羅俊龍 覃義貴 李文福 朱海雪 田燕 邱江 張慶林
摘要科學(xué)界關(guān)于“原型啟發(fā)”催化創(chuàng)造發(fā)明中頓悟發(fā)生的事例十分普遍,從中國的“魯班從帶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)”是創(chuàng)造發(fā)明的一種重要思維方式。然而,由于創(chuàng)造發(fā)明思維過程的復(fù)雜性,國內(nèi)外關(guān)于創(chuàng)造性思維腦機(jī)制的研究還停留在非科學(xué)問題解決的研究上。依據(jù)科學(xué)家運(yùn)用原型啟發(fā)而成功發(fā)明創(chuàng)造的最新實(shí)例,項(xiàng)目組編制了《創(chuàng)造發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》,并計(jì)劃以功能性磁共振成像(fMRI)和事件相關(guān)電位(ERP)作為技術(shù)手段系統(tǒng)探討原型啟發(fā)催化創(chuàng)造發(fā)明中頓悟發(fā)生的腦機(jī)制,例如,原型激活和啟發(fā)信息利用的腦機(jī)制、問題意識下靈感捕捉的腦機(jī)制以及原型知識表征、動機(jī)與情緒狀態(tài)、大腦工作狀態(tài)等因素對原型啟發(fā)影響的腦機(jī)制。該研究的開展,對理解人類的創(chuàng)造性本質(zhì)具有重要的理論意義,對培養(yǎng)和激發(fā)人的創(chuàng)造力具有一定的實(shí)踐價(jià)值。
關(guān)鍵詞創(chuàng)造發(fā)明;頓悟;原型啟發(fā);腦機(jī)制
分類號B842
1國內(nèi)外頓悟腦機(jī)制研究現(xiàn)狀
創(chuàng)造性是人類文明的源泉(Dietrich&Kanso,2010)。創(chuàng)造性思維發(fā)生的一個(gè)重要特征就是它的突然性(Dietrich,2004),所以頓悟成為心理學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。頓悟被認(rèn)為是突然地、直覺性地以及清晰地獲得問題解決方法的過程(Bowden,Jung-Beeman,F(xiàn)leck,&Kounios,2005)。它包含三個(gè)要素:一是舊的無效的思路被拋棄(即打破思維定勢);二是新的有效的問題解決思路的實(shí)現(xiàn)(新異聯(lián)系的形成)(羅勁,2004);三是會有一種恍然大悟的感覺,伴隨著強(qiáng)烈的“啊哈”體驗(yàn)(Bowden&Jung-Beeman,2007;Bowden et al.,2005)。這三個(gè)要素是判斷頓悟是否發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)。
隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的興起和發(fā)展,研究者們(Lavric,F(xiàn)orstmeier,&Rippon,2000;Luo&Niki,2003;Luo,Niki,&Phillips,2004)開創(chuàng)性的使用腦電(electroencephalogram EEG/event-related potential ERP)以及功能性磁共振成像(functionalmagnetic resonance imaging fMRI)技術(shù)對頓悟問題進(jìn)行考察,這為探索頓悟的腦機(jī)制提供了較為直接的方法,同時(shí)也掀起了國內(nèi)外研究頓悟腦機(jī)制的熱潮。
1.1國內(nèi)頓悟腦機(jī)制研究
國內(nèi),研究者們基本以fMRI與ERP為技術(shù)手段,而且在實(shí)驗(yàn)材料上也表現(xiàn)出了很大程度上的相似性,采用謎語或與漢字生成有關(guān)的任務(wù)。
1.1.1fMRI研究
羅勁等人首先采用傳統(tǒng)的謎語作為實(shí)驗(yàn)材料,通過向被試呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)答案來“催化”頓悟的過程(Luo&Niki,2003;Luo et al.,2004;羅勁,2004),結(jié)果發(fā)現(xiàn)前扣帶回(anterior cingulate cortex,ACC)、左腹外側(cè)前額葉(left ventral lateral prefrontal cortex,LVLPFC)、以及海馬(hippocampus)等腦區(qū)參與了頓悟問題解決過程。其中,他們2003年在Hippocampus雜志上報(bào)告的結(jié)果是第一項(xiàng)有關(guān)人類頓悟過程的腦成像研究(羅勁和張秀玲,2006)。隨后,他們(Luo,Niki,&Knoblich,2006)采用漢字組塊破解任務(wù)進(jìn)一步對頓悟問題進(jìn)行探討,發(fā)現(xiàn)早期的知覺過程對問題解決有至關(guān)重要的作用。
最近,邱江和張慶林等(2010)采用字謎作為實(shí)驗(yàn)材料,在“學(xué)習(xí)一測試”范式下通過提供啟發(fā)信息探討了被試主動獲取答案的頓悟過程,發(fā)現(xiàn)楔前葉(precuneus)、左側(cè)額下/中回(left inferior/middle frontal gyrus)、枕葉下回(inferior occipital gyrus)和小腦(cerebellum)等腦區(qū)參與了頓悟過程。在該研究基礎(chǔ)上,田芳等人(Tian et al.,2011)進(jìn)一步分析了測試字謎謎面出現(xiàn)之前的準(zhǔn)備狀態(tài)對頓悟問題解決影響的腦機(jī)制,發(fā)現(xiàn)左側(cè)額中廠前回(left middle/medial frontal gyms)、左顳中/上回(left middle/superior temporal gyrus)、右小腦(right cerebellum)以及左側(cè)中央后回(left postcentral gyrus)等腦區(qū)參與了對頓悟問題正確解決的準(zhǔn)備狀態(tài)。
1.1.2ERP研究
在答案催化頓悟范式下,買小琴等人(Mal,Luo,Wu,&Luo,2004)同樣以謎語作為實(shí)驗(yàn)材料,首先考察了謎語問題解決中答案呈現(xiàn)后的腦內(nèi)時(shí)程動態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)答案呈現(xiàn)以后,“有頓悟”比“無頓悟”誘發(fā)了一個(gè)更加負(fù)性的ERP成分(N380),他們認(rèn)為該成分可能反映了頓悟問題解決過程中思維定勢的打破。類似于買小琴等的研究范式,邱江等人(2006)也采用呈現(xiàn)答案催化頓悟的方式,考察了字謎問題解決過程中頓悟的腦內(nèi)時(shí)程動態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)“有頓悟”和“不理解”比“無頓悟”誘發(fā)了一個(gè)更加負(fù)性的ERP成分(N320)。研究者認(rèn)為該負(fù)成分反映了新舊思路之間的認(rèn)知沖突。最近,沈汪兵等人(2011)采用同樣的催化頓悟范式,考察了三字字謎問題解決中謎底所誘發(fā)頓悟的時(shí)間進(jìn)程以及半球差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn)謎底出現(xiàn)后,“有頓悟”和“不理解”比“無頓悟”誘發(fā)了一個(gè)更負(fù)的ERP成分(N380),,研究者認(rèn)為N380可能反映了頓悟中舍棄強(qiáng)外顯意義而選擇弱內(nèi)在隱喻意義的認(rèn)知抉擇過程,而且右半球在“頓悟”中表現(xiàn)出優(yōu)勢效應(yīng)。
在“學(xué)習(xí)-測試”范式下,邱江和張慶林等人以字謎為實(shí)驗(yàn)材料,開展了一系列有關(guān)字謎問題解決過程中謎面出現(xiàn)后的腦內(nèi)時(shí)程動態(tài)變化研究。例如,邱江和張慶林(2007)首先操縱了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)條件,一類是“真配對”條件,即學(xué)習(xí)字謎的解決方法可以用以測試字謎的解決;一類是“再認(rèn)”條件,即學(xué)習(xí)字謎和測試字謎是一樣的,發(fā)現(xiàn)測試字謎謎面呈現(xiàn)后的300~350ms和600~700ms內(nèi),“猜中”比“再認(rèn)”分別誘發(fā)出一個(gè)更負(fù)的ERP成分(N350)和一個(gè)更正的ERP成分。隨后,邱江等人(Qiu et al.,2008b)除了考察“真配對”條件外,還操縱了一類“假配對”條件,即學(xué)習(xí)字謎和測試字謎之間沒有解決方法上的共通性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)成功解決字謎比沒有解決的情況在測試字謎謎面呈現(xiàn)后的200~600ms內(nèi)誘發(fā)了一個(gè)更加的ERP成分(P200-600),在1500-2000ms和2000-2500ms內(nèi)誘發(fā)了更負(fù)ERP成分(N1500-2000和N2000-2500)。在該研究(Qiu et al.,2008b)基礎(chǔ)上,他們(Qiu,Li,Jou,Wu,&Zhang,2008a)進(jìn)一步分析了
謎面出現(xiàn)之前的準(zhǔn)備狀態(tài)對頓悟問題解決的影響的ERP效應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)測試字謎在謎面出現(xiàn)之前的1000到-800ms內(nèi),成功解決字謎比沒有解決的情況誘發(fā)了一個(gè)更正的ERP成分。最近,羅俊龍等人(Luo et al.,2011)又進(jìn)一步細(xì)化出了三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件,一類是表面相似性條件,學(xué)習(xí)字謎和測試字謎在謎面上有相同的文字;一類是結(jié)構(gòu)相似性條件,學(xué)習(xí)字謎和測試字謎在謎面上沒有相同的文字;一類是簡單的基線條件,學(xué)習(xí)字謎和測試字謎都是簡單字謎任務(wù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)測試字謎謎面出現(xiàn)后的300~500ms以及1000~1300ms內(nèi)結(jié)構(gòu)相似性比表面相似性均誘發(fā)了更負(fù)的ERP成分,900~1700ms內(nèi)表面相似和結(jié)構(gòu)相似均比基線條件誘發(fā)更正的ERP成分。
此外,一些研究者或從不同角度或用其他范式或以新的漢字生成任務(wù)為頓悟問題對頓悟的腦機(jī)制進(jìn)行了考察。例如,唐曉晨等(2009)利用漢字組塊破解任務(wù)和ERP技術(shù)從蔡格尼克效應(yīng)的角度探討了大腦左右半球在問題求解失敗以及關(guān)鍵提示信息出現(xiàn)兩階段的腦內(nèi)時(shí)程動態(tài)變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)問題求解失敗在右半球誘發(fā)了更大的P150成分;對于沒解決的問題在提示信息出現(xiàn)后也在右半球有明顯分布。還例如,王婷等(Wang et al.,2009)在沒有任何提示信息下直接呈現(xiàn)字謎的謎面讓被試進(jìn)行問題解決,他們主要考察了謎面出現(xiàn)后的腦內(nèi)動態(tài)時(shí)程變化,發(fā)現(xiàn)在額中部頓悟問題比常規(guī)問題誘發(fā)了更負(fù)的ERP成分(N300-800和N1200-1500);在頂枕部頓悟問題比常規(guī)問題誘發(fā)了更正的ERP成分(P300-800和P1200-1500)。再例如,類似Aziz-Zadeh等(Aziz-Zadeh,Kaplan,&Iacoboni,2009)使用的變位字謎任務(wù)(anagrams,例如由幾個(gè)顛倒順序的字母“oxmia”來生成一個(gè)單詞“axiom”),張猛等(Zhang,Tian,Wu,Liao,&Qiu,2011)以漢字為實(shí)驗(yàn)材料(如,由“愍”生成“想”)讓被試報(bào)告在問題解決過程中是通過頓悟還是搜索得到的答案,結(jié)果發(fā)現(xiàn)頓悟答案比搜索答案誘發(fā)了更正的ERP成分(P200-600和P640-780)。
1.2國外頓悟腦機(jī)制研究
國外,有關(guān)頓悟腦機(jī)制研究的技術(shù)手段上較國內(nèi)更具多樣性。除了fMRI和ERP外,EEG以及PET(positron emission tomography)也被研究者用于探討頓悟的大腦奧秘。在實(shí)驗(yàn)材料上,國外研究采用了不盡一致的頓悟性問題,這些問題之間甚至缺乏可比性。
1.2.1腦成像研究(fMRI和PET)
Jung-Beeman和Bowden等人(Bowden&Jung-Beeman,2007;Bowden et al.,2005;Jung-Beeman et al.,2004)一直致力于揭示頓悟的大腦機(jī)制。他們(Jung-Beeman et al.,2004)利用fMRI技術(shù)考察了被試頓悟性地解決遠(yuǎn)距離聯(lián)想任務(wù)(例如,呈現(xiàn)pine、crab、sauce三個(gè)詞,要求被試找到一個(gè)詞使其與任意一個(gè)能組合成常見的新詞)的神經(jīng)活動。結(jié)果發(fā)現(xiàn),頓悟激活的腦區(qū)主要位于右半球前顳上回(right hemisphere anterior superior temporal gyrus)。因此Jung-Beeman等認(rèn)為,右側(cè)前顳區(qū)負(fù)責(zé)在原本不相關(guān)的信息之間建立新的聯(lián)系。
不過,在一系列其他研究中,研究者們發(fā)現(xiàn)大腦的雙側(cè)不同腦區(qū)均參與了頓悟性的問題解決過程。例如,Rose等(Rose,Haider,&Buchel,2005;Rose,Haider,Weiller,&Buchel,2002)采用fMRI技術(shù)對減數(shù)字任務(wù)(Number Reduction Task)的探討;Starchenko等(2003)采用PET技術(shù)對不同詞(12個(gè))用其他詞進(jìn)行連接任務(wù)的探討;Kounios等(2006)采用fMRI技術(shù)進(jìn)一步對遠(yuǎn)距離聯(lián)想任務(wù)的探討;Aziz-Zadeh等(2009)采用單試次fMRI技術(shù)對變位字謎(anagrams)的探討;Bechtereva等(2004)采用PET技術(shù)對遠(yuǎn)語義距離詞(16個(gè))編故事以及不同詞(12個(gè))用其他詞進(jìn)行連接任務(wù)的探討等。
1.2.2EEG/ERP研究
采用EEG/ERP對頓悟進(jìn)行研究,最早可追溯到Lavric等(2000)對經(jīng)典的頓悟問題(例如,蠟燭和雙繩問題)的探討,結(jié)果發(fā)現(xiàn)分析性問題(四卡問題)比頓悟問題在頭皮的前部誘發(fā)了更正的P300成分,據(jù)此,研究者認(rèn)為頓悟問題解決較少依賴計(jì)劃以及工作記憶。此后,研究者們利用EEG/ERP技術(shù)展開對該領(lǐng)域不同實(shí)驗(yàn)任務(wù)的探索。例如,Danko等(2003)采用EEG對不同詞連接性的頓悟問題(同Starchenko et al.,2003)進(jìn)行了探討,結(jié)果發(fā)現(xiàn)頓悟問題在前額區(qū)域的各個(gè)頻段表現(xiàn)出了較低的一致性,頂區(qū)和額區(qū)的α事件同步性降低,而在顳區(qū)增強(qiáng)。Lang等(2006)利用EEG/ERP對減數(shù)字任務(wù)(同Rose et al.,2005,2002)也進(jìn)行了考察,發(fā)現(xiàn)相對于沒有成功解決的被試而言,成功解決的被試誘發(fā)了更大的ERP成分(如:N1、P3a、P3b以及slow positive wave)。Kounios等(2008)采用變位字謎(4-5顛倒順序的字母來生成一個(gè)字)作為頓悟問題,發(fā)現(xiàn)右下額皮層和顳前區(qū)表現(xiàn)出來更大的α波、β波以及丫波與頓悟策略有關(guān)。
此外,在一系列以遠(yuǎn)距離聯(lián)想任務(wù)為頓悟問題的研究中,研究者們采用EEG技術(shù)也對頓悟進(jìn)行了較為深入的揭示。例如,在Jung-Beeman等(2004)的研究中,他們實(shí)際上是把EEG和fMRI相結(jié)合來對頓悟進(jìn)行探討,其中EEG分析顯示在頓悟前的0.3秒于右半球前顳上回誘發(fā)出一個(gè)突然發(fā)生的高頻γ波。隨后,Kounios等(2006)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),較無頓悟情況,頓悟情況在額中區(qū)、顳區(qū)、軀體感覺區(qū)以及右下額皮層等表現(xiàn)出了更小的α波。Sandkuhler和Bhattacharya(2008)深入考察了頓悟問題解決過程中四個(gè)特征的神經(jīng)機(jī)制,即進(jìn)入問題的僵局、重組問題、深入理解以及突然獲得答案,結(jié)果表明重組情況下右顳區(qū)表現(xiàn)出了更大的α波,而右前額區(qū)表現(xiàn)出了更小的α波。γ波效應(yīng)反映了選擇性注意以及無意識獲得解決方法的過程。
綜上所述,由于頓悟活動本身的復(fù)雜性,采用不同的實(shí)驗(yàn)范式及創(chuàng)造性問題、使用采用不同的技術(shù)手段,頓悟的腦機(jī)制的研究結(jié)果就會出現(xiàn)很大的差異,有時(shí)會相互矛盾(Dietrich&Kanso,2010)。
2理論框架
根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)的觀點(diǎn)(王娃,汪安圣,1992),問題解決就是利用各種算子(手段)來改變問題的初始狀態(tài),逐步達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。問題解決可以分
為常規(guī)問題解決與創(chuàng)造性問題解決。常規(guī)問題解決中,個(gè)體可以通過回憶已有知識經(jīng)驗(yàn)把問題由初始狀態(tài)順利轉(zhuǎn)化為目標(biāo)狀態(tài)。然而,創(chuàng)造性問題中,很難搜索到有效算子(手段)使初始狀態(tài)成功地轉(zhuǎn)化為目標(biāo)狀態(tài)。這樣一來,個(gè)體在沒有啟發(fā)信息的提供下,很容易進(jìn)入錯(cuò)誤的問題空間,并可能產(chǎn)生定勢,使問題解決百思不得其解。如果受到原型的啟發(fā),就可以運(yùn)用原型中所包含的啟發(fā)信息,使問題空間的搜索從算法式轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝实膯l(fā)式搜索,從而促進(jìn)問題的快速解決。
許多創(chuàng)造發(fā)明者在面對百思不解的“科學(xué)難題”的時(shí)候,往往不經(jīng)意間從一個(gè)表面上無關(guān)的事物中獲得啟發(fā),獲得靈感,而忽然間找到解決問題的新思路(頓悟)。靈感是如何閃現(xiàn)的,為什么創(chuàng)造發(fā)明者能夠“獨(dú)具慧眼”從表面上無關(guān)的事物中獲得啟發(fā),一直是一個(gè)令人感興趣的課題。根據(jù)對創(chuàng)造性思維所進(jìn)行的深入研究和思考,張慶林等人基于科學(xué)界關(guān)于“原型啟發(fā)”催化頓悟產(chǎn)生的普遍事例(王極盛,1981),提出了頓悟問題解決的“原型啟發(fā)”理論(張慶林,邱江,曹貴康,2004)。該理論認(rèn)為,在解決頓悟問題的過程中,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。頓悟的“原型啟發(fā)”包含兩個(gè)加工階段:第一階段是“原型激活”,即想到對眼前問題有啟發(fā)作用的某個(gè)已知事物(原型);第二階段是原型中的“關(guān)鍵啟發(fā)信息利用”,即想到原型中所隱含的某個(gè)關(guān)鍵信息(如原理、規(guī)則、方法等)對眼前問題的解決有啟發(fā)作用(田燕,羅俊龍,李文福,邱江,張慶林,2011)。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)”在頓悟中的重要地位。該理論自提出以后,先后得到一系列行為實(shí)驗(yàn)的初步檢驗(yàn)(張慶林,邱江,2005;曹貴康,楊東,張慶林,2006;任國防,邱江,曹貴康,張慶林,2007;吳真真,邱江,張慶林,2008),并且原型啟發(fā)的兩個(gè)加工階段“原型激活”和“關(guān)鍵啟發(fā)信息利用”也被證明是存在的。
原型啟發(fā)理論認(rèn)為:(1)問題解決者之所以能夠從表面上無關(guān)的原型事物中獲得啟發(fā)信息,是因?yàn)槿四X具有一種“自動響應(yīng)機(jī)制”,即,問題解決者在不經(jīng)意間偶然遇到表面上無關(guān)的原型事物時(shí),頭腦中的“科學(xué)難題”會自動激活,因此很容易將原型事物中所包含的啟發(fā)信息運(yùn)用于“科學(xué)難題”解決(獲得靈感),從而換用高效率的啟發(fā)式搜索;(2)高創(chuàng)造性者之所以能夠“獨(dú)具慧眼”,是因?yàn)樗麄冊凇按竽X自動響應(yīng)機(jī)制”上具有一定的優(yōu)勢。
“大腦自動響應(yīng)機(jī)制”是如何實(shí)現(xiàn)的?其可能的工作原理是什么?原型啟發(fā)理論假設(shè),問題解決者在遇到表面上無關(guān)的原型事物的時(shí)候,之所以能夠自動激活“科學(xué)難題”(參見下文‘3研究構(gòu)想中所舉實(shí)例),是由于問題解決者對原型的表征和對問題的表征兩者之間包含了相同的語義:當(dāng)問題解決者遇到表面上無關(guān)的原型事物時(shí),如果對原型的表征建立了一個(gè)特定的“構(gòu)造一功能”連結(jié)(如,蝦殼的“環(huán)狀連接”是“構(gòu)造”,“既堅(jiān)硬又可以彎曲”是“功能”),并且對科學(xué)問題的表征也已經(jīng)建立了一個(gè)“構(gòu)造?一功能目標(biāo)”的表征(如,“宇航服如何構(gòu)造”就是一個(gè)“構(gòu)造?”表征,“既堅(jiān)硬又可以彎曲”則是“功能目標(biāo)”的表征),那么,二者在語義表征上存在的共同成分就會導(dǎo)致一種“自動響應(yīng)”,類似于物理上的共振現(xiàn)象。也就是說,問題解決者在遇到表面上無關(guān)的原型事物的時(shí)候之所以能夠自動激活“科學(xué)難題”,是因?yàn)閱栴}解決者對原型表征中所包含的特定語義激活了“問題表征”中的共同語義成分,并因此激活了整個(gè)“問題表征”,因此可以在工作記憶中同時(shí)加工“原型”和“問題”,兩者聯(lián)系在一起的結(jié)果是問題解決者能夠從原型的“構(gòu)造”中獲得啟發(fā)信息而解決“問題”中的“構(gòu)造?一功能目標(biāo)”表征中的“構(gòu)造”的缺失。
由于“原型”和“問題”之間具有共同的語義成分,這意味著在原型啟發(fā)過程中兩者之間有共同的腦細(xì)胞群激活,因此“原型”和“問題”之間在fMRI上應(yīng)該記錄到某個(gè)(或某些)腦區(qū)的激活強(qiáng)度有顯著的相關(guān)。
高創(chuàng)造性者為什么能夠更加“獨(dú)具慧眼”?原型啟發(fā)理論的假設(shè)是:第一,高創(chuàng)造性者對“科學(xué)難題”具有更高的“孜孜不倦”的追求,即具有更強(qiáng)的“蔡格尼克效應(yīng)”。蔡格尼克效應(yīng)表明,人們對于那些未能完成的任務(wù)的記憶有時(shí)會比對已完成任務(wù)的記憶更好(Zeigarnik,1927)。而個(gè)體對問題的孜孜不倦的追求會導(dǎo)致對問題的感受性提高(激活的閾限降低),因此更容易在面對原型的時(shí)候激活“科學(xué)難題”。而這種感受性的高低與個(gè)體的“創(chuàng)造性人格特征”的高低有關(guān)。課題組已經(jīng)發(fā)現(xiàn),《威廉姆斯創(chuàng)造性傾向》量表的得分與原型啟發(fā)測量分?jǐn)?shù)顯著相關(guān)(朱海雪等,刊印中)。第二,由于高創(chuàng)造性者對“科學(xué)難題”的“孜孜不倦”的追求導(dǎo)致對問題表征的“興奮性”的提高,并無意之中影響對表面上無關(guān)的原型事物的表征。例如,如果沒有宇航服問題的“構(gòu)造?-功能目標(biāo)”的表征的“啟動效應(yīng)”,被試對蝦子也不會形成“環(huán)狀連接”與“既堅(jiān)硬又可以彎曲”的連結(jié)(一種“構(gòu)造一功能”式的表征)。課題組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)“先問題一后原型”的實(shí)驗(yàn)條件下原型啟發(fā)的測試分?jǐn)?shù)顯著高于“先原型,后問題”的條件,出現(xiàn)了“位置效應(yīng)”(朱海雪等,刊印中),并在進(jìn)一步的fMRI研究中發(fā)現(xiàn)了問題表征對原型表征的“啟動效應(yīng)”的腦區(qū)(另文發(fā)表)。第三,從邏輯上講,是原型表征影響問題表征,還是問題表征影響原型表征?其實(shí)兩者之間不是單純的因果關(guān)系,“大腦自動響應(yīng)機(jī)制”是一種并行加工。高創(chuàng)造性者似乎更善于進(jìn)行這種并行加工(或許在單純的因果關(guān)系的推理方面,高創(chuàng)造性者與低創(chuàng)造性者并沒有顯著的差別),這一觀點(diǎn)有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。第四,高創(chuàng)造性者更善于洞察問題的關(guān)鍵所在,更善于將紛繁復(fù)雜的問題簡約成“構(gòu)造?一功能目標(biāo)”的表征,并形成一個(gè)問題圖式。正是由于“構(gòu)造?-功能目標(biāo)”表征的存在,高創(chuàng)造性者才更容易對原型的表征產(chǎn)生“啟動效應(yīng)”,也更容易在共同語義基礎(chǔ)上形成“自動響應(yīng)”。
3研究構(gòu)想
在以往創(chuàng)造性問題的研究中,如裝缸問題、九點(diǎn)問題、火柴問題,蠟燭問題,雙繩問題等都為數(shù)不多,并且這些問題的性質(zhì)、特征、復(fù)雜程度等也都各不相同,不具備等值性。字謎、謎語、遠(yuǎn)距離聯(lián)想以及變位字謎等作為實(shí)驗(yàn)材料雖然解決了數(shù)量問題從而能夠進(jìn)行腦機(jī)制研究,但歸結(jié)到一點(diǎn),這些材料都還停留在非科學(xué)問題(例如,知識貧乏問題)上,帶有人工性問題的特點(diǎn)。利用這些問題雖然能在實(shí)驗(yàn)室的條件下對高級認(rèn)知活動進(jìn)行研究,也能對額外變量進(jìn)行很好地控制,但其生態(tài)效度往往不高。作為與現(xiàn)實(shí)生活中密切相關(guān)的創(chuàng)造性思維的產(chǎn)生不能脫離對實(shí)際問題的研究。因此,在已有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討更為符合創(chuàng)造性思維產(chǎn)生過程的科學(xué)性實(shí)際問題的
頓悟機(jī)制,成了一個(gè)很迫切、又很困難的任務(wù)。
實(shí)際上,朱丹等(2011)已經(jīng)成功編制了《創(chuàng)造發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》,而且該庫經(jīng)過了一系列的參數(shù)測試(正確率、反應(yīng)時(shí)、難度系數(shù)、啟發(fā)量等)和多項(xiàng)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。例如,田燕等人(2011)考察了原型表征對科學(xué)問題解決過程中的啟發(fā)效應(yīng)的影響。
該庫共篩選出84個(gè)測試題目,都是在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)收集到的最新的創(chuàng)造發(fā)明的實(shí)例。這些問題都很難,難在人們?nèi)菀讖某R?guī)的知識出發(fā)產(chǎn)生思維障礙,但是一旦獲得某種原型啟發(fā),靈感就會忽然降臨。因此,這些問題都具備了頓悟問題的基本特征:第一,在沒有原型啟發(fā)的條件下這些題目都很難以解決(容易產(chǎn)生問題表征的錯(cuò)誤和思維定勢的限制);第二,在獲取原型啟發(fā)之后一般都會“豁然開朗”,問題很快得到解決(思維定勢被打破,形成恰當(dāng)?shù)膯栴}表征并進(jìn)入正確的問題空間,原型與問題之間的“新異聯(lián)系”得以形成);第三,找到答案之后會產(chǎn)生恍然大悟的感覺和愉悅的情緒體驗(yàn)(“啊哈”體驗(yàn))。
下面是84個(gè)測試題目的一個(gè)實(shí)例:
科學(xué)問題:中國神六航天飛船上天之前,科學(xué)家們被宇航服的設(shè)計(jì)難住了。宇航員出艙時(shí)候穿的宇航服,既要有一定的堅(jiān)硬度能夠承受氣壓,又要能夠自由彎曲,便于宇航員出艙操作。怎樣使宇航服既有硬度又能自由彎曲呢?
原型:煮熟的蝦子,其身體部分的外殼,既堅(jiān)硬又可以彎曲。
參考答案:將宇航服需要自由彎曲的部位做成蝦子外殼的樣子。
這84個(gè)測試問題,涉及生物、物理、化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域,每一個(gè)測試問題都“一對一”地配備一個(gè)“原型事件”(共84個(gè)不同的原型)。
此外,本研究還編制了40個(gè)常規(guī)性問題(用作實(shí)驗(yàn)中的基線條件),例如魯班從帶齒邊的茅草中得到啟發(fā)而發(fā)明鋸子的經(jīng)典例子。該類問題與新近創(chuàng)造發(fā)明問題最大的區(qū)別在于,這些例子是人們都知道的常識性例子,在沒有原型啟發(fā)的條件下可以通過已有的知識經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行解決。
本項(xiàng)目將在已有研究的基礎(chǔ)上,以頓悟的“原型啟發(fā)”為理論框架,以《創(chuàng)造發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》為實(shí)驗(yàn)材料,以fMRI和ERP作為記錄手段,系統(tǒng)探討創(chuàng)造發(fā)明問題解決中原型啟發(fā)催化頓悟發(fā)生的認(rèn)知和神經(jīng)機(jī)制,例如,原型激活和啟發(fā)信息利用的腦機(jī)制、問題意識下靈感捕捉的腦機(jī)制以及原型知識表征、動機(jī)與情緒狀態(tài)、大腦工作狀態(tài)等因素對原型啟發(fā)影響的腦機(jī)制。根據(jù)理論框架,本項(xiàng)目擬解決以下幾個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問題:
第一,按照頓悟的原型啟發(fā)理論,原型激活是自動加工,而原型中所包含的啟發(fā)信息的利用過程是控制加工,如何將這兩者分離,是一個(gè)難題。本項(xiàng)目分別采用“一對一”、“多對多”和“群對群”的“原型學(xué)習(xí)一問題測試”范式,有效地對兩種加工機(jī)制實(shí)行有效的分離。
第二,如國內(nèi)學(xué)者羅勁指出(羅勁,張秀玲,2006;邱江,張慶林,2011),頓悟問題本身的特殊性(頓悟發(fā)生的時(shí)間不可預(yù)期和復(fù)雜性)以及認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)特殊要求(采用足夠多的心理事件進(jìn)行疊加)會導(dǎo)致個(gè)體可能在遇到問題的幾分鐘之內(nèi)頓悟,也可能在幾個(gè)小時(shí)或幾天后頓悟,也可能在沒有外來幫助的情況下永遠(yuǎn)也不會頓悟?;谶@種情況,我們主要探討“原型啟發(fā)”催化創(chuàng)造發(fā)明中頓悟這一種重要思維方式。這樣一來,我們就可以通過提供原型(包含啟發(fā)信息)幫助被試在實(shí)驗(yàn)要求的時(shí)間內(nèi)采用啟發(fā)式搜索從而很快產(chǎn)生頓悟,使被試在實(shí)驗(yàn)中“數(shù)十次地”重演科學(xué)家發(fā)明過程中的頓悟思維,并進(jìn)行fMRI和ERP的數(shù)據(jù)采集和分析。
第三,由于創(chuàng)造發(fā)明中的頓悟?qū)儆凇爸R豐富領(lǐng)域”的問題,所以被試的“已有知識”這一無關(guān)變量成為實(shí)驗(yàn)控制的難題。本項(xiàng)目采用“原型知識學(xué)習(xí)”這一控制措施,確保被試都具備創(chuàng)造發(fā)明中的頓悟問題解決所需要的啟發(fā)性知識,并具有同樣的“新近性”和“預(yù)熱程度”。同時(shí),即使“原型知識學(xué)習(xí)”條件相同,不同的人在不同場合下,導(dǎo)致的對原型知識的表征是不相同的,這將導(dǎo)致原型啟發(fā)的效果和機(jī)制各不相同,本項(xiàng)目將原型表征設(shè)定為自變量,加以有效操縱,深入揭示“原型表征”如何影響原型啟發(fā)的認(rèn)知和神經(jīng)機(jī)制。
第四,由于創(chuàng)造發(fā)明中的頓悟,往往是在“不經(jīng)意”中發(fā)生的,正如醞釀效應(yīng)的許多行為研究所揭示的那樣,所以在腦成像的研究中難以真正捕捉這樣的“不經(jīng)意”記錄機(jī)會(而且需要“數(shù)十次地”重復(fù)記錄)。本項(xiàng)目將動機(jī)、情緒以及“大腦工作狀態(tài)”等作為自變量加以操縱,以揭示創(chuàng)造發(fā)明中頓悟發(fā)生的條件及其認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制。
3.1研究一:創(chuàng)造發(fā)明中原型激活與啟發(fā)信息利用的腦機(jī)制
如上所述,以字謎為實(shí)驗(yàn)材料,在頓悟的“原型啟發(fā)”的腦機(jī)制研究方面,本項(xiàng)目組在“學(xué)習(xí)一測試”范式下取得了一系列成果(Qiu et al.,2010;Qiu et al.,2008b),主要得到了以下研究結(jié)論:原型啟發(fā)促發(fā)頓悟主要涉及原型激活和關(guān)鍵啟發(fā)信息提取,在大腦激活上主要與楔前葉有關(guān),在ERP指標(biāo)上主要與P200-600成分有關(guān)。研究一首先以《創(chuàng)造發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》為實(shí)驗(yàn)材料,分別采用“一對一”和“群對群”的“原型學(xué)習(xí)一問題測試”范式,利用fMRI作為技術(shù)手段,記錄分析創(chuàng)造發(fā)明中頓悟的原型啟發(fā)的大腦激活狀態(tài)?!耙粚σ弧狈妒?一個(gè)原型配對一個(gè)測試問題),具有“類比遷移”的特點(diǎn),被試可以直接對原型中的隱含的關(guān)鍵信息進(jìn)行提取,那么該范式下可以直接對“關(guān)鍵信息提取”的腦機(jī)制進(jìn)行揭示。而“群對群”范式下,如何從眾多的原型中激活與之對應(yīng)的信息涉及到的認(rèn)知過程,可能首先是某一原型的自動激活(原型激活),進(jìn)而才是對原型中啟發(fā)信息的利用。這樣一來,通過比較“群對群”范式和“一對一”范式的腦機(jī)制的差別,可以揭示“原型自動激活”的這一腦機(jī)制。此外,采用“5對5”的“原型學(xué)習(xí)-問題測試”范式,利用ERP作為技術(shù)手段,進(jìn)一步記錄分析“原型激活”以及“啟發(fā)信息利用”的腦內(nèi)動態(tài)時(shí)程變化過程,具體而言:
實(shí)驗(yàn)1采用“一對一”范式:即先讓被試學(xué)習(xí)一個(gè)原型(學(xué)習(xí)階段),然后再讓被試解決與之對應(yīng)的一個(gè)創(chuàng)造發(fā)明問題(測試階段)。對正確解決創(chuàng)造發(fā)明問題和常規(guī)問題的思考過程的fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。
實(shí)驗(yàn)2采用“群對群”范式:第一天被試在行為實(shí)驗(yàn)室里學(xué)習(xí)完70個(gè)原型材料(40個(gè)創(chuàng)造發(fā)明的原型材料,30個(gè)常規(guī)問題的原型材料),第二天被試進(jìn)入磁共振實(shí)驗(yàn)室去解決隨機(jī)呈現(xiàn)的創(chuàng)造發(fā)明問題與常規(guī)問題(測試階段),問題出現(xiàn)順序隨機(jī)化。
實(shí)驗(yàn)3采用“5對5”范式:即先讓被試學(xué)習(xí)5個(gè)原型(學(xué)習(xí)階段),測試階段隨機(jī)呈現(xiàn)與之對應(yīng)的5個(gè)問題。對正確解決創(chuàng)造發(fā)明問題和常規(guī)問題的思考過程的ERP數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析??梢栽谝欢ǔ潭壬辖沂尽霸图せ睢币约啊皢l(fā)信息利用”的ERP效應(yīng)。
3.2研究二:創(chuàng)造發(fā)明中問題意識下靈感捕捉的腦機(jī)制
蔡格尼克效應(yīng)反映了人們對未完成任務(wù)的注意保持。創(chuàng)造發(fā)明中的頓悟往往是在對問題的孜
孜不倦的追求中忽然出現(xiàn)的,靈感往往青睞那些有準(zhǔn)備的頭腦,所以當(dāng)人們面臨原型事件的時(shí)候,只有在頭腦中存在一個(gè)問題(問題意識),才能夠有效激活原型并解決問題。如上提到,唐曉晨等(2009)已經(jīng)從蔡格尼克效應(yīng)的角度對頓悟的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行了探討,但關(guān)于這方面的研究還有待進(jìn)一步深入。因此,研究二將操縱“問題意識”,以fMRI作為技術(shù)手段,探索“問題意識”下靈感捕捉的腦機(jī)制。具體為:
實(shí)驗(yàn)4采用“群對群”范式:不同的是采用“先呈現(xiàn)問題一后呈現(xiàn)原型”的實(shí)驗(yàn)程序。第一天被試在行為實(shí)驗(yàn)室里試著解決40個(gè)創(chuàng)造發(fā)明問題(根據(jù)前期建庫研究,我們預(yù)期在沒有原型啟發(fā)的條件下這些題目都很難以解決,這樣就使被試產(chǎn)生了類似于“蔡格尼克效應(yīng)”的“問題保持意識”),第二天被試在磁共振掃描儀里被隨機(jī)呈現(xiàn)80個(gè)原型,其中40個(gè)原型對應(yīng)于前一天沒有解決出來的40個(gè)問題(預(yù)期很多會產(chǎn)生靈感捕捉),另外40個(gè)原型與之前的問題無關(guān)(預(yù)期較少會產(chǎn)生靈感捕捉,作為一種基線條件),被試的任務(wù)即當(dāng)原型出現(xiàn)之后思考當(dāng)前的原型信息可以用來幫助解決之前40個(gè)問題的哪一個(gè)。通過靈感捕捉條件與基線條件進(jìn)行比較,可以探索“問題意識”下靈感捕捉的腦機(jī)制。
3.3研究三:創(chuàng)造發(fā)明中原型表征對原型啟發(fā)影響的腦機(jī)制
創(chuàng)造發(fā)明中的頓悟問題屬于“知識豐富領(lǐng)域”問題,涉及到如何表征原型知識才有助于“原型激活”并將原型所包含的啟發(fā)性知識運(yùn)用到問題解決之中。田燕等(2011)以《創(chuàng)造發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》為實(shí)驗(yàn)材料的研究發(fā)現(xiàn),被試在學(xué)習(xí)原型的時(shí)候,呈現(xiàn)原型的方式不同(加入能夠突出原型的科學(xué)原理的標(biāo)識或突出原型形象的插圖),結(jié)果表明標(biāo)識和插圖在問題解決上存在顯著交互作用,反映出原型啟發(fā)的思維過程是復(fù)雜的,表現(xiàn)出靈活性、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。因此,研究三將以田燕等(2011)研究為基礎(chǔ),在原型學(xué)習(xí)階段中對“原型表征”進(jìn)行操縱,以fMRI作為技術(shù)手段,探測原型表征的差異對創(chuàng)造發(fā)明頓悟中原型啟發(fā)效應(yīng)影響的腦機(jī)制。具體為:
實(shí)驗(yàn)5類似于實(shí)驗(yàn)4,采用“先呈現(xiàn)問題,后呈現(xiàn)原型”的“9對9”實(shí)驗(yàn)程序。不同之處在于,問題和原型呈現(xiàn)階段都進(jìn)行掃描。本實(shí)驗(yàn)下,自變量為原型學(xué)習(xí)階段呈現(xiàn)原型方式的不同(是否加入能夠突出原型的科學(xué)原理的“標(biāo)題”和是否加入能夠突出原型形象的“插圖”),統(tǒng)計(jì)分析“標(biāo)題”和“插圖”兩個(gè)自變量在問題解決上的主效應(yīng)和交互作用(行為指標(biāo))及其腦區(qū)激活上的主效應(yīng)和交互作用(fMRI指標(biāo)),以考察“原型的形象思維”和“科學(xué)原理的抽象概括”在原型啟發(fā)中的不同作用機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)6采用與實(shí)驗(yàn)5基本相同的實(shí)驗(yàn)范式,不同之處是:原型學(xué)習(xí)階段呈現(xiàn)原型方式(自變量)的處理改變?yōu)?,“是否突出原型材料中體現(xiàn)科學(xué)原理的文字”(加黑處理)和“原型材料與創(chuàng)造發(fā)明問題材料兩者之間是否有顯著的共同文字”,結(jié)果的處理同樣是統(tǒng)計(jì)分析兩種處理?xiàng)l件下行為指標(biāo)和fMRI指標(biāo)上的主效應(yīng)和交互作用,以考察問題與原型之間“文字上的表面相同”和“科學(xué)原理上的深層語義相同”在原型啟發(fā)中的不同作用機(jī)制。
3.4研究四:動機(jī)與情緒對創(chuàng)造發(fā)明中的原型啟發(fā)效應(yīng)的影響
由于靈感往往是在“不經(jīng)意”中發(fā)生的,是在“散焦注意”(而不是集中注意)的情況下發(fā)生的,所以,過強(qiáng)的動機(jī)和過強(qiáng)烈的情緒狀態(tài),可能不利于頓悟的發(fā)生。李亞丹等(2012)以字謎為材料,采用“原型學(xué)習(xí),問題測試”范式,考察不同競爭水平(高、中、低競爭強(qiáng)度和無競爭)情境下誘發(fā)的情緒效價(jià)(積極、中性和消極)對頓悟中的原型啟發(fā)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)競爭水平以及誘發(fā)的情緒對字謎問題解決中的原型啟發(fā)有顯著影響,并且二者之間存在交互作用。以李亞丹等(2012)研究為基礎(chǔ),研究四將操縱動機(jī)和情緒,以fMRI作為技術(shù)手段,探測動機(jī)與情緒狀態(tài)對創(chuàng)造發(fā)明中原型啟發(fā)效應(yīng)影響的認(rèn)知與神經(jīng)機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)7采用與實(shí)驗(yàn)5基本相同的實(shí)驗(yàn)范式,操縱動機(jī)的性質(zhì)(內(nèi)部動機(jī)與外部動機(jī))和動機(jī)的強(qiáng)度,探測動機(jī)對創(chuàng)造發(fā)明中原型啟發(fā)效應(yīng)影響的認(rèn)知與神經(jīng)機(jī)制。擬采用不同強(qiáng)度的鼓勵(lì)作為內(nèi)部動機(jī)的激發(fā)手段,以不同額度的獎(jiǎng)金的作為外部動機(jī)的激發(fā)手段。
實(shí)驗(yàn)8采用與實(shí)驗(yàn)5基本相同的實(shí)驗(yàn)范式,操縱情緒的效價(jià)、喚醒度、強(qiáng)度,探測情緒對創(chuàng)造發(fā)明中原型啟發(fā)效應(yīng)影響的認(rèn)知與神經(jīng)機(jī)制。擬使用經(jīng)中科院心理所改編后的國際情緒圖片系統(tǒng),選取愉悅度、喚醒度、強(qiáng)度不同的圖片作為情緒誘發(fā)材料。
3.5研究五:大腦工作狀態(tài)對創(chuàng)造發(fā)明中的原型啟發(fā)效應(yīng)的影響
動機(jī)與情緒的影響,或許是通過對大腦工作狀態(tài)的影響而間接發(fā)生作用的。研究五在研究四之外,將更直接研究大腦的工作狀態(tài)對創(chuàng)造發(fā)明中原型啟發(fā)的影響。操縱大腦工作狀態(tài)(如,不同的疲勞狀態(tài)、入靜放松狀態(tài)、催眠狀態(tài)、飲酒的麻痹狀態(tài)等),以fMRI作為技術(shù)手段,探討大腦的不同狀態(tài)對創(chuàng)造發(fā)明中原型啟發(fā)效應(yīng)影響的認(rèn)知和神經(jīng)機(jī)制。
采用與研究四基本一致的“群對群”范式,研究大腦不同工作狀態(tài)對創(chuàng)造發(fā)明頓悟中原型啟發(fā)影響的腦機(jī)制。例如:
實(shí)驗(yàn)9通過對有午睡習(xí)慣的被試是否“剝奪午睡”的控制來操縱大腦的疲倦程度,以研究大腦疲倦程度對創(chuàng)造發(fā)明中原型啟發(fā)效應(yīng)影響的神經(jīng)機(jī)制。
此外,在以上五個(gè)研究的基礎(chǔ)上,本項(xiàng)目還將從“特殊腦損傷病人的驗(yàn)證研究”等角度展開進(jìn)一步的深入探討。
4小結(jié)
現(xiàn)實(shí)生活中,人們通常是在對問題百思不得其解情況下遇到某一啟發(fā)信息后產(chǎn)生對該問題的解決方法。因此,研究二和研究三下采用的“先呈現(xiàn)問題一后呈現(xiàn)原型”范式更符合創(chuàng)造性思維產(chǎn)生的過程(朱海雪,羅俊龍,楊春娟,邱江,張慶林,印刷中)。而研究一下,采用“一對一”和“群對群”的“原型學(xué)習(xí)一問題測試”范式,則是對以字謎為實(shí)驗(yàn)材料所揭示的楔前葉等腦區(qū)在原型啟發(fā)過程扮演重要作用結(jié)果的驗(yàn)證。
基于本項(xiàng)目的理論框架和研究構(gòu)想,研究二下的結(jié)果對于揭示問題表征與原型表征間的“自動響應(yīng)機(jī)制”能提供重要的參考。研究三下,通過記錄分析被試在問題表征階段以及原型表征階段的大腦激活模式,力圖找到兩段認(rèn)知過程下是否有激活高度相關(guān)的腦區(qū),為進(jìn)一步揭示“自動響應(yīng)機(jī)制”下產(chǎn)生共振現(xiàn)象提供依據(jù)。研究四和五能夠?yàn)榻沂緞?chuàng)造發(fā)明中頓悟的“自動響應(yīng)機(jī)制”發(fā)生的條件及其認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制提供重要的信息。
總之,相信該項(xiàng)目的開展,能為揭示創(chuàng)造發(fā)明中頓悟發(fā)生的條件和機(jī)制創(chuàng)造條件,為理解人類的創(chuàng)造性思維的本質(zhì)提供科學(xué)依據(jù),為人的創(chuàng)造力的培養(yǎng)和開發(fā)提供借鑒和啟發(fā)。