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顿悟问题解决中原型激活的认知神经机制

邱江  
【摘要】: 当前有关顿悟问题解决认知机制的认识一直没有达成共识,表征转变(representation change)理论和进程监控(progress monitoring)理论虽然都有合理的一面,但是均未能揭示出顿悟问题成功解决的决定性因素,也不能全面阐释顿悟问题解决的内部机制。新近发展起来的脑成像技术(如fMRI,PET,ERP等)为直接观察大脑在进行高级认知加工时的活动状况提供了强有力的研究手段,可以在一定程度上帮助我们更好地揭示顿悟的本质。但是,就目前而言,采用脑成像技术研究顿悟的脑机制仍然存在两个主要的困难:首先,在自然状态之下,顿悟发生的时间点是不可控的,即便是在实验室条件下,也很难采用脑成像技术对顿悟的认知过程进行系统的研究。其次,实验室条件下所使用的经典顿悟问题(如蜡烛问题,双绳问题,九点问题等)只有为数不多的几个,很难满足脑机制研究要通过对相当数量的、可重复观察的同类认知事件进行叠加才能够获得的要求。 基于以上两点原因,本研究以顿悟问题解决的原型激活理论作为理论基础,假设顿悟问题解决的核心过程是“原型激活”和“原型启发”。所谓原型,是指能对当前的创造性思维起到启发作用的认知事件。在实验研究中,原型可能是主试提供的“原型问题”在被试头脑中的表征(例如本研究中的源字谜),也可能是被试头脑中已有的相关知识经验。由于原型事件中所包含的信息很多,并不一定对当前顿悟问题的解决都具有启发作用,因此原型事件中所包含的对于解决当前顿悟问题最具决定性和l指导性的启发信息才是解决顿悟问题的关键,我们把它称为“关键启发信息”。“激活”是指将原型事件(及其关键启发信息)与当前问题形成联系,并指引当前问题空间的启发式搜索,促使问题的成功解决。可见,顿悟的获得与“原型激活”及其从“原型”中所获取的启发信息的质量有着非常密切的联系。 在原型激活理论的指导下,本研究通过实验1与实验2初步建立了用于顿悟认知与脑机制研究的字谜材料库,弥补了以往顿悟脑机制研究材料方面的欠缺,主要表现为:首先在材料类型上保证了同质性,都是选用的中国传统文化中的字谜;其次,有足够多的数量,能够满足脑成像研究的多次重复测量和叠加的要求;再次,材料是一一配对的,即每对字谜都由源字谜和靶字谜共同组成,便于研究原型启发效应;最后,提供了多数字谜材料的相关信息,每一个字谜都有正确率、反应时、启发量、巧妙性、难度等分类指标。 实验3与实验4选取部分字谜作为实验材料,采用“多对多”的实验范式,分别探讨了字谜难度以及源字谜的启发量对字谜问题解决的影响,初步揭示了顿悟问题解决中原型激活的认知机制。主要发现,(1)靶字谜的难度以及源字谜的启发量对于字谜的成功解决都有显著的影响,说明难度和启发量都是有效的字谜分类指标。(2)字谜问题解决中,原型字谜的激活有平行加工的趋势,而原型字谜中所包含的有助于靶字谜解决的关键启发信息的激活则很可能是一种控制加工的过程。 通过对行为研究的系统分析,我们认为通过学习-测试的两阶段范式,运用微观发生法,加入原型学习阶段,可以成功催生顿悟,不仅保证了让被试主动去解决顿悟问题,还缩短了“酝酿期”,为采用ERP技术探讨顿悟的脑内时程特点提供了可能。另外,在“多对多”的实验范式中,由于“干扰因素”的加入,在一定程度上模拟了现实生活中的“原型激活”过程,生态学效度有所提高,很好地在实验室条件下模拟了现实生活中的原型启发现象,即在多个认知事件中激活其中一个相关的有启发作用的原型事件。具体而言,我们分别采用一对一和多对多学习-测试的实验范式,记录了被试成功解决字谜所诱发的脑电活动情况,得到了一些有意义的研究结果。具体为: 实验6通过一对一学习-测试的实验范式,采用事件相关电位(ERP)技术探讨了顿悟问题(字谜)解决中Aha效应的脑内时程动态变化。结果发现,在字谜呈现后的200-600 ms(P200-400)内,“有顿悟”比“无顿悟”字谜诱发的ERP有一个更加正向的偏移;在随后的1500-2000 ms(LNC1)以及2000-2500 ms(LNC2)内,“有顿悟”比“无顿悟”所诱发的ERP则有一个更加负向的偏移。差异波的地形图表明,P200-400在中后部活动最为明显,偶极子溯源分析的结果显示,P200-400可能主要起源于左侧颞上回以及顶枕联合区附近;LNC1与LNC2均在左侧前额部有明显的激活,偶极子溯源分析的结果显示,LNC1可能起源于ACC附近,而随后的LNC2可能主要起源于PCC。实验7通过多对多学习一测试的实验范式,采用事件相关电位(ERP)技术探讨了顿悟问题(字谜)解决中Aha效应的脑内时程动态变化。结果发现,在字谜呈现后的1400 ms内,“有顿悟”与“无顿悟”字谜所诱发的脑电活动基本一致;从1400 ms以后,“有顿悟”比“无顿悟”字谜诱发出一个更加负性的ERP成分,差异波地形图显示主要激活了左侧前额部区域。对差异波(猜中-未猜中)进行偶极子溯源分析,结果显示,在1400-1700 ms内该负成分(LNC1)主要起源于左侧额中回(BA 9)附近;在1700-2000ms内,该负成份(LNC2)可能主要起源于左侧额叶(BA 4);而在随后的2000-2500ms,该负成分(LNC3)可能主要起源于PCC(BA 31)附近。 综合实验6与实验7的结果,我们认为,在字谜解决的早期,“有顿悟”与“无顿悟”字谜所诱发的脑电并没有明显的差异,原型激活可能主要发生在字谜解决的1400 ms左右,字谜的成功解决(有顿悟)在1400-2000 ms内导致了左侧额中回/扣带前回的更强激活,这可能与原型激活以后,被试利用启发信息,突破思维定势,形成新异联系的认知过程有关;随后在2000-2500 ms内,字谜的成功解决则诱发了强烈的情绪体验,导致了扣带后回的明显激活。


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