創(chuàng)新思維中原型激活促發(fā)頓悟的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制

創(chuàng)新思維中原型激活促發(fā)頓悟的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制

分類號B842“自主創(chuàng)新”是我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要指導(dǎo)方針，建設(shè)創(chuàng)新型國家則是我們長遠(yuǎn)的奮斗目標(biāo)，因此，研究高創(chuàng)造性個體以及人類創(chuàng)新思維的大腦機(jī)制，對于促進(jìn)個體的智能發(fā)展（正常心智）和人格完善（健全人格），充分開發(fā)個體的大腦潛能，不斷提高人們的問題解決能力和創(chuàng)新能力，都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義！1創(chuàng)新思維產(chǎn)生的主要途徑：原型啟發(fā)根據(jù)對創(chuàng)新思維所進(jìn)行的深入研究和思考，研究團(tuán)隊推斷創(chuàng)新思維的主要產(chǎn)生途徑為“原型激活”。所謂原型，是指能對目前的創(chuàng)新思維起到啟發(fā)作用的認(rèn)知事件，例如，頓悟、靈感思維過程中起到啟發(fā)作用的“原型事件”，類比遷移中能用于靶問題(targetproblem)解決的源問題(baseproblem)等（張慶林，邱江，曹貴康，2004；張慶林，邱江，2005；邱江，張慶林，2006a）。這一理論更符合現(xiàn)實(shí)生活中的創(chuàng)造性思維本質(zhì)?，F(xiàn)實(shí)中的頓悟、靈感、直覺的發(fā)生往往都離不開原型啟發(fā)。科學(xué)界關(guān)于“原型啟發(fā)”催化創(chuàng)新思維產(chǎn)生的事例十分普遍，從中國的“魯班從帶鋸齒邊的茅草中得到啟發(fā)而發(fā)明鋸子”的傳說，到“瓦特從沸騰的開水壺蓋上受到啟發(fā)而發(fā)明蒸汽機(jī)”的經(jīng)典故事，都說明“原型啟發(fā)”在創(chuàng)新思維中的重要地位。頓悟的“原型啟發(fā)”理論認(rèn)為，在解決頓悟問題的思考過程中，如果能夠在大腦中激活恰當(dāng)?shù)脑图捌渌摹皢l(fā)信息”，那么頓悟就能夠發(fā)生。這里所謂的“原型”，不是指客觀的外界事物，而是指頭腦中的對外界事物的主觀認(rèn)知或表征，即能對目前的頓悟問題解決起到啟發(fā)作用的認(rèn)知事件。它可能是實(shí)驗(yàn)操縱中主試提供的“源問題”在被試頭腦中的表征，也可能是被試頭腦中已有的某一個問題的解決方法，更可能是被試在解決當(dāng)前問題的過程中對新發(fā)現(xiàn)的帶有思路啟發(fā)作用的事物的認(rèn)知。由于原型中所包含的信息很多，并不一定對當(dāng)前頓悟問題的解決都具有啟發(fā)作用，因此原型中所包含的對于解決當(dāng)前頓悟問題最具決定性和指導(dǎo)性的啟發(fā)信息才是關(guān)鍵性的“啟發(fā)信息”。頓悟的“原型激活”理論提出以后，我們已經(jīng)開展了一系列關(guān)于原型啟發(fā)的認(rèn)知機(jī)制的研究工作。例如，研究團(tuán)隊（吳真真，邱江，張慶林，2008，2009）采用“學(xué)習(xí)—測試”的兩階段實(shí)驗(yàn)范式（見圖1），考察了原型激活的簡單促進(jìn)效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)原型字謎對解決靶字謎具有明顯的促進(jìn)作用，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了研究頓悟問題的新型材料——字謎庫；同時，研究也采用“多對多”的實(shí)驗(yàn)范式，探討了原型激活是否受測試數(shù)量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試在測試階段的確激活了相應(yīng)的原型字謎，并且原型激活有“自動化”的趨勢。2原型激活促發(fā)頓悟的大腦機(jī)制對于頓悟腦機(jī)制的研究一直以來都存在較大的難度，其一，在自然狀態(tài)之下，頓悟發(fā)生的時間點(diǎn)是不可控的。其二，從腦成像技術(shù)上考慮，可靠的分析需要通過對相當(dāng)數(shù)量的、可重復(fù)觀察的同類心理事件進(jìn)行疊加才能夠獲得，而經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)室條件下所使用的頓悟問題（如六火柴問題，蠟燭問題，雙繩問題，九點(diǎn)問題等）只有為數(shù)不多的幾個，并且這些問題的性質(zhì)、特征、復(fù)雜程度等也都各不相同，因而難以作為腦成像研究的實(shí)驗(yàn)材料（羅勁，2004）。為了深入揭示頓悟問題解決的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制，研究團(tuán)隊以創(chuàng)新思維產(chǎn)生的原型激活理論為指導(dǎo)，采用中國傳統(tǒng)的字謎作為實(shí)驗(yàn)材料（邱江，2007；吳真真，邱江，張慶林，2009），基于頓悟問題解決的兩階段實(shí)驗(yàn)范型，利用事件相關(guān)電位(ERP)和功能性核磁共振(fMRI)的技術(shù)優(yōu)勢對這一認(rèn)知過程進(jìn)行了直接的觀察和研究，初步揭示了原型激活促發(fā)頓悟的腦內(nèi)時程特點(diǎn)和大腦激活情況。首先，研究團(tuán)隊(Qiuetal.,2008a)采用“一對一”的學(xué)習(xí)—測試范式（見圖1），選取若干配對字謎（原型字謎—靶字謎）作為實(shí)驗(yàn)材料，采用ERP技術(shù)記錄分析了被試成功解決靶字謎所誘發(fā)的腦內(nèi)時程動態(tài)變化。具體而言，先讓被試學(xué)習(xí)一個字謎（原型字謎）——學(xué)習(xí)階段，然后再讓被試去解決一個同型的字謎（靶字謎）——測試階段。通過學(xué)習(xí)原型字謎，可以讓被試獲取解決靶字謎的啟發(fā)信息，幫助其較快猜到字謎的答案，在短時間內(nèi)催生頓悟，確保頓悟的自發(fā)產(chǎn)生。例如，有口難言（原型字謎）—有眼難見（靶字謎）?！坝锌陔y言”的謎面意思是“有嘴卻不能說話”，因此可以想到“啞”字，再根據(jù)謎面的意思進(jìn)行反推，去掉“口”字，便能得到謎底“亞”字。通過對這一原型字謎的學(xué)習(xí)，被試可以獲取解決靶字謎的啟發(fā)信息，很快猜到“有眼難見”的答案為“亡”。圖1“一對一”學(xué)習(xí)—測試的刺激呈現(xiàn)流程研究結(jié)果（見圖2）發(fā)現(xiàn)，在字謎呈現(xiàn)后的200～600ms(P200-600)內(nèi)，“有頓悟”（成功解決的靶字謎）比“無頓悟”字謎（未能成功解決的靶字謎）誘發(fā)的ERP有一個更加正向的偏移；在隨后的1500～2000ms(LNC1)以及2000～2500ms(LNC2)內(nèi)，“有頓悟”比“無頓悟”所誘發(fā)的ERP則有一個更加負(fù)向的偏移。差異波的地形圖表明，P200-600在中后部活動最為明顯，偶極子溯源分析的結(jié)果顯示，P200-600可能主要起源于左側(cè)顳上回以及頂枕聯(lián)合區(qū)附近；LNC1與LNC2均在左側(cè)前額部有明顯的激活，偶極子溯源分析的結(jié)果顯示，LNC1可能起源于扣帶前回(ACC)附近，而隨后的LNC2可能主要起源于扣帶后回(PCC)。這一結(jié)果似乎表明，在頓悟產(chǎn)生的早期，頂枕顳聯(lián)合區(qū)(POT)的激活可能與原型激活后形成豐富的語義聯(lián)系有關(guān)；在激活啟發(fā)信息促發(fā)頓悟的過程中，ACC起到了重要的作用，可能主要與思維定勢的成功打破和新異聯(lián)系的形成有關(guān)；隨后產(chǎn)生的Aha情緒體驗(yàn)主要激活了PCC腦區(qū)。在另一些項(xiàng)研究中（邱江，張慶林，2006b；邱江，張慶林，2007;Wangetal.,2009），由于采用的基線任務(wù)和實(shí)驗(yàn)范型不同，得到的結(jié)果略有差異，進(jìn)一步證明了Luo與Knoblich(2007)的觀點(diǎn)，在頓悟腦機(jī)制探索的過程中，由于不同的研究者采用了不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，對照條件以及測查方式，因此可能會得到不同的結(jié)論。其次，研究團(tuán)隊(Qiuetal.,2010)采用“多對多”的學(xué)習(xí)-測試范式（見圖3），選取若干配對字謎（原型字謎—靶字謎）作為實(shí)驗(yàn)材料，采用fMRI技術(shù)考察了原型激活促發(fā)頓悟的大腦激活情況。具體而言，先讓被試依次學(xué)習(xí)5個原型字謎，然后再來隨機(jī)解決與先前學(xué)習(xí)的原型字謎配對的5個靶字謎（另外混入了其他類型的3個簡單字謎，增加原型激活的難度，同時作為基線任務(wù)）。在“多對多”范式下，對于其中一條靶字謎A來說，只有原型字謎A對其才具有啟發(fā)作用，其他4條無關(guān)的原型字謎（如原型字謎B等）對解決靶字謎A將會產(chǎn)生干擾作用（干擾事件）。因此該實(shí)驗(yàn)范式在一定程度上更好地模擬了現(xiàn)實(shí)情境，具有較高的生態(tài)學(xué)效度。圖2“有頓悟”、“無頓悟”的ERP總平均圖和差異波地形圖圖3“多對多”學(xué)習(xí)—測試的刺激呈現(xiàn)流程研究結(jié)果（見圖4)發(fā)現(xiàn)，相對于基線任務(wù)（No-aha：成功解決的簡單字謎）而言，Aha條件（成功解決的靶字謎）顯著激活了楔前葉(precuneus)、左側(cè)額下／額中回(leftinferior/middlefrontalgyrus)、枕葉下回(inferioroccipitalgyrus)和小腦(cerebellum)等腦區(qū)。我們認(rèn)為，楔前葉可能與情景記憶的成功提?。ㄔ图せ睿┯嘘P(guān)；左側(cè)額下／額中回可能與形成新異聯(lián)系和打破心理定勢（原型中所包含的關(guān)鍵性啟發(fā)信息的利用）有關(guān)；枕下回和小腦可能與注意資源重新分配和知覺重組有關(guān)。該研究被美國心理學(xué)研究會(AssociationforPsychologicalScience:APS)的官方雜志《Observer》做了推薦閱讀介紹，在國內(nèi)達(dá)到了領(lǐng)先水平，在國際上產(chǎn)生了重要影響。另外，研究團(tuán)隊(Qiuetal.,2008b)采用字謎作為實(shí)驗(yàn)材料，分析了字謎解決成功與否所對應(yīng)的大腦準(zhǔn)備狀態(tài)的腦內(nèi)時程特點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有頓悟比無頓悟（準(zhǔn)備階段）在字謎呈現(xiàn)之前的-1000～-800ms內(nèi)誘發(fā)了一個更正的ERP成分。偶極子源定位分析顯示，該差異正成分起源于扣帶前回(ACC)，這一結(jié)果與Kounios等人的觀點(diǎn)基本一致(Kouniosetal.,2006)，說明額中回／ACC的更多激活，可以幫助個體有效地調(diào)節(jié)問題解決策略，促進(jìn)頓悟的產(chǎn)生。隨后，我們的fMRI的結(jié)果(Tianetal.,2011)進(jìn)一步表明：左側(cè)額中回／扣帶前回的激活可能與提前抑制各種無關(guān)思維活動有關(guān)（無意識）；左側(cè)顳上（中）回／小腦的激活可能與在工作記憶中提取和維持啟發(fā)信息（原型）有關(guān)。ERP和fMRI的結(jié)果共同表明，特定的大腦激活狀態(tài)，可以讓個體在隨后的問題解決中表現(xiàn)出更高的創(chuàng)造性，更容易獲得成功（靈感總是光顧有準(zhǔn)備的“頭腦”）!圖4有頓悟與無頓悟大腦激活差異(Aha＞No-aha)圖5成功解決與未成功解決字謎的大腦準(zhǔn)備狀態(tài)的激活差異3總結(jié)與展望頓悟的“原型激活”理論提出以后，已經(jīng)產(chǎn)生了一系列關(guān)于原型啟發(fā)的認(rèn)知機(jī)制和腦機(jī)制的研究成果，在國際國內(nèi)產(chǎn)生了一定的影響。到目前為止，主要得到了以下研究結(jié)論：首先，提出并驗(yàn)證了創(chuàng)新思維中原型激活促發(fā)頓悟的理論構(gòu)想，初步揭示了原型激活的自動化加工與關(guān)鍵啟發(fā)信息提取的控制加工機(jī)制；其次，ERP結(jié)果表明，原型激活促發(fā)頓悟主要涉及原型激活、關(guān)鍵啟發(fā)信息提取(P200-600,200～600ms)；思維定勢打破與新異聯(lián)系形成(LNC1,1500～2000ms)，和“啊哈”的頓悟體驗(yàn)(LNC2,2000～2500ms)等認(rèn)知過程。再次，fMRI結(jié)果發(fā)現(xiàn)，楔前葉可能與原型激活和關(guān)鍵信息提取有關(guān)；左側(cè)額下回／額中回可能與新異聯(lián)結(jié)形成和思維定勢打破有關(guān)；枕下回和小腦可能與注意資源重新分配和知覺重組有關(guān)；另外，ERP和fMRI的結(jié)果共同表明，大腦的特定準(zhǔn)備狀態(tài)在創(chuàng)新思維的產(chǎn)生過程中起著積極的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)為大腦的額中回／扣帶前回、顳中回和顳上回等腦區(qū)的提前活躍。近5年來，研究團(tuán)隊一直致力于揭示創(chuàng)新思維的認(rèn)知與腦機(jī)制，主要通過采用ERP和fMRI技術(shù)直接記錄和分析個體解決字謎瞬間的大腦活動情況，為最終探明創(chuàng)新思維的生理學(xué)基礎(chǔ)提供更為直接有效的實(shí)證數(shù)據(jù)；同時，原型激活促發(fā)頓悟的理論構(gòu)想以及對創(chuàng)新思維若干關(guān)鍵認(rèn)知過程的分析和研究，對于指導(dǎo)教學(xué)，提升全民的創(chuàng)造性也都具有重要的實(shí)踐意義。但是，我們也深知目前的研究還存在很多問題，有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。首先，研究所采用的字謎屬人工性的問題，其生態(tài)學(xué)效度往往不高。作為與現(xiàn)實(shí)生活中密切相關(guān)的創(chuàng)新思維的機(jī)制的研究不能脫離實(shí)際問題。因此，該領(lǐng)域的研究需要在實(shí)驗(yàn)材料上打破人工性的限制，采用更為符合現(xiàn)實(shí)中創(chuàng)新思維產(chǎn)生的科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造問題作為實(shí)驗(yàn)材料（例如，科學(xué)家真實(shí)的發(fā)明創(chuàng)造事例）。實(shí)際上，我們已經(jīng)在這方面開展了若干的前期研究工作，比如，張慶林、邱江等人最新編制了《科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)問題材料庫》，共有84個依據(jù)科學(xué)家發(fā)明創(chuàng)造的最新事例而編制的測試題目，每個題目均包含一個科學(xué)問題、一個原型和一個參考答案。由于《科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)問題材料庫》有84個科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造領(lǐng)域的測試問題，所以可以滿足腦成像研究的“重復(fù)測試”與所記錄的“腦信號疊加”的需要，可以在行為研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列頓悟的腦機(jī)制的深入研究，為揭示創(chuàng)新思維的大腦奧秘做出貢獻(xiàn)（張慶林等，2011）。目前，以《科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)問題材料庫》的測試題目為實(shí)驗(yàn)材料，已經(jīng)完成了一系列的實(shí)驗(yàn)，如“科學(xué)問題發(fā)現(xiàn)中的原型啟發(fā)效應(yīng)”（朱丹等，2011），“創(chuàng)造性問題解決過程中原型啟發(fā)的腦機(jī)