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顿悟过程中组块破解的大脑奥秘被揭开

本文作者: 10年前 (2008-05-21)

青原惟信禅师说:“老僧三十年前未参禅时,见山是山,见水是水。及至后来,亲见知识,有个入处,见…

    青原惟信禅师说:“老僧三十年前未参禅时,见山是山,见水是水。及至后来,亲见知识,有个入处,见山不是山,见水不是水。而今得个歇处,依前见山只是山,见水只是水。”青原惟信所说的“山”与“水”,在现代认知心理学中被称为“组块”(chunk),它代表一种模块化、自动化的信息加工过程。

    上世纪五十年代,美国学者Miller提出人的短时记忆的广度是有限的,大约在7加减2左右(也就是5-9之间)。这说明了人在一瞬间的理性认识能力有一个限度,只能同时加工7个比特左右的信息,不能再多。人们要克服这个局限,扩展其认知能力,就必须借助于组块。比如,我们可以将一个由连续数字构成的号码(如:136213378065)分割成几个小的单元(如:1362-1337-8065),这样会减轻短时记忆的负荷,便于记忆和提取。诺贝尔奖获得者Simon等人将组块的概念推广到普遍的人类认知信息加工领域,发现各个不同领域中的专家的知识都是以组块的方式被存储和使用的,比如象棋大师头脑中有许多关于布局的组块可供灵活提取和运用,这使得他们甚至有可能同时和许多人从容对弈。据估计,无论是什么领域的专家,一般都需要10-20万个知识组块,而这个数量级的组块要经过10到20年的学习才能形成。

    尽管组块的存在能够极大地提高人们的信息加工能力,组块也可能很为我们思维的障碍。上世纪八十年代,瑞典学者Ohlsson提出,正是因为有组块的存在,我们才无法创造性地解决问题,Ohlsson认为顿悟意味着组块的破解。上世纪九十年代,德国学者Knoblich首次用严格控制的实验验证了顿悟的组块破解学说。Knoblich等人将火柴棍摆成罗马数字算式,并要求被试通过挪动一根火柴,使得原来不能成立的等式变得能够成立(见下图),例如对于 VI = VII + I (6 = 7 + 1),解决办法是将等式右边的 VII(7)中的最右边的一根火柴挪走,使之变为 VI(6),而将挪出来的火柴放在等式左边的 VI(6)的最右边,使之变为 VII(7)。因为 VII(7)是比较松散的组块,它由一个 V(5)和两个 I(1)所组成,因此,将这个组块破解成一个VI(6)和一个 I(1)是相对比较容易的。但是,如果要解决 XI = III + III (11 = 3 + 3)就比较难了,要解决这个问题,人们必须将紧密程度较高的 X(10)分解重构而成为 V(5)。行为实验结果表明:需要破解的组块的紧密程度越大,则人们解决这个问题的可能性就越小。在理论上讲,我们可以将VII和XI看作“山”或者“水”,“见山不是山”意味着将VII和XI的知觉组块打破,但这种打破并不是盲目的破坏和肢解,而是从“不可能”中发现“可能”,从紧密的组块中发现新的组合、新的创意。尽管Knoblich等人的实验在认知心理学领域成功地证明了顿悟过程中的组块破解,但人们对其大脑过程却一无所知,并且,由于火柴棍罗马算式游戏在实验变式上非常有限,因而无法满足脑成像方法在技术上的要求。

顿悟过程中组块破解的大脑奥秘被揭开

 
      我们最近采用汉字的拆字任务作为实验材料,解决了上述难题,并利用脑成像技术初步揭示了“见山不是山”的大脑奥秘,相关的研究结果发表在06年十月出版的国际《脑研究通报》(Brain Research Bulletin)上。 在实验中,研究者向人们呈现两个汉字,比如‘白-排’,要求人们从右面的字中取出一部分放入左面的字中,使左右两边的新字仍然为真字,比如,将右边的‘排’字中的提手旁取出,与左边的‘白’字相结合,形成‘拍-非’。研究者比较了两种不同水平的拆字,一种是部首水平的拆字,拆出的部分是部首,比如将‘青-话’变成‘请-舌’,将‘女-宝’变成‘安-玉’,将‘矢-匡’变成‘医-王’等。这种拆字相对比较容易,因为部首也是汉字中有意义的组成部分。但是,如果拆字的过程发生在笔划或者笔划水平之下,则拆字的难度就会大大增加,比如‘三-四’的拆法是将‘四’右边的一竖取出加入左边使之成为‘王-匹’,而‘干-学’的拆法则是将‘学’上边的两点取出加入左边使之成为‘平-字’等。请你尝试解决下面的问题:‘乃-各’,‘午-右’‘三-兴’,‘大-不’(答案见后)。在笔划或笔划水平之下的拆字之所以如此困难,是因为笔划被“紧密地编织在”汉字的知觉组块中,要想把它们取出来必须首先打破紧密的知觉组块。

    研究结果表明,相对于部首水平的拆字任务而言,笔划或笔划水平之下的拆字任务更多地激活了大脑当中的额叶、顶叶以及枕叶的一些区域。一个有趣的发现是,在组块破解过程中,负责特征分析的初级视觉皮层处于抑制状态,而负责特征整合的高级视觉皮层则处于兴奋状态。原来,在我们大脑枕叶的视觉皮层中(位置大约在后脑勺),不同的区域负责不同水平的信息加工层次。其中,靠近中间和内侧的初级视觉皮层主要负责特征性信息的加工;而两侧的较高级的视觉区域则负责特征信息的整合。在知觉汉字时,初级视觉皮层参与字的各个部分特征(比如横、竖、撇、捺等笔划)的感知,而较高级的视觉区域则负责把这些特征信息整合在一起形成完整的字的感知(见下图)。在通常情况下,来自初级视觉皮层的信息会被自动地整合进入较高级的视觉皮层,例如,初级视觉皮层的分析处理了“学”字的各种特征,这些特征被迅速而自动地整合进入较高级的视觉皮层,形成对完整的“学”字的感知(见下图中的红色箭头)。但是,如果人们要从“学”字中拆分出“字”字,则这种高度技能化的自动加工过程就必须被修改,初级视觉皮层所生成的特征信息必须在一定程度上被抑制和重组,只有这样,才能改变自动的认知组块加工过程顺利实现组块破解(见下图中的蓝色箭头)。因此,研究者认为初级视觉区域的抑制和较高级视觉区域的兴奋可能反映了在组块破解过程中特征信息的分析过程和整合过程之间的一种“失协调”。

顿悟过程中组块破解的大脑奥秘被揭开

 

    [图片说明:左边的示意图描绘了汉字觉知的信息加工层次,由笔划、部首直到整体。右图是顿悟组块破解时大脑枕叶以及顶叶的活动。图中显示的是从后面看的大脑,上面的脑图中用蓝色圆圈标出的是在顿悟组块破解中表现出兴奋的高级视觉区域,而下面的脑图用蓝色圆圈标出的是在此过程中表现为抑制的初级视觉区域。高级视觉区域的兴奋与特征整合过程的加强有关,而初级视觉区域的抑制则与特征分析过程的压制和重组有关]。

    一般而言,思维过程可以粗略地分为问题编码(即发现问题)、问题分析和求解,以及问题解决等几个不同的阶段,以往多数心理学研究往往把讨论的焦点集中在问题的分析和求解阶段,集中探讨人们在问题的分析和求解过程中所可能遇到的问题,但这项研究却揭示了我们在思维过程中所遇到的困难也有可能来自于更早期的信息加工阶段,它表明我们的大脑在觉知问题的时候就可能已经产生了错误的倾向。这一点可能在顿悟和创造性思维中表现得更加明显。在人类历史上一些重要的技术革命和创新,比如活字印刷的发明和高度分工的生产流水线的出现,可能都与这个过程有关,因为人们会很自然地将一页书或者一件商品的制造和生产过程看作一个整体或组块,从而无法有效地破解和拆分出其中的组成部分,产生新的思维。因此,研究顿悟的组块破解过程及其脑机制可能会为创造性思维的促进提供思路。(答案:及-名,牛-石,兰-六,天-个)

原载《科学》(中国科学技术信息研究所与科学技术文献出版社主办)

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