问题解决中顿悟的原型位置效应的fMRI研究

科学发明创造中, 人们往往对一个问题百思不得其解, 但在看到某一启发性事物(原型)时, 突然产生顿悟, 继而发现解决问题的新思路。本研究以科学发明创造问题为实验材料, 采取“先呈现问题、后呈现原型”和“先呈现原型、后呈现问题”两种范式, 探讨问题解决中顿悟的原型位置效应, 并采用fMRI技术记录大脑的BOLD信号变化。结果发现：行为结果上, “问题在先”条件下正确率显著高于“原型在先”条件; 大脑激活结果上, 问题先导条件下的原型启发的大脑机制主要表现为左侧颞中回(left middle temporal gyrus)和左侧额中回(left middle frontal gyrus)的显著激活, “原型在先”条件下, 主要激活左侧扣带回(left cingulate gyrus)、左侧中央前回(left middle frontal gyrus)。     

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。     

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。     

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。     

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.     

自我损耗对科学发明问题解决中原型启发效应的影响

采用E-crossing任务和科学发明问题材料,探讨自我损耗对科学发明问题解决中原型启发效应的影响。结果发现：（1）自我损耗在原型激活率、关键启发信息激活率和问题解决正确率上的主效应显著,损耗组的原型激活率、关键启发信息激活率和问题解决正确率均低于控制组;（2）问题解决范式在原型激活率、关键启发信息激活率和问题解决正确率上的主效应显著,“一对一”范式下的原型激活率、关键启发信息激活率和问题解决正确率均高于“十对十”范式。结果表明,自我损耗导致的自我控制资源消耗不利于原型启发效应。     

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。     

顿悟问题解决的原型事件激活:自动还是控制

通过两个实验来考察四等分问题解决过程中原型事件及其启发信息的激活是自动加工还是控制加工。实验一的目的是考察原型学习量的增加是否会促进原型事件及其启发信息的自动激活,实验二的目的是考察提示对原型事件及其启发信息激活的影响。实验结果表明:原型事件及其所包含的启发信息的激活是顿悟的重要条件,原型的激活是自动加工的结果,而原型中所包含的启发信息的激活是控制加工的结果。     

不同药物相关线索反应下感觉-运动脑区的激活及作用

药物相关线索反应不仅表现在心理渴求, 也表现在强迫性用药行为上。相关线索下, 除包括奖赏环路在内的边缘系统被激活外, 感觉-运动脑区也被激活, 引发自动化动作图式的表达, 这对相关线索反应及复吸行为具有特殊的意义。是否所有相关线索都会激活感觉-运动脑区, 目前, 还不清楚, 而这对临床治疗具有重要意义。本研究采用磁共振扫描, 生理测试等方法探索了不同类型相关线索下, 海洛因成瘾戒断者的大脑激活状况, 试图了解他们在不同线索刺激下的大脑反应。采用组内实验设计, 测量29名海洛因成瘾者相关线索反应下的血氧水平。结果发现, 相比对照线索, 所有药物相关线索, 包括药物、用药工具、用药动作线索都更多激活扣带回、海马、舌回、梭回等与奖赏机制相关的脑区; 而不同类型的药物相关线索之间的比较则显示, 用药工具和用药动作线索更多激活了双侧颞中回、双侧顶下小叶、左侧顶上小叶和右侧额下回等感觉-运动脑区。用药动作线索比单纯药物和用药工具线索, 激活了更为广泛的动作脑区。由此, 我们认为药物相关线索导致成瘾者大脑中奖赏和感觉-动作两套系统被激活, 包含用药工具、用药动作在内的相关线索会激活更多的感觉-运动脑区。     

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.     

创造性思维四阶段的神经基础

华莱士(Wallas)四阶段论是创造性思维过程研究的重要模型, 该模型认为创造性思维包括准备期、酝酿期、明朗期、验证期。相关神经机制研究表明, 准备期主要包括题目呈现前大脑状态和静息状态的研究, 内侧额叶/ACC及颞叶构成准备期网络; 酝酿期主要包括酝酿期提示、延迟顿悟以及心智游移的相关研究, 这一阶段涉及左右脑的共同参与, 海马、腹内侧前额叶等脑区在酝酿过程中起重要作用; 现有顿悟研究反映明朗期和验证期神经活动, 前额叶、扣带回、颞上回、海马、楔叶、楔前叶、舌回、小脑等在内的脑区构成其神经基础, 其中, 扣带回、前额叶在不同角度进行的研究中均有参与, 颞上回是负责远距离联想的关键脑区, 海马参与定势打破与新颖联系形成, 外侧额叶是定势转移的关键脑区, 楔前叶、左侧额下/额中回、舌回在原型激活中起关键作用, 左外侧前额叶参与对答案细节性的验证加工。未来研究可从研究对象、研究内容、研究手段三方面加以改进, 以对创造性思维过程作更系统的探讨。     

太极拳技能学习早期大脑功能的动态变化：基于运动表象的fMRI研究

为了解太极拳技能学习早期大脑功能的动态变化特点,本研究共招募29名太极拳零基础被试(19名实验组被试,10名对照组被试),采用多时点纵向追踪设计,借助于功能磁共振成像技术,采集技能学习早期不同时点被试完成运动表象任务时的行为和脑功能数据。结果发现：(1)太极拳技能学习早期,技能水平表现出先慢后快的变化特征,运动表象质量也具有变好的趋势;(2)随着太极拳技能水平的提高,运动表象任务诱发的左侧颞上回和左侧楔前叶的激活显著增强,且同样表现出先慢后快的变化特征;(3)相关检验发现,左侧颞上回和左侧楔前叶的激活与运动表象质量以及太极拳技能水平具有中等程度的相关。研究表明,太极拳技能学习早期,左侧颞上回和左侧楔前叶会伴随着太极拳技能水平的提高而发生改变,太极拳技能学习有助于优化与序列动作学习有关的脑区功能。     

口香糖咀嚼的脑机制

该研究采用功能性核磁共振(fMRI)技术,考察了咀嚼口香糖时大脑的活动。结果发现,与休息相比,口香糖咀嚼显著增加了脑的BOLD(血氧依赖水平)信号;与口香糖咀嚼相关的脑区有初级运动皮层,右侧后顶叶,双侧小脑,以及双侧前额叶的部分区域。ROI(感兴趣区域)分析发现,咀嚼时不同脑区的对血氧含量有不同程度的提高,其中中央前回的血氧依赖水平信号变化量高达46.3%,说明口香糖咀嚼增强了某些脑区的活动,显著提高了这些脑区的血流和供氧水平。     

音乐表演训练对神经可塑性的影响:元分析研究

音乐表演是人类最复杂和精细的技能之一。通过激活似然性评估元分析,对音乐表演训练所诱发的神经可塑性进行探究。结果发现,音乐表演者与非音乐家在左侧小脑、双侧中央前回、双侧颞上回、左侧额下回、双侧顶下小叶以及右侧脑岛等脑区存在差异。这些脑区与听觉、运动以及多通道信息整合等加工有关。未来研究应从不同音乐表演训练诱发的神经适应性出发,进一步探究音乐表演训练与大脑可塑性之间的关联。     

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。     

记忆汉字和英语单词的差异脑区研究

通过英文词和汉字的记忆实验,探讨储存和提取不同阶段汉字与英文的脑加工差异。采用经典的"学习-再认"实验范式,8名大学生进行英文与汉字记忆和再认测验,fMRI采集数据,AFNI软件进行预处理、多元回归及ANOVA组分析统计语言差异。结果显示:汉字记忆减英文记忆激活右扣带回;英文记忆减汉字记忆激活右颞上回(BA38)、左扣带回(BA31)、左小脑扁桃体。汉字再认减英文再认的差异脑区为小脑扁桃体、左颞上回。英文再认减汉字再认在0.05水平上没有脑区差异。汉字记忆激活左侧梭状回、右舌回、左顶上小叶、左额下回;英文记忆激活右舌回、左内侧前额叶、左中央前回、左额中回。汉字再认激活左枕下回、左顶下小叶、右额下回、左额中回、右豆状核、左小脑扁桃体、左颞上回、右内侧前额叶。英文再认激活右舌回、左额上回、左顶下小叶、额下回、左中央前回、右顶上小叶、豆状核、右侧尾状核、左中央后回、左侧丘脑。本研究发现:(1)记忆的差异性统计激活颞叶,表明颞叶是记忆存储脑区;(2)学习和记忆阶段有额叶、顶叶激活,表明这些脑区参与文字加工;(3)英文再认比汉字再认激活更多脑区,花费更多的脑资源。     

大脑电刺激在听觉语言加工研究中的应用

大脑电刺激是历史悠久但近年来才广泛应用在人类被试上的实验技术。通过对颅内刺激位点进行电刺激, 并分析引发的暂时性行为功能变化和记录位点的电位活动, 大脑电刺激技术可以揭示认知加工过程中脑区内的功能作用与脑区间的有效连接。通过对听觉语言加工过程相关的丘脑、听觉皮层、高级语言皮层进行电刺激, 现有研究发现了各个脑区的不同功能特点以及不同脑区间的信息传递机制, 为进一步探索听觉语言加工的神经机制提供了新的视角。     

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。     

不同情绪载体的神经活动及其异同——脑成像研究的ALE元分析

情绪识别一直是学界关注的热点。虽然已有研究探讨了动态面孔表情、动态身体表情和声音情绪的脑机制, 但对每种情绪载体的整体认识相对不完善, 同时对不同情绪载体之间神经机制的共性和区别知之甚少。因此, 本研究首先通过三项独立的激活似然估计元分析来识别每种情绪模式的大脑激活区域, 然后进行对比分析以评估三种情绪载体之间共同的和独特的神经活动。结果显示, 动态面孔表情的大脑活动包括广泛的额叶、枕叶、颞叶和部分顶叶皮层以及海马、小脑、丘脑、杏仁核等皮层下区域; 动态身体表情的激活集中于颞/枕叶相关脑区以及小脑和海马; 声音情绪则引起了颞叶、额叶、杏仁核、尾状核和脑岛的激活。联合分析表明, 三种情绪载体跨模态激活了左侧颞中回和右侧颞上回。对比分析的结果证明了视觉刺激比听觉刺激更占优势, 动态面孔表情尤为突出, 同时动态身体表情也发挥着重要作用, 但声音情绪有其独特性。总之, 这些发现验证和拓展了三种情绪载体的现有神经模型, 揭示了情绪处理中心的、普遍性的区域, 但每种情绪载体又有自己可靠的特异性神经回路。