執(zhí)行功能對(duì)言語頓悟問題解決的影響：基于行為與ERPs的研究*

邢 強(qiáng) 孫海龍 占丹玲 胡 婧 劉 凱

(1廣州大學(xué)教育學(xué)院;未成年人心理健康與教育神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510006)(2暨南大學(xué)管理學(xué)院,廣州 510632)(3廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,韶關(guān) 512126)

1 引言

問題解決是指在問題空間中進(jìn)行搜索,以便使問題的初始狀態(tài)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)的思維過程,問題解決過程中,需要執(zhí)行功能的參與。執(zhí)行功能是一個(gè)囊括所有復(fù)雜、高級(jí)認(rèn)知過程的集合概念,這些高級(jí)認(rèn)知過程是個(gè)體在實(shí)施目的行為過程中以動(dòng)態(tài)、靈活的方式協(xié)調(diào)多個(gè)認(rèn)知子系統(tǒng)活動(dòng)的復(fù)雜認(rèn)知過程(譚金鳳,伍姍姍,徐雷,王麗君,陳安濤,2013)。一般認(rèn)為執(zhí)行功能包含 3個(gè)亞成分：抑制功能、轉(zhuǎn)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(bào)告其解題步驟。Bowden和Jung-Beeman(2007)認(rèn)為頓悟是一種突然地、直覺性地理解了復(fù)雜的知覺情形或抓住了事物的內(nèi)在本質(zhì)并伴有“啊哈”體驗(yàn)的現(xiàn)象。那么,頓悟是如何發(fā)生的？作為特殊問題解決的頓悟問題是否會(huì)受到執(zhí)行功能的影響?

已有研究認(rèn)為頓悟問題解決可以區(qū)分為多個(gè)不同階段,如Ash和Wiley(2006)認(rèn)為頓悟問題解決的過程主要包含4個(gè)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(huì)對(duì)問題產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)谋碚?問題空間搜索階段則貫穿于整個(gè)解決者形成錯(cuò)誤初始表征的錯(cuò)誤問題空間中,從而導(dǎo)致僵局的產(chǎn)生;表征重組階段則是一個(gè)打破之前形成的僵局而重組問題表征,進(jìn)而使問題得到解答的階段。Gilhooly和Fioratou(2009)通過比較個(gè)體的頓悟與非頓悟問題解決過程的差異,認(rèn)為頓悟問題解決中同樣受到執(zhí)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(gè)內(nèi)部表征。在問題空間搜索階段,都可能會(huì)采取常規(guī)的分析方法來解題,非頓悟問題在這個(gè)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(gè)問題表征搜索過程,這個(gè)階段是一個(gè)進(jìn)行漸進(jìn)解答的階段,需要執(zhí)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(wù)(該任務(wù)用于測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)反應(yīng)的抑制以及基礎(chǔ)反應(yīng)的轉(zhuǎn)換)的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在頓悟問題解決中均有抑制與轉(zhuǎn)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(gè)體在解決頓悟問題上的差異,同樣發(fā)現(xiàn)個(gè)體在工作記憶容量和注意能力上的差異可以顯著預(yù)測(cè)個(gè)體頓悟問題解決的成績(jī)。因此,研究者認(rèn)為頓悟問題解決過程中同時(shí)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(gè)適當(dāng)結(jié)構(gòu),問題才能得到解決。由此可見,表征重組是解決頓悟問題認(rèn)知機(jī)制的關(guān)鍵。然而表征重組階段是否受到執(zhí)行功能的影響仍存在爭(zhēng)議。Fleck和Weisberg(2004)認(rèn)為重組是發(fā)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(bào)告的步驟中。與之相反,有研究認(rèn)為重組包含潛意識(shí)的改變問題表征,是導(dǎo)致問題在現(xiàn)象邏輯上突然解決的一種不可報(bào)告的過程(Jung-Beeman et al.,2004;?llinger,Jones,&Knoblich,2006)。

隨著當(dāng)前認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,事件相關(guān)電位技術(shù)(ERPs)為解決頓悟問題的認(rèn)知機(jī)制提供了新的手段。ERP的研究需要經(jīng)過多次的疊加從而將認(rèn)知事件相關(guān)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(qiáng)等,2013)。而漢字字謎的豐富性為研究頓悟問題重組階段的認(rèn)知機(jī)制提供了充足的材料。但以往研究中漢字字謎字?jǐn)?shù)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(shù)目不確定或過長可能會(huì)產(chǎn)生不同程度的工作記憶負(fù)荷,以致對(duì)隨后謎底的進(jìn)一步加工產(chǎn)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(wù)(沈汪兵等,2011;邢強(qiáng)等,2013),本實(shí)驗(yàn)均采用三字謎,答案為一個(gè)漢字的字謎任務(wù)作為腦電實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料。

關(guān)于頓悟問題解決的認(rèn)知機(jī)制,買曉琴、羅勁、吳建輝和羅躍嘉(2005)運(yùn)用事件相關(guān)電位(ERPs)技術(shù)對(duì)頓悟的時(shí)間進(jìn)程進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)謎語答案以后,“有頓悟”反應(yīng)比“無頓悟”反應(yīng)的 ERP波形在250～500ms內(nèi)有一個(gè)更加負(fù)性的偏移。這個(gè)差異波的潛伏期約為 380ms(N380),且最大波幅值鎖定在Cz電極點(diǎn)。他們認(rèn)為N380可能與N2、ERN/Ne或Stroop效應(yīng)中的ERP成分一樣,主要與認(rèn)知沖突有關(guān)。沈汪兵、劉昌、羅勁和余潔(2012)以三字謎為實(shí)驗(yàn)對(duì)象探討了頓悟過程中思維僵局早期覺察的腦電機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn) “無僵局”和“有僵局”謎題主動(dòng)解題過程的腦認(rèn)知活動(dòng)差異主要表現(xiàn)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(fā)了較小的 P170和LPC,“有僵局”謎題的解題過程則誘發(fā)了較大的P170和LPC。根據(jù)已有研究,我們推測(cè)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(zhí)行功能水平的個(gè)體頓悟問題解決過程中的腦電特點(diǎn),探討執(zhí)行功能與言語頓悟問題解決的關(guān)系。據(jù)此,分2個(gè)研究加以探討。研究1初步探討執(zhí)行功能與頓悟問題解決能力的相關(guān)關(guān)系,研究2則針對(duì)言語頓悟問題,其中研究2a運(yùn)用行為實(shí)驗(yàn),研究2b則采用ERPs技術(shù)進(jìn)一步探討執(zhí)行功能對(duì)頓悟問題解決的作用。

2 研究1 執(zhí)行功能與頓悟問題解決能力的關(guān)系研究

2.1 研究目的

初步探討執(zhí)行功能與頓悟能力之間的關(guān)系。

2.2 研究方法

2.2.1 被試

隨機(jī)選取廣州大學(xué)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(jīng)測(cè)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)采取匿名形式,且并不存在明顯的倫理道德問題,實(shí)驗(yàn)前獲得被試口頭知情同意后收集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,被試獲得若干報(bào)酬。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)材料

(1)執(zhí)行功能任務(wù)

工作記憶刷新測(cè)驗(yàn)采用點(diǎn)色位置刷新任務(wù)(color dots updating)(陳天勇,李德明,2005)。首先,在電腦屏幕中央有一個(gè)4×4的柵格,格子中有3個(gè)不同顏色的圓點(diǎn)(紅、黃、綠),被試需要盡快記住格子中3個(gè)點(diǎn)所在的位置(呈現(xiàn)時(shí)間為4 s)。隨后,在格子的中央以 2 s/個(gè)的速度,逐個(gè)出現(xiàn)一些帶顏色的箭頭(箭頭呈現(xiàn) 1500ms,空屏 500ms),要求被試在頭腦中進(jìn)行以下操作：與箭頭顏色相同的圓點(diǎn)按箭頭所指方向移動(dòng)一格。當(dāng)所有箭頭呈現(xiàn)完畢后,被試在答題紙上分別寫下3個(gè)色點(diǎn)移動(dòng)后的位置。每回答正確一個(gè)得1分,完全正確得3分。箭頭呈現(xiàn)數(shù)量分別為3、4和5個(gè)三種系列,每一系列中每種顏色的箭頭各出現(xiàn)1～2次。在實(shí)驗(yàn)中,三種系列的箭頭隨機(jī)安排,被試事先不知箭頭何時(shí)呈現(xiàn)完畢。

每個(gè)被試首先練習(xí)3個(gè)trails以熟悉實(shí)驗(yàn)流程,正式測(cè)驗(yàn),每種長度各4 個(gè)trails,共計(jì)12個(gè)trails。計(jì)分規(guī)則為得分越高工作記憶刷新能力越強(qiáng),范圍(0～36)分。

抑制測(cè)驗(yàn)則參考經(jīng)典的色?詞 Stroop任務(wù)(van Veen &Carter,2005),測(cè)驗(yàn)包含兩種情況：第一,基線任務(wù)。在計(jì)算機(jī)屏幕中呈現(xiàn)注視點(diǎn)“+”500ms,之后屏幕中央出現(xiàn)一個(gè)帶顏色的小方塊(紅、黃、藍(lán)、綠),要求被試對(duì)小方塊的顏色在確認(rèn)的情況下盡快按鍵反應(yīng)(4種顏色分別對(duì)應(yīng)R/Y/B/G鍵);第二,沖突任務(wù)。500ms的注視點(diǎn)之后,隨機(jī)呈現(xiàn)紅、黃、藍(lán)、綠四種顏色的漢字,且漢字意義與顏色不匹配,如一個(gè)黃色的“紅”字,要求被試對(duì)所呈現(xiàn)漢字的顏色在確認(rèn)的情況下盡快進(jìn)行按鍵反應(yīng)。

基線任務(wù)與沖突任務(wù)測(cè)驗(yàn)采用 ABBA的順序,共4個(gè)blocks(組塊),包含2個(gè)基線任務(wù)組塊,兩個(gè)沖突任務(wù)組塊,每個(gè)組塊均有24個(gè)trails。被試的成績(jī)?yōu)闆_突任務(wù)下的平均反應(yīng)時(shí)減去基線任務(wù)的平均反應(yīng)時(shí),沖突任務(wù)下的反應(yīng)時(shí)小于基線任務(wù)下平均反應(yīng)時(shí)為無效數(shù)據(jù),計(jì)分規(guī)則為反應(yīng)時(shí)差值越大,優(yōu)勢(shì)反應(yīng)抑制能力越差。

轉(zhuǎn)換任務(wù)采用連線測(cè)驗(yàn)(the Trial Making Test,TMT)(Kortte,Horner,&Windham,2002),該任務(wù)是一項(xiàng)紙筆測(cè)驗(yàn),任務(wù)規(guī)則是讓被試按所要求的順序把圖片上的字母和數(shù)字用線連起來(見圖1)。共有3種實(shí)驗(yàn)材料類型：a圖中只有字母(A-H);b圖中只有數(shù)字(1～8);c圖中數(shù)字字母各半。對(duì)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(duì)于 b圖,要求被試從數(shù)字 8開始,按降序(8-7-6-5)連起來;對(duì)于 c圖,要求被試用字母的升序,數(shù)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(jī)?yōu)橥瓿蒫圖的總時(shí)間減去完成a圖和b圖的總時(shí)間。剔除錯(cuò)誤與負(fù)值數(shù)據(jù),時(shí)間差值越大,注意轉(zhuǎn)換能力越差。

(2)頓悟材料

頓悟問題解決能力測(cè)驗(yàn)使用紙筆測(cè)試。頓悟問題材料來源于已有研究中的經(jīng)典頓悟問題(Sternberg,1999;Knoblich,Ohlsson,&Raney,2001;Gilhooly &Fioratou,2009;Ash &Wiley,2006;邢強(qiáng),張忠爐,孫海龍,張金蓮,王菁,2013;邢強(qiáng)等,2013),共挑選40題。由不參與正式實(shí)驗(yàn)的36大學(xué)生(男、女生各18人)解答上述頓悟問題,并對(duì)材料進(jìn)行熟悉性評(píng)定,無時(shí)間限制。首先,依據(jù)熟悉頻率大于0.05(即超過1人評(píng)定答過此題,且知道答案為標(biāo)準(zhǔn))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(wù)圖例

2.2.3 程序

整體研究分為兩個(gè)部分,執(zhí)行功能測(cè)試(包含有 3個(gè)子成分的測(cè)量)與頓悟問題解決測(cè)試,所有被試在 30 min內(nèi)可以完成所有任務(wù)。執(zhí)行功能的 3個(gè)子成分測(cè)驗(yàn)任務(wù)之間的順序,以及執(zhí)行功能與頓悟問題解決測(cè)試順序ABBA平衡,但要求被試一次性完成整套實(shí)驗(yàn)。其中,執(zhí)行功能的抑制與刷新功能的測(cè)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(cè)試與頓悟問題解決測(cè)試則均使用秒表計(jì)時(shí)施測(cè),連線任務(wù)要求10 min之內(nèi)完成,頓悟問題答對(duì)一題記1分,頓悟問題要求被試在10 min內(nèi)完成。

2.3 結(jié)果分析與討論

2.3.1 執(zhí)行功能子成分與頓悟問題解決的關(guān)系

首先分析執(zhí)行功能各子成分得分之間的相關(guān)性,將執(zhí)行功能各子成分及其頓悟問題成績(jī)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù),計(jì)算各指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣(表1)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)換與抑制能力、轉(zhuǎn)換與刷新功能呈顯著正相關(guān);抑制與刷新相關(guān)性不顯著。頓悟得分與個(gè)體執(zhí)行功能的刷新與轉(zhuǎn)換能力呈顯著正相關(guān)。

表1 執(zhí)行功能子成分與頓悟問題解決成績(jī)相關(guān)關(guān)系矩陣(N =86)

進(jìn)一步的,將頓悟問題解決成績(jī)作為結(jié)果變量,執(zhí)行功能3個(gè)子成分的成績(jī)作為預(yù)測(cè)變量進(jìn)行逐步回歸分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)頓悟問題解決能力與預(yù)測(cè)變量刷新之間的相關(guān)系數(shù)值為

R

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

F

(3,82)=5.10,

p

<0.01,即回歸系數(shù)具有顯著意義。根據(jù)下面的回歸系數(shù)表,可以認(rèn)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(jī)?yōu)橐蜃兞?以轉(zhuǎn)換、抑制與刷新功能為自變量)的逐步回歸(N=86)

2.3.2 執(zhí)行功能總體水平高低與頓悟的關(guān)系

將工作記憶刷新任務(wù)、抑制控制任務(wù)、注意轉(zhuǎn)換任務(wù)的各項(xiàng)測(cè)驗(yàn)成績(jī)均高于對(duì)應(yīng)各項(xiàng)平均數(shù)的被試定為高執(zhí)行功能者,均低于對(duì)應(yīng)平均數(shù)的定為低執(zhí)行功能者(李美華,白學(xué)軍,閆國利,2007),得到高執(zhí)行功能水平組為 28人,低執(zhí)行功能水平組29人。對(duì)高低執(zhí)行功能組被試的頓悟成績(jī)進(jìn)行獨(dú)立樣本 t檢驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)高執(zhí)行功能組的被試頓悟問題解決成績(jī)顯著高于低執(zhí)行功能水平組,

t

(55)=5.161,

p

<0.001,Cohen’s

d

=0.82。根據(jù)頓悟問題解決的平均成績(jī)4.81(

SD

=1.59),將被試的頓悟成績(jī)分成高低兩組,其中,低分組41人,高分組45人。分別計(jì)算頓悟高低得分下與執(zhí)行功能3個(gè)子成分的的相關(guān),結(jié)果表明低頓悟得分與轉(zhuǎn)換得分、刷新得分之間顯著相關(guān),

r

=0.37,

r

=0.61,高頓悟得分與3個(gè)子成分之間均無顯著相關(guān)。把被試頓悟問題解決得分作為結(jié)果變量,執(zhí)行功能水平高低(3個(gè)分測(cè)驗(yàn)成績(jī)低于平均分為低分組,3個(gè)分測(cè)驗(yàn)成績(jī)均高于相應(yīng)平均數(shù)為高分組)為預(yù)測(cè)變量,進(jìn)一步做回歸處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn),頓悟得分與預(yù)測(cè)變量水平高低之間的相關(guān)系數(shù)為

r

=0.571,即二者存在高線性相關(guān),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(shù)具有顯著意義(

p

<0.05)。

上述結(jié)果表明,高執(zhí)行功能水平組個(gè)體的頓悟成績(jī)顯著高于低執(zhí)行功能水平組,執(zhí)行功能中的刷新功能對(duì)頓悟成績(jī)有顯著預(yù)測(cè)作用。刷新主要涉及信息的存儲(chǔ)與更新,即通過用新的信息替代舊的信息來更新記憶內(nèi)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(duì)信息的整合、更新與轉(zhuǎn)換(Ash &Wiley,2006;Sternberg,1999;羅勁,2004)。在初始表征階段,對(duì)問題的注意狀態(tài)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(huì)受到個(gè)體的認(rèn)知資源廣度、分配與監(jiān)控能力的交互影響(Gilhooly &Fioratou,2009)。

3 研究2執(zhí)行功能對(duì)言語頓悟問題解決的影響

3.1 研究2a執(zhí)行功能對(duì)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(zhí)行功能水平的高低是否會(huì)對(duì)字謎頓悟問題的解決產(chǎn)生影響。

3.1.2 研究方法

(1)被試

被試為廣州大學(xué)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(jù)研究 1的方法,區(qū)分高低執(zhí)行功能人數(shù),其中高執(zhí)行功能17人,低執(zhí)行功能為19人。被試的母語均為漢語,均未做過相關(guān)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)后給予一定報(bào)酬。

(2)材料

在中國漢字字謎詞典中收集180個(gè)三字字謎材料,答案均為一個(gè)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(duì)其進(jìn)行難度評(píng)定,在難度評(píng)分高區(qū)(較難)與難度評(píng)分低區(qū)(較易)中各選 65個(gè)字謎作為正式材料,其中10條為練習(xí)測(cè)試材料,120條為正式測(cè)驗(yàn)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(xiàn)的可能謎底(正確匹配的謎底或錯(cuò)誤匹配的謎底)時(shí)能產(chǎn)生瞬時(shí)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(dāng)呈現(xiàn)答案時(shí),他發(fā)現(xiàn)自己所猜出的謎底與所給謎底一致時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生頓悟。實(shí)驗(yàn)所用字謎的謎面和謎底長度均是固定的,謎面長度為 3個(gè)漢字,謎底長度為一個(gè)漢字。謎面和謎底均以 38號(hào)楷體呈現(xiàn)于電腦屏幕正中央。

(3)程序

實(shí)驗(yàn)期間,所有試次隨機(jī)呈現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)分為練習(xí)和正式實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分,正式實(shí)驗(yàn)包含 120個(gè) trails(試次),其中 110個(gè)謎面與謎底正確匹配,10個(gè)謎面與謎底錯(cuò)誤匹配,以免被試在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生反應(yīng)定勢(shì)(沈汪兵等,2011)。實(shí)驗(yàn)共3個(gè)blocks,每個(gè)block包括40個(gè)trails,block之間被試休息,休息時(shí)間被試通過按鍵自行控制。最后只分析了正式實(shí)驗(yàn)的110個(gè)正確匹配試次的數(shù)據(jù)結(jié)果。為了讓被試熟悉實(shí)驗(yàn)流程,研究設(shè)置了一個(gè)10 trails(8個(gè)謎面與謎底正確匹配的試次和2個(gè)謎面與謎底錯(cuò)誤匹配的試次)的練習(xí)階段,練習(xí)階段的程序與正式實(shí)驗(yàn)一致。

如圖2所示,每個(gè)試次(trial)開始時(shí),屏幕中央呈現(xiàn)一個(gè)1000ms 的“十”字注視點(diǎn),緊接著屏幕上出現(xiàn)三字謎的謎面(如“二月平”),謎面呈現(xiàn)時(shí)間為8000ms,要求被試在這8000ms內(nèi)認(rèn)真思考字謎的答案,不需進(jìn)行反應(yīng)。之后謎面消失,出現(xiàn)一個(gè)隨機(jī)時(shí)長的空屏(800～1200ms),然后給被試呈現(xiàn)字謎的謎底,為避免記憶負(fù)荷的影響,謎面持續(xù)呈現(xiàn)時(shí)間為 5000ms,被試需在謎底呈現(xiàn)后立即做出反應(yīng)判斷。若完成則直接跳入下一個(gè)試次。若未完成在5000ms后謎底也自動(dòng)消失,隨后進(jìn)入下一個(gè)試次。具體而言,被試的按鍵存在3種情況:當(dāng)被試猜出謎底且所猜謎底與屏幕所給謎底一致時(shí),被試按鍵盤的“f”鍵,表示“無頓悟”;當(dāng)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(rèn)為所給謎底合理時(shí),被試按鍵盤的“j”鍵,表示“有頓悟”;當(dāng)被試沒猜中或沒有猜出謎底,同時(shí)又對(duì)屏幕所給正確匹配謎底不能理解時(shí),則不做任何按鍵。考慮到在猜謎任務(wù)中,被試有可能做出不誠實(shí)的按鍵反應(yīng),在最終的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)以這 10對(duì)謎面與謎底錯(cuò)誤匹配作為剔除指標(biāo),即如果被試對(duì)這 10對(duì)材料有按鍵反應(yīng)(無論按“f”鍵還是“j”鍵),其數(shù)據(jù)記為無效數(shù)據(jù)予以剔除。

圖2 字謎頓悟問題解決實(shí)驗(yàn)流程

3.1.3 結(jié)果分析

(1)頓悟問題

剔除4份超過3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差以外的極端數(shù)據(jù),對(duì)96名被試的頓悟問題解決的成績(jī)進(jìn)行分析。其中,頓悟問題的平均個(gè)數(shù)為40.36(

SD

=16.79),無頓悟問題的個(gè)數(shù)為50.5(

SD

=15.94)。頓悟問題的平均反應(yīng)時(shí)間為2440.15(

SD

=486.53)ms,無頓悟問題的平均反應(yīng)時(shí)間為1022.13(

SD

=406.52)ms,對(duì)頓悟和無頓悟條件下個(gè)體的反應(yīng)時(shí)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)頓悟問題條件下的平均反應(yīng)時(shí)顯著長于無頓悟問題的反應(yīng)時(shí),

t

(189)=21.80,

p

<0.001,Cohen’s

d

=3.16。

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

(2)執(zhí)行功能高低對(duì)頓悟問題解決的影響

所有被試執(zhí)行功能中轉(zhuǎn)換亞成分的平均成績(jī)?yōu)?3.98(

SD

=21.15)s、工作記憶刷新的平均成績(jī)?yōu)?27.75(

SD

=7.88)s、抑制功能的平均成績(jī)是182.41(

SD

=149.67)ms。按照研究1的方法,將執(zhí)行功能3個(gè)亞成分均大于相應(yīng)平均值的個(gè)體計(jì)為高執(zhí)行功能組,均低于平均值的為低執(zhí)行功能組,得到高執(zhí)行功能組17人,低執(zhí)行功能組19人。

表3 不同執(zhí)行功能條件下個(gè)體在頓悟條件與無頓悟條件的反應(yīng)時(shí)(M±SD)

3.2 研究2b 執(zhí)行功能對(duì)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(zhí)行功能水平的個(gè)體在解決言語頓悟問題過程中的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制。

3.2.2 研究方法

(1)被試

從研究1的被試中,挑選出執(zhí)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(gè)人原因并未參加腦電實(shí)驗(yàn))。被試的母語均為漢語,實(shí)驗(yàn)后給予一定報(bào)酬。

(2)材料

同研究2的三字謎材料。

(3)程序

同研究2的實(shí)驗(yàn)流程。

(4)ERP記錄

用32導(dǎo)BP(德國Brain Product)電極帽對(duì)EEG進(jìn)行記錄,將雙耳乳突的連線當(dāng)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(cè)約1cm處安置電極記錄水平眼電(HEOG)。每個(gè)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(dǎo)。

(5)ERP分析

數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析時(shí)以左右乳突的平均電極做參考值,自動(dòng)校正水平和垂直眼電,并去除眨眼或者眼動(dòng)產(chǎn)生的偽跡。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求,本實(shí)驗(yàn)只分析字謎謎底呈現(xiàn)后所誘發(fā)的 ERP。依據(jù)被試的按鍵反應(yīng)結(jié)果,分別對(duì)“頓悟”和“無頓悟”反應(yīng) EEG進(jìn)行疊加,疊加次數(shù)在30～70次之間。剔除任何通道中波幅超過±80 μV的受眼動(dòng)、過度肌肉活動(dòng)和眨眼影響的試次,以字謎謎底呈現(xiàn)前200ms時(shí)段的ERP為基線,分析謎底呈現(xiàn)后1000ms內(nèi)的ERP變化。

根據(jù) ERP的時(shí)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(guī)律,最終選擇以下14個(gè)電極(前部:F3,F4,Fz;中部:C3,C4,Cz ;后部:P3,P4,Pz,Oz;兩側(cè):FT7,FT8,TP7,TP8)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,本實(shí)驗(yàn)主要研究N1(著重分析Fz,Cz,Pz這3個(gè)電極點(diǎn)),N2,P2,P3這幾個(gè)成分。對(duì)N1在80～180ms的時(shí)間窗進(jìn)行波峰探測(cè),在180～240ms的時(shí)間窗對(duì)N2成分進(jìn)行波峰探測(cè),對(duì)P2和P3成分進(jìn)行波峰探測(cè)的時(shí)間窗分別設(shè)置在190～260ms和280～500ms。

對(duì)上述研究成分的平均波幅和潛伏期分別進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析,其中執(zhí)行功能水平(高組和低組)為被試間變量,謎底反應(yīng)(頓悟和無頓悟)和腦區(qū)(前部腦區(qū)、中部腦區(qū)和后部腦區(qū))為被試內(nèi)變量,根據(jù)球形檢驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行校正。

3.2.3 結(jié)果分析

(1)行為結(jié)果

剔除兩名不誠實(shí)的被試,對(duì)44組(高水平組23人,低水平組 21人)被試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,字謎的無頓悟數(shù)量的平均值為 63.07(

SD

=6.74),平均反應(yīng)時(shí)700.62(

SD

=215.20)ms;頓悟數(shù)量的平均值為36.58(

SD

=3.81),平均反應(yīng)時(shí)為2781.07(

SD

=358.25)ms。在性別與執(zhí)行功能上,無頓悟字謎的平均數(shù)量、反應(yīng)時(shí)與頓悟字謎的平均數(shù)量、反應(yīng)時(shí)之間均無顯著差異。

(2)ERP結(jié)果

兩名被試(高、低水平組各一名)的數(shù)據(jù)在頓悟反應(yīng)條件下的有效疊加不到30次,因此被剔除,最終42名被試進(jìn)入ERP數(shù)據(jù)分析。根據(jù)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(fā)了不同的相關(guān)成分。

圖3 頓悟和無頓悟條件在Fz、Cz、Oz、F4、F3、TP7、FT8、Pz等8個(gè)電極點(diǎn)上別引起的ERP時(shí)程變化

3.2.4 討論

研究2是采用三字謎為實(shí)驗(yàn)材料的言語頓悟問題,其中研究 2a的行為結(jié)果發(fā)現(xiàn)執(zhí)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(gè)體在頓悟條件下的反應(yīng)時(shí)顯著快于低工作記憶刷新功能的個(gè)體。而研究 2b腦電數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明,“有頓悟”、“無頓悟”均誘發(fā)了早期刺激加工成分 N1,且高低執(zhí)行功能組,以及有無頓悟兩種反應(yīng)所誘發(fā)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(guān),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(duì)三字字謎進(jìn)行較高級(jí)的視知覺加工過程中,在謎底呈現(xiàn)后的180～240ms內(nèi),頓悟條件較之無頓悟條件誘發(fā)了一個(gè)更負(fù)的早期成分N2,N2與無關(guān)信息的門控作用或者早期的選擇注意功能的聚集有關(guān)(Fuerst,Gallinat &Boutros,2007;Boutros et al.,2009;邢強(qiáng)等,2013),表明隨著物理刺激早期視覺加工的結(jié)束,頓悟條件下個(gè)體需要花費(fèi)更多的選擇注意,通過注意篩選的刺激將會(huì)被進(jìn)一步加工(沈汪兵等,2012)。在 190～260ms內(nèi)頓悟條件與無頓悟條件均誘發(fā)P2成分,且在高執(zhí)行功能條件下,無頓悟條件下比頓悟條件下誘發(fā)更大波幅的 P2成分。P2也與注意加工以及短時(shí)記憶有關(guān)(Carretié,Mercado,Tapia,&Hinojosa,2001;Luck &Hillyard,1994),高執(zhí)行功能的條件下,無頓悟的個(gè)體會(huì)有意識(shí)的投入更多注意資源優(yōu)先加工其更為熟悉的問題表征以確認(rèn)結(jié)果的正確性。此外,沈汪兵等(2012)發(fā)現(xiàn),個(gè)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(rèn)為極有可能是個(gè)體對(duì)頓悟問題僵局的覺察引發(fā)的。

本研究中,P3成分主要引發(fā)于額葉?中央腦區(qū),且在這兩個(gè)腦區(qū)中,頓悟條件的波幅顯著大于無頓悟條件,說明相比較確認(rèn)和判斷(無頓悟)按鍵過程,個(gè)體在頓悟條件中看到刺激得到錯(cuò)誤的反饋之后,需要打破自己先前的猜謎規(guī)則,并且根據(jù)答案聯(lián)系之前呈現(xiàn)的字謎來產(chǎn)生新的連接方式和工作記憶表征,在這個(gè)過程中需要投入更多的注意資源和工作記憶(邢強(qiáng)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(gè)體發(fā)現(xiàn)答案錯(cuò)誤,在理解答案時(shí)需要聯(lián)系之前所呈現(xiàn)的謎面信息,所以記憶資源損耗大,回憶時(shí)間也較長。在對(duì)被試間變量執(zhí)行功能水平高低組進(jìn)行分析時(shí),發(fā)現(xiàn)高低執(zhí)行功能水平組被試引發(fā)的P3成分并無顯著差異。因此,我們認(rèn)為言語頓悟問題雖然在頓悟條件下進(jìn)行問題表征搜索,僵局產(chǎn)生階段引發(fā)更大波幅的P3成分,但在僵局打破、實(shí)現(xiàn)表征重組并不受到執(zhí)行功能高低的影響。

4 總討論

本研究通過2個(gè)研究考察執(zhí)行功能對(duì)言語頓悟問題解決的影響。研究1初步探討執(zhí)行功能與頓悟問題解決能力的相關(guān)關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)總體上執(zhí)行功能與頓悟問題成績(jī)呈顯著正相關(guān),執(zhí)行功能中工作記憶刷新亞成分可以顯著預(yù)測(cè)頓悟問題成績(jī)。研究2則針對(duì)言語頓悟問題,通過行為與 ERPs技術(shù)進(jìn)一步探討執(zhí)行功能對(duì)字謎頓悟問題解決的作用。行為結(jié)果發(fā)現(xiàn)高工作記憶刷新能力的個(gè)體反應(yīng)時(shí)顯著小于低工資記憶刷新能力的個(gè)體,說明執(zhí)行功能中工作記憶刷新亞成分影響頓悟問題解決。腦電結(jié)果上,“頓悟”條件較之“無頓悟”條件誘發(fā)了一個(gè)更強(qiáng)的早期成分P2和 N2和中晚期 P3。其中,我們認(rèn)為 P2主要反映人腦對(duì)思維僵局的早期覺察,受到執(zhí)行功能高低的影響。280～500ms內(nèi),中晚期P300則主要體現(xiàn)以新舊思路交替為特征的僵局打破過程,不受執(zhí)行功能高低的影響,因此進(jìn)一步確認(rèn)對(duì)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(zhí)行功能的影響。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)執(zhí)行功能與頓悟問題解決具有密切的聯(lián)系。具體來說,研究1的結(jié)果顯示個(gè)體的轉(zhuǎn)換和刷新功能與頓悟能力存在顯著正相關(guān),且刷新功能在一定程度上能夠預(yù)測(cè)個(gè)體的頓悟成績(jī)。執(zhí)行功能中的轉(zhuǎn)換功能亞成分主要涉及思維定勢(shì)與動(dòng)作的轉(zhuǎn)換,由注意機(jī)制控制,因此其與頓悟問題解決的相關(guān)關(guān)系可能更多的體現(xiàn)在影響頓悟過程中限制解除。而刷新功能則是在短時(shí)信息存儲(chǔ)及加工系統(tǒng)中,對(duì)于多重表征予以穩(wěn)固維持,同時(shí)在特定刺激出現(xiàn)時(shí)快速刷新表征。主要展現(xiàn)了個(gè)體的工作記憶與信息更新能力,更多的涉及認(rèn)知資源與意識(shí)過程(Collette &van der Linden,2002;周雅,2013)。此外,結(jié)果發(fā)現(xiàn)刷新功能對(duì)頓悟問題解決具有顯著的預(yù)測(cè)作用。該結(jié)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?yàn)椴牧?結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)高工作記憶刷新能力的個(gè)體反應(yīng)時(shí)顯著小于低工資記憶刷新能力的個(gè)體,說明執(zhí)行功能中工作記憶刷新功能影響頓悟問題解決,謎題呈現(xiàn)280～500ms后,在前部和中部腦區(qū),頓悟條件下比非頓悟條件下誘發(fā)了一個(gè)更強(qiáng)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(guān)(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(jìn)一步的理解字謎謎底的時(shí)候,需要更新工作記憶的表征,這個(gè)更新過程表現(xiàn)在：一方面減弱強(qiáng)而無效的聯(lián)結(jié),一方面產(chǎn)生弱而有效的新聯(lián)結(jié)。進(jìn)一步說明在頓悟問題解決過程確實(shí)需要認(rèn)知過程與資源的參與。

目前研究者普遍認(rèn)為頓悟問題解決是一個(gè)復(fù)雜的過程,可以區(qū)分為多個(gè)不同階段(Ash &Wiley,2006)。但執(zhí)行功能對(duì)頓悟的重組過程有何影響仍然存在爭(zhēng)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(fā)現(xiàn)頓悟問題僵局產(chǎn)生、新舊思維轉(zhuǎn)換階段,誘發(fā)更大波幅P3成分。P3成分主要引發(fā)于額葉?中央腦區(qū),且在這兩個(gè)腦區(qū)中,頓悟條件的波幅顯著大于無頓悟條件,說明相比較確認(rèn)和判斷(無頓悟)按鍵過程,個(gè)體在頓悟條件中看到刺激得到錯(cuò)誤的反饋之后,需要打破自己先前的猜謎規(guī)則,并且根據(jù)答案聯(lián)系之前呈現(xiàn)的字謎來產(chǎn)生新的連接方式和工作記憶表征,在這個(gè)過程中需要投入更多的注意資源和工作記憶(邢強(qiáng),張忠爐,王夢(mèng)偌等,2013)。但在對(duì)被試間變量執(zhí)行功能水平高低組進(jìn)行分析時(shí),發(fā)現(xiàn)高低執(zhí)行功能水平組被試引發(fā)的 P3成分并無顯著差異。因此,我們的研究結(jié)果更傾向支持頓悟的重組過程是一個(gè)突進(jìn)式的特殊過程,不涉及執(zhí)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(zhí)行功能對(duì)于言語頓悟問題(Verbal insight problem)的影響,并未對(duì)空間頓悟問題(Spatial insight problem)進(jìn)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(qiáng)調(diào)了思維僵局與表征轉(zhuǎn)換作為頓悟問題的重要特征,但現(xiàn)有的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)空間頓悟與言語頓悟的心理與神經(jīng)機(jī)制存在差異(Gilhooly,Fioratou,&Henretty,2010;Cushen &Wiley,2012)。因此,以后的研究應(yīng)進(jìn)一步區(qū)分頓悟問題類型,探討執(zhí)行功能對(duì)空間頓悟問題的影響。

5 結(jié)論

(1)個(gè)體的執(zhí)行功能中的轉(zhuǎn)換、工作記憶刷新亞成分與頓悟能力呈顯著的正相關(guān),刷新功能在一定程度上能夠預(yù)測(cè)頓悟成績(jī)。

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

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