科学发明情境中问题提出的fMRI研究

本研究中, 以76个科学发明问题(36个带有相关的原型, 40个不带有相关的原型)为实验材料,使用功能性磁共振成像(fMRI)技术探讨了科学发明情境中的问题提出以及新近获得的语义对有价值的科学问题提出的启发效应的大脑机制。对有原型提出有价值的科学问题与无原型提出一般问题这两种情况下被试反应的数据进行记录和分析。结果表明两种情况下共同激活的脑区(科学发明情境中问题提出的脑区)为左侧梭状回、左侧内侧额叶、左侧豆状核、右小脑和左侧中央前回。这些共同激活的脑区表明：左侧梭状回也许与各个语句的语义表征有关; 左侧内侧额叶也许与所有语句的整体语义表征以及提出各个语义之间的“问题”有关(左侧豆状核和右小脑配合内侧额叶分别负责控制注意、眼动的指向和注意资源的分配); 左侧中央前回可能负责用语句表述出所提出的语义之间的“问题”。对有原型提出有价值的科学问题和无原型提出有价值的科学问题这两种情况下被试反应的数据进行记录和分析。结果表明有原型提出有价值的科学问题比无原型提出有价值的科学问题显著激活的脑区(科学发明情境中新近获得的语义对有价值的科学问题提出的启发效应的脑区)为左侧楔前叶、左侧额下回、左侧颞中回。这些显著激活的脑区表明：楔前叶与情境记忆的贮存和提取有关; 额中回与认知控制和注意资源的分配有关; 颞中回与新异性原型的成功激活有关。     

创新思维中原型激活促发顿悟的认知神经机制

创造性是人类智能的高级表现, 创新思维则是个体创造性的核心过程。我们以创造性问题解决中的顿悟过程为研究对象, 提出并验证了创新思维中原型激活促发顿悟的理论构想; 综合运用事件相关电位(ERP)和功能性核磁共振(fMRI)的技术优势, 初步揭示了原型激活促发顿悟的大脑机制。具体表现为, 楔前叶的激活可能与原型激活和关键信息提取有关; 左侧额下回/额中回的激活可能与与思维定势打破和新异联结形成有关; 同时研究也表明大脑的特定准备状态(额中回/扣带前回的激活)对顿悟的产生有积极的促进作用。     

科学发明问题解决中大脑自动响应机制再探

从科学发明材料库中选取40个题目为实验材料,采用“五对五”实验范式和fMRI成像技术手段记录大脑的 BOLD 信号变化,对科学发明问题解决中大脑自动响应机制进行了再探。结果发现：左侧颞中回及其他脑区被激活,将所激活脑区的BOLD 信号变化与原型启发的关键自变量（原型启发量、创造性倾向）进行相关分析,结果显示只有左侧颞中回相关显著,表明左侧颞中回在大脑自动响应机制中起重要作用。     

科学发明情境中问题提出的fMRI研究*

本研究中,以76个科学发明问题(36个带有相关的原型,40个不带有相关的原型)为实验材料,使用功能性磁共振成像(fMRI)技术探讨了科学发明情境中的问题提出以及新近获得的语义对有价值的科学问题提出的启发效应的大脑机制。对有原型提出有价值的科学问题与无原型提出一般问题这两种情况下被试反应的数据进行记录和分析。结果表明两种情况下共同激活的脑区(科学发明情境中问题提出的脑区)为左侧梭状回、左侧内侧额叶、左侧豆状核、右小脑和左侧中央前回。这些共同激活的脑区表明：左侧梭状回也许与各个语句的语义表征有关;左侧内侧额叶也许与所有语句的整体语义表征以及提出各个语义之间的―问题‖有关(左侧豆状核和右小脑配合内侧额叶分别负责控制注意、眼动的指向和注意资源的分配);左侧中央前回可能负责用语句表述出所提出的语义之间的―问题‖。对有原型提出有价值的科学问题和无原型提出有价值的科学问题这两种情况下被试反应的数据进行记录和分析。结果表明有原型提出有价值的科学问题比无原型提出有价值的科学问题显著激活的脑区(科学发明情境中新近获得的语义对有价值的科学问题提出的启发效应的脑区)为左侧楔前叶、左侧额下回、左侧颞中回。这些显著激活的脑区表明：楔前叶与情境记忆的贮存和提取有关;额中回与认知控制和注意资源的分配有关;颞中回与新异性原型的成功激活有关。     

发明创造问题解决中的原型位置效应

以科学发明创造问题为实验材料,采用“学习-测试”两阶段实验范式,对发明创造问题解决中的原型位置效应进行探讨,结果发现：（1）原型位置主效应显著,后呈现原型成绩显著优于先呈现原型;（2）原型位置效应受创造性倾向影响,随创造性倾向的提高而显著降低;（3）原型位置效应不受启发量影响,但不同创造性个体受高低启发量影响;（4）发明创造问题解决得分与创造性倾向总分相关显著,二者在原型位置效应上表现相同的效应。     

重复信任博弈的决策过程与结果评价

“信任他人或者不信任他人?”是社会互动中经常面临一种行为决择, 直接影响着个体的社会生活。作为一种重要的社会信号机制, 信任是建立良好社会关系的基石, 它能够降低社会交易成本, 易化合作行为。为了探究个体在信任互动情境下大脑活动变化的时间动态特征, 采用事件相关电位技术记录了20名健康被试(充当信任者)完成重复性信任博弈任务(repeated Trust Game, rTG)时的脑电成分。行为结果发现个体选择信任的比例显著高于几率水平。电生理学结果表明, 决策阶段中不信任选择比信任选择诱发了更正的P2成分(150~250 ms), 差异波溯源分析定位于额中回(middle frontal gyrus, BA 46)和额下回(inferior frontal gyrus, BA 46)。反馈阶段中损失反馈比获益反馈诱发了更负的FRN成分(200~300 ms), 而获益反馈比损失反馈诱发了更短的P300潜伏期。本研究为理解人类信任博弈过程的动态加工时程提供了初步的神经电生理学证据。     

问题先导下语义相似性和原型难度对原型启发的影响

采用现实生活中的科学发明事例,通过两个研究探讨了问题先导下的原型启发促发顿悟的机制。实验1采用简单原型材料,利用"先问题"范式探讨了问题先导下的原型启发促发顿悟的关键认知过程,结果发现问题激活率可以解释问题解决正确率89.3%的变异。实验2采用3种不同难度的原型材料,用"先问题"范式和被试自我报告问题和原型中关键词的方式探讨问题自动激活的机制。结果发现原型和问题关键词的提取对问题激活率有显著影响,而原型和问题关键词之间的语义相似性与问题激活率显著相关。研究表明,问题激活是现实生活中广泛存在的问题先导下的原型启发促发顿悟的关键认知过程。原型的特征性功能和问题的需求性功能之间的语义相似性是问题自动激活的机制。     

不同范式下科学发明问题解决的原型启发机制

科学发明问题解决中顿悟原型启发主要有两种研究范式,即"原型导向"与"问题导向"。通过梳理两种范式下问题解决的共同之处与不同之处,进一步阐释两种范式下问题解决的发生机制,以此探究科学发明问题解决中顿悟的本质。通过文献梳理,本研究认为:"激活"是顿悟问题解决的前提,而"原型"与"问题"之间的"自动响应"过程才是顿悟问题解决的本质。并在最后提出未来的研究方向及启示。     

三字字谜顿悟的时频特征与源定位

运用事件相关电位(ERPs)技术,采用猜谜任务范式,从字谜问题解决中谜底“催化”所诱发顿悟的时间过程和源定位两方面来探讨顿悟的认知神经机制。脑电时程分析显示,在320-550ms内,“有顿悟”较“无顿悟”的ERP波形有一个更大的负向偏移,且在“有顿悟-无顿悟”差异波中,该负成分的潜伏期约为380ms,差异波的脑电峰值锁定在Cz点。EEG时频则显示N380主要表现为减弱的高频gamma波和beta波的频谱特征。独立成分溯源结果显示,N380存在四个独立源,主要分布在右侧额中回、左侧顶下小叶、右侧颞上回和右侧额下回。这些结果表明,三字字谜顿悟的N380就是N400,且主要负责三字顿悟字谜外显含义到内隐隐喻意义的表征转换加工。     

推理能力、认知方式和启发量对顿悟问题解决不同阶段的影响*

从《科学发明创造实验问题材料库》中选取实验材料,采用“学习多个原型-测试多个问题”的两阶段实验范式,探究推理能力、认知方式和启发量对顿悟问题解决中原型激活与关键启发信息提取这两个阶段的影响。结果发现:(1)高推理能力被试比低推理能力被试的顿悟问题解决水平更高,且高推理能力被试在原型激活和关键启发信息提取上都显著优于低推理能力被试;(2)认知方式对原型激活和关键启发信息提取均没有影响;(3)启发量对原型激活没有影响,但对关键启发信息的提取有影响,并且高启发量的原型比低启发量的原型更能促进关键启发信息的提取。     

创造发明中顿悟的原型启发脑机制

科学界关于“原型启发”催化创造发明中顿悟发生的事例十分普遍, 从中国的“鲁班从带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上受到启发而发明蒸汽机”的经典故事, 都说明“原型启发”是创造发明的一种重要思维方式。然而, 由于创造发明思维过程的复杂性, 国内外关于创造性思维脑机制的研究还停留在非科学问题解决的研究上。依据科学家运用原型启发而成功发明创造的最新实例, 项目组编制了《创造发明实验问题材料库》, 并计划以功能性磁共振成像(fMRI)和事件相关电位(ERP)作为技术手段系统探讨原型启发催化创造发明中顿悟发生的脑机制, 例如, 原型激活和启发信息利用的脑机制、问题意识下灵感捕捉的脑机制以及原型知识表征、动机与情绪状态、大脑工作状态等因素对原型启发影响的脑机制。该研究的开展, 对理解人类的创造性本质具有重要的理论意义, 对培养和激发人的创造力具有一定的实践价值。     

午睡剥夺对科学发明问题解决中的原型启发效应的影响

选取生态效度较高的科学发明问题材料(分为高启发量与低启发量两类),采用“1对1”和“8对8”的“学习-测试”实验范式,考察午睡剥夺对科学发明问题解决中的原型启发效应的影响.结果发现:午睡剥夺处理、范式(“1对1”和“8对8”)和材料启发量高低在原型激活率和问题解决率上主效应均显著,午睡剥夺和范式以及启发量高低在问题解决率以及原型激活率上的交互作用不显著.这一结果说明,午睡剥夺影响科学发明问题解决中的原型启发效应,这种影响是通过对启发信息应用和原型激活两个加工过程的影响而实现的.     

科学发明中原型启发的创造性思维成分及其脑机制

目前对创造性思维的测量及神经机制的研究, 国际上大多采用发散思维任务、远距离联想测验、顿悟问题解决等任务。但这些测量工具大多停留在对非科学类问题解决的研究上, 因此生态效度和预测效度都不高。本项目在前面研究的基础上, 探讨更符合现实生活的科学发明中原型启发的创造性思维成分及机制。研究一通过两个行为实验探索原型启发能力的创造性思维成分测试的结构效度; 研究二运用大样本磁共振数据, 从脑机制上进一步验证创造性思维成分的结构效度; 研究三通过3个核磁任务态探索原型启发能力的主要创造性思维成分的脑机制; 研究四试图在高校和企业研发机构进行跟踪研究, 检验创造性思维成分测试的预测效度。通过本项目的开展, 希望开发具有更高预测效度和生态效度的用于发明创造领域的创造性测量工具。     

原型表征对创造性问题解决过程中的启发效应的影响

以32个科学发明创造问题为实验材料, 采用“学习8个原型-测试8个问题”的两阶段实验范式, 通过操纵原型学习条件(是否有标识或插图)考察了原型的知识表征对创造性问题解决的启发效应的影响, 结果发现：1)标识对原型的激活率在无插图水平上有显著影响, 有标识比无标识原型的激活率更高, 在有插图水平上无显著影响; 插图对原型的激活率有显著影响, 有插图比无插图原型的激活率更高。2)标识和插图都对问题解决的正确率有显著影响, 有标识比无标识正确率更高, 有插图比无插图正确率更高。3)标识和插图在原型激活率和问题解决正确率上都存在显著交互作用, 反映出原型启发的思维过程是复杂的, 表现出灵活性、经济性的特点。     

Prototypes are Key Heuristic Information in Insight Problem Solving

Evidence from a range of fields indicates that inventions are often inspired by drawing a parallel to solutions found in nature. However, the cognitive mechanism of this process is not well understood. The cognitive mechanism of heuristic prototype in scientific innovation was tested with 3 experiments. First, 84 historical accounts of important scientific innovations were collected and the prototype solution underlying them was extracted. Experiment 1 tested the validity of these materials and showed that knowledge of the prototype facilitated insight solutions. Experiment 2 and 3 suggested that activation of the prototype was indeed the critical element in the process of insight. Also, the mechanism of this activation was linked to the semantic similarity between the feature function of the prototype and the required function of the problem. In addition, Experiment 3 showed that participants who were better at excluding interference information more readily activated the relevant prototype. To sum up, the experiments suggested that activating a memory of the heuristic prototype was important in solving scientific innovation insight problems. Activating the feature function of right heuristic prototype and linking it by way of semantic similarity to the required function of the problem was the key mechanism people used to solve scientific insight problem.     

汉语字谜原型激活中的情绪促进效应

采用先学习原型字谜、接着进行正负情绪诱导、然后再进行靶字谜测验的三阶段实验设计,探讨了不同诱发情绪状态对汉语字谜原型激活的影响。结果发现,在本实验条件下：难度高的靶字谜的测试中没有发现正负诱发情绪状态对汉语字谜原型激活的不同影响;但是,在难度中等的靶字谜的测试中,诱发的正面情绪状态对汉语字谜原型激活有显著促进作用,而诱发的负面情绪状态与控制组相比对汉语字谜原型激活没有显著影响。性别变量在两种实验条件下都没有显著主效应     

顿悟的原型启发效应机制探索

以中国传统的字谜作为实验材料,采用"多个原型字谜学习-多个目标字谜测试"两阶段实验范式,对顿悟过程的原型启发机制进行了探讨.考察了原型启发效应是否会受第一阶段学习的原型字谜的数量以及启发量大小的影响,结果发现:学习的原型字谜的数量对原型启发效应的大小没有显著影响;启发量高低对原型启发效应的大小有显著影响.这一结果支持了"原型字谜的激活是一种自动加工、原型字谜中所隐含的关键启发信息的激活是一种控制加工"的观点.