人的大腦為何能“靈光一閃”？量子雜志刊文揭秘“頓悟”神經原理

靈光乍現的瞬間是你大腦的產物。神經科學家追蹤了“頓悟”背后的神經活動，以及它如何可能增強記憶。

日前，《量子雜志》發了一篇非常有趣的文章：《How Your Brain Creates ‘Aha’ Moments and Why They Stick（頓悟的神經科學原理）》。（下附全文）

文章稱，頓悟是一種大腦在瞬間完成意義重組（representational change）的過程，由視覺皮層識別模式、海馬體檢測預測誤差、杏仁核賦予情緒顯著性共同驅動，從而產生“aha moment”并強化記憶。

我們以為理解是一種線性過程：信息進入大腦，經過分析與推理，得出結論。但事實恰恰相反。真正的理解往往像一道閃電，突然照亮一個原本混沌的世界。這種突然而來的領悟——“啊哈時刻”——并非魔法，而是大腦在瞬間完成了意義的重組。

這種重組被稱為“表征改變”。在此之前，大腦所看到的，只是無意義的線條、噪聲、混亂的片段；而在頓悟的那一刻，它們被重新組織為新的整體，原本陌生的圖像變得清晰、有意義。人類的學習與創造，其實都依賴于這種從“無意義”到“有意義”的躍遷。

這種認知的閃光不僅帶來喜悅，還能刻進記憶。科學家在實驗中發現，當人們識別出被隱藏在抽象黑白圖像中的物體時，大腦的視覺皮層、海馬體與杏仁核幾乎同時被點亮。視覺識別、情緒反應與記憶編碼在一瞬間合流——這正是為什么“啊哈”的瞬間讓知識變得難以忘懷。學習的愉悅，其實是大腦在獎勵自己完成了一次“世界重構”。

教育的意義，也許正是在此。真正的學習，不是被動接受知識，而是引導學生經歷自己的“頓悟時刻”。當一個孩子親手揭開謎底，他不僅記住了答案，也重塑了理解世界的方式。

“啊哈”并非只是認知的瞬間，而是人類意識的一個窗口——在那一閃之中，我們看見大腦如何把混亂變成秩序，把模糊變成意義，也看見自己如何在理解的光中被改變。

以下附全文：

這里有三個詞：松樹（pine）、螃蟹（crab）、醬汁（sauce）。有第四個詞，它能與以上每個詞組合，構成另一個常用詞。這個詞是什么？

當你最終想到答案時，那感覺很可能是一瞬間的事。你甚至可能會說“啊哈！”。這種突然的領悟被稱為頓悟，一個研究團隊最近揭示了大腦是如何產生它的，這或許能解釋為何頓悟性想法往往能牢牢留在我們的記憶中。

杜克大學的認知神經科學家馬克西·貝克爾最初是在閱讀了科學史學家兼哲學家托馬斯·庫恩于1962年出版的里程碑式著作《科學革命的結構》后，對頓悟產生興趣的。“他描述了一些想法如何強大到足以徹底改變整個領域的思維方式，”她說，“這讓我不禁想知道：大腦是如何產生這類想法的？一個單一的想法如何能改變我們看待世界的方式？”

這樣的頓悟時刻在歷史上比比皆是。根據羅馬建筑師兼工程師維特魯威的說法，在公元前三世紀，希臘數學家阿基米德在踏進浴缸看到水位上升的體積等于他浸入水中的體積時，突然大喊“我找到了！”（盡管這個故事可能是杜撰的）。據傳說，十七世紀的艾薩克·牛頓爵士在一個蘋果砸到頭上后，對重力有了突破性的理解。二十世紀初，愛因斯坦突然意識到“如果一個人自由下落，他將感覺不到自己的重量”，正如他后來在一次講座中描述的那樣，這一領悟引領他提出了相對論。

頓悟并不僅限于天才：我們在解決謎題或處理社交及智力問題時，也時常會有這種認知體驗。它們與分析性解決問題（例如進行程式化的代數運算過程）不同，在后一種情況下，你是緩慢漸進地得出解決方案，仿佛在逐漸“接近”答案。相反，頓悟常常出現在一段困惑期之后。你從不覺得在“接近”答案；而是仿佛一瞬間就從“冷”變“熱”。或者，正如以構建學習神經生物學模型而聞名的神經心理學家唐納德·赫布在20世紀40年代所寫：有時“學習是單次跳躍式發生的，一種全有或全無的事情。”

大腦對信息理解方式的這種突然的認知轉變，被稱為表征變化。盡管研究人員已經從受試者的行為中推斷出理解上的突然轉變，但他們尚未確切搞清楚大腦是如何支持表征變化的。

“在頓悟時刻，表征變化通常會發生，”德雷塞爾大學的認知神經科學家、《尤里卡因素：頓悟時刻、創造性洞察與大腦》一書的合著者約翰·庫尼奧斯說。“問題在于：它是如何發生的？”

頓悟活動

在柏林洪堡大學期間，貝克爾開始著手揭示這種頓悟的神經特征。鑒于在實驗室里制造改變人生、顛覆領域的頓悟幾乎是不可能的，她的團隊需要設計一個能產生突然理解感而非緩慢展開解決方案的簡單任務。

他們轉向了一種名為穆尼圖像的抽象黑白圖片。這種圖片是通過將照片的對比度調到最高制成的，使得其中的主體（例如一只狗或一個咖啡杯）起初無法辨認。這些圖片對人類大腦構成了挑戰，大腦通常通過拼湊物體的不同部分來識別它們。但如果給大腦足夠的時間（甚至幾秒鐘）來觀察穆尼圖像，它能夠重新組織輪廓線，從而識別出圖像中的物體——并觸發頓悟性的“啊哈！”感覺，即一種表征變化。

在為期兩天的過程中，貝克爾讓研究參與者躺在功能性磁共振成像（fMRI）掃描儀中（該設備通過檢測大腦中的血流來間接反映神經活動），觀看一系列共120張穆尼圖像。在觀看單張圖像10秒后，參與者需指出他們是否識別出了圖像中的物體。如果識別出來了，他們隨后需要回答一系列關于其體驗的突然性、積極情緒和確定性相關問題——這三個指標被認為與頓悟時刻相關。

貝克爾和她的團隊隨后使用神經網絡解析fMRI數據，試圖找出參與者在正確識別穆尼圖像時，大腦活動中一致的變化。他們觀察到，當參與者注意到隱藏的物體時，腹側枕顳葉皮層（VOTC）（負責識別環境中的視覺模式）、杏仁核（處理積極和消極情緒）以及海馬體（大腦深處處理記憶的結構）的腦活動均有所增加。對于那些被評價為更確定、情緒更積極的體驗——換言之，更具頓悟性的體驗——這種活動更為強烈。

貝克爾說，海馬體有時被稱為大腦的“失配檢測器”，因為當輸入信息與預期不符時，它會產生反應。在這種情況下，頓悟使得一個原本無意義的圖像獲得了意義，這與大腦的預測相悖。

未參與該研究的庫尼奧斯表示，這些區域——海馬體、杏仁核和VOTC——構成了支持表征變化的“一個合理的腦區網絡”。同樣未參與該研究的亞利桑那大學神經科學博士后研究員于亞華表示，這些發現最終“將心理學理論與神經機制聯系了起來”。

貝克爾和她的團隊可能在VOTC區域發現了表征變化，這是因為他們使用的刺激是視覺性的。如果他們選擇了其他類型的刺激，比如詞語，這種變化很可能出現在大腦的語言處理區域。

一旦團隊弄清了哪些腦區支持頓悟，他們便想探究這些區域是否可能協同工作以形成持久的記憶。

記憶增強

自開始研究頓悟以來，研究人員就懷疑這種體驗可能會增強記憶。赫布在他1949年的著作《行為的組織》中寫道：“無論頓悟是什么，我們現在知道它持續影響著成年哺乳動物的學習。”頓悟不僅在當下感覺顯著或突出，還能幫助我們以記憶的形式保留新信息。

這種記憶增強效應后來被稱為頓悟-記憶優勢，并在多種問題解決情境中得到研究，包括破解魔術和解謎。“與逐步解決問題相比，當你產生頓悟時，你往往能更好地記住解決方案，”貝克爾說。她想了解其中的原因。

在最初實驗幾天后，團隊通過讓參與者在線上觀看更多穆尼圖像（包括一些他們之前看過的）來測試他們的記憶。參與者能更好地記住那些他們在頓悟三個方面評分較高的先前圖像。這表明頓悟-記憶優勢確實存在，但團隊想探究其內在機制。頓悟期間的大腦活動是否能預測五天后的更好記憶？

研究人員發現，在最初的頓悟過程中，VOTC和海馬體的活動增強幅度越大，參與者對穆尼圖像的記憶就越好。貝克爾說，大腦活動的這種巨大變化可能使該體驗更加突出，而突出的體驗已知能更好地編碼為長期記憶。

雖然頓悟能形成關于某個想法的更強記憶，但這并不意味著這個想法是正確的。先前的研究表明，解決方案感覺越快、越確定、越愉悅，它就越有可能是正確的——但錯誤的頓悟可能且確實存在。在貝克爾的研究中，參與者錯誤地識別了他們所見穆尼圖像中超過一半的主體。在這些錯誤試次中（研究人員在分析時排除了這些試次），參與者報告有40%的時間體驗到了頓悟感。相比之下，在正確的試次中，伴隨頓悟感的比例為65%。

這類在實驗室中對頓悟的研究將為研究人員探索其在現實世界中如何發揮作用奠定基礎。貝克爾說，一旦我們將頓悟分解為“我們已經很好理解的非常簡單的任務”，我們就可以“轉向更復雜、真正具有創造性的任務”。

對未來洞察

自認為缺乏創造力的于亞華，對頓悟在創造性過程中的作用特別著迷。創造力“就像一種魔力，”她說，“一個真正偉大的創意想法（常常）與頓悟相關聯，因為創意想法在某種程度上是你認知世界的一次飛躍，而飛躍往往會引發頓悟或‘啊哈’的感覺。”

然而，于亞華發現頓悟在創造力中的作用可能取決于一個人正在解決的問題類型。在最近的一項研究中，她要求參與者為科學概念想出隱喻，并詢問他們在此過程中是否使用了頓悟。她發現，由頓悟驅動的隱喻與分析性思維創造的隱喻在創造性上并無顯著高低之分——而且參與者更有可能記住后者背后的科學概念。

貝克爾推測，這可能是因為與在穆尼圖像中看到隱藏物體的任務不同，創造隱喻往往依賴于較慢的認知問題解決過程，而非突然的頓悟時刻。因此，頓悟的效果很可能取決于具體情境。

接下來，于亞華希望在更多情境下研究頓悟。“大多數頓悟研究關注的是問題解決情境和實驗室環境下的頓悟，”于亞華說。她希望研究人員能開始研究“許多其他領域中的頓悟，比如心理治療中、冥想中，甚至在迷幻體驗中。”

除了能更好地理解人腦如何學習外，這些發現還可能應用于課堂教學。庫尼奧斯認為，將增強頓悟的策略應用于教學，可能會為學生帶來更好的學習成果。頓悟似乎是一種強大而積極的體驗，它能產生準確的解決方案、對我們答案的信心以及牢固的記憶。

“這對老師來說要求很高，但許多真正優秀的老師會努力讓學生自己洞察事物的運作原理，而這將把知識深深烙印在他們的記憶中，”庫尼奧斯說。“（這的）另一個方面是，它也極具激勵作用。”

當你的大腦突然想出答案時，那感覺真好。也許自從讀了本文的第一句話以來，你已經體驗到了那種感覺。或許它甚至像蘋果砸中頭一樣擊中了你。