科学发明情境中问题提出的fMRI研究

1、第一组提出问题是创新的开始, 所以越来越多的心理学家认为善于提出问题是创造性思维的重要特征之一在许多领域,问题提出能力都是创造性思维 和创造性行为的关键成分, 这种能力不同于甚至可 能更重要于问题解决能力。创造性的获得通常源于问题提出而不是问题解决。大量的相关研究也证实了问题提出能力在 诸如哲学、数学、技术发明、历史和科学研究等领 域中对于各领域中的创造性思维的重要性OvO哦不，是心理学家们.利用起了fMRI 技术（ 由于它能辨别大脑进行 认知活动时被激活的区域）本研究在以往行为研究的基础上, 操纵有无原型, 获得共同包含科学发明情境中问题提出一般思维过程的两种情况：有原型提出有价值的科学问题

2、和无原型提出一般问题；获得包含科学发明情境中新近获得的语义对有价值的科学问题提出的启发效应的思维过程的两种情况：有原型提出有价值的科学问题和无原型提出有价值的科学问题。以与实际相联系的科学发明创造问题为实验材料,旨在探讨科学发明情境中问题提出的 FMRI 研究。 某大学在校生18人,其中男女各半(男生9名，19岁到23岁,平均年龄21.8岁,女生9名,19岁到24岁,平均年龄22.6岁)。 考察新近获得的语义对有价值的科学问题提出的启发效应时, 因为叠加次数的需要(无原型提出科学问题时, 该被试的正确次数过少), 所以被试人数为 17 人。 所有被试身心健康, 都未接触过本实验的测试材料。 实

3、验前均签署了实验知情同意书, 做完实验后根据被试按键反应以及事后报告的答案给予报酬。 正确率高的，报酬相对高些。 所有被试在参加完试验后均给与适量报酬本实验的材料选自张庆林等开发的科学发明创造实验问题材料库。在选材上做到了 3 点：(1)启发式思维, 科学家受某种原型的 启发而解决发明创造问题的实例(2)新颖性, 常 识性的原型启发的实例(3)通俗易懂, 不涉及太专业 性的知识。 本研究选取材料库中部分科学发明创造问题题目中的原型和情境作为实验材料, 并根据情境及原型重新编写了相对应的有价值的科学问题, 判断标准为新异性和实用性。从科学发明创造实验问题材料库中选取 76 个题目用于正式实验,

4、为了满足 FMRI 实验对叠加 次数的要求, 其中36个提供了“原型”, 40个不提供 “原型”, 并在问题情境的难度上进行了平衡。所有 条件下都提供了“情境”, 由被试自己仅依据“情境” (或依据“原型”和“情境”)提出“问题”。将被试提出 的问题与科学发明材料中的评分参考进行比较, 进 而决定被试提出问题的类型。实验为单因素被试内设计, 自变量分为 2 个水平：有原型与无原型处理。 因变量：被试在问题提出过程中有原型提出有 价值的科学问题和无原型提出一般问题的比率以 及两种情况下共同激活的脑区; 有原型提出有价值 的科学问题比无原型提出有价值的科学问题显著 激活的脑区。为了让被试完全明白实

5、验任务以及注意事项, 在正式实验开始之前, 让被试认真阅读指导语并进 行适当的练习实验, 练习所使用的实验材料不会在正式实验中出现。正式实验共有 4步, 每步有 19 个 小实验, 一步的持续时间为 1024 s, 均在扫描仪中进行。 实验中出现的词汇皆为高频词汇。实验的基本流 程：材料出现之前, 屏幕上会有“+”的提示, 提示时 间为 26 s。提示消失后, 屏幕上随机呈现原型或者 星号, 其中原型和星号呈现时间分别为 10 s 和 2 s。 被试被要求理解呈现的原型, 但不需要做任何按键 反应。随后, 呈现相应的问题情境之前屏幕上也会 有“+”的提示, 问题情境的呈现时间为 14 s。被试

6、被 要求认真阅读并理解其中的内容, 同时根据问题情 境提出问题, 想到按 1 键。最后, 屏幕上会出现一 个参考性的科学问题, 呈现时间为 6s, 如果被试想 到的问题与参考问题一致则按 1 键, 不一致则按 2 键。每一个整块之间, 被试者可以进行短时间的休息。扫描完成后, 被试需要根据情境将扫描过程中想到的问题写在答题纸上。实验采用 E-Prime 软件呈现刺激和记录反应。 这貌似.恩.以后大家一定会学到的，过了哦。功能像在 3.0 T 全身磁共振成像仪上获得。应用 8 通道相控阵头 线圈, 有专门的衬垫用来固定头部防止头动, 并提 醒被试正式实验时尽量保持头部不动。视觉刺激由 专用的投影

7、仪呈现, 在被试头部固定线圈的上方有 一个倒视镜, 通过倒视镜可以看到屏幕上的视觉刺 激。被试戴上专用的抗噪音耳塞, 以减少扫描仪噪 音对实验的影响。在每个 run 开始之前, 有 10 s 的 准备提示, 以使扫描仪的信号趋于稳定, 利于采集 到更优质的图像。这时提醒被试闭上眼睛休息, 准 备继续进行实验。 全脑功能像由 T2*加权单次激发梯度回波的 EPI 序列获得, 功能像相关参数如下：说了我也不懂，哼()在实验中, 主要采集了每个 RUN 每个被试在实验所需条件下的大脑激活状态, 心理事件的 界定是从问题情境呈现开始到被试想到问题进行 按键反应为止。fMRI 数据采用 Brain Vo

8、yager QX v2.0 软件进行随机效应模型统计分析。首先功能像进行时间点对齐 和头动矫正, 并对图像进行各向同性高斯平滑 , 对处理过的图像进行数据标准化, 最后将功能像与全脑三维结构像对齐和空间标准 化。将每个被试的功能像与结构像均对齐标准化分 析完毕后, 对所有的数据做组分析, 比较标准为无 校正情况下, p 值小于 0. 0001, 激活体素大小大于或等于 20。提取各激活簇的像素点 Talairach 坐标值(x, y, z), 经 SPSS 17.0 进行数据转换处理, 获得各激活簇像素点坐标值。 用Talairach Client坐标软件进行脑结构和功能分区 坐标定位, 取得

9、各激活簇像素点的脑区定位。把激活像素叠加到个体的高分辨率结构图像上, 得到三维激活图像。以往研究表明, 内侧额叶与视觉和听觉的叙事性语言理解有关, 而本研究中的原型与问题情境大多都是某种原理的叙事性材料, 因此内侧额叶应该与对相关材料的语义加工(左侧梭状回的功能)的进一步理解有关。此外, 有研究证明内侧额叶与认知 控制以及决策、辨别、推理等认知任务相关。Kounios 等人也发现顿悟的心理准备与内侧额叶的显著激活有关, 他们认为内侧额叶的激活可能与自上而下的认知 控制的增长, 例如抑制无关思维, 选择合适的解决 策略而忽视不合适的解决策略有关。因此本研究中推断内侧额叶发挥的可能功能有：对阅读目

10、标(提出与提出问题)的监控, 对各 语句的语义进行整合, 在建立语义整体表征的基础上检测到整体表征中的语义缺口或语义之间的矛盾从而从语义之间提出“问题”。 在本研究中, 豆状核可能主要是配合内侧额叶 对注意环路和眼动进行调控, 将被试的注视点和注 意指向语义上有矛盾或缺口的那些语词。以往的研究也提出豆状核与注意环路有关，左侧豆状核的损伤可能会中断语言的动态计划、单词提取和言语的短期记忆。豆状核还与眼动控制有关, 豆状核两侧的损伤很大程度上可以导致眼睛飞快扫视的失调以及依照顺序对下一个正确扫视的准备的杂乱无章。 在本研究中, 右小脑可能主要是配合内侧额叶 进行注意资源的调节, 将更多的注意资源分

11、配给指 向的“语义上的矛盾或缺口”, 以便对这些矛盾或缺 口进行更深的加工(或知觉重组)。小脑对于信号的 加工是一种几乎完全的正反馈, 这种加工的优势使 得小脑对于输入的刺激能够给与清晰和快速的回复。已有研究认为 小脑可以被理解为加强学习的监督式学习设备。先前的关于创新性思维过程的研究 也提出, 小脑与注意资源的分配和知觉重组有关。以往的研究表明, 创造性问题解决涉及的主要的认知过程包括：打破思维定势和形成新异联系。 尽管已有的研究在激活脑区的结果上不尽相同, 但关于创造性问题解决的一些主要脑区是比较稳定的，其中, 海马的功 能可能与“表征联结”或者“模式完成”有关, 进而在 重新定向的过程中

12、发挥作用; 前扣带回与左侧中央前回分别在思维定势的打破过程中 起“早期预警”和冲突的解决有关; 内侧额叶作为 “意识努力”的关键点主要负责认知控制; 楔前叶与情景记忆的成功提取有关; 枕叶下回和小脑对字谜的再审视和注意的重置有关; 舌回主要与应用启发性原型创 造性的问题解决有关。由以往的研 究发现内侧额叶与小脑在问题提出和创造性问题 解决中都起着重要作用, 这说明这两种认知过程有 一定的共同之处。但是, 与创造性问题解决不同, 问题发现更侧重的是发现问题的缺口并将更多的认知资源分配到缺口中进而发现问题, 这说明问题发现又有一定的特殊之处。这种特殊性表现在负责 注意指向的豆状核的激活以及分别负责

13、语句表征、 表述的左侧梭状回和中央前回的激活。 本研究的理论贡献在本研究所了解的研究范围内, 还没有任何关于问题提出的 fMRI 研究。本研究是第一个以真实生活中的科学发明问题为实验材料并通过 fMRI 技 术对于科学问题情境中问题提出以及新近获得的 语义对有价值的科学问题提出的启发效应的大脑 机制进行了探究。此外, 在本研究中所使用的真实 生活中的科学发明问题具有更高的生态学效度也 更贴近我们的生活。也就是说, 当前的 fMRI 研究 在揭露问题提出的神经机制中是有一定价值的。 本研究采用科学发明创造问题为实验材料, 采 用“一对一”的实验范式, 探讨科学发明情境中问题 提出以及新近获得的语义对有价值的科学问题提 出的启发效应的大脑