执行功能在创造性顿悟中的作用

来源:用户上传      作者:袁媛

　　摘 要 执行功能在创造性顿悟中的作用是思维领域的重要课题。研究从认知行为层面和脑神经生理层面分析了执行功能对创造性顿悟的影响，并结合创造性顿悟的动态过程细致探讨了执行功能两种典型成分在创造性顿悟初始搜索阶段和重构阶段的功能分离，观察到执行功能中的工作记忆成分对言语和视空间创造性顿悟均有影响，但抑制成分对言语创造性顿悟的影响相对更强，且前者主要影响顿悟的初始搜索过程，而后者则对初始搜索阶段和表征重构阶段均有复杂影响。未来研究应结合多种方法，从认知行为和脑神经生理层面细致分离执行功能不同成分在言语和视空间创造性顿悟不同阶段的作用及其机理。
　　关键词 执行功能;创造性顿悟;问题解决;工作记忆;抑制
　　分类号 B842.3
　　DOI： 10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2019.09.006
　　1 引言
　　创造性顿悟（creative insight），简称顿悟，其科学研究肇始于早期格式塔心理学家科勒有关动物顿悟学习的发现，是指通过观察对问题情境全局或达到目标的途径线索有所了解后实现的在主体头脑中确立相应目标和手段之间完形关系的过程（邱江， 罗跃嘉， 吴真真， 张庆林， 2006）。由于科勒的开创性发现不仅挑战了当时盛行的尝试错误学习观，而且首次以科学方式强调了格式塔式整体思维的重要性，引起了相当大的轰动，使得他凭借在该领域的重要贡献成功晋级二十世纪最具影响力的心理学家的前五十强（Haggbloom et al.， 2002）。随着研究的深入，人们愈发深刻认识到创造性顿悟在创造性思维中的重要地位。它不仅是人类智慧（沈汪兵， 袁媛， 罗劲， 刘昌， 2015）和创造性思维实现的重要阶段和环节（沈汪兵， 刘昌， 张小将， 陈亚林， 2011; 詹慧佳， 刘昌， 沈汪兵， 2015），例如华莱士四阶段论中创造性展现的关键阶段，而且是有别于常规问题解决的解题策略，并且已成为人们检验创造性思维的某些理论（罗劲， 2004）或探讨创造性问题解决脑机制（黄福荣， 周治金， 赵庆柏， 2013）的重要途径。
　　在传统意义上，创造性顿悟长期被视为是可遇而不可求的心理过程或状态，甚至一度成为灵感的代名词，以致它被视为有别于常规问题解决的无意识的特异过程（Gilhooly & Murphy， 2005; Siegler， 2000）。然而，近年越来越多的实证依据显示，创造性顿悟是一个目标导向的系列过程，是解题者觉察问题、在问题表征基础上经历初步尝试及其所促发的思维僵局（沈汪兵， 刘昌， 罗劲， 余洁， 2012）、并随后以表征重构（邢强， 孙海龙， 占丹玲， 胡婧， 刘凯， 2017; Luo & Knoblich， 2007; Weisberg， 2013）、自发联想（Jung-Beeman et al.， 2004）、原型启发（张庆林， 邱江， 曹贵康， 2004; Qiu et al.， 2010）或限制解除（邢强等， 2013; Knoblich， Ohlsson， Haider， & Rhenius， 1999）等方式实现新异联系形成的多阶段（Sheth， Sandkühler， & Bhattacharya， 2009; Sandkühler & Bhattacharya， 2008）认知过程。伴随着创造性顿悟阶段观的产生与兴盛，执行功能在创造性顿悟中的作用成为了阐明顿悟本质的重要途径。执行功能是以灵活和有效方式协调不同认知子过程，并调节高级和复杂认知活动的有目的的控制机制（Miyake et al.， 2000）。作为人类的基本认知能力，执行功能被认为主要负责从长时记忆中提取信息和对工作记忆各子系统功能的协调、以及为产生协调有序的目的性行为而进行编码和提取策略的控制及其系统的监管与注意（Baddeley， 1996）。执行功能虽然负责如此众多的基本心理活动，但在无意识顿悟观的主流时期，它一度被视为是与创造性顿悟无关的认知操作或者不参与创造性顿悟过程;然而，新兴的创造性顿悟多阶段观及其实证研究证据表明，与受执行功能影响的常规问题解决过程一样，创造性顿悟也受到了以认知抑制和工作记忆（滕静， 沈汪兵， 郝宁， 2018; 周仁来， 赵鑫， 2010; 赵鑫， 周仁来， 2014）为核心的执行功能的影响。因为创造性顿悟不僅需要解题者抑制并超越已有知识基础或框架（Ward， 2007）并从非常规视角来思考问题，而且需要解题者探索工作记忆中暂时激活和存储的各个概念间的联系以便形成新的远距离联想（Christensen & Schunn， 2009），且其中部分概念可能处于微弱激活状态。为系统阐述执行功能在创造性顿悟中的重要作用，研究将主要从创造性顿悟的静态分析和动态过程两方面来阐述执行功能在创造性顿悟中的作用。
　　2 执行功能参与创造性顿悟
　　创造性顿悟研究领域有着两种长期而广泛争论的理论观点，分别是创造性顿悟的过程特异观（process-as-special）和通用观（business-as-unusual）（Gilhooly & Murphy， 2005）。前者主张创造性顿悟过程包含独特心理过程，且这些过程一般都无需执行功能的参与。例如，Metcalfe的经典研究显示，解题者能够有效监控到常规问题解决过程的进程和预测到答案出现的时点;但创造性顿悟问题的解决进程则无法被解题者的元认知准确监控到，即无法有效预知答案产生时点（Metcalfe， 1986）。后者则主张创造性顿悟过程与常规问题解决过程无异，整个解题过程基本都需要执行功能的参与。围绕上述争论，研究首先就近年兴起的创造性顿悟的多阶段观，结合认知行为科学与脑神经科学两方面的研究发现来对执行功能是否参与创造性顿悟过程进行阐述。 　　2.1 认知行为学证据
　　Murray和Byrne（2005）率先探讨了顿悟问题解题成绩与多种执行控制任务（例如，注意转换任务或测评工作记忆容量的句子广度任务和数字广度任务等）之间的关系。实验观察到，解题者的顿悟解题表现与执行控制任务表现有着显著关联。其中，顿悟解题成绩虽与选择性注意和注意保持测验成绩无关，但和注意转换任务成绩与工作记忆容量存在显著正相关。DeYoung等人使用各类测验系统评估了发散思维、执行功能（主要以言语智力和工作记忆任务来评估）以及框架打破能力对顿悟问题解题成绩的影响，发现执行功能可以显著正向预测顿悟表现，且将常规问题解题表现纳入到回归方程时，仅顿悟解题表现与框架打破能力和发散思维有显著关聯，顿悟表现与工作记忆和言语智力等执行功能成分则无显著相关（DeYoung， Flanders， & Peterson， 2008）。该结果有两层含义：一方面表明执行功能参与创造性顿悟，另一方面提示创造性顿悟对执行功能的需求程度可能弱于常规解题过程。除了相关研究的证据，有学者借助更严密的实验方法来探讨了执行功能与创造性顿悟之间的关系。例如，学者采用创造性人格量表和能有效评估创造性顿悟的远距离联想问题解决任务（Jung-Beeman et al.， 2004）来对被试分组，要求所有被试在双耳分听情境中完成不同联想性词语的记忆任务。研究结果显示，高创造性人格得分者对呈现在非追随耳中单词的记忆成绩更优，且能牢固记住其中的高联想性词语（姚海娟， 白学军， 2014）。与此不同，Ansburg和Hill（2003）以远距离联想测验来区分被试创造性水平，采用演绎推理问题来区分他们的分析思维能力，然后要求所有被试完成无字母的错位词重排（rearrangement）这类顿悟任务。研究结果显示高创造性水平者更易觉察顿悟解题任务中的提示线索，而高分析能力者对顿悟解题线索的捕捉则不够敏感。上述研究结果均在一定程度上表明执行功能的某些成分（如散焦注意成分）和创造性顿悟有密切联系。最近，Benedek等人借助潜变量分析技术进一步考查了执行功能、流体智力和创造性思维之间的关系，并发现流体智力虽与抑制（inhibition）或转移（shifting）无关，但与执行功能中的记忆刷新有高度关联;创造性顿悟则与执行功能中的记忆刷新和抑制成分均有很强相关（Benedek， Jauk， Sommer， Arendasy， & Neubauer， 2014）。近期，邢强等人（2017）通过两个行为实验发现记忆刷新功能可以显著预测顿悟成绩，高工作记忆刷新能力的个体解决顿悟问题所需反应时显著小于低工作记忆刷新能力个体。这些证据不同程度地表明，某些执行功能成分及其相关流体智力是创造性顿悟的重要认知基础，个体的执行功能越强，创造性顿悟表现相对越卓越。
　　基于上述系列发现，学者们提出了执行功能参与创造性顿悟的双加工模型——执行功能并非固定不变地以某种方式参与创造性顿悟过程，它至少能以两种方式影响创造性顿悟。某些时候，执行功能可以同时通过双加工通路影响顿悟表现，但有时只能通过其中一条加工通路来影响顿悟。基于该理论假说，Lin和Lien（2013）借助双任务（dual-task）范式，以工作记忆容量为指标探讨了执行功能和顿悟解题表现的关系。系列实验结果表明，人们对解决顿悟问题过程中执行功能的需求与发散思维的需求不同，解题者会随着执行功能能力的增强，创造性顿悟表现增强，但任务所需工作记忆负荷会显著减弱顿悟表现。Lee和Therriault（2013）进一步以用潜变量分析技术评估了工作记忆和智力对创造性顿悟的影响。结构方程建模结果显示，创造性顿悟是聚合思维与发散思维两类创造性思维的重要基础，多指标评估的工作记忆广度同远距离联想问题和九点问题等创造性顿悟表现均有显著正相关，且工作记忆能通过智力中介影响两类创造性思维的基础——创造性顿悟。De Dreu等人也观察到了类似结果，他们发现当被试在不同工作记忆负荷条件下完成创造性顿悟问题时，高工作记忆负荷会损害个体的顿悟解题成绩;且排除一般智力影响后，高工作记忆成绩组被试的顿悟问题解题成绩仍显著更优（De Dreu， Nijstad， Baas， Wolsink， & Roskes， 2012）。针对此，Gilhooly和Murphy基于工作记忆在顿悟和常规解题过程中作用的系统研究指出，顿悟问题和常规问题的解决过程均受执行功能的显著影响（Gilhooly & Murphy， 2005）。由上述研究不难知晓，执行功能虽然是非常复杂的心理结构，包含各类成分且各成分参与创造性顿悟的程度或贡献大小不一，但在总体上，创造性顿悟过程无法离开执行功能，若无执行功能的参与，创造性顿悟很难发生或受到显著影响。
　　2.2 脑神经科学证据
　　在神经水平上，Lavric等人首先以双任务范式考察了工作记忆负荷对顿悟问题和常规分析问题解题过程的影响。研究者要求被试在解决顿悟问题或常规问题的同时对某个声音刺激进行计数，并记录解题过程的脑电活动。结果显示，常规问题的解题表现显著受损，但顿悟问题解题成绩不受影响，且较之顿悟问题的解决，常规问题解决激起了解题者源于前额的脑电成分——分析问题解决过程诱发了更强的前额P300，源于该处的这种脑电活动通常被视为执行控制功能的神经标记（Lavric， Forstmeier， & Rippon， 2000）。从该角度而言，上述结果就意味着执行控制在常规问题和创造性顿悟问题解决中的作用不同。Goel和Vartanian（2005）采用经典顿悟问题——火柴棒问题为材料来进行的脑成像研究显示，执行功能相关前额区在创造性顿悟中显著激活。Razumnikova（2007）则在脑电活动水平上观察到能诱发顿悟的联想问题的解决较无法诱发顿悟的简单联想问题的解决诱发了更多被视为问题求解过程中注意保持和散焦注意（defocused attention）独特神经标记的θ1、α1、α2和β2。该结果提示工作记忆和散焦注意等执行功能成分参与了创造性顿悟。邢强等人（2017）亦发现人脑对顿悟问题解决进程中思维僵局的早期觉察的P2成分受到工作记忆刷新能力的显著影响。我们曾通过与先前研究的比较，也发现工作记忆负荷会影响字谜谜底促发顿悟的脑电活动——使得新旧思路转换的时间进程受到影响。上述研究一致提示，以工作记忆为核心的执行功能极有可能参与创造性顿悟（沈汪兵， 刘昌， 张小将， 陈亚林， 2011）。有关近10年的顿悟脑机制研究也支持该发现，并在文中给出了判断执行功能是否参与创造性顿悟的可操作标准——顿悟任务所激活脑区位置若越临近左脑前额叶外侧下部，执行功能参与该顿悟过程的可能性就越大（沈汪兵， 罗劲， 刘昌， 袁媛， 2012）。但由于脑事件相关电位或功能磁共振成像技术只能提供相关性结论，无法给出因果结论性信息，故下文将进一步从能给出更强说服力证据的脑损伤研究和经颅磁刺激研究方面来展开。 　　Reverberi等人借助火柴棒问题比较执行功能神经基础（前额）受损被试与对照组被试解决经典顿悟问题表现的差异来确定执行功能是否参与顿悟过程。研究显示，较之健康对照组被试，前额受损者解决经典顿悟问题和远距离联想顿悟问题的成绩均有显著提升——约有近两倍于健康者的前额损伤被试成功解决了顿悟问题（Reverberi， Toraldo， D'Agostini， & Skrap， 2005）。考虑到顿悟任务类型的差异，Abraham等最近采用脑损伤实验组和匹配良好的对照组被试系统评估了执行功能相关前额区、抑制相关基底神经节和视空间信息加工网络颞顶联合区受损者的创造性顿悟表现，并观察到仅前额损伤者的言语顿悟问题表现有显著提高（Abraham， Beudt， Ott， & von Cramon， 2012）。聯合Reverberi等（2005）的发现，这两项脑损伤研究分别说明执行功能确实参与了视空间和言语创造性顿悟过程（Reverberi， Toraldo， D'Agostini， & Skrap， 2005）。鉴于脑损伤者功能损伤的不确定性，有学者采用能模拟脑损伤的虚拟损伤技术——经颅磁刺激技术从神经生理层面来采集执行功能参与创造性顿悟的因果证据。Cerruti和Schlaug（2009）首次以该技术来对远距离联想问题所诱发顿悟过程中执行功能的参与情况开展研究。他们首先用阳极、阴极或虚假刺激干预执行功能关键脑基础的左外侧前额区，并发现阳极促使的该区兴奋较其他两类条件能引起显著更高的顿悟表现。基于此，他们改进实验设计，以阳极分别刺激左或右外侧前额区，不但复制到阳极刺激左外侧前额的促进效应，且观察到阳极刺激右外侧前额则不起作用。在此基础上，研究者断定执行功能在言语联想顿悟中扮演着重要作用。基于该发现，Metuki等人进一步将远距离联想问题分为高和低难度两类，控制被试从事解题活动的动机，并采用阳极和虚假刺激分别两次来干预解题者左外前额区的神经活动。研究显示，无论虚假刺激或阳极刺激，低难度问题的解题正确率均显著高于高难度问题，但间隔一周后阳极刺激左侧前额区能显著提升人们对高难度顿悟问题答案的再认率（Metuki， Sela， & Lavidor， 2012）。上述发现表明，执行功能相关脑功能基础——左外侧前额叶的兴奋程度的提高不仅能显著促进顿悟的发生，而且使得顿悟引起的题解的记忆会出现生成效应（generation effect）般的增强。除此之外，学者也观察到了经颅磁刺激对经典火柴棒问题（Chi & Snyder， 2011）或九点问题（Chi & Snyder， 2012）等视空间问题创造性顿悟的促进效应。这些研究发现从神经生理层面为执行功能参与言语和视空间创造性顿悟过程提供了有力的支持证据，并表明随着执行功能增强，人们创造性顿悟解题表现会有提升。
　　3 执行功能在创造性顿悟中作用的阶段性分离
　　创造性顿悟是连续的系列过程。前述研究一致表明，执行功能参与了创造性顿悟过程，但它们也显示执行功能在创造性顿悟中作用的差异——并非所有执行功能成分与创造性顿悟指标均显著相关，仅部分执行功能成分与之有显著关联。就此，可能有两方面原因。一方面是并非所有的执行功能成分都是创造性顿悟所必需的，体现了顿悟解题过程有别于常规解题过程的差异;另一方面是执行功能在创造性顿悟过程中的作用具有阶段性，并非在所有阶段都有显著作用。这意味着若不对创造性顿悟进行阶段分离就有可能会削弱某些执行功能成分的重要性，甚至可能致使它们与创造性顿悟指标间的显著关联性无法得以表现。Moss等基于顿悟解题进程的口语报告，依据解题状态相对于思维僵局的时间点，将顿悟问题解题进程分为僵局前期、僵局期和僵局后期三个阶段（Moss， Kotovsky， & Cagan， 2011）。其中，僵局期是指解题者无法推动解题进程且不知道该如何处理才能使解题状态向前发展的时段，僵局前期是解题者表征问题并进行初步解题尝试与探索的时段;僵局后期则是指解题者走出困惑状态、想到推动解题进程方案或重构问题表征并形成新的有效解题方案的时段。在系列认知行为实验证实顿悟解题过程上述阶段划分的可靠性基础上，他们还通过实验观察到若在思维僵局阶段给予提示线索，被试的顿悟表现会得到显著提升。Ash和Wiley（2006）同样以思维僵局为顿悟阶段划分依据，将解题过程划分为初始问题表征阶段、以遭遇思维僵局为标志的初始搜索阶段和思维僵局后的重构阶段。为分离出执行功能在创造性顿悟各阶段的功能差异，他们操作了解题空间的大小——通过改变问题初始搜索空间大小形成了两种任务：很多初始搜索（many moves available， MMA）问题与很少初始搜索（few moves available， FMA）问题，并发现工作记忆广度对初始搜索空间较大的MMA问题成绩有显著影响，但对初始搜索空间较小的FMA问题成绩无影响。研究者据此认为，以工作记忆为核心的执行功能仅对初始搜索阶段有影响，而对表征重构阶段无影响，意味着表征重构过程本身可能是个无需执行控制功能的自动过程。
　　鉴于思维僵局阶段持续时间的始末缺乏可操作的客观标准，Lv（2015）将顿悟解题过程分解为初始搜索和表征重构两个阶段，并设计系列认知行为实验，着重以言语和空间工作记忆任务以及四种抑制任务为执行功能指标系统评估了执行功能在言语和视空间顿悟解题两个阶段中的作用。研究中，初始搜索阶段被界定为是从形成初始问题表征、在问题空间中进行搜索直到被试感觉初始搜索无法获得结果最终陷入僵局的过程;表征重构阶段则是被试报告刚刚进入思维僵局直到最终获得问题答案的过程;言语顿悟问题以经典的人名问题为材料，空间顿悟问题以农场问题为材料。研究结果显示，言语创造性顿悟中初始搜索阶段的持续时间与言语和空间工作记忆广度均有显著负相关，但该顿悟过程中重构阶段的持续时间与两类记忆广度无关。Stroop任务所测量的认知抑制（反映主动抑制）与创造性顿悟两阶段的持续时间均有显著正相关，且外侧抑制和提取抑制（均为自发抑制测量）均同重构阶段持续时间有正相关，意味着自动和主动抑制均参与了顿悟解题的重构过程，但主动抑制仅参与了初始搜索过程。有趣的是，研究发现仅空间工作记忆任务表现与空间顿悟问题解题中初始搜索阶段的持续时间显著负相关，两类工作记忆表现均与空间顿悟解题重构阶段的持续时间无关;Stroop任务所测得主动抑制仅与空间顿悟问题解题过程中初始搜索阶段的持续时间显著正相关，外侧抑制表现则和空间顿悟解题重构阶段所持续的时间有显著负相关。这些结果表明，执行功能中的工作记忆成分主要影响顿悟解题中的初始搜索过程而非重构过程。执行功能中的抑制成分则对两类创造性顿悟的各阶段均有复杂影响：一方面，以Stroop任务测得的主动抑制均能显著促进初始搜索过程，但对两类创造性顿悟重构阶段的影响则因任务性质而异（仅出现在言语顿悟任务上）;另一方面，两类任务为指标的自发抑制均对言语顿悟重构过程有显著正性影响，但对空间顿悟重构过程的影响存有分离——仅强外侧抑制能力能缩短空间顿悟重构过程，提取抑制则不影响空间顿悟重构过程。 　　Anderson團队从神经生理层面为执行功能参与尝试解题阶段的观点提供了支持证据。他们以fMRI技术巧妙探讨了远距离联想问题顿悟过程中执行功能的影响。通过对被试主动解决这类任务顿悟相关脑激活状况的分析，发现顺利解题过程较未成功解题过程在顿悟前的6 s内及之后的4～10 s内均激活了左外侧前额叶下部这一执行功能相关脑区，且两阶段该区的激活程度有显著差异。顿悟发生前，该区的激活程度很强;但顿悟发生后，该区的激活程度减弱，并低于其他脑区的激活程度;但对照任务中该区的激活程度仍强于其他脑区，表明执行功能参与了顿悟的初始搜索过程（Anderson， Anderson， Ferris， Fincham， & Jung， 2009）。综上可知，上述研究一致表明，执行功能对两类创造性顿悟的影响程度有差异，且执行功能中各成分对不同类型创造性顿悟及其阶段的影响并不完全相同，甚至存在着显著差异。总体而言，执行功能的工作记忆成分更多影响着创造性顿悟的初始搜索过程或阶段，而抑制成分则对重构过程或阶段有着相对更大的影响。
　　4 总结与展望
　　总之，前述研究均表明执行功能以复杂方式参与创造性顿悟过程，在不同类型创造性顿悟中起着差异性作用。执行功能中的工作记忆成分主要参与了言语和视空间创造性顿悟过程。工作记忆对两类顿悟过程的影响不能体现在顿悟的认知行为过程或绩效方面，而且深入到了脑神经生理层面，显著影响脑生理活动或者脑区的激活程度。执行功能中抑制成分对不同类型创造性顿悟的影响存在差异，它主要影响言语顿悟，在视觉空间顿悟中的作用则有所减弱。就顿悟过程而言，执行功能对创造性顿悟中表征重构过程或重构阶段的影响最明显。当然，由于执行功能在创造性顿悟中的作用研究仍是一个新兴的研究主题，仍有许多内容有待未来研究的深入。简言之，未来研究一方面需要深入探讨执行控制功能不同成分在创造性顿悟及其重构过程中的贡献。因为执行功能并非单一的认知结构，而是一个多成分构成的可分离的复杂系统。它不仅含有前文提及的工作记忆和抑制成分，而且包括计划、监测、转换和刷新等认知成分，且各成分在创造性顿悟及重构过程中的作用可能有差异。换言之，某种或某些执行功能成分与重构过程无关并不意味着其他成分与重构过程也无关。由于已有研究大多数以工作记忆或抑制任务作为执行控制功能的指标，因此今后研究应更多评估其他执行功能成分对顿悟问题解决及其重构过程的影响。另一方面需对创造性顿悟阶段作更细致的区分以准确阐明执行功能在创造性顿悟各个阶段中的作用及其在顿悟中的作用机理。本文显示执行功能在不同类型的创造性顿悟中扮演着不同角色。它在言语顿悟中起着相对更重要的作用，而在视空间创造性顿悟中的作用稍有减弱。不过，工作记忆和抑制以外的其他执行功能成分是否有类似效应则有待后续研究的评估。因此，未来需增强执行功能不同成分在各类创造性顿悟中作用及其机制的研讨。此外，从神经可塑性层面，借助认知神经科学高精度技术来深入揭示执行功能与创造性顿悟相互作用的机制和神经环路也是未来值得期待的研究方向。
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