从刺激前准备到“啊哈”时刻的涌现:多方法脑电图揭示感知顿悟的动态过程

《Cortex》:From Pre-stimulus Preparation to the "Aha" Burst: Unraveling the Dynamics of Perceptual Insight with Multi-Method EEG

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年07月08日 来源:Cortex 3.2

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  Ting Wang|Meijun Xian|Yuye Si|Zhonglu Zhang中国广州华南师范大学脑研究与康复研究所摘要大脑是如何将复杂的感知输入转化为突如其来的“啊哈”体验的?为探究感知顿悟的神经认知机制,我们设计了一项汉字嵌入任务,让26名参与者判断某个字符中是否包含

  
Ting Wang|Meijun Xian|Yuye Si|Zhonglu Zhang
中国广州华南师范大学脑研究与康复研究所

摘要

大脑是如何将复杂的感知输入转化为突如其来的“啊哈”体验的?为探究感知顿悟的神经认知机制,我们设计了一项汉字嵌入任务,让26名参与者判断某个字符中是否包含之前呈现过的目标字符。目标字符要么以隐藏/重叠的方式呈现,要么以可见/不重叠的方式呈现,这样我们就能比较在不同重构要求下的识别效果。同时,我们还设置了匹配的无效对照组作为控制条件。从行为表现来看,隐藏条件下的任务更难完成,而在成功识别后则会出现更强烈的“啊哈”体验——表现为更高的惊讶感和突然性。从电生理指标来看,与可见条件相比,隐藏条件会引发更负面的额叶N2波以及更弱的顶叶晚期正波成分,这反映出冲突处理和重构处理存在的差异。时间分辨多变量模式分析进一步表明,在刺激后430–480毫秒的时间间隔内,神经活动能够清晰区分有效隐藏试验和有效可见试验。此外,隐藏条件下源字符前的阿尔法波功率较低,这一特点预示着“震撼感”得分和整体“啊哈”评分的上升幅度会更大。综上,我们的研究结果表明,成功识别隐藏目标并非仅仅是更复杂的感知过程,它还伴随着独特的现象学特征和神经机制。更广泛地说,感知顿悟似乎是一个动态发展的过程,从刺激前的神经状态差异到成功识别时的刺激驱动处理阶段,各个环节相互关联。

引言

众所周知,顿悟本质上涉及心理表征的突然重构,通常伴随着先前尝试的失败,随后才会出现“啊哈”体验(Kounios & Beeman, 2014)。虽然大多数研究都集中在问题解决领域(Kounios & Beeman, 2014),但在视觉感知过程中,当从复杂或模糊的背景中突然识别出隐藏目标时,也会出现顿悟现象,即感知顿悟(Bowden & Jung-Beeman, 2007; Ludmer, Dudai, & Rubin, 2011)。利用莫尼图像范式等任务进行的神经成像研究一致表明,感知顿悟与涉及杏仁核、海马体以及前额叶和视觉皮层的神经网络激活有关,这说明其中涉及到复杂的认知和情绪过程(Ludmer et al., 2011)。
尽管取得了这些进展,但一个关键且尚未得到充分研究的问题是感知顿悟内部的多样性。识别目标的难度会因其在视觉情境中的呈现方式而大相径庭。现有的范式,如莫尼图像任务,虽然为理解突然感知识别的神经机制提供了重要线索,但它们并未始终明确区分感知模式(顿悟式重构与直接识别)与感知有效性(成功识别与失败识别)之间的差异。例如,Lu和Singer(2023)通过比较参与者是否识别出目标的情况(有效感知与无效感知),研究了感知顿悟时的神经振荡,并为“尤里卡效应”的神经机制提供了重要证据。基于这些研究,还有一个重要问题亟待解答:除了简单感知成功的机制之外,顿悟式感知的神经认知机制究竟是什么?此外,刺激前的大脑状态是否会影响顿悟体验,目前也尚不清楚。刺激前的阿尔法波振荡能够预测人们在感知任务中的表现和信心水平(Milton, & Pleydell-Pearce, 2016; Menétrey et al., 2023; Samaha, Iemi, & Postle, 2017),它也可能促使大脑产生更为强烈的“啊哈”体验。
为了解决这些问题,本研究采用了一种改进版的汉字嵌入任务(Yu et al., 2018; Yin et al., 2018; Zhang et al., 2015),在同一实验设计中同时考察感知模式和感知有效性。这种设计有助于我们更清晰地区分顿悟过程与单纯感知成功过程中的神经特征。我们还通过多维度指标来评估“啊哈”体验,以此验证二者之间的差异,并运用多种方法的脑电图技术来捕捉其动态的神经认知变化过程。
在神经认知层面,我们研究了大脑如何动态处理感知模式和感知有效性。在大量前期研究的基础上,我们提出了一系列具体的假设。首先,关于事件相关电位方面,包括我们所使用的汉字嵌入任务在内的各种感知转换任务研究都表明,额叶N2波和晚期正波成分与这些过程密切相关(Yin et al., 2018; Wu et al., 2013; Zhang et al., 2019, 2020)。由于N2波对高认知冲突敏感(Botvinick et al., 1999; Folstein & Van Petten, 2008),而晚期正波成分的强度会随着视觉空间转换的难度增加而降低(Zhang et al., 2019, 2020),因此我们推测,顿悟场景下(隐藏条件)会引发更负面的N2波和更弱的晚期正波成分,这反映出更高的冲突程度和更大的重构需求。同时,我们认为感知有效性也会影响后续的加工过程,尤其是晚期正波成分。
其次,为了捕捉这些过程的精细时间动态变化,我们还采用了多变量模式分析技术。与传统单变量分析相比,多变量模式分析能够更敏锐地检测到神经表征中的细微差异(Grootswagers et al., 2017; King & Dehaene, 2014),并且可以追踪这些变化的毫秒级演变过程(Bae & Luck, 2018)。我们预期,多变量模式分析能够区分顿悟条件与非顿悟条件下的差异,从而准确揭示大脑在评估刺激时何时会对不同认知模式进行差异化处理。
再者,关于神经振荡方面,先前的研究认为,顿悟式的解决方案往往伴随着阿尔法波功率的增加,这一现象被解释为大脑抑制了干扰信息的作用(Bieth et al., 2024; Cao et al., 2015; Jung-Beeman et al., 2004; Wu et al., 2009; Luft et al., 2018)。这一解释与将阿尔法波视为大脑皮层处理过程中功能抑制和信息筛选机制的更广泛观点是一致的(Klimesch et al., 2007; Jensen & Mazaheri, 2010)。不过,本研究的阿尔法波分析集中在刺激出现之前的源字符前阶段。在视觉感知中,刺激前的后部阿尔法波功率较低时,往往意味着大脑的兴奋性更高,感知准备状态更好,主观感知体验也更强烈(Romei et al., 2008; van Dijk et al., 2008; Samaha et al., 2017)。由于成功识别隐藏目标依赖于对源字符的后续感知重构,因此我们推测,顿悟式的识别过程会在较低的後部阿尔法波功率之后发生。
最后,由于“啊哈”体验反映的是识别过程中的主观生动性、突然性和显著性,而非单纯的客观表现,因此我们进一步研究了源字符前的阿尔法波活动是否与后续顿悟体验的强度相关。先前的研究表明,刺激前的阿尔法波活动能够影响感知的主观方面,包括信心水平、感知到的时间顺序以及特征整合过程,这些都在有意识的感知输出之前就已经发生(Samaha et al., 2017; Milton & Pleydell-Pearce, 2016; Menétrey et al., 2023)。因此,我们推测,与可见条件相比,隐藏条件下源字符前后的后枕叶区域阿尔法波功率较低,这将导致后续“震撼感”得分和整体“啊哈”体验的强度更高。

章节节选

参与者

共有29名健康大学生参与了这项实验。其中3名参与者的数据被排除在外,两人是因为实验过程出现中断,另一人则是由于脑电图数据中存在过多干扰信号,最终剩余26名参与者作为分析样本(12名男性;年龄范围为18–23岁,平均年龄为19.19±1.13岁)。所有参与者均为中文母语者,右利手,视力正常或经过矫正后达到正常水平。实验开始前,所有参与者都签署了书面知情同意书。

准确性

通过对准确性数据进行单因素重复测量方差分析后发现,条件这一因素具有显著主效应(见图3A),F(3,75) = 35.23,p < .001,ηp2 = .585。经过Bonferroni校正后的两两比较显示,条件1(有效隐藏)下的准确性(0.862±0.09)显著低于条件2(有效可见)(0.984±0.01)、控制组1(无效隐藏对照)(0.971±0.02)以及控制组2(无效可见对照)(0.990±0.01),所有组的ps值均小于.001。没有发现其他组之间的显著差异。

讨论

本研究旨在区分感知顿悟过程中感知模式与感知有效性背后的神经认知机制。通过在同一实验设计中同时考察这两个因素,并运用多种方法的脑电图技术,我们试图回答一个核心问题:顿悟式感知的神经认知机制究竟是什么?我们的行为数据和神经数据共同表明,感知顿悟并非仅仅是更复杂的感知过程,它还伴随着独特的

未引用参考文献

Hill and Kemp, 2016; Rubin et al., 1997.

伦理审批

本研究的所有实验操作均符合该机构的伦理标准,同时也遵守1964年《赫尔辛基宣言》及其后续修订版本所规定的伦理要求,或是其他类似的伦理标准。

资金支持:

本研究得到了中国国家自然科学基金(项目编号32271118和32500929)以及教育部青年人文社会科学研究项目(项目编号25YJC190023)的资助。

利益冲突

作者们不存在任何需要披露的利益冲突。
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