創造性思維四階段的神經基礎*

詹慧佳 劉 昌 沈汪兵,2

(1南京師范大學心理學系暨認知神經科學實驗室, 南京 210097)(2河海大學公共管理學院應用心理學研究所, 南京 210098)

1 引言

創造力(creativity)又稱創造性, 眾多研究者對創造力的定義中包含兩個最典型特征——“新穎性” (originality)和“實用性” (usefulness), 即個體產生新穎奇特且有價值的觀點或產品的能力(Sternberg & Lubart, 1999)。1950年吉爾福特在美國心理協會就職演講的報告中指出, 創造力的研究極其重要, 但一直被研究者所忽視, 并呼吁研究者對創造力加以重視, 從此這一領域開始受到日益廣泛的關注。創造性思維(creative thinking)是創造性的具體表現, 是個體高級認知活動。吉爾福特所倡導的創造力研究更傾向將創造性歸于一種能力, 而根據認知心理學的觀點, 將人腦比喻成計算機, 創造性思維則可看作產生“輸出”(創造性思維產品)的運行過程, 對這一過程的研究也成為創造性研究的一個基本問題。進一步的,創造性活動作為高級認知過程, 有模式可循嗎？也即, 其是否具有一定的普遍規律性？不同研究者創造性過程模型的提出正是對這一問題的探究。

創造性思維認知過程的理論研究始于20世紀初。其中, 最具代表性的模型是華萊士(Wallas,1926)提出的創造性思維的四階段論(four steps for creative production)。該模型認為創造性思維包括：準備期(preparation)、醞釀期(incubation)、明朗期(illumination)、驗證期(verification)四個階段。華萊士提出醞釀期的概念, 首次將無意識引入創造性思維過程中, 認為醞釀期個體不再有意識的思考問題而是潛意識過程(Ritter, Van Baaren, &Dijksterhuis, 2012)。這一潛意識思維相對于顯意識思維而言, 更擅長信息整合和聯結, 具有發散性和聯系性, 從而有利于產生更多原創性的新穎想法(Dijksterhuis & Nordgren, 2006)。四階段理論強調顯意識和潛意識的綜合作用, 得到廣泛認可且具有較強的影響力。在華萊士之后有眾多研究者對創造性過程階段進行重新定義, 但大多是基于四階段模型這一經典理論框架的進一步發展(如Parnes, 1962; Amabile, 1988等)。

四階段模型在得到眾多理論支持的同時, 也有研究者對其提出質疑, 較有力的觀點來自吉爾福特(Guilford, 1950), 認為從心理學的角度, 華萊士四階段論對創造性過程的分析較為表面化(superficial), 沒有涉及其過程中包含的具體心理操作, 并提出要探討創造性, 首先要研究所包含的子過程(subprocesses)。對創造性所包含的子過程進行探討較有代表性的理論是Finke, Ward和Smith (1992)提出的生成探索模型(Geneplore Model)。但這一理論分歧的實質是對創造性過程從兩個不同層面的探討, 兩者并不矛盾。以生成探索模型為例, 該模型認為創造性思維包括生成過程(Generative process)和探索過程(Exploration process), 強調對心理表征的提煉和重建。其與四階段論實際存在相通之處, 生成探索模型的生成過程建構最初的心理表征相當于準備期, 探索階段的提煉和反復修改過程相當于醞釀期和明朗期,而四階段模型對這一過程進行了更完整細致的劃分。同時, 這一理論不足之處也提示, 從經典的創造性階段論模型出發, 對各階段涉及的具體心理過程及機制作系統探討十分必要。綜上所述, 對創造性四階段及其神經活動基礎的研究具有重要的理論和現實意義。

近年來, 隨著認知神經科學的高度發展, 高時間分辨率的腦電技術(如EEG、ERP)及高空間分辨率神經影像技術(如fMRI)被廣泛使用, 研究者得以采用更直觀精細的手段考察其腦機制, 從而在此基礎上闡明創造力的本質。在現有創造性神經基礎研究中, 劉春雷、王敏和張慶林(2009)從頓悟、發散性思維、遠距離聯想、言語創造性和圖畫創造性等方面闡明創造性思維腦機制, 另有研究者(沈汪兵, 劉昌, 陳晶晶, 2010)從腦結構和腦功能兩個層面對創造力的腦神經基礎進行探討。但截至目前, 創造性思維四階段神經基礎尚不明確。本文沿華萊士創造力四階段的理論框架進行文獻梳理, 對與四階段相關的研究加以總結, 并對未來的創造性思維研究進行展望。

已有研究采用不同實驗范式從不同角度系統的探索了創造性思維的腦機制。下文將分別從準備期、醞釀期、明朗期、驗證期四個心理階段來展開。

2 準備期的神經活動基礎

創造性活動準備期包括知識的積累和對信息的搜集, 對創造性問題本身進行細致分析, 初步嘗試進行問題解決, 是有意識的努力階段。在這一階段, 對于頓悟或創造性問題解決而言, 個體可能陷入困境, 形成思維僵局, 即問題解決者感覺(至少是當前可見的)所有可能的問題解決方式和辦法均已嘗試過但仍不知如何成功解題的心理狀態(沈汪兵, 劉昌, 袁媛, 張小將, 羅勁, 2013)。通過文獻梳理, 現有準備期神經基礎研究主要包括對題目呈現之前大腦活動及靜息狀態的考察。

“機會青睞于有準備的頭腦” (Chance favors only the prepared mind.)。Kounios等人(2006)基于先前有關頓悟腦機制的研究, 提出了一個心理準備期的概念, 認為存在某種形式的準備能夠促進頓悟問題的解決, 并表現為特定的大腦狀態。研究者以復合遠距離聯想任務(Compound Remote Associations, CRA)為實驗材料, 呈現三個單詞,要求被試找到一個單詞能夠與給定的三個單詞均組成新的復合詞(如：pine、crab、sauce; 答案：apple)。在實驗一中采用高時間分辨率腦電圖(EEG)記錄19名被試題目呈現之前2 s的腦電, 結果發現頓悟條件較無頓悟條件而言, 在額中及雙側顳葉皮層等區域存在顯著差異。這一結果表明是否有頓悟與題目呈現之前大腦狀態有關, 但EEG空間分辨率有限, 因此在實驗二中研究者另選25名被試,采用高空間分辨率功能性磁共振成像(fMRI)技術對這一狀態加以考察, 并且將實驗一中2 s的固定時長改為隨機時間間隔。腦成像數據分析結果顯示, 頓悟相較于無頓悟條件, 顯著激活內側額葉(medial frontal areas, 如ACC)以及雙側顳葉(bilateral temporal areas)。前者與認知控制有關,后者與語義準備有關。以往研究中的準備期包括問題相關背景知識積累, 從實證研究的角度較難加以嚴格界定, Kounios等人(2006)基于前人研究提出的心理準備期更具有可操控性, 易于研究者進行實驗設計。

隨即, 我國學者張慶林及其團隊在“原型啟發”頓悟理論下對題目呈現前準備期進行了研究,并且為上述Kounios等人的結論提供了有利支持。他們采用學習——測試范式將解題分為兩個階段,原型學習階段生成對原型的表征, 測試階段需要激活適當的原型信息從而頓悟。Qiu, Li, Jou, Wu和Zhang (2008)采用事件相關電位(ERP)考察“一對一”學習——測試范式下字謎解決準備期腦電活動。結果表明, 有頓悟相比于無頓悟條件, 在字謎呈現前?1000 ms至?800 ms內誘發了更正向的腦電波偏移, 溯源分析顯示該差異正成分定位于前扣帶回ACC/內側額葉。進一步的“多對多”學習——測試范式下的準備期的腦成像研究(Tian et al.,2011)結果則顯示, 這一狀態下左側額中回、內側額葉/ACC、左側顳中/上回、右側小腦等區域激活。其中, 內側額葉/ACC負責認知控制, 提前抑制無關思維活動, 而左側顳中/上回反映語義激活準備,同時顳葉及右側小腦的激活還可能與原型啟發信息維持及工作記憶提取有關。綜合以上三項研究,不同范式下準備期研究觀測到內側額葉、ACC、顳葉較一致的激活, 其中內側額葉/ACC主要負責認知控制, 提前抑制無關思維, 而顳葉負責語義激活準備。

在2006年研究的基礎上, Kounios等人(2008)對解題前準備期作了進一步的探討, 認為解題前大腦狀態對創造性問題解決的影響很可能與更基本的過程——靜息狀態有關, 進而對這一狀態與創造性問題解決的關系進行了考察。他們采用EEG記錄26名被試休息時的腦電, 隨后讓其完成字謎問題解決任務, 并根據該任務中被試解題策略選擇傾向將被試分為高頓悟(傾向使用頓悟策略, 13名)、低頓悟(傾向使用分析策略, 13名)兩組,對腦電數據頻譜分析結果顯示, 高頓悟組相對于低頓悟組而言, 枕區、右側前額、頂、顳皮層在不同波段均表現出顯著差異, 結果支持頓悟相關的彌散注意理論(attentional diffusion theory)和右半球不對稱(right lateralized hemispheric asymmetry)的假設, 從而揭示了靜息狀態與后續問題解決策略之間的聯系。但靜息狀態與創造性問題解決的關系仍存在有待闡明的問題：1)有研究者(Sheth,Sandkühler, & Bhattacharya, 2009)在需要轉換定勢的難題解決的研究中, 對問題呈現之前靜息狀態進行分析, 結果并不支持Kounios等人的結論,因此可能存在題目特異性; 2)個體差異的研究(Smit, Boomsma, Schnack, Hulshoff Pol, & de Geus,2012)表明靜息狀態受遺傳因素的影響, 是相對穩定。而在創造性問題解決研究中則發現情緒對頓悟的影響(Topolinski & Deutsch, 2012; Subramaniam,Kounios, Parrish, & Jung-Beeman, 2009), 并且Subramaniam等人(2009)的研究顯示情緒的促進作用與準備期ACC及與鄰近的內側額葉激活有關。另有研究(Wegbreit, Suzuki, Grabowecky,Kounios, & Beeman, 2012)發現不同注意條件啟動對解題策略傾向性存在顯著影響。綜合表明, 這一狀態的穩定性有待未來研究作深入的考察。

題目呈現后準備期主要體現在個體的主動求解。這一問題空間的初步探索階段需要左右半球的共同參與。由于創造性問題解決需要打破常規思維或構建遠距離聯想, 部分腦區激活較常規問題解決存在顯著差異, 并且不同類型創造性活動中激活的腦區也有所不同。如組塊破解任務(Luo,Niki, & Knoblich, 2006)中緊密結構(創造性問題)相對于松散結構(常規問題)在主動求解階段激活了左側額上回、內側額葉等腦區, 而常見物體新穎用途生成的研究(Fink et al., 2010)中則觀察到左側緣上回、角回等腦區差異。此外, 沈汪兵等人(2013)對思維僵局的腦電研究顯示在準備期存在思維僵局的早期覺察, 但目前尚沒有腦成像研究的結論。

綜上所述, 創造性思維準備期起關鍵作用的腦區包括內側額葉、ACC、顳葉, 其中, 內側額葉/ACC負責認知控制, 提前抑制無關思維活動, 顳葉負責語義激活準備, 并且這一準備期還與靜息狀態存在密切聯系。目前解題前大腦狀態的研究主要集中于言語創造任務, 未來研究可加強對不同類型創造性問題解決準備期的考察, 同時, 對靜息狀態與創造性問題解決的關系的研究也有待作進一步的深入。

3 醞釀期的神經活動基礎

根據華萊士的觀點, 當個體遭遇解題困境,暫時離開當前問題情境有助于問題解決, 這一離開問題的時間階段就是醞釀(Wallas, 1926)。在醞釀期, 問題暫被擱置, 個體將逐一轉向其他無關的活動, 而在潛意識水平上對問題加工繼續進行。已有大量研究從行為實驗的層面證實了醞釀效應并且這一效應大小受諸多因素調節。Sio和Ormerod (2009)對醞釀期相關行為研究進行元分析, 結果顯示, 其影響因素包括間隔任務類型、醞釀期長短、準備期長短、嵌入醞釀期任務認知負荷高低、提示信息等, 另有研究(Nordgren, Bos, &Dijksterhuis, 2011; Gilhooly, Georgiou, Garrison,Reston, & Sirota, 2012)還表明即時醞釀和延遲醞釀條件下醞釀效應也存在顯著差異。

對醞釀期認知機制眾多研究者也提出了不同的理論。Segal (2004)將先前研究者醞釀理論歸為兩大類：自發過程假說(Autonomous-Processes Hypotheses)和外部線索假說(External-Cues Hypotheses), 自發過程假說認為醞釀是自然發生的無意識加工過程,而外部線索假說則強調間隔期外部線索的作用。同時, 在此基礎上提出注意減退理論認為注意從當前問題轉移從而為正確表征的激活提供機會,當再次回到問題時表征重組從而產生頓悟。Hélie和Sun (2010)的內隱外顯交互理論(The Explicit-Implicit interaction theory, EII )顯示, 創造性準備期主要為外顯加工過程, 而醞釀期主要為內隱加工, 并有可能在外顯知識作用下產生頓悟。不同研究者行為實驗結果也為不同的認知機制理論提供支持(如Sio & Ormerod, 2014; Gilhooly, Georgiou,& Devery, 2013)。在醞釀期認知神經研究方面, 針對這一階段進行的神經機制研究相對較少, 主要包括創造性問題解決中醞釀期呈現提示和延遲頓悟的研究。前者反映的是在外部提示作用下實現的醞釀過程, 后者是自發醞釀過程。

Bhattacharya小組(Sandkühler & Bhattacharya,2008; Sheth et al., 2009)先后對CRA和需要轉換思路的難題呈現提示解題過程的腦電加以考察。實驗首先呈現題目要求被試主動求解并以按鍵反應報告解題失敗; 隨后, 呈現解題關鍵提示, 讓被試嘗試重新解決; 最后, 要求在解題成功時按鍵。兩項研究均表明右側頂枕區腦電活動對個體是否能在提示幫助下成功解決問題具有預測性。與此同時, 唐曉晨、龐嬌艷和羅勁(2009)則采用高時間分辨率的事件相關電位ERP考察創造性問題解決中解題失敗與提示信息加工時的左右腦活動差異。他們采用組塊破解任務作為實驗材料, 以被試按鍵報告解題失敗時刻作為思維僵局形成和醞釀期開始的標志。對大腦在求解失敗以及提示呈現兩個階段腦電活動的半球差異進行分析, 結果表明, 問題求解失敗在右半球誘發了更大的P150成分, 醞釀期提示呈現時, 未解決問題相較于成功解決而言, 右腦的P2波幅有增強趨勢而左腦不受影響。研究認為, 問題求解失敗引起右半球對相關問題信息的保持增強, 并最終導致右半球對相關提示信息更加敏感。上述研究綜合表明, 以思維僵局為標志的醞釀期存在右半球對問題相關信息的保持增強, 并且這一大腦狀態可能使得個體更善于接受線索所提供的新信息, 從而與已有的認知表征結合形成解題方案。

盡管創造性問題解決早期解題失敗后醞釀期存在右半球優勢, 但對個體形成有意識反應之前潛意識加工相關腦電分析則顯示, 表征轉換過程存在廣泛腦區的共同參與。Sheth等(2009)采用EEG考察需要轉換常規思路的難題解決的腦神經活動, 對正確解決不同條件下解答之前β、γ波進行分析。結果顯示, 題目呈現階段正確解答相對于不正確解答而言, 按鍵前(?8 s到?1 s)右側額中區γ增強, 無需提示相比于提示作用下的成功頓悟, 在被試反應之前(?6 s到0 s)廣泛腦區表現為β波顯著降低, 主要為顳區及右側頂中區。研究認為其可能反映形成有意識反應之前的潛意識加工。朱新秤、李瑞菊和周冶金(2009)對字謎問題解決線索作用的行為研究顯示, 閾上及閾下有效規則線索均對頓悟具有促進作用。最近, Gao和Zhang (2014)對頓悟問題線索呈現作了腦電研究,實驗設置為閾上線索、閾下線索(掩蔽刺激)及無線索提示三個條件, 結果表明, 閾下線索呈現相對于無線索條件而言, 誘發了N280-340、P350-450、P500-760成分, 分別定位于右頂下小葉、右側海馬旁回、右側顳上回, 而較晚階段的腦電活動較無提示階段無顯著差異, 研究者認為其反映對啟發信息的無意識加工。從上述研究可知, 參與表征轉換并觸發隨后頓悟的醞釀過程可能涉及額區、頂區、顳區在內的廣泛腦區的激活, 并且左右腦均有參與。

在原型頓悟的研究中, 朱海雪等人(2012)采用高空間分辨率腦成像技術對34名被試原型啟發頓悟進行考察, 根據原型位置區分“問題在先”和“原型在先”兩個條件。結果顯示, “問題先導”原型啟發條件下左側額中回、左側顳中回的參與,與此對應的認知過程是相關問題的自動激活與啟發式思維, 而“原型先導”條件下對應激活腦區則為左側扣帶回和左側中央前回。其中, “問題在先”條件原型信息實際類似于提示(提示信息為原型)呈現, 其可能反映醞釀期腦活動。另有研究者(張忠爐, 邢強, 唐志文, 徐爭鳴, 蔡新華, 2012)也采用“問題在先”模式, 并進一步的改進以解決字謎——原型啟發——繼續解謎——呈現答案的實驗流程模擬Wallas的頓悟四階段, 同時增加無效提示條件作為基線, 考察醞釀期腦電活動。結果表明, 有效提示對靶字謎的解決有更大的促進作用,腦電數據分析顯示, 有效提示在左側前額葉分別在300s～400 ms, 400～600 ms, 600～800 ms誘發了更大的P300-400、P400-600、P600-800成分。研究認為左側前額葉可能參與醞釀期連接和整合字謎與提示信息關系的加工。因此, 結合兩項研究認為左側前額葉可能參與原型頓悟醞釀期的加工,反映對題目及原型信息的整合加工并實現定勢轉移的過程。對“原型在先”條件下原型頓悟的研究中, 原型事件的自動激活可能貼近于無意識思維,朱海雪等人(2012)雖然結合前人研究推測左側扣帶回在醞釀期的作用, 但該腦區在創造性醞釀中的具體效應與機制仍有待未來研究驗證。

Darsaud等人(2011)采用數字遞減任務(Number Reduction Task, NRT)為實驗材料運用高空間分辨率的腦成像技術對36名被試延遲頓悟腦神經機制加以考察。該任務向被試呈現由三個數字組合而成的數字序列, 這些數字序列包含相同規則(same rule)和相異規則(different rule), 要求根據這兩項規則和所給數字序列生成相應數字, 所生成數字最終也組成一個新的序列, 并且這個序列中前3項與后3項具有對稱性, 將被試發現這一規則后解題反應時驟降作為頓悟發生的標志。實驗分為初始訓練(晚上8:00～10:00)和再次測試(第二天8:00～10:00)兩個部分。研究者將再次測試的第一個block和初始訓練的最后一個block腦成像數據進行比較, 認為這一差異反映初始訓練之后的離線(off-line)加工過程。結果顯示, 初試訓練中嘗試解決但未成功解決者, 再次測試階段頓悟相較于無頓悟條件腹內側前額葉激活顯著增強, 說明這一腦區參與內隱規則學習的離線加工。

有關數字遞減任務的行為研究(Wagner, Gais,Haider, Verleger, & Born, 2004)表明, 睡眠能促進延遲頓悟。借助遠距離聯想任務的創造性研究(Cai, Mednick, Harrison, Kanady, & Mednick, 2009)也獲得了類似結論。Darsaud等人(2011)的延遲頓悟腦成像研究中, 對初始訓練規則內隱學習過程中未成功解決和成功解決的被試腦成像數據進行分析, 結果表明, 前者相較于后者, 更多的激活了海馬, 海馬在這一過程中的顯著激活, 說明其可能參與了規則發現的醞釀過程。在同樣需要規則學習的關系推理腦成像研究(Greene, Gross,Elsinger, & Rao, 2006)中結合被試報告意識水平的行為指標對數據進行分析, 結果顯示, 對規則加工無意識的被試海馬區域顯著激活, 并且在關系學習階段的海馬激活對測試表現具有預測性。而新近睡眠的腦成像研究(Andrade et al., 2011)表明海馬功能連接及其強度與總體信息轉換功能及隔離信息的加工等過程相關。綜上可知, 海馬在無意識的醞釀過程中起重要作用——催化心理表征重組從而促使頓悟的產生。

除以上創造性問題解決的研究, 對特殊意識狀態——心智游移(Mind Wandering, MW)的研究也可間接揭示醞釀期腦機制。心智游移是個體在清醒狀態下自發產生的一種意識狀態, 在該狀態下個體意識從當前主要任務轉移而被內源性心理表征占據(Smallwood & Schooler, 2013)。在以往研究中, 不同研究者對心智游移現象冠以不同的名稱(如, 白日夢、任務無關思維、刺激獨立思維、自發思維、離線思維, Gruberger, Ben-Simon, Levkovitz,Zangen, & Hendler, 2011)。心智游移狀態下的信息加工是與當前主要任務相分離的, 在任務執行中出現的心智游移, 可表現為與任務相關思維相平行的離線加工, 而這一信息的離線加工過程可能對認知及記憶均具有促進作用, 現有的心智游移腦成像及功能連接分析的研究(Christoff, Gordon,Smallwood, Smith, & Schooler, 2009; Christoff,2012)顯示這一狀態與默認網絡(default network)存在密切聯系。已有的行為研究(Baird et al., 2012)也表明心智游移有助于個體創造性任務表現, 而醞釀的心理要義在于觸發頓悟的產生, 從這個角度而言, 醞釀可能有著與心智游移相似的神經基礎。換言之, 醞釀活動可能會顯著激活默認網絡相關的腦區, 包括內側額葉、后扣帶回、楔前葉、顳頂聯合區等。

基于上述研究, 可以得出以下結論:作為醞釀期一個重要特征的思維僵局會引起右半球信息保持增強, 并且這一右側優勢有利于個體接受有效信息從而頓悟; 而個體經過表征轉換并觸發隨后頓悟的醞釀過程, 包含額葉、顳葉、頂葉在內的廣泛腦區共同參與; 海馬、腹內側前額葉等參與醞釀期的加工, 在實現信息離線加工及催化表征重組過程中起重要作用; 對特殊意識狀態心智游移的考察可間接反映醞釀期機制, 對與之顯示密切相關的默認網絡, 在未來研究中可作進一步分析。

4 明朗期和驗證期的神經活動基礎

明朗期(illumination), 是個體經過潛意識加工的答案突然出現在個體意識中的階段(Kounios& Beeman, 2009), 通常指的是頓悟或“Aha”時刻,是突然以直覺性方式清晰地獲得問題解決方法(Bowden, Jung-Beeman, Fleck, & Kounios, 2005),并伴隨有“Aha”體驗。在驗證期(verification)個體對明朗期獲得的答案進行細節正確性驗證。這兩個階段的神經基礎均體現在頓悟(insight)的相關研究中, 但從實驗技術角度, 兩個階段較難以刺激呈現或按鍵反應為標記加以嚴格的實質性的分離, 由此, 綜合現有頓悟研究對這兩個階段神經基礎進行探討。總的來說, 傳統頓悟問題, 如經典的“九點問題”, 存在兩個主要缺陷, 一是解決時間較長, 二是題目本身變化方式及數量較少。截至目前, 已有許多研究者開始探索新的實驗范式,由于頓悟的復雜性, 不同任務模式下的研究有不同側重點, 主要可分為三類：遠距離聯想形成、思維定勢打破以及原型激活。

遠距離聯想形成的研究最具代表性的任務模式來自Bowden和Jung-Beeman (2003)開創的復合遠距離聯想任務(compound remote associates,CRA), CRA克服了傳統頓悟問題解決時間長的難點, 其頓悟發生的關鍵在于形成新穎聯系。Jung-Beeman等人(2004)采用EEG及fMRI技術結合考察頓悟腦神經活動, fMRI數據分析顯示, 頓悟相對于非頓悟解決方式, 顯著激活了右顳上回、左側后扣帶回、左內側額葉、雙側海馬旁回。左扣帶回在頓悟非頓悟兩種條件下均有激活, 并且在反應階段才出現, 因此與答案生成后按鍵反應有關。而EEG數據分析表明在頓悟前0.3秒處有一個突然發生的高頻γ波起源于右側顳上回, 研究者認為, 右側前顳區與遠距離聯系形成有關。Zhang,Tian, Wu, Liao和Qiu (2011)對頓悟的腦電研究為右側顳上回的作用提供了進一步的支持。可以看出, 右側顳上回是構建遠距離聯想過程中起關鍵作用的腦區。

在同樣以復合遠距離聯想任務為實驗材料的腦電研究(Sandkühler & Bhattacharya, 2008)中發現, 在被試反應之前(?1.5～0.25 s)成功實現表征重組條件表現為右側前額區α波(8～12 Hz)下降, 因而, 前額區可能參與有意識的問題表征重組過程。Anderson, Anderson, Ferris, Fincham和Jung(2009)為探討前額葉及ACC在頓悟問題解決中的作用, 采用功能磁共振成像技術考察了復合遠距離聯想任務及詞干補筆任務頓悟問題解決的腦機制, 對這兩種詞匯聯想任務中前額葉及ACC激活程度分析得到相似的結果, 問題未成功解決條件下, 前額葉始終有較強激活。而在問題成功解決條件下, CRA任務左外側前額葉下部激活在頓悟前和前扣帶回激活無顯著差異, 頓悟后其激活顯著弱于前扣帶回, 詞干補筆任務中左外側前額葉下部激活顯著強于前扣帶回而頓悟后激活程度相當。研究者認為前扣帶回主要負責問題解決的子目標設定與過程監控, 而前額葉主要負責主動求解和答案搜尋及提取。綜合以上遠距離聯想形成的研究表明, 這一過程中前額葉、ACC、右顳上回、左內側額葉等腦區均有參與, 其中右側顳上回是遠距離聯想形成的關鍵腦區。

根據羅勁(2004)的觀點, 頓悟是瞬間實現的、問題解決視角的“新舊交替”過程, 它包含兩個方面, 一是新的有效的問題解決思路如何實現, 二是舊的無效的思路如何被拋棄。復合遠距離聯想任務自發頓悟并不包含明顯的定勢打破, 研究者對需要轉換常規定勢的創造性問題解決研究反映的則是這一過程的神經機制。相關腦電研究(Zhang et al., 2011; Zhao et al., 2011)也觀察到打破心理定勢和新穎聯系形成相關的不同成分。

Luo和Niki (2003)在Hippocampus雜志上發表了第一項有關人類頓悟過程的腦成像的研究(羅勁, 張秀玲, 2006)。他們采用高空間精度磁共振成像技術對7名大學生被試腦筋急轉彎問題的頓悟過程加以考察。首先讓被試對題目進行判斷,選出其中“能理解但不知道答案”的題目作為正式實驗材料。正式實驗分為兩個階段, 第一階段呈現題目, 第二階段呈現正確答案, 并讓被試對是否理解答案進行判斷。僅對呈現答案階段能理解情況下的腦成像數據進行分析, 結果顯示, 相對于基線條件, 頓悟條件下, 激活了包括額葉、顳葉、頂葉在內的廣泛腦區, 如額葉、ACC、顳上回、海馬等。研究者重點對海馬的作用進行探討,認為海馬在功能上與表征重組, 打破思維定勢形成新穎聯系過程有關。為進一步明確ACC在頓悟問題解決中的作用, Luo, Niki和Phillips (2004a)在實驗中設置兩種類型字謎作為不同條件,以字謎解決僅涉及相同規則條件作為對照組, 而字謎涉及不同規則的作為實驗組。腦成像數據分析表明, 實驗組相對于對照組, 顯著激活了ACC。同時綜合對這一過程的腦電研究(Mai, Luo, Wu, &Luo, 2004)結果認為, 扣帶前回在一般性的自上而下的信息加工不起作用時會以“早期預警系統”身份參與頓悟。綜上表明, 誘發式頓悟下包含額葉、ACC、海馬等區域的參與, 其中, 海馬是參與定勢打破新穎聯系形成的關鍵腦區。

Goel和Vartanian (2005)較早采用fMRI技術對需要定勢轉移的火柴棒問題頓悟過程進行了考察。實驗選取13名正常被試, 將基線任務設置為被試對問題解決方案數目準確性的判斷。結果表明, 與基線任務相比, 火柴棒問題的解決激活了右腹外側前額葉(right ventral lateral PFC)和左背外側前額葉(left dorsal lateral PFC)。進一步的分析顯示, 較之于未成功解決條件, 成功解決條件顯著激活了右腹外側前額葉、左側額中回(left middle frontal gyrus)和左側額極(left frontal pole), 而火柴棒問題頓悟發生的關鍵在于被試是否發生定勢轉移, 研究者認為右腹外側前額葉與定勢轉移或表征轉換有關。另有針對“啊哈謎語”頓悟問題解決過程的腦成像研究(Luo, Niki, & Phillips, 2004b)中, 研究者設置包含思維定勢打破的頓悟項目和不包含思維定勢打破的一般項目兩種條件, 數據分析顯示, 頓悟項目相較于一般項目, 有明顯的前扣帶回與左腹外側前額葉的激活, 說明左腹外側前額葉參與思維定勢打破過程。而在需要發現規則實現定勢轉移的延遲頓悟研究(Darsaud et al.,2011)中, 頓悟后較頓悟前腹外側前額葉的激活也為上述結果提供了支持。由此可以看出, 外側額葉在定勢轉移過程中起關鍵作用。

此外, Luo等人(2006)采用腦成像技術考察了漢字組塊破解問題解決的腦機制。對兩種條件下腦成像數據進行分析比較：1)在題目呈現階段已順利解決的松散結構問題(視為常規問題); 2)在題目呈現階段沒有解決而在提示作用下順利解決的緊密結構問題(視為頓悟問題)。鎖時事件為提示呈現階段的腦成像, 結果表明, 緊密結構相比于松散結構而言, 左枕中回、右枕中回、左額上/中/下回、右額中/下回等腦區表現為獨特正激活, 右顳上/中回、右楔前葉、左顳上回、左楔前葉、左楔葉等腦區獨特負激活。而Wu, Knoblich, Wei和Luo (2009)針對這一過程的腦電研究顯示, 緊密結構相較于松散結構反應前500 ms存在頂枕區α波增強, 結合腦成像研究結果表明視覺信息抑制在組塊破解中的必要性。更進一步, 研究者(Wu et al., 2013)結合ERP及fMRI技術對包括組塊緊密性和組塊熟悉度兩因素的組塊破解做進一步的考察。結果表明, 克服這兩個關鍵障礙機制有所差異。組塊緊密性的加工需要視覺空間信息處理,包括額葉、頂葉在內的廣泛區域的參與, 而知覺熟悉性加工主要與前額葉(尤其外側前額葉)有關,腦成像數據分析顯示兩條件交互作用分析定位于ACC。綜上可知, 在組塊破解研究中起作用的腦區包括前額葉、ACC、顳上回、楔前葉、楔葉等,并且視覺信息抑制也是表征重構的必要條件。創造性問題常常包含多個需要克服的關鍵因素且各因素間還可能存在交互作用, 不同障礙的解除及其相應的腦機制也可能有所不同。

頓悟的“原型啟發”理論認為, 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的原型及其所包含的“啟發信息”, 那么頓悟就能夠發生(邱江, 張慶林, 2011)。原型啟發頓悟范式分為學習、測試兩個階段, 而頓悟發生的關鍵在于原型關鍵信息的激活。Qiu, Li和Yang (2008)采用“一對一”學習測試范式, 記錄測試階段腦電活動,結果顯示, 頓悟(成功解決)相對于無頓悟(未成功解決)條件, 誘發了P200-600、N1500-2000及N2000-2500。P200-600在中后部差異最明顯, 偶極子溯源分析結果顯示, 這一正成分主要源于左側顳上回以及頂枕聯合區, 兩個負成分分別起源于前扣帶回(ACC)附近、后扣帶回(PCC), 研究者認為在頓悟產生的早期, 頂枕顳聯合區的活動可能與原型激活后形成豐富的語義聯系有關, ACC可能主要與思維定勢的成功打破和新穎聯系的形成有關, PCC激活與隨后產生的Aha 情緒體驗有關。進一步采用“多對多”的學習-測試范式原型頓悟腦成像研究(Qiu et al., 2010)中, 研究者以成功解決No-aha為基線條件, 分析原型激活促發頓悟的大腦激活情況, 結果表明, 相對于基線任務而言, Aha條件顯著激活了楔前葉(precunes)、左側額下/中回(left inferior/middle frontal gyrus)、枕下回(inferior occipital gyrus)和小腦(cerebellum)等腦區。研究者認為, 楔前葉與原型激活和關鍵信息提取有關, 左側額下/中回與形成新異聯系和打破心理定勢有關, 枕下回和小腦與注意資源重新分配和知覺重組有關。

進一步的, 羅俊龍等人(2012)指出現有字謎、遠距離聯想任務材料仍停留于非科學問題, 生態效度不高, 并在后續研究(Luo et al., 2013) 中以創造發明問題為材料, 在學習測試范式下對其頓悟的原型啟發腦機制加以考察。他們將新穎科學發明問題解決作為實驗條件, 以常識性例子的發明問題作為基線。實驗一中對30名被試頓悟問題解決腦成像數據分析顯示, 實驗條件相較于基線條件顯著激活了舌回(lingual gyrus, LG)。而在實驗二中, 研究者采用實驗一相似的實驗流程但讓被試在正式實驗前一天完成原型學習, 對8名被試腦成像數據分析顯示舌回和楔前葉的顯著激活,研究認為舌回與形成新穎聯系有關。楔前葉參與原型信息的自動激活。也有創造發明腦成像研究(Zhang, Liu, & Zhang, 2014)報告了左側額下回和舌回的激活, 并認為左側額下回與新穎聯系形成有關, 舌回與視覺意象加工有關。相較于字謎材料頓悟研究, 創造發明問題的研究激活了舌回,可能與創造發明問題語義加工中將問題情境轉化為視覺表征有關。這些研究提示, 楔前葉、左側額下/中回、舌回可能是原型激活的關鍵腦區。其中, 楔前葉可能主要負責原型激活以及相關信息的提取, 左側額下/中回、舌回與參與新穎聯系形成的過程。

從理論上講, 頓悟實際可能包含從時間上相對較早的明朗期和較晚的驗證期兩部分, 但從現有研究不足以從實驗設計的角度對兩者加以嚴格分離, 自發頓悟腦機制研究主要反映的是明朗期,羅勁等人提出的以答案呈現催化的“誘發式”頓悟研究范式能較直觀反映驗證期, 其呈現答案催化頓悟實際包含兩個子過程, 一是個體需要形成題目與答案之間的新穎聯系, 二是對答案進行細節性的驗證。他們(Luo et al., 2004a)在實驗中設置兩種類型字謎作為不同條件以字謎解決僅涉及相同規則的作為對照組, 而字謎涉及不同規則的作為實驗組。其中, 兩組條件在第二個子過程上具有一致性, 研究者對兩種條件相對于靜息狀態的腦區激活分別進行分析, 結果顯示, 兩種條件下左外側前額葉下部的激活程度相當。另有研究者(Shen, Luo, Liu, & Yuan, 2013)綜合不同頓悟研究中前額葉的激活對其作用進行細致分析, 認為當激活區域接近左外側前額葉上部時, 它協助右腦前額葉完成定勢轉移的可能性更大。相反, 當激活區域臨近左腦前額葉的外側下部時, 其參與工作記憶與記憶提取的可能性更大。因此, 綜合認為Luo等人研究中的左外側前額葉下部活動與工作記憶有關, 反映對答案細節上的驗證加工。

綜合以上頓悟研究可以看出, 前額葉、扣帶回、顳上回、海馬、楔葉、楔前葉、舌回、小腦為主的腦區構成明朗期和驗證期神經基礎, 根據研究范式的不同, 明朗期所涉及的關鍵認知過程也有所差異, 其中, 扣帶回、前額葉在不同角度進行的研究中均有參與, 顳上回負責遠距離聯想的形成, 海馬參與定勢打破形成新穎聯系, 外側額葉是定勢轉移的關鍵腦區, 楔前葉、左側額下/額中回、舌回在原型激活中起關鍵作用。左外側前額葉參與對答案細節性的驗證加工。

5 總結與展望

綜上所述, 內側額葉/ACC、顳葉構成解題前準備期網絡, 其中, 內側額葉/ACC負責認知控制,提前抑制無關思維活動, 顳葉負責解題信息的語義激活準備。此外, 這一準備期與靜息狀態存在密切聯系, 有待未來研究作深入探討; 醞釀期的一個重要特征是思維僵局會引起右半球信息保持增強, 但并不意味著醞釀期是右腦的功能, 這一無意識加工由包含額葉、顳葉、頂葉在內的廣泛腦區的激活共同實現, 其中海馬、腹內側前額葉參與醞釀期的加工, 在實現催化表征重組過程中起重要作用; 現有頓悟相關研究反映明朗期和驗證期的神經機制, 其起作用的腦區包括扣帶回、前額葉、顳上回、海馬、楔葉、楔前葉、舌回、小腦等, 其中, 前扣帶回、前額葉在不同角度進行的研究中均有參與, 顳上回負責遠距離聯想的形成, 海馬與定勢打破新穎聯系形成過程有關, 外側額葉負責定勢轉移, 而楔前葉、左側額下/額中回、舌回在原型激活中起關鍵作用, 左外側前額葉負責對答案的細節性驗證加工。

圖1 創造性思維四階段神經基礎

根據不同研究中研究者所關注的認知過程的不同歸為不同階段, 初步總結了創造性四階段的神經機制, 如圖1所示。同時, 對創造性階段性及其神經機制的研究不僅具有理論價值, 也有一定的應用價值, 現有研究也為提高個體創造性頓悟的提供了啟示, 如Hao等人(2014)關于醞釀期的研究表明, 在醞釀期內嵌入誘發個體遠距離聯想的任務能提高個體創造性, 并且這一促進作用與嵌入任務的認知負荷高低無關。認知神經研究方面,對頓悟相關腦區的經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)對個體創造性頓悟任務表現具有促進作用, 如與遠距離聯想形成有關的右側顳上回(Chi & Snyder, 2011)、與定勢轉移有關的左腹外側前額葉(Metuki, Sela, &Lavidor, 2012)。但就目前研究而言, 仍缺乏對這一過程的系統探討, 對各階段的研究也有待進一步的深入。未來研究可從以下三方面加以改進：

第一, 研究對象方面。對創造性階段性的研究, 實質是在探究創造力作為一種高級認知所包含的普遍規律, 其遵循創造性的領域普遍觀。因而加強對高創造力個體的研究, 對認識創造性高低的個體差異具有重要的現實意義。另外, 應結合腦損傷病人的研究, 對現有研究所觀察到的腦區作用進行更嚴格的驗證。

第二, 研究內容方面。首先, 由于創造性思維的復雜性, 不同研究者之間在研究范式及研究技術上均存在差異, 因而仍需通過更合理嚴密的實驗設計, 增強研究之間的可比性; 其次, 目前對準備期、醞釀期神經基礎研究仍然較少。就準備期而言, 對解題前靜息狀態的分析顯示其與創造性問題解決聯系密切, 而個體認知風格、人格等因素與創造性問題解決能力, 尤其是認知風格的相關研究顯示, 在創造性任務表現及靜息狀態腦連接模式上存在個體差異性(Furnham, Batey, Booth,Patel, & Lozinskaya, 2011; Miller, Donovan, Bennett,Aminoff, & Mayer, 2012), 因而未來研究應結合具體實驗設計對靜息狀態作進一步的分析。就醞釀期而言, 對與醞釀相關的默認模式網絡探討也有待未來深入研究。醞釀期提示及原型頓悟的研究為創造性階段性的研究提供了可參考的范式, 未來可加強對這一過程的系統探討; 再次, 情緒與創造性思維的關系是一個值得關注的問題, 主要體現在兩個方面：一是創造性思維過程可能涉及情緒腦的相關腦區, 如有研究者(Zhao et al., 2013)以謎語為材料的頓悟腦電研究中, 觀察到與Aha體驗有關的晚期ERP成分, 定位于杏仁核。二是現有研究表明積極的心境或情緒均對創造性頓悟具有促進作用, 如在準備期題目呈現引發不同情緒狀態(Topolinski & Deutsch, 2012), 及醞釀期解題失敗后呈現情緒圖片(Sakaki & Niki, 2011)的相關研究。由上可知, 創造性思維過程涉及的主要腦區可能與情緒腦功能區存在信息交流, 并且情緒還對創造性問題解決具有促進作用。但現有研究仍不足以闡明與此相關的具體神經機制, 應在未來作進一步的深入探討。

第三, 研究手段方面。創造性思維的每一階段需要多個腦區的共同參與, 且不同腦區活動極可能存在聯系及交互作用, 但目前對此分析較少,因此需結合fMRI腦成像數據處理方法充分挖掘數據規律, 包括采用相關分析、一般線性模型(generalized linear model, GLM)等方法進行的功能連接分析, 以及采用結構方程模型(structural equation modeling, SEM)、多變量回歸模型(multivariate auto regressive modeling, MAR)、Granger因果分析等方法進行的有效連接分析(梁夏, 王金輝, 賀永, 2010)。同時, 未來仍需進一步結合高時間精度的腦電技術和高空間精度的腦成像技術, 才能更精確的定位相應腦區與認知過程的關系。

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