洞察如何通过大脑机制影响记忆?这项研究给出关键答案

【字体: 时间:2025年05月10日 来源:Nature Communications 14.7

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  在创造力与记忆的关联研究中,洞察过程的神经机制尚不明确。研究人员通过让参与者在 MRI 中解决视觉洞察问题,发现洞察增强了腹侧枕颞皮层(VOTC)表征变化等,还与更好的后续记忆相关。该研究为洞察与记忆的关系提供了神经学依据。

  创造力和记忆之间存在着紧密的协同关系。新颖的解决方案往往能被更好地记住,这有助于人们获取新知识并适应未来的变化。而洞察(insight)作为创造性问题解决的一个关键过程,当人们通过重新组织已有的知识结构,以一种新颖的方式解决问题时,洞察就会发生。有趣的是,这种通过洞察解决问题的方式,常常能让人们在单次经历后,就对解决方案产生深刻的记忆,与其他需要多次重复的学习形式形成鲜明对比 。
然而,尽管经过了多年的研究,洞察过程究竟是如何运作的,以及它为何常常与更好的记忆相关联,这些问题在很大程度上仍然是个谜。洞察过程包含认知和评估两个关键组成部分。认知部分主要与表征变化(representational change,RC)有关,即对解决方案的内部(概念或感知)表征进行重新组织和整合 。但目前,关于这一过程在神经科学方面的证据还十分匮乏。评估部分则表现为积极的情绪,以及对解决方案突然出现且正确无误的坚信 。虽然我们知道这两个部分可能都对洞察相关的记忆提升有贡献,但具体的神经机制却几乎一无所知。为了深入探究这些问题,来自德国洪堡大学(Humboldt University Berlin)和美国杜克大学(Duke University)等机构的研究人员开展了一项研究,相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员采用了多种技术方法来探索视觉洞察(visual insight)的神经机制及其与后续记忆的关联。在实验中,他们运用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术,对参与者在执行视觉洞察任务时的大脑活动进行扫描。参与者需要识别难以辨认的高对比度现实物体图像(Mooney 图像),这些图像由于图形和背景分离模糊,起初很难被识别,但重新组合轮廓后可引发洞察 。此外,研究人员还使用了多变量模式分析(multivariate pattern analysis)和表征相似性分析(representational similarity analysis,RSA)等方法,来检测大脑区域的激活模式变化和表征强度的改变。同时,通过行为学实验收集参与者对解决方案的突然性、情感和确定性的评分,以及他们在后续记忆测试中的表现 。

研究结果主要分为以下几个方面:

  • 行为结果 —— 洞察预测更好的后续记忆:研究人员最终分析了 31 名参与者的数据。他们发现,洞察在解决问题任务中起着重要作用,与更高的准确率和更快的反应时间相关。具体来说,高洞察(high insight,HI-I)试验的准确率显著高于低洞察(low insight,LO-I)试验,且参与者在 HI-I 试验中的反应速度更快 。此外,洞察与后续记忆之间存在显著关联,HI-I 试验比 LO-I 试验更有可能被记住 。研究还发现,解决 Mooney 图像的洞察体验与言语洞察任务(如字谜任务)的洞察体验具有可比性,这表明不同类型的洞察任务可能存在相似的潜在创造性问题解决过程。
  • 假设 1:VOTC 表现出与视觉洞察相关的 RC:研究人员假设 VOTC 区域(如前、后梭状回(aFusG、pFusG)、下外侧枕叶复合体(iLOC)等)在洞察相关的 RC 中会表现出活动模式的变化。通过 RSA 分析,他们发现双侧 iLOC 和 pFusG 在洞察过程中,从预解决方案到后解决方案的活动模式相似性显著降低,且这些区域的表征强度增加 。这表明在 VOTC 中,特别是 pFusG 和 iLOC,存在与洞察相关的 RC,支持了研究假设。
  • 假设 2:杏仁核和海马体表现出与洞察相关的活动:研究人员推测洞察的评估成分由杏仁核和海马体介导。通过对单试验分析数据的研究,他们发现杏仁核和前海马体的活动与洞察强度呈正相关 。进一步分析发现,杏仁核和海马体的活动主要受洞察维度中的确定性和情感影响,这表明这些区域在洞察的评估过程中起着重要作用。
  • 假设 3:VOTC、杏仁核和海马体网络在洞察期间变得更加整合:为了验证更强的概念 RC 能有效整合到解决方案过程中的假设,研究人员创建了一个由 VOTC、杏仁核和海马体组成的解决方案网络 。通过计算功能连接性和图论测量,他们发现洞察与解决方案网络中功能连接性的增加、功能隔离和整合的增强有关 。这表明在洞察过程中,解决方案相关信息在这个网络中得到了更高效的处理。
  • 假设 4:VOTC-RC 和海马体活动预测与洞察相关的更好后续记忆:研究人员探究了洞察成分的潜在神经关联是否能预测更好的后续记忆。结果发现,VOTC 中的 RC(如 iLOC 区域)和前海马体的活动与后续记忆效应相关 。具体来说,在 pFusG 和 iLOC 区域,多体素活动模式的变化和表征强度的增加与更好的后续记忆相关;在前海马体中,洞察与记忆的交互作用显著,且这种交互作用主要由突然性维度驱动 。

研究结论和讨论部分指出,这项研究为洞察及其与记忆的关联提供了连贯的神经机制证据。研究发现,洞察增强了 VOTC 中的 RC、杏仁核和海马体的活动、解决方案网络内的信息整合,以及涉及 VOTC-RC 和海马体活动的后续记忆 。这些发现揭示了记忆形成的机制,具有重要的理论和实践意义。在理论上,它们加深了我们对洞察这一创造性核心过程的理解;在实践中,这些发现可能对教育领域产生影响,强调了培养基于洞察的学习环境对于提高问题解决能力和知识保留的重要性 。然而,该研究也存在一些局限性。例如,准确性指标不够精确,记忆条件下的试验次数有限,以及解决方案时间与洞察测量之间存在相关性等 。未来的研究可以进一步改进这些方面,拓展对洞察和记忆神经机制的理解。

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