執行功能對言語頓悟問題解決的影響：基于行為與ERPs的研究*

邢 強 孫海龍 占丹玲 胡 婧 劉 凱

(1廣州大學教育學院;未成年人心理健康與教育神經科學實驗室,廣州 510006)(2暨南大學管理學院,廣州 510632)(3廣東松山職業技術學院,韶關 512126)

1 引言

問題解決是指在問題空間中進行搜索,以便使問題的初始狀態達到目標狀態的思維過程,問題解決過程中,需要執行功能的參與。執行功能是一個囊括所有復雜、高級認知過程的集合概念,這些高級認知過程是個體在實施目的行為過程中以動態、靈活的方式協調多個認知子系統活動的復雜認知過程(譚金鳳,伍姍姍,徐雷,王麗君,陳安濤,2013)。一般認為執行功能包含 3個亞成分：抑制功能、轉換功能和工作記憶刷新功能(周雅,2013)。

頓悟則是一類特殊的問題解決,解決者在解決頓悟問題后并不能像一般問題一樣報告其解題步驟。Bowden和Jung-Beeman(2007)認為頓悟是一種突然地、直覺性地理解了復雜的知覺情形或抓住了事物的內在本質并伴有“啊哈”體驗的現象。那么,頓悟是如何發生的？作為特殊問題解決的頓悟問題是否會受到執行功能的影響?

已有研究認為頓悟問題解決可以區分為多個不同階段,如Ash和Wiley(2006)認為頓悟問題解決的過程主要包含4個階段：初始表征階段、問題空間搜索階段、僵局階段和表征重組階段。其中在初始表征階段,問題解決者會對問題產生不適當的表征;問題空間搜索階段則貫穿于整個解決者形成錯誤初始表征的錯誤問題空間中,從而導致僵局的產生;表征重組階段則是一個打破之前形成的僵局而重組問題表征,進而使問題得到解答的階段。Gilhooly和Fioratou(2009)通過比較個體的頓悟與非頓悟問題解決過程的差異,認為頓悟問題解決中同樣受到執行功能的影響。具體而言,這兩種類型的問題都在問題的初始表征階段存在一個內部表征。在問題空間搜索階段,都可能會采取常規的分析方法來解題,非頓悟問題在這個階段能得到答案。然而,頓悟問題卻需要打破僵局、重組問題表征才能得到答案。換言之,頓悟和非頓悟問題一樣,在初始表征階段都有一個問題表征搜索過程,這個階段是一個進行漸進解答的階段,需要執行功能的參與(Gilhooly &Fioratou,2009)。如 Gilhooly和Murphy(2005)探討了頓悟問題解決與圖形流暢性任務(該任務用于測量優勢反應的抑制以及基礎反應的轉換)的關系,結果發現在頓悟問題解決中均有抑制與轉換的參與。Chein和Weisberg(2014)通過比較不同工作記憶容量和注意能力的個體在解決頓悟問題上的差異,同樣發現個體在工作記憶容量和注意能力上的差異可以顯著預測個體頓悟問題解決的成績。因此,研究者認為頓悟問題解決過程中同時涉及工作記憶容量和注意資源。但與非頓悟問題不一樣的是,非頓悟問題可以通過問題表征的搜索找到答案,而頓悟問題的解決則需要在問題表征搜索之后的表征重組到一個適當結構,問題才能得到解決。由此可見,表征重組是解決頓悟問題認知機制的關鍵。然而表征重組階段是否受到執行功能的影響仍存在爭議。Fleck和Weisberg(2004)認為重組是發生在解決問題失敗后,在改變初始表征的一些少量增加的、可報告的步驟中。與之相反,有研究認為重組包含潛意識的改變問題表征,是導致問題在現象邏輯上突然解決的一種不可報告的過程(Jung-Beeman et al.,2004;?llinger,Jones,&Knoblich,2006)。

隨著當前認知神經科學技術的發展,事件相關電位技術(ERPs)為解決頓悟問題的認知機制提供了新的手段。ERP的研究需要經過多次的疊加從而將認知事件相關的微弱電位變化從 EEG 中提取出來,這需要大量的刺激資源(邢強等,2013)。而漢字字謎的豐富性為研究頓悟問題重組階段的認知機制提供了充足的材料。但以往研究中漢字字謎字數不固定(Luo &Niki,2003;Luo,Niki,&Philips,2004;羅勁,2004;邱江,張慶林,2007)。這種字謎謎面數目不確定或過長可能會產生不同程度的工作記憶負荷,以致對隨后謎底的進一步加工產生影響(沈汪兵,劉昌,張小將,陳亞林,2011),因此參考前人研究的字謎任務(沈汪兵等,2011;邢強等,2013),本實驗均采用三字謎,答案為一個漢字的字謎任務作為腦電實驗的實驗材料。

關于頓悟問題解決的認知機制,買曉琴、羅勁、吳建輝和羅躍嘉(2005)運用事件相關電位(ERPs)技術對頓悟的時間進程進行了研究。研究發現呈現謎語答案以后,“有頓悟”反應比“無頓悟”反應的 ERP波形在250～500ms內有一個更加負性的偏移。這個差異波的潛伏期約為 380ms(N380),且最大波幅值鎖定在Cz電極點。他們認為N380可能與N2、ERN/Ne或Stroop效應中的ERP成分一樣,主要與認知沖突有關。沈汪兵、劉昌、羅勁和余潔(2012)以三字謎為實驗對象探討了頓悟過程中思維僵局早期覺察的腦電機制,結果發現 “無僵局”和“有僵局”謎題主動解題過程的腦認知活動差異主要表現為早期P170和晚期的晚正成分LPC(620～800ms)上。“無僵局”謎題的解題過程誘發了較小的 P170和LPC,“有僵局”謎題的解題過程則誘發了較大的P170和LPC。根據已有研究,我們推測頓悟問題解決的不同階段可能存在著特定ERP成分。因此,我們通過在不同執行功能水平的個體頓悟問題解決過程中的腦電特點,探討執行功能與言語頓悟問題解決的關系。據此,分2個研究加以探討。研究1初步探討執行功能與頓悟問題解決能力的相關關系,研究2則針對言語頓悟問題,其中研究2a運用行為實驗,研究2b則采用ERPs技術進一步探討執行功能對頓悟問題解決的作用。

2 研究1 執行功能與頓悟問題解決能力的關系研究

2.1 研究目的

初步探討執行功能與頓悟能力之間的關系。

2.2 研究方法

2.2.1 被試

隨機選取廣州大學86名本科生與研究生(男生36人,女生50人)。被試年齡在20～25歲,經測試所有被試均為右利手,視力或者矯正視力正常,無色盲及色弱現象,本人或直系親屬中無精神病史。所有被試之前均未參加過類似實驗。由于實驗采取匿名形式,且并不存在明顯的倫理道德問題,實驗前獲得被試口頭知情同意后收集數據。實驗結束后,被試獲得若干報酬。

2.2.2 實驗材料

(1)執行功能任務

工作記憶刷新測驗采用點色位置刷新任務(color dots updating)(陳天勇,李德明,2005)。首先,在電腦屏幕中央有一個4×4的柵格,格子中有3個不同顏色的圓點(紅、黃、綠),被試需要盡快記住格子中3個點所在的位置(呈現時間為4 s)。隨后,在格子的中央以 2 s/個的速度,逐個出現一些帶顏色的箭頭(箭頭呈現 1500ms,空屏 500ms),要求被試在頭腦中進行以下操作：與箭頭顏色相同的圓點按箭頭所指方向移動一格。當所有箭頭呈現完畢后,被試在答題紙上分別寫下3個色點移動后的位置。每回答正確一個得1分,完全正確得3分。箭頭呈現數量分別為3、4和5個三種系列,每一系列中每種顏色的箭頭各出現1～2次。在實驗中,三種系列的箭頭隨機安排,被試事先不知箭頭何時呈現完畢。

每個被試首先練習3個trails以熟悉實驗流程,正式測驗,每種長度各4 個trails,共計12個trails。計分規則為得分越高工作記憶刷新能力越強,范圍(0～36)分。

抑制測驗則參考經典的色?詞 Stroop任務(van Veen &Carter,2005),測驗包含兩種情況：第一,基線任務。在計算機屏幕中呈現注視點“+”500ms,之后屏幕中央出現一個帶顏色的小方塊(紅、黃、藍、綠),要求被試對小方塊的顏色在確認的情況下盡快按鍵反應(4種顏色分別對應R/Y/B/G鍵);第二,沖突任務。500ms的注視點之后,隨機呈現紅、黃、藍、綠四種顏色的漢字,且漢字意義與顏色不匹配,如一個黃色的“紅”字,要求被試對所呈現漢字的顏色在確認的情況下盡快進行按鍵反應。

基線任務與沖突任務測驗采用 ABBA的順序,共4個blocks(組塊),包含2個基線任務組塊,兩個沖突任務組塊,每個組塊均有24個trails。被試的成績為沖突任務下的平均反應時減去基線任務的平均反應時,沖突任務下的反應時小于基線任務下平均反應時為無效數據,計分規則為反應時差值越大,優勢反應抑制能力越差。

轉換任務采用連線測驗(the Trial Making Test,TMT)(Kortte,Horner,&Windham,2002),該任務是一項紙筆測驗,任務規則是讓被試按所要求的順序把圖片上的字母和數字用線連起來(見圖1)。共有3種實驗材料類型：a圖中只有字母(A-H);b圖中只有數字(1～8);c圖中數字字母各半。對于a圖,要求被試從A開始按字母升序(A-B-C-D)用線連起來;對于 b圖,要求被試從數字 8開始,按降序(8-7-6-5)連起來;對于 c圖,要求被試用字母的升序,數字的降序(A-4-B-3-C-2)連起來。材料中,5張a圖,5張b圖,10張c圖。被試成績為完成c圖的總時間減去完成a圖和b圖的總時間。剔除錯誤與負值數據,時間差值越大,注意轉換能力越差。

(2)頓悟材料

頓悟問題解決能力測驗使用紙筆測試。頓悟問題材料來源于已有研究中的經典頓悟問題(Sternberg,1999;Knoblich,Ohlsson,&Raney,2001;Gilhooly &Fioratou,2009;Ash &Wiley,2006;邢強,張忠爐,孫海龍,張金蓮,王菁,2013;邢強等,2013),共挑選40題。由不參與正式實驗的36大學生(男、女生各18人)解答上述頓悟問題,并對材料進行熟悉性評定,無時間限制。首先,依據熟悉頻率大于0.05(即超過1人評定答過此題,且知道答案為標準)去掉熟悉性材料13題;剩下的27道題的平均解答率由高到低排序,前33%和后33%的題目作為容易材料(解答率高)和困難材料(解答率低)剔除,最終挑選出 10道問題作為正式研究的頓悟材料(平均解答率為0.47)。

圖1 連線任務圖例

2.2.3 程序

整體研究分為兩個部分,執行功能測試(包含有 3個子成分的測量)與頓悟問題解決測試,所有被試在 30 min內可以完成所有任務。執行功能的 3個子成分測驗任務之間的順序,以及執行功能與頓悟問題解決測試順序ABBA平衡,但要求被試一次性完成整套實驗。其中,執行功能的抑制與刷新功能的測試使用 Eprime 2.0程序編程,顯示器為1024×768高分辨率的顯示器,連線測試與頓悟問題解決測試則均使用秒表計時施測,連線任務要求10 min之內完成,頓悟問題答對一題記1分,頓悟問題要求被試在10 min內完成。

2.3 結果分析與討論

2.3.1 執行功能子成分與頓悟問題解決的關系

首先分析執行功能各子成分得分之間的相關性,將執行功能各子成分及其頓悟問題成績轉化為標準分數,計算各指標相關系數矩陣(表1)。結果發現,轉換與抑制能力、轉換與刷新功能呈顯著正相關;抑制與刷新相關性不顯著。頓悟得分與個體執行功能的刷新與轉換能力呈顯著正相關。

表1 執行功能子成分與頓悟問題解決成績相關關系矩陣(N =86)

進一步的,將頓悟問題解決成績作為結果變量,執行功能3個子成分的成績作為預測變量進行逐步回歸分析,結果發現頓悟問題解決能力與預測變量刷新之間的相關系數值為

R

=0.386,表明頓悟與刷新存在高度顯著的線性關系。回歸方程能解釋總變差的14.9%,確定系數顯示擬合度良好(如表2)。檢驗回歸系數的顯著性,

F

(3,82)=5.10,

p

<0.01,即回歸系數具有顯著意義。根據下面的回歸系數表,可以認定頓悟與刷新直接的回歸方程為：頓悟=0.078×刷新 + 3.238。

表2 以頓悟問題解決成績為因變量(以轉換、抑制與刷新功能為自變量)的逐步回歸(N=86)

2.3.2 執行功能總體水平高低與頓悟的關系

將工作記憶刷新任務、抑制控制任務、注意轉換任務的各項測驗成績均高于對應各項平均數的被試定為高執行功能者,均低于對應平均數的定為低執行功能者(李美華,白學軍,閆國利,2007),得到高執行功能水平組為 28人,低執行功能水平組29人。對高低執行功能組被試的頓悟成績進行獨立樣本 t檢驗,結果發現高執行功能組的被試頓悟問題解決成績顯著高于低執行功能水平組,

t

(55)=5.161,

p

<0.001,Cohen’s

d

=0.82。根據頓悟問題解決的平均成績4.81(

SD

=1.59),將被試的頓悟成績分成高低兩組,其中,低分組41人,高分組45人。分別計算頓悟高低得分下與執行功能3個子成分的的相關,結果表明低頓悟得分與轉換得分、刷新得分之間顯著相關,

r

=0.37,

r

=0.61,高頓悟得分與3個子成分之間均無顯著相關。把被試頓悟問題解決得分作為結果變量,執行功能水平高低(3個分測驗成績低于平均分為低分組,3個分測驗成績均高于相應平均數為高分組)為預測變量,進一步做回歸處理。結果發現,頓悟得分與預測變量水平高低之間的相關系數為

r

=0.571,即二者存在高線性相關,并且回歸方程能解釋總變差的 31.4%,擬合度良好,且回歸系數具有顯著意義(

p

<0.05)。

上述結果表明,高執行功能水平組個體的頓悟成績顯著高于低執行功能水平組,執行功能中的刷新功能對頓悟成績有顯著預測作用。刷新主要涉及信息的存儲與更新,即通過用新的信息替代舊的信息來更新記憶內容(Collette &van der Linden,2002)。而頓悟問題解決過程中,頓悟的表征階段、搜索階段與重組階段都是對信息的整合、更新與轉換(Ash &Wiley,2006;Sternberg,1999;羅勁,2004)。在初始表征階段,對問題的注意狀態無疑是形成初始表征的重要因素;而在問題空間的搜索階段,會受到個體的認知資源廣度、分配與監控能力的交互影響(Gilhooly &Fioratou,2009)。

3 研究2執行功能對言語頓悟問題解決的影響

3.1 研究2a執行功能對言語頓悟問題解決影響的行為研究

3.1.1 研究目的

探究執行功能水平的高低是否會對字謎頓悟問題的解決產生影響。

3.1.2 研究方法

(1)被試

被試為廣州大學本科生100名(女生49人,男生 51人),平均年齡為(18.15±3.1)歲。根據研究 1的方法,區分高低執行功能人數,其中高執行功能17人,低執行功能為19人。被試的母語均為漢語,均未做過相關實驗,實驗后給予一定報酬。

(2)材料

在中國漢字字謎詞典中收集180個三字字謎材料,答案均為一個字,比如,字謎“頂破天”,謎底“夫”。漢字均為高頻字,由不參與正式研究的20名被試對其進行難度評定,在難度評分高區(較難)與難度評分低區(較易)中各選 65個字謎作為正式材料,其中10條為練習測試材料,120條為正式測驗材料。選取較難的字謎主要是為了讓被試不容易想出問題的答案,以便他看到屏幕所呈現的可能謎底(正確匹配的謎底或錯誤匹配的謎底)時能產生瞬時的頓悟(Qiu et al.,2006;邱江,羅躍嘉,吳真真,張慶林,2006;沈汪兵等,2012),例如,謎面“古代人”,謎底是“杏”。而較容易的字謎(例如,“三張口”,謎底是“品”),被試很容易猜到正確答案,因此,當呈現答案時,他發現自己所猜出的謎底與所給謎底一致時就不會產生頓悟。實驗所用字謎的謎面和謎底長度均是固定的,謎面長度為 3個漢字,謎底長度為一個漢字。謎面和謎底均以 38號楷體呈現于電腦屏幕正中央。

(3)程序

實驗期間,所有試次隨機呈現。實驗分為練習和正式實驗兩個部分,正式實驗包含 120個 trails(試次),其中 110個謎面與謎底正確匹配,10個謎面與謎底錯誤匹配,以免被試在實驗中產生反應定勢(沈汪兵等,2011)。實驗共3個blocks,每個block包括40個trails,block之間被試休息,休息時間被試通過按鍵自行控制。最后只分析了正式實驗的110個正確匹配試次的數據結果。為了讓被試熟悉實驗流程,研究設置了一個10 trails(8個謎面與謎底正確匹配的試次和2個謎面與謎底錯誤匹配的試次)的練習階段,練習階段的程序與正式實驗一致。

如圖2所示,每個試次(trial)開始時,屏幕中央呈現一個1000ms 的“十”字注視點,緊接著屏幕上出現三字謎的謎面(如“二月平”),謎面呈現時間為8000ms,要求被試在這8000ms內認真思考字謎的答案,不需進行反應。之后謎面消失,出現一個隨機時長的空屏(800～1200ms),然后給被試呈現字謎的謎底,為避免記憶負荷的影響,謎面持續呈現時間為 5000ms,被試需在謎底呈現后立即做出反應判斷。若完成則直接跳入下一個試次。若未完成在5000ms后謎底也自動消失,隨后進入下一個試次。具體而言,被試的按鍵存在3種情況:當被試猜出謎底且所猜謎底與屏幕所給謎底一致時,被試按鍵盤的“f”鍵,表示“無頓悟”;當被試沒有猜出字謎或猜不出謎底,但能理解屏幕所給謎底且認為所給謎底合理時,被試按鍵盤的“j”鍵,表示“有頓悟”;當被試沒猜中或沒有猜出謎底,同時又對屏幕所給正確匹配謎底不能理解時,則不做任何按鍵。考慮到在猜謎任務中,被試有可能做出不誠實的按鍵反應,在最終的統計數據時以這 10對謎面與謎底錯誤匹配作為剔除指標,即如果被試對這 10對材料有按鍵反應(無論按“f”鍵還是“j”鍵),其數據記為無效數據予以剔除。

圖2 字謎頓悟問題解決實驗流程

3.1.3 結果分析

(1)頓悟問題

剔除4份超過3個標準差以外的極端數據,對96名被試的頓悟問題解決的成績進行分析。其中,頓悟問題的平均個數為40.36(

SD

=16.79),無頓悟問題的個數為50.5(

SD

=15.94)。頓悟問題的平均反應時間為2440.15(

SD

=486.53)ms,無頓悟問題的平均反應時間為1022.13(

SD

=406.52)ms,對頓悟和無頓悟條件下個體的反應時進行獨立樣本t檢驗,結果發現頓悟問題條件下的平均反應時顯著長于無頓悟問題的反應時,

t

(189)=21.80,

p

<0.001,Cohen’s

d

=3.16。

上述結果表明,在猜中(“無頓悟”)的情況下,被試可能較快地意識到自己猜出了答案,并較迅速地做出了按鍵反應;在未猜中(“頓悟”)情況下,被試則由于自己陷入了錯誤的思路或需要更長時間來理解謎底與謎面的匹配關系,因此按鍵反應相對滯后(沈汪兵等,2011)。對無法及時按鍵的反應(overtime response)而言,它一方面反映了被試對它的理解需要花費更長的時間,另一方面反映了被試可能對自己所猜結果信心不足,以致自己不能確定究竟是作何反應或無法及時做(沈汪兵等,2011)。結果說明實驗材料能夠有效地區分頓悟與非頓悟,可有效地用于頓悟研究。

(2)執行功能高低對頓悟問題解決的影響

所有被試執行功能中轉換亞成分的平均成績為43.98(

SD

=21.15)s、工作記憶刷新的平均成績為 27.75(

SD

=7.88)s、抑制功能的平均成績是182.41(

SD

=149.67)ms。按照研究1的方法,將執行功能3個亞成分均大于相應平均值的個體計為高執行功能組,均低于平均值的為低執行功能組,得到高執行功能組17人,低執行功能組19人。

表3 不同執行功能條件下個體在頓悟條件與無頓悟條件的反應時(M±SD)

3.2 研究2b 執行功能對言語頓悟問題解決影響的ERPs研究

3.2.1 研究目的

以漢字字謎為材料,探討不同執行功能水平的個體在解決言語頓悟問題過程中的認知神經機制。

3.2.2 研究方法

(1)被試

從研究1的被試中,挑選出執行功能高水平組的被試 23,低水平組23(符合條件者本為高水平組28人,低水平組 29人,但是部分被試由于個人原因并未參加腦電實驗)。被試的母語均為漢語,實驗后給予一定報酬。

(2)材料

同研究2的三字謎材料。

(3)程序

同研究2的實驗流程。

(4)ERP記錄

用32導BP(德國Brain Product)電極帽對EEG進行記錄,將雙耳乳突的連線當作參考電極,左眼上下約1cm處安置電極記錄垂直眼電(VEOG),左眼外側約1cm處安置電極記錄水平眼電(HEOG)。每個電極的頭皮電阻阻抗降到5 k?以下。濾波帶通為0.1～30 Hz,采樣頻率為500 Hz/導。

(5)ERP分析

數據進行離線分析時以左右乳突的平均電極做參考值,自動校正水平和垂直眼電,并去除眨眼或者眼動產生的偽跡。根據實驗目的與要求,本實驗只分析字謎謎底呈現后所誘發的 ERP。依據被試的按鍵反應結果,分別對“頓悟”和“無頓悟”反應 EEG進行疊加,疊加次數在30～70次之間。剔除任何通道中波幅超過±80 μV的受眼動、過度肌肉活動和眨眼影響的試次,以字謎謎底呈現前200ms時段的ERP為基線,分析謎底呈現后1000ms內的ERP變化。

根據 ERP的時程分析總平均圖和腦電地形圖分布,參考以往同類研究(買曉琴等,2005;沈汪兵等,2011),以及前、中、后和左、中、右的電極選取規律,最終選擇以下14個電極(前部:F3,F4,Fz;中部:C3,C4,Cz ;后部:P3,P4,Pz,Oz;兩側:FT7,FT8,TP7,TP8)進行統計分析,本實驗主要研究N1(著重分析Fz,Cz,Pz這3個電極點),N2,P2,P3這幾個成分。對N1在80～180ms的時間窗進行波峰探測,在180～240ms的時間窗對N2成分進行波峰探測,對P2和P3成分進行波峰探測的時間窗分別設置在190～260ms和280～500ms。

對上述研究成分的平均波幅和潛伏期分別進行重復測量方差分析,其中執行功能水平(高組和低組)為被試間變量,謎底反應(頓悟和無頓悟)和腦區(前部腦區、中部腦區和后部腦區)為被試內變量,根據球形檢驗的結果進行校正。

3.2.3 結果分析

(1)行為結果

剔除兩名不誠實的被試,對44組(高水平組23人,低水平組 21人)被試的數據進行分析,結果顯示,字謎的無頓悟數量的平均值為 63.07(

SD

=6.74),平均反應時700.62(

SD

=215.20)ms;頓悟數量的平均值為36.58(

SD

=3.81),平均反應時為2781.07(

SD

=358.25)ms。在性別與執行功能上,無頓悟字謎的平均數量、反應時與頓悟字謎的平均數量、反應時之間均無顯著差異。

(2)ERP結果

兩名被試(高、低水平組各一名)的數據在頓悟反應條件下的有效疊加不到30次,因此被剔除,最終42名被試進入ERP數據分析。根據前人研究和總平均圖,從圖3中可以看到,頓悟與無頓悟條件下均引發了不同的相關成分。

圖3 頓悟和無頓悟條件在Fz、Cz、Oz、F4、F3、TP7、FT8、Pz等8個電極點上別引起的ERP時程變化

3.2.4 討論

研究2是采用三字謎為實驗材料的言語頓悟問題,其中研究 2a的行為結果發現執行功能中的工作記憶刷新亞成分影響頓悟問題解決,高工作記憶刷新功能的個體在頓悟條件下的反應時顯著快于低工作記憶刷新功能的個體。而研究 2b腦電數據進一步表明,“有頓悟”、“無頓悟”均誘發了早期刺激加工成分 N1,且高低執行功能組,以及有無頓悟兩種反應所誘發的N1成分均不存在顯著差異。N1成分更多的與刺激的物理特性(顏色、大小等)相關,說明不同條件下在早期的視覺加工上沒有差異。但被試在對三字字謎進行較高級的視知覺加工過程中,在謎底呈現后的180～240ms內,頓悟條件較之無頓悟條件誘發了一個更負的早期成分N2,N2與無關信息的門控作用或者早期的選擇注意功能的聚集有關(Fuerst,Gallinat &Boutros,2007;Boutros et al.,2009;邢強等,2013),表明隨著物理刺激早期視覺加工的結束,頓悟條件下個體需要花費更多的選擇注意,通過注意篩選的刺激將會被進一步加工(沈汪兵等,2012)。在 190～260ms內頓悟條件與無頓悟條件均誘發P2成分,且在高執行功能條件下,無頓悟條件下比頓悟條件下誘發更大波幅的 P2成分。P2也與注意加工以及短時記憶有關(Carretié,Mercado,Tapia,&Hinojosa,2001;Luck &Hillyard,1994),高執行功能的條件下,無頓悟的個體會有意識的投入更多注意資源優先加工其更為熟悉的問題表征以確認結果的正確性。此外,沈汪兵等(2012)發現,個體在頓悟問題解決過程的早期知覺階段能夠直覺性的覺察到僵局的存在,頓悟條件下P2潛伏期早于無頓悟條件,我們認為極有可能是個體對頓悟問題僵局的覺察引發的。

本研究中,P3成分主要引發于額葉?中央腦區,且在這兩個腦區中,頓悟條件的波幅顯著大于無頓悟條件,說明相比較確認和判斷(無頓悟)按鍵過程,個體在頓悟條件中看到刺激得到錯誤的反饋之后,需要打破自己先前的猜謎規則,并且根據答案聯系之前呈現的字謎來產生新的連接方式和工作記憶表征,在這個過程中需要投入更多的注意資源和工作記憶(邢強等,2013)。而頓悟條件的P3潛伏期顯著長于無頓悟條件,也說明了由于個體發現答案錯誤,在理解答案時需要聯系之前所呈現的謎面信息,所以記憶資源損耗大,回憶時間也較長。在對被試間變量執行功能水平高低組進行分析時,發現高低執行功能水平組被試引發的P3成分并無顯著差異。因此,我們認為言語頓悟問題雖然在頓悟條件下進行問題表征搜索,僵局產生階段引發更大波幅的P3成分,但在僵局打破、實現表征重組并不受到執行功能高低的影響。

4 總討論

本研究通過2個研究考察執行功能對言語頓悟問題解決的影響。研究1初步探討執行功能與頓悟問題解決能力的相關關系,結果發現總體上執行功能與頓悟問題成績呈顯著正相關,執行功能中工作記憶刷新亞成分可以顯著預測頓悟問題成績。研究2則針對言語頓悟問題,通過行為與 ERPs技術進一步探討執行功能對字謎頓悟問題解決的作用。行為結果發現高工作記憶刷新能力的個體反應時顯著小于低工資記憶刷新能力的個體,說明執行功能中工作記憶刷新亞成分影響頓悟問題解決。腦電結果上,“頓悟”條件較之“無頓悟”條件誘發了一個更強的早期成分P2和 N2和中晚期 P3。其中,我們認為 P2主要反映人腦對思維僵局的早期覺察,受到執行功能高低的影響。280～500ms內,中晚期P300則主要體現以新舊思路交替為特征的僵局打破過程,不受執行功能高低的影響,因此進一步確認對于言語頓悟問題而言,頓悟問題的表征重組階段較少受到執行功能的影響。

研究結果發現執行功能與頓悟問題解決具有密切的聯系。具體來說,研究1的結果顯示個體的轉換和刷新功能與頓悟能力存在顯著正相關,且刷新功能在一定程度上能夠預測個體的頓悟成績。執行功能中的轉換功能亞成分主要涉及思維定勢與動作的轉換,由注意機制控制,因此其與頓悟問題解決的相關關系可能更多的體現在影響頓悟過程中限制解除。而刷新功能則是在短時信息存儲及加工系統中,對于多重表征予以穩固維持,同時在特定刺激出現時快速刷新表征。主要展現了個體的工作記憶與信息更新能力,更多的涉及認知資源與意識過程(Collette &van der Linden,2002;周雅,2013)。此外,結果發現刷新功能對頓悟問題解決具有顯著的預測作用。該結果與以往的研究是相一致的(Jung-Beeman et al.,2004;Murray &Byrne,2005;Fleck,2008;Chein &Weisberg,2014;呂凱,譚頂良,2015)。研究2采用字謎頓悟為材料,結果同樣發現高工作記憶刷新能力的個體反應時顯著小于低工資記憶刷新能力的個體,說明執行功能中工作記憶刷新功能影響頓悟問題解決,謎題呈現280～500ms后,在前部和中部腦區,頓悟條件下比非頓悟條件下誘發了一個更強的正性中晚期成分P3。前人研究表明,P3與記憶更新、編碼和提取有關(Donchin &Coles,1988;Kutas,McCarthy,&Donchin,1977),并且更大的 P3波幅反映了更多的注意資源的投入(Donchin &Coles,1988)。在進一步的理解字謎謎底的時候,需要更新工作記憶的表征,這個更新過程表現在：一方面減弱強而無效的聯結,一方面產生弱而有效的新聯結。進一步說明在頓悟問題解決過程確實需要認知過程與資源的參與。

目前研究者普遍認為頓悟問題解決是一個復雜的過程,可以區分為多個不同階段(Ash &Wiley,2006)。但執行功能對頓悟的重組過程有何影響仍然存在爭議(Schooler,Ohlsson &Brooks,1993;?llinger et al.,2006;呂凱,譚頂良,2015)。在言語頓悟問題解決中同樣可以發現頓悟問題僵局產生、新舊思維轉換階段,誘發更大波幅P3成分。P3成分主要引發于額葉?中央腦區,且在這兩個腦區中,頓悟條件的波幅顯著大于無頓悟條件,說明相比較確認和判斷(無頓悟)按鍵過程,個體在頓悟條件中看到刺激得到錯誤的反饋之后,需要打破自己先前的猜謎規則,并且根據答案聯系之前呈現的字謎來產生新的連接方式和工作記憶表征,在這個過程中需要投入更多的注意資源和工作記憶(邢強,張忠爐,王夢偌等,2013)。但在對被試間變量執行功能水平高低組進行分析時,發現高低執行功能水平組被試引發的 P3成分并無顯著差異。因此,我們的研究結果更傾向支持頓悟的重組過程是一個突進式的特殊過程,不涉及執行功能。

由于研究范式的限制,本研究主要著眼于漢字字謎這類言語頓悟問題,探討了執行功能對于言語頓悟問題(Verbal insight problem)的影響,并未對空間頓悟問題(Spatial insight problem)進行深入研究。雖然不管是采用空間類頓悟還是采用言語類頓悟問題都強調了思維僵局與表征轉換作為頓悟問題的重要特征,但現有的研究結果發現空間頓悟與言語頓悟的心理與神經機制存在差異(Gilhooly,Fioratou,&Henretty,2010;Cushen &Wiley,2012)。因此,以后的研究應進一步區分頓悟問題類型,探討執行功能對空間頓悟問題的影響。

5 結論

(1)個體的執行功能中的轉換、工作記憶刷新亞成分與頓悟能力呈顯著的正相關,刷新功能在一定程度上能夠預測頓悟成績。

(2)“頓悟”條件與“無頓悟”條件均誘發早期成分P2和中晚期成分P3成分。其中,P2主要反映人腦對思維僵局的早期覺察,受到執行功能高低的影響。中晚期成分 P3則主要體現以新舊思路交替為特征的僵局打破過程,不受執行功能高低的影響。

(3)言語頓悟問題解決中的表征重組階段是一個突進的過程,并不涉及執行功能。

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