominance-solvable game），它的推理过程有基本步骤可以依循，思考过程通常相对缓慢，但不易受到情绪影响，属于心理学研究中的推理型思考。
另有一类赛局，光仰赖推理无法做出好的决策，而常须以直觉方式决定，其中一类这样的赛局称为「协调赛局」（coordination game）。 2005年诺贝尔经济学奖得主谢林（Thomas C. Schelling）指出，在某些策略互动中，决策双方必须在缺乏沟通的前提下做出相同的选择，这类仰赖心理学中直觉型思考的赛局，关键就在于如何依循直觉，找出决策双方关注的「焦点」（focal point），才有可能做出相同选择。 然而，在复杂的环境中，要如何才能成为焦点？ 谢林进一步说明，焦点讯息具有一些特性，可以是知觉显著，也可以是具有文化特性。 这类思考过程通常相对快速，但较容易受到情绪的影响。
以往的研究多数聚焦于可以进行数学分析的赛局，例如「优势可解赛局」。 研究结果也指出，我们确实具有理性的推理能力，而能逐步演绎出对双方行动最佳的决策。相对来说，「协调赛局」的决策过程比较少人研究，主要是因为这类研究较难进行，决策者很难描述「为什么」，无法清楚地自省并说出决策形成的过程，只能依凭所谓的「直觉」。
但从谢林和其他研究者的实验清楚显示，面对「协调赛局」时，受试者可以成功做出相同的选择，其机率远高于随机。例如，请受测者任选一个颜色、数字或年份，但必须和他人相同。结果显示，40%以上的人会选择红色、1、2009年（当下的年份）。询问受试者为何做此选择，他们的回答通常是「直觉」。人们经常要跟他人「协调」，原来不一定得透过言语才能达成共识，然而受试者所谓的「直觉」究竟是什么？
其实，在日常生活中，有很多时候我们很难对自己的选择或决策过程说明白，于是往往就归因于直觉，难道大脑中枢决策系统真有不理性的时候吗？还是生物系统已经累积、铺陈了一些进行决策的「捷径」，而这些捷径是理性系统较不熟悉或不认同，在无计可施的情况下，就放任并倚赖它形成决策？令我们好奇的是，直觉在脑中如何表现？直觉型的决定又是如何形成？因此我们利用功能性磁共振造影（fMRI）技术，试图探究进行两种赛局时的大脑神经机制。
照见脑中赛局
近20年来，fMRI技术对认知神经科学的发展贡献卓越，除了验证以往临床神经观察的结果，也开发出许多检验认知心理历程与大脑之间对应关系的有效方法，最清楚的例子是描绘视觉视野与大脑枕叶、顶叶之间的对应与分布关系。
囚犯的两难
博弈理论中著名的两难赛局，从互动关系的赛局中，研究决策者之间的冲突和合作，是由理论数学家、现代电脑创造者冯纽曼（John von Neumann,19031957）提出。
它假设两名犯罪同党被关在两个独立且无法互通讯息的牢房，进行审讯。 倘若两人都保持沉默，将因证据不足而获判一年；若其中一人供出同党，招供者将被释放，而遭出卖的同伙则被判20年；如果两人都招供，则各被判5年。
对双方最佳的策略是保持沉默，则只会各判一年。 但因两名囚犯无法沟通，基于亚当史密斯的利己理论，选择坦白反而是个人的最佳策略。 因为如果自己招供，而对方保持沉默，自己将可获得释放；即使对方也招供了，最多坐牢5年，两种结果都好过自己保持沉默却遭对方出卖而被判20年。
由于fMRI的基本运作原理是倚赖人体内血流、血氧改变和神经元活化的关系，当神经元活化时，会促使附近微血管增加血流来补充代谢所需要的氧气，使得活化区域的脑血流改变，局部血液中的去氧与带氧血红素浓度以及脑血容积也随之改变，造成磁场的局部扰动，进而反映在磁共振造影影像讯号强度的变化上。 因此藉由心理实验设计，我们可以重复呈现与思考、动作或其他心理经历有关的实验刺激，最后再以影像讯号处理及统计方法，判断哪些脑区在过程中出现讯号变化，进一步推论哪些脑区与执行这些思考、动作或心理经历相关。
因应fMRI实验，必须清楚地以电脑化呈现每一个赛局给受测者，同时也为了精确记录受试者的行为，例如反应时间以及答案选项，所以我们设计了以数字或图形方式所呈现的不同类型赛局，这些设计有别于传统经济学的报酬矩阵（payoffmatrix），但仍保有赛局的精神，而且更容易明白，让我们能即时且精确记录赛局过程的行为及大脑的反应。
造影实验前，我们先在课堂中进行纸笔测验，取得多数人对于不同赛局的反应型态，进而得出个体对照群体时的反应分数，以便进行fMRI实验时可以针对受试者的表现给分。 为了避免事先对赛局有经验而造成影响，我们征求的受试者皆为没有赛局经验的大学生，每位受试者必须执行「优势可解赛局」和「协调赛局」各40题不同类型的题目，在实验过程中，不同类型的数字或图形赛局会随机出现（见右方〈优势可解赛局vs.协调赛局〉）。
不同于其他磁共振造影研究，在解任何一个赛局时，我们都没有限制时间，直到受试者做出反应后，才进入下一个题目，利用这样的实验安排，我们得以记录到受试者最真实的反应，并成功取得21位受试者的脑部影像及资料。
反应时间的资料显示，受试者对于「协调赛局」的反应远快于「优势可解赛局」，符合预期结果；也就是说，在进行以直觉为主的赛局，受试者的反应时间会少于以推理才能解开的赛局。从选项的结果来看，在「优势可解赛局」中，约有80%受试者的选项具有一致性，在「协调赛局」则有将近70%；参照于更大样本的课堂同学表现，「优势可解赛局」有67%的选项一致，「协调赛局」则是46%；相较于机率表现，则分别约只有21%与19%。所以，受试者对两种赛局的决策选择与群体多数的行为选择较符合。
逻辑推理的帮手
我们的研究结果有几点发现。首先，受试者在进行「优势可解赛局」时，大脑皮质前额叶及顶叶（fronto-parietal）区域被诱发的神经活化程度较高。
这个观察并不意外，在面对这类赛局时，会需要支持一般智力运作的认知能力，例如工作记忆（working memory），所以这两个支持工作记忆运作功能的脑区必然会较活化（见56页〈推理与直觉的神经机制〉上图）。
优势可解赛局vs.协调赛局
因应fMRI实验的特性，研究者必须清楚地以电脑视觉呈现每一个赛局，我们设计了不同类型的赛局，并以数字或图形的方式随机出现，受试者必须选择按下其中一个数字或方格。在「协调赛局」（上排图）中，受试者必须和对方同时做出选择，如果两人的选择相同，则可以达到双赢。在「优势可解赛局」（下排图）中，受试者要选择最接近「对方＋1」的数字、对方则选择最接近和受试者相同的数字，如果两人的选择符合目标，则可以达到双赢。
从过去的文献也可看出，参与这类历程所倚赖的神经网络，和常见的「问题解决」（例如河内塔问题或心像旋转）相关的神经基础雷同。 进行「优势可解赛局」时，参与者必须不断进行阶段性的推理，删去不佳的、留下具优势的选择，直到达成均衡，所以每一次推理皆可能牵涉到讯息编码、储存、提取、评估、比对和选择等历程，当推理过程进入下一阶段时，这些历程就会不断重复。因此，支持这些历程的前额叶及顶叶脑区也就会比较活跃。由于我们所设计的赛局难易程度不同，当推理难度提高时，受试者必须增加来回的推理步骤，以删除比较不理想的选择。除了 必须耗费较多的时间，大脑顶叶活化程度也会随着困难度增加而升高，这结果更强化并支持了这两个脑区的活动运作是推理过程所倚赖的神经基础。
推理与直觉的神经机制
不同类型的赛局，启动的是不同的思考方式。以fMRI扫描受试者脑部影像可以发现，进行「优势可解赛局」时，受试者的大脑皮质前额叶（A）及顶叶（B）区域被诱发较高的神经活化（上排图，颜色越深代表活化程度越高）。这是因为受试者必须不断进行推理，牵涉到讯息编码、储存、提取、评估与比对等历程，因此支持工作记忆（working memory）功能的这两个脑区较为活跃。然而，当受试者进行「协调赛局」时，脑岛（A的两侧）及前扣带回皮质（B）则出现较活跃的神经活动（下排图），也就是说，偏向直觉型的思考历程比较倚赖这两个脑区的运作活动。
当推理型思考越困难，大脑顶叶的活化程度也越高；然而，当直觉型思考较为容易时，脑岛活化程度反而提高。
河内塔问题与心像旋转
河内塔（Tower of Hanoi）问题为递回函数解题，假设有3根木桩和n个直径均不相同的穿孔圆盘；一开始，n个圆盘都套在木桩A上。 如何以最少次数，借着B木桩做桥梁，将A桩上的圆盘全部移到C木桩上，而且搬动时必须遵守下列规则：盘子可任意搬动，但每次仅能移动一个，而且小圆盘永远置于大圆盘上。
心像旋转（mental rotation）指的是每个个体旋转脑中图像的能力，属于视觉影像转换能力的一种。 研究者呈现两个复杂的立体几何图形，要求受试者判断两个图形是否相同，并记录他们的反应时间。 受试者为了正确辨认图形，必须在心中转动其中一个图形，直到足以判断两个图形是否相同为止。
灵犀相通有迹可循
针对「协调赛局」，我们观察到受试者的脑岛（insula）及前扣带回（anteriorcingulate cortex）皮质区的神经活动相对活跃；也就是说，偏向直觉型的思考历程比较倚赖这两个脑区的运作活动（见左页〈推理与直觉的神经机制〉下排图）。
最近其他脑功能研究也指出，这些大脑区域与人类诸多社会行为相关，例如人们在解析与合作、信任、同理心，甚至是与爱情有关的讯息处理时，这两个脑区的血氧浓度变化都会比较大，显示其相关程度较高。
根据谢林的理论，进行「协调赛局」时，参与者必须快速体会、察觉赛局中的焦点。 那么，这和人们在决定是否相信某人时，有何相似之处？ 我们认为彼此之间有一个共通点，即侦测显著性（saliencedetection）。 「协调赛局」中需要侦测显著的焦点讯息，以便与对方做出相同的选择；在判断他人是否值得合作或信任时，也需要从错综复杂的因素中，侦测到一些显著的线索，以便做出抉择。
我们设计了许多「协调赛局」，每一个赛局的可协调性也不尽相同。 透过与多数人的反应做比较后，可以发现，如果受试者对某一个赛局的可协调性得分比较高，则脑岛的反应也比较强，两者有显著的正相关。也就是说，在进行「协调赛局」时，脑岛似乎扮演着侦测与决定讯息显著性的角色，显著性越高，脑岛的活动程度也越高。
简而言之，我们的研究结果指出，当推理型思考困难程度提高时，大脑的顶叶活化程度也会提高；然而当直觉型思考较为容易时，大脑的脑岛活化程度反而提高。此一结果再次显示，这两种思考历程在本质上有着极大差异，大脑皮质的活动与推理的难易度呈正相关，却与直觉的难易度呈负相关。
生活在充满复杂交错讯息的环境中，我们时时得迅速做出一些决策，以适当地反应，「协调赛局」的心路历程似乎就反映了这个过程。在过去的经济学研究当中，由于它很难以数学量化的方法去描述，所以相关的讨论并不多，然而这类直觉型思考却是人类社会行为中，相当重要且独特的思考模式，并大量使用于诸多策略互动中。纵使其过程难以理论化，但了解其神经机制，仍有助于我们明白社会行为的成因及其生物性的意涵。
爱情全凭直觉？
最近的脑功能研究指出，脑岛与前扣带回皮质区和人类许多社会性的行为息息相关，例如信任，甚至是爱情。由于这类社会行为也需要从复杂交错的因素中，侦测显著的线索，以便做出回应，研究者因此推论，它与受试者在进行「协调赛局」时，必须快速运用直觉找出焦点所在，有着相当程度的雷同。
郭文瑞（左）是阳明大学认知神经科学研究所助理教授，也是认知神经科学实验室的研究员，研究专长为利用功能性磁振造影（fMRI）探讨阅读中文字时的大脑神经机制。
黄贞颖（右）是台湾大学经济学系副教授，研究专长为个体经济学、个体 理论，曾获国科会95年度吴大猷先生纪念奖。
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