人的大脑为何能“灵光一闪”？量子杂志刊文揭秘“顿悟”神经原理

灵光乍现的瞬间是你大脑的产物。神经科学家追踪了“顿悟”背后的神经活动，以及它如何可能增强记忆。

日前，《量子杂志》发了一篇非常有趣的文章：《How Your Brain Creates ‘Aha’ Moments and Why They Stick（顿悟的神经科学原理）》。（下附全文）

文章称，顿悟是一种大脑在瞬间完成意义重组（representational change）的过程，由视觉皮层识别模式、海马体检测预测误差、杏仁核赋予情绪显著性共同驱动，从而产生“aha moment”并强化记忆。

我们以为理解是一种线性过程：信息进入大脑，经过分析与推理，得出结论。但事实恰恰相反。真正的理解往往像一道闪电，突然照亮一个原本混沌的世界。这种突然而来的领悟——“啊哈时刻”——并非魔法，而是大脑在瞬间完成了意义的重组。

这种重组被称为“表征改变”。在此之前，大脑所看到的，只是无意义的线条、噪声、混乱的片段；而在顿悟的那一刻，它们被重新组织为新的整体，原本陌生的图像变得清晰、有意义。人类的学习与创造，其实都依赖于这种从“无意义”到“有意义”的跃迁。

这种认知的闪光不仅带来喜悦，还能刻进记忆。科学家在实验中发现，当人们识别出被隐藏在抽象黑白图像中的物体时，大脑的视觉皮层、海马体与杏仁核几乎同时被点亮。视觉识别、情绪反应与记忆编码在一瞬间合流——这正是为什么“啊哈”的瞬间让知识变得难以忘怀。学习的愉悦，其实是大脑在奖励自己完成了一次“世界重构”。

教育的意义，也许正是在此。真正的学习，不是被动接受知识，而是引导学生经历自己的“顿悟时刻”。当一个孩子亲手揭开谜底，他不仅记住了答案，也重塑了理解世界的方式。

“啊哈”并非只是认知的瞬间，而是人类意识的一个窗口——在那一闪之中，我们看见大脑如何把混乱变成秩序，把模糊变成意义，也看见自己如何在理解的光中被改变。

以下附全文：

这里有三个词：松树（pine）、螃蟹（crab）、酱汁（sauce）。有第四个词，它能与以上每个词组合，构成另一个常用词。这个词是什么？

当你最终想到答案时，那感觉很可能是一瞬间的事。你甚至可能会说“啊哈！”。这种突然的领悟被称为顿悟，一个研究团队最近揭示了大脑是如何产生它的，这或许能解释为何顿悟性想法往往能牢牢留在我们的记忆中。

杜克大学的认知神经科学家马克西·贝克尔最初是在阅读了科学史学家兼哲学家托马斯·库恩于1962年出版的里程碑式著作《科学革命的结构》后，对顿悟产生兴趣的。“他描述了一些想法如何强大到足以彻底改变整个领域的思维方式，”她说，“这让我不禁想知道：大脑是如何产生这类想法的？一个单一的想法如何能改变我们看待世界的方式？”

这样的顿悟时刻在历史上比比皆是。根据罗马建筑师兼工程师维特鲁威的说法，在公元前三世纪，希腊数学家阿基米德在踏进浴缸看到水位上升的体积等于他浸入水中的体积时，突然大喊“我找到了！”（尽管这个故事可能是杜撰的）。据传说，十七世纪的艾萨克·牛顿爵士在一个苹果砸到头上后，对重力有了突破性的理解。二十世纪初，爱因斯坦突然意识到“如果一个人自由下落，他将感觉不到自己的重量”，正如他后来在一次讲座中描述的那样，这一领悟引领他提出了相对论。

顿悟并不仅限于天才：我们在解决谜题或处理社交及智力问题时，也时常会有这种认知体验。它们与分析性解决问题（例如进行程式化的代数运算过程）不同，在后一种情况下，你是缓慢渐进地得出解决方案，仿佛在逐渐“接近”答案。相反，顿悟常常出现在一段困惑期之后。你从不觉得在“接近”答案；而是仿佛一瞬间就从“冷”变“热”。或者，正如以构建学习神经生物学模型而闻名的神经心理学家唐纳德·赫布在20世纪40年代所写：有时“学习是单次跳跃式发生的，一种全有或全无的事情。”

大脑对信息理解方式的这种突然的认知转变，被称为表征变化。尽管研究人员已经从受试者的行为中推断出理解上的突然转变，但他们尚未确切搞清楚大脑是如何支持表征变化的。

“在顿悟时刻，表征变化通常会发生，”德雷塞尔大学的认知神经科学家、《尤里卡因素：顿悟时刻、创造性洞察与大脑》一书的合著者约翰·库尼奥斯说。“问题在于：它是如何发生的？”

顿悟活动

在柏林洪堡大学期间，贝克尔开始着手揭示这种顿悟的神经特征。鉴于在实验室里制造改变人生、颠覆领域的顿悟几乎是不可能的，她的团队需要设计一个能产生突然理解感而非缓慢展开解决方案的简单任务。

他们转向了一种名为穆尼图像的抽象黑白图片。这种图片是通过将照片的对比度调到最高制成的，使得其中的主体（例如一只狗或一个咖啡杯）起初无法辨认。这些图片对人类大脑构成了挑战，大脑通常通过拼凑物体的不同部分来识别它们。但如果给大脑足够的时间（甚至几秒钟）来观察穆尼图像，它能够重新组织轮廓线，从而识别出图像中的物体——并触发顿悟性的“啊哈！”感觉，即一种表征变化。

在为期两天的过程中，贝克尔让研究参与者躺在功能性磁共振成像（fMRI）扫描仪中（该设备通过检测大脑中的血流来间接反映神经活动），观看一系列共120张穆尼图像。在观看单张图像10秒后，参与者需指出他们是否识别出了图像中的物体。如果识别出来了，他们随后需要回答一系列关于其体验的突然性、积极情绪和确定性相关问题——这三个指标被认为与顿悟时刻相关。

贝克尔和她的团队随后使用神经网络解析fMRI数据，试图找出参与者在正确识别穆尼图像时，大脑活动中一致的变化。他们观察到，当参与者注意到隐藏的物体时，腹侧枕颞叶皮层（VOTC）（负责识别环境中的视觉模式）、杏仁核（处理积极和消极情绪）以及海马体（大脑深处处理记忆的结构）的脑活动均有所增加。对于那些被评价为更确定、情绪更积极的体验——换言之，更具顿悟性的体验——这种活动更为强烈。

贝克尔说，海马体有时被称为大脑的“失配检测器”，因为当输入信息与预期不符时，它会产生反应。在这种情况下，顿悟使得一个原本无意义的图像获得了意义，这与大脑的预测相悖。

未参与该研究的库尼奥斯表示，这些区域——海马体、杏仁核和VOTC——构成了支持表征变化的“一个合理的脑区网络”。同样未参与该研究的亚利桑那大学神经科学博士后研究员于亚华表示，这些发现最终“将心理学理论与神经机制联系了起来”。

贝克尔和她的团队可能在VOTC区域发现了表征变化，这是因为他们使用的刺激是视觉性的。如果他们选择了其他类型的刺激，比如词语，这种变化很可能出现在大脑的语言处理区域。

一旦团队弄清了哪些脑区支持顿悟，他们便想探究这些区域是否可能协同工作以形成持久的记忆。

记忆增强

自开始研究顿悟以来，研究人员就怀疑这种体验可能会增强记忆。赫布在他1949年的著作《行为的组织》中写道：“无论顿悟是什么，我们现在知道它持续影响着成年哺乳动物的学习。”顿悟不仅在当下感觉显著或突出，还能帮助我们以记忆的形式保留新信息。

这种记忆增强效应后来被称为顿悟-记忆优势，并在多种问题解决情境中得到研究，包括破解魔术和解谜。“与逐步解决问题相比，当你产生顿悟时，你往往能更好地记住解决方案，”贝克尔说。她想了解其中的原因。

在最初实验几天后，团队通过让参与者在线上观看更多穆尼图像（包括一些他们之前看过的）来测试他们的记忆。参与者能更好地记住那些他们在顿悟三个方面评分较高的先前图像。这表明顿悟-记忆优势确实存在，但团队想探究其内在机制。顿悟期间的大脑活动是否能预测五天后的更好记忆？

研究人员发现，在最初的顿悟过程中，VOTC和海马体的活动增强幅度越大，参与者对穆尼图像的记忆就越好。贝克尔说，大脑活动的这种巨大变化可能使该体验更加突出，而突出的体验已知能更好地编码为长期记忆。

虽然顿悟能形成关于某个想法的更强记忆，但这并不意味着这个想法是正确的。先前的研究表明，解决方案感觉越快、越确定、越愉悦，它就越有可能是正确的——但错误的顿悟可能且确实存在。在贝克尔的研究中，参与者错误地识别了他们所见穆尼图像中超过一半的主体。在这些错误试次中（研究人员在分析时排除了这些试次），参与者报告有40%的时间体验到了顿悟感。相比之下，在正确的试次中，伴随顿悟感的比例为65%。

这类在实验室中对顿悟的研究将为研究人员探索其在现实世界中如何发挥作用奠定基础。贝克尔说，一旦我们将顿悟分解为“我们已经很好理解的非常简单的任务”，我们就可以“转向更复杂、真正具有创造性的任务”。

对未来洞察

自认为缺乏创造力的于亚华，对顿悟在创造性过程中的作用特别着迷。创造力“就像一种魔力，”她说，“一个真正伟大的创意想法（常常）与顿悟相关联，因为创意想法在某种程度上是你认知世界的一次飞跃，而飞跃往往会引发顿悟或‘啊哈’的感觉。”

然而，于亚华发现顿悟在创造力中的作用可能取决于一个人正在解决的问题类型。在最近的一项研究中，她要求参与者为科学概念想出隐喻，并询问他们在此过程中是否使用了顿悟。她发现，由顿悟驱动的隐喻与分析性思维创造的隐喻在创造性上并无显著高低之分——而且参与者更有可能记住后者背后的科学概念。

贝克尔推测，这可能是因为与在穆尼图像中看到隐藏物体的任务不同，创造隐喻往往依赖于较慢的认知问题解决过程，而非突然的顿悟时刻。因此，顿悟的效果很可能取决于具体情境。

接下来，于亚华希望在更多情境下研究顿悟。“大多数顿悟研究关注的是问题解决情境和实验室环境下的顿悟，”于亚华说。她希望研究人员能开始研究“许多其他领域中的顿悟，比如心理治疗中、冥想中，甚至在迷幻体验中。”

除了能更好地理解人脑如何学习外，这些发现还可能应用于课堂教学。库尼奥斯认为，将增强顿悟的策略应用于教学，可能会为学生带来更好的学习成果。顿悟似乎是一种强大而积极的体验，它能产生准确的解决方案、对我们答案的信心以及牢固的记忆。

“这对老师来说要求很高，但许多真正优秀的老师会努力让学生自己洞察事物的运作原理，而这将把知识深深烙印在他们的记忆中，”库尼奥斯说。“（这的）另一个方面是，它也极具激励作用。”

当你的大脑突然想出答案时，那感觉真好。也许自从读了本文的第一句话以来，你已经体验到了那种感觉。或许它甚至像苹果砸中头一样击中了你。