创新思维中原型激活促发顿悟的认知神经机制，本文主要内容关键词为：原型论文,认知论文,创新思维论文,神经论文,机制论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
分类号 B842
“自主创新”是我国科学技术发展的主要指导方针，建设创新型国家则是我们长远的奋斗目标，因此，研究高创造性个体以及人类创新思维的大脑机制，对于促进个体的智能发展（正常心智）和人格完善（健全人格），充分开发个体的大脑潜能，不断提高人们的问题解决能力和创新能力，都具有重要的理论和现实意义！
1 创新思维产生的主要途径：原型启发
根据对创新思维所进行的深入研究和思考，研究团队推断创新思维的主要产生途径为“原型激活”。所谓原型，是指能对目前的创新思维起到启发作用的认知事件，例如，顿悟、灵感思维过程中起到启发作用的“原型事件”，类比迁移中能用于靶问题(target problem)解决的源问题(base problem)等（张庆林，邱江，曹贵康，2004；张庆林，邱江，2005；邱江，张庆林，2006a）。这一理论更符合现实生活中的创造性思维本质。现实中的顿悟、灵感、直觉的发生往往都离不开原型启发。科学界关于“原型启发”催化创新思维产生的事例十分普遍，从中国的“鲁班从带锯齿边的茅草中得到启发而发明锯子”的传说，到“瓦特从沸腾的开水壶盖上受到启发而发明蒸汽机”的经典故事，都说明“原型启发”在创新思维中的重要地位。
顿悟的“原型启发”理论认为，在解决顿悟问题的思考过程中，如果能够在大脑中激活恰当的原型及其所包含的“启发信息”，那么顿悟就能够发生。这里所谓的“原型”，不是指客观的外界事物，而是指头脑中的对外界事物的主观认知或表征，即能对目前的顿悟问题解决起到启发作用的认知事件。它可能是实验操纵中主试提供的“源问题”在被试头脑中的表征，也可能是被试头脑中已有的某一个问题的解决方法，更可能是被试在解决当前问题的过程中对新发现的带有思路启发作用的事物的认知。由于原型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，因此原型中所包含的对于解决当前顿悟问题最具决定性和指导性的启发信息才是关键性的“启发信息”。顿悟的“原型激活”理论提出以后，我们已经开展了一系列关于原型启发的认知机制的研究工作。例如，研究团队（吴真真，邱江，张庆林，2008，2009）采用“学习—测试”的两阶段实验范式（见图1），考察了原型激活的简单促进效应。结果发现，学习原型字谜对解决靶字谜具有明显的促进作用，并在此基础上创立了研究顿悟问题的新型材料——字谜库；同时，研究也采用“多对多”的实验范式，探讨了原型激活是否受测试数量的影响。结果发现，被试在测试阶段的确激活了相应的原型字谜，并且原型激活有“自动化”的趋势。
2 原型激活促发顿悟的大脑机制
对于顿悟脑机制的研究一直以来都存在较大的难度，其一，在自然状态之下，顿悟发生的时间点是不可控的。其二，从脑成像技术上考虑，可靠的分析需要通过对相当数量的、可重复观察的同类心理事件进行叠加才能够获得，而经典的实验室条件下所使用的顿悟问题（如六火柴问题，蜡烛问题，双绳问题，九点问题等）只有为数不多的几个，并且这些问题的性质、特征、复杂程度等也都各不相同，因而难以作为脑成像研究的实验材料（罗劲，2004）。为了深入揭示顿悟问题解决的认知神经机制，研究团队以创新思维产生的原型激活理论为指导，采用中国传统的字谜作为实验材料（邱江，2007；吴真真，邱江，张庆林，2009），基于顿悟问题解决的两阶段实验范型，利用事件相关电位(ERP)和功能性核磁共振(fMRI)的技术优势对这一认知过程进行了直接的观察和研究，初步揭示了原型激活促发顿悟的脑内时程特点和大脑激活情况。
首先，研究团队(Qiu et al.,2008a)采用“一对一”的学习—测试范式（见图1），选取若干配对字谜（原型字谜—靶字谜）作为实验材料，采用ERP技术记录分析了被试成功解决靶字谜所诱发的脑内时程动态变化。具体而言，先让被试学习一个字谜（原型字谜）——学习阶段，然后再让被试去解决一个同型的字谜（靶字谜）——测试阶段。通过学习原型字谜，可以让被试获取解决靶字谜的启发信息，帮助其较快猜到字谜的答案，在短时间内催生顿悟，确保顿悟的自发产生。例如，有口难言（原型字谜）—有眼难见（靶字谜）。“有口难言”的谜面意思是“有嘴却不能说话”，因此可以想到“哑”字，再根据谜面的意思进行反推，去掉“口”字，便能得到谜底“亚”字。通过对这一原型字谜的学习，被试可以获取解决靶字谜的启发信息，很快猜到“有眼难见”的答案为“亡”。
图1 “一对一”学习—测试的刺激呈现流程
研究结果（见图2）发现，在字谜呈现后的200～600 ms(P200-600)内，“有顿悟”（成功解决的靶字谜）比“无顿悟”字谜（未能成功解决的靶字谜）诱发的ERP有一个更加正向的偏移；在随后的1500～2000ms(LNC1)以及2000～2500ms(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，P200-600在中后部活动最为明显，偶极子溯源分析的结果显示，P200-600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可能起源于扣带前回(ACC)附近，而随后的LNC2可能主要起源于扣带后回(PCC)。这一结果似乎表明，在顿悟产生的早期，顶枕颞联合区(POT)的激活可能与原型激活后形成丰富的语义联系有关；在激活启发信息促发顿悟的过程中，ACC起到了重要的作用，可能主要与思维定势的成功打破和新异联系的形成有关；随后产生的Aha情绪体验主要激活了PCC脑区。在另一些项研究中（邱江，张庆林，2006b；邱江，张庆林，2007; Wang et al.,2009），由于采用的基线任务和实验范型不同，得到的结果略有差异，进一步证明了Luo与Knoblich(2007)的观点，在顿悟脑机制探索的过程中，由于不同的研究者采用了不同的实验任务，对照条件以及测查方式，因此可能会得到不同的结论。
其次，研究团队(Qiu et al.,2010)采用“多对多”的学习-测试范式（见图3），选取若干配对字谜（原型字谜—靶字谜）作为实验材料，采用fMRI技术考察了原型激活促发顿悟的大脑激活情况。具体而言，先让被试依次学习5个原型字谜，然后再来随机解决与先前学习的原型字谜配对的5个靶字谜（另外混入了其他类型的3个简单字谜，增加原型激活的难度，同时作为基线任务）。在“多对多”范式下，对于其中一条靶字谜A来说，只有原型字谜A对其才具有启发作用，其他4条无关的原型字谜（如原型字谜B等）对解决靶字谜A将会产生干扰作用（干扰事件）。因此该实验范式在一定程度上更好地模拟了现实情境，具有较高的生态学效度。
图2 “有顿悟”、“无顿悟”的ERP总平均图和差异波地形图
图3 “多对多”学习—测试的刺激呈现流程
研究结果（见图4)发现，相对于基线任务（No-aha：成功解决的简单字谜）而言，Aha条件（成功解决的靶字谜）显著激活了楔前叶(precuneus)、左侧额下／额中回(left inferior/middle frontal gyrus)、枕叶下回(inferior occipital gyrus)和小脑(cerebellum)等脑区。我们认为，楔前叶可能与情景记忆的成功提取（原型激活）有关；左侧额下／额中回可能与形成新异联系和打破心理定势（原型中所包含的关键性启发信息的利用）有关；枕下回和小脑可能与注意资源重新分配和知觉重组有关。该研究被美国心理学研究会(Association for Psychological Science:APS)的官方杂志《Observer》做了推荐阅读介绍，在国内达到了领先水平，在国际上产生了重要影响。
另外，研究团队(Qiu et al.,2008b)采用字谜作为实验材料，分析了字谜解决成功与否所对应的大脑准备状态的脑内时程特点。结果发现，有顿悟比无顿悟（准备阶段）在字谜呈现之前的-1000～-800ms内诱发了一个更正的ERP成分。偶极子源定位分析显示，该差异正成分起源于扣带前回(ACC)，这一结果与Kounios等人的观点基本一致(Kounios et al.,2006)，说明额中回／ACC的更多激活，可以帮助个体有效地调节问题解决策略，促进顿悟的产生。随后，我们的fMRI的结果(Tian et al.,2011)进一步表明：左侧额中回／扣带前回的激活可能与提前抑制各种无关思维活动有关（无意识）；左侧颞上（中）回／小脑的激活可能与在工作记忆中提取和维持启发信息（原型）有关。ERP和fMRI的结果共同表明，特定的大脑激活状态，可以让个体在随后的问题解决中表现出更高的创造性，更容易获得成功（灵感总是光顾有准备的“头脑”）!
图4 有顿悟与无顿悟大脑激活差异(Aha＞No-aha)
图5 成功解决与未成功解决字谜的大脑准备状态的激活差异
3 总结与展望
顿悟的“原型激活”理论提出以后，已经产生了一系列关于原型启发的认知机制和脑机制的研究成果，在国际国内产生了一定的影响。到目前为止，主要得到了以下研究结论：首先，提出并验证了创新思维中原型激活促发顿悟的理论构想，初步揭示了原型激活的自动化加工与关键启发信息提取的控制加工机制；其次，ERP结果表明，原型激活促发顿悟主要涉及原型激活、关键启发信息提取(P200-600,200～600 ms)；思维定势打破与新异联系形成(LNC1,1500～2000 ms)，和“啊哈”的顿悟体验(LNC2,2000～2500ms)等认知过程。再次，fMRI结果发现，楔前叶可能与原型激活和关键信息提取有关；左侧额下回／额中回可能与新异联结形成和思维定势打破有关；枕下回和小脑可能与注意资源重新分配和知觉重组有关；另外，ERP和fMRI的结果共同表明，大脑的特定准备状态在创新思维的产生过程中起着积极的促进作用，主要表现为大脑的额中回／扣带前回、颞中回和颞上回等脑区的提前活跃。
近5年来，研究团队一直致力于揭示创新思维的认知与脑机制，主要通过采用ERP和fMRI技术直接记录和分析个体解决字谜瞬间的大脑活动情况，为最终探明创新思维的生理学基础提供更为直接有效的实证数据；同时，原型激活促发顿悟的理论构想以及对创新思维若干关键认知过程的分析和研究，对于指导教学，提升全民的创造性也都具有重要的实践意义。但是，我们也深知目前的研究还存在很多问题，有待进一步完善和改进。首先，研究所采用的字谜属人工性的问题，其生态学效度往往不高。作为与现实生活中密切相关的创新思维的机制的研究不能脱离实际问题。因此，该领域的研究需要在实验材料上打破人工性的限制，采用更为符合现实中创新思维产生的科学发明创造问题作为实验材料（例如，科学家真实的发明创造事例）。实际上，我们已经在这方面开展了若干的前期研究工作，比如，张庆林、邱江等人最新编制了《科学发明创造实验问题材料库》，共有84个依据科学家发明创造的最新事例而编制的测试题目，每个题目均包含一个科学问题、一个原型和一个参考答案。由于《科学发明创造实验问题材料库》有84个科学发明创造领域的测试问题，所以可以满足脑成像研究的“重复测试”与所记录的“脑信号叠加”的需要，可以在行为研究的基础上进行一系列顿悟的脑机制的深入研究，为揭示创新思维的大脑奥秘做出贡献（张庆林等，2011）。目前，以《科学发明创造实验问题材料库》的测试题目为实验材料，已经完成了一系列的实验，如“科学问题发现中的原型启发效应”（朱丹等，2011），“创造性问题解决过程中原型启发的脑机制研究”等等，从中发现了很多有趣的现象。其次，今后的研究可以采用更先进的认知神经科学技术和手段；例如，通过7T的fMRI仪器直接捕捉顿悟问题解决瞬间的大脑机制。另外，跨学科多层次的交叉研究也是今后应当努力的方向；比如从细胞—分子层面来探讨决定个体创造性高低的特定基因、蛋白质组等。
致谢：衷心感谢西南大学心理学院的黄希庭教授，李红教授；中科院心理所的罗劲研究员；北师大的罗跃嘉研究员以及刘嘉教授等对论文的完成以及后续研究的开展所给予的悉心指导和帮助！
收稿日期：2011-01-19
标签：字谜论文;