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。     

创造性思维的脑机制

创造性思维是创造性的核心。近年来,脑电和脑成像技术的发展为研究创造性思维的神经基础提供了有力的技术支持,对创造性思维的脑机制研究取得了较大进展。创造性思维的脑机制研究主要包括顿悟的脑机制、发散性思维的脑机制、远距离联想的脑机制、言语创造性和图画创造性的对比的脑机制研究。研究结果显示创造性思维需要多个脑区的参与,因不同的认知任务其关键脑区而有所不同。对创造性思维的脑机制研究进行了总结,对这些研究可能存在创造性思维究竟应该定义为“领域一般的”还是“领域特殊的”的解释进行了讨论,并指出了研究中可能存在的基线任务设置问题和未来研究中需要在研究手段、研究设计、研究领域等方面加以改进的建议     

顿悟体验的心理与神经机制

顿悟体验研究是揭示顿悟本质的重要途径。先前研究从认知角度对顿悟问题解决中的"旧而无效解题思路如何抛弃"与"新而有效解题思路如何形成"过程进行了颇多探讨,但较少探讨顿悟体验本身。顿悟体验研究对理清创造性顿悟中关键过程间的关系及阐明顿悟的科学规律均有重要的意义。基于创造性顿悟的"新旧交替"的动态视角,本项目拟借助多元方法来对言语类和视图类问题解决过程中尝试解题阶段和答案闪现阶段的顿悟体验的心理实质与脑机制进行研究。本项目成果不仅可以丰富和优化顿悟问题研究的方法学体系,而且能从知情转化层面深化对创造性顿悟脑机制的认识。     

顿悟脑机制的实验范式探索

在原型启发理论的指导下,以字谜作为实验材料对顿悟脑机制研究实验范式进行了探索.实验一采用"一对一"的"学习-测试"两阶段实验范式,发现学习原型字谜对解决目标字谜具有明显的促进作用,并创立了研究顿悟的新型材料--字谜库,建立了难度、原型启发率等指标体系,实验二采用"多对多"的实验范式,发现难度是有效的分类指标,该范式模拟了微观发生下的顿悟,并证明原型事件的激活有"平行加工"的趋势.     

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。     

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。     

元认知监控和归纳意识对顿悟问题解决的影响

顿悟作为创造性思维的重要形式之一,一直受到心理学家的重视并对该领域进行了大量实验研究.在顿悟的关键信息启发理论的基础上,运用"靶问题-源问题-靶问题"的实验范式,探讨了元认知监控和归纳意识对顿悟问题解决的影响.结果表明:提示归纳会不同程度的促进顿悟问题的解决;获得关键启发信息时,元认知监控程度高的被试顿悟问题的解决比元认知监控程度低的被试表现优秀.     

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。     

顿悟认知机制的研究述评与理论构想

顿悟是创造性思维的主要形式,它一直以来都是心理学家感兴趣的研究课题。该文对有关顿悟认知机制的现象学描述作了介绍,比较了表征转变与进程监控两种认知观点,探讨了初级加工与顿悟认知机制间的关系。初步提出了顿悟问题解决中原型激活及其启发信息质量的理论假说,对未来研究做出了设想,以期能最终揭示出顿悟的内部发生机制。     

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。     

科学发明情境中问题提出的脑机制再探

以高生态学效度的科学发明问题情境作为实验材料, 采用静息态功能磁共振成像技术, 基于低频振幅(ALFF)和静息态功能连接(RSFC)的分析方法, 探讨创造性科学问题提出的脑机制。结果发现, 在控制了被试性别、年龄后, 提出新颖有效性问题的比率越高, 左内侧前额叶(Left media prefrontal cortex, L-mPFC)和右小脑前叶(Right cerebellum)的ALFF值越高。进一步功能连接分析发现, 提出新颖有效性问题的比率与mPFC和楔叶(Cuneus)之间的功能连接强度呈显著正相关。结果强调mPFC对于科学发明情境中问题提出的重要作用, 且更高比率的新颖有效性问题的提出是通过mPFC与其它脑区的协同联结来实现的。     

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)。     

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.     

情绪汉词的主动遗忘效应:ERP研究

尽管证明人类具有主动遗忘能力的研究比较多,但是,探索情绪汉词主动遗忘效应以及电生理机制的实验却非常少。本研究采用事件相关电位技术、T/NT范式探索情绪汉词主动遗忘效应。实验一(行为研究)的结果显示,在中性和情绪汉词条件下,不回忆组的正确率都显著低于基线组,即得到了主动遗忘效应。同时,情绪汉词的主动遗忘效应量小于中性汉词。实验二(脑电研究)结果显示,在200-300ms,Fz,Cz,Pz电极点,回忆组的P2波幅高于不回忆组。在300-400ms,在Fz,Cz,Pz电极点,不回忆组的N2波幅高于回忆组。N2跟抑制过程高度相关,提示抑制是主动遗忘的一个主要原因。在400-500ms,在Pz电极点,回忆组的LPC波幅高于不回忆组。顶叶LPC跟记忆提取高度相关,提示主动遗忘阻止了回忆,这可能是主动遗忘效应发生的内在机制     

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。     

科学发明问题解决的脑机制再探

选取高生态学效度的科学发明问题作为实验材料, 采用“学习−测试”的两阶段实验范式, 利用静息态功能磁共振成像技术, 基于局部一致性(ReHo)和低频振幅(ALFF)的分析方法, 研究科学发明问题解决的神经机制。在控制被试性别、年龄和常规性问题解决能力后, 结果发现左侧前扣带回(Anterior Cingulate Cortex, ACC)的ReHo值和个体科学发明问题解决的正确率显著正相关, ALFF的结果同样印证了这一发现。结果强调了ACC在科学发明问题解决过程中的重要作用。