创造性或者创造力是人类文明的基石和经济社会发展进步的动力(Dietrich & Kanso,2010)。顿悟是创造性研究的主要途径之一(Dietrich & Kanso,2010)。国内学者从如何促成顿悟问题的成功解决出发,发现向被试提供原型可以促进顿悟问题的解决,从而产生原型启发效应。为了解释该效应,进而提出了顿悟的“原型启发”理论(张庆林,邱江,2005；张庆林,邱江,曹贵康,2004),该理论认为在顿悟问题的解决过程中,如果能够在头脑中激活恰当的“原型”及其包含的“关键启发信息”,那么顿悟就能够发生。该理论所说的“原型”是指能对当前的顿悟问题解决起到启发作用的认知事件,而“原型”中包含的对于解决当前问题最具决定性和指导性的信息被称为“关键启发信息”。 要解决一个问题,被试需要首先在头脑中“激活”一个和当前问题有关的原型,然后才能将原型中的关键启发信息应用到该问题上,因此原型启发过程可以分成“原型激活”和“原型中的关键启发信息应用”两个阶段,两个阶段的共同成功才能导致顿悟问题的成功解决(曹贵康,杨东,张庆林,2006；陈丽,张庆林,严霞,张颖,廖祥慧,陈谊,2008；任国防,邱江,曹贵康,张庆林,2007)。对这两个加工阶段的研究往往采用“原型激活率”作为“原型激活”的因变量指标,采用“问题解决正确率”作为“启发信息应用”的因变量指标。

研究者使用字谜问题已对“原型激活”的机制进行了探索,比如吴真真、邱江和张庆林(2009)在研究中使用“多对多”实验范式(学习多个原型字谜-解决多个相应的靶问题),要求被试一次测试中学习3个(或6个、9个)原型字谜并相应地解决3个(或6个、9个)靶字谜,结果发现原型的激活没有显著差异。由此作者认为原型激活(在所学习的多个原型中想到一个恰当的原型)是一种“并行加工”,不需要被试消耗较多的认知资源,是自动加工的过程。另一项研究(吴真真,邱江,张庆林,2008)使用相同范式也发现一次测试中学习字谜的数量不影响原型激活率和问题解决正确率,同时发现原型的“启发量”高低在不影响原型激活率的情况下会影响问题解决正确率,作者因此认为“启发信息应用”是控制加工过程,这是因为：研究中提到的启发量指标是“1对1”测试范式的测试结果(学习1个相关原型条件下与不学习相关原型条件下解决1个靶字谜的正确率之差),不涉及在多个原型中激活一个恰当的原型,所以“多对多”范式下启发量的问题解决正确率差异反映了“启发信息应用”加工的难易程度,这是一种控制加工(需要在激活原型的前提下仔细考虑如何应用该原型中的“关键启发信息”去解决靶字谜)。类似结果在曹贵康等(2006)、陈丽等(2008)的研究中得到进一步证实。

以上对原型启发机制的研究均采用字谜问题作为研究材料,存在生态学效度较低的问题。因此,张庆林团队基于原型启发理论(张庆林等,2004)从现实生活中的科学发明实例中筛选材料,编制成生态学效度较高的《科学发明创造实验问题材料库》(朱丹,罗俊龙,朱海雪,邱江,张庆林,2011)。他们的研究发现,科学发明问题解决的原型启发过程同样包括“原型激活”和“关键启发信息应用”两个阶段,原型的表征形式、被试情绪状态和原型学习-问题解决的顺序会影响科学发明问题解决(朱丹等,2011；朱海雪等,2012；田燕,罗俊龙,李文福,邱江,张庆林,2011；沈承春,张庆林,2012)。

睡眠是一种重要的生理机能,研究发现睡眠和创造性之间存在密切关系(Stickgold & Walker,2004)。科学史上发生过大量睡眠中产生灵感的实例(Mazzarello,2000)。实验室研究也表明睡眠促进了创造性问题解决。比如,Wagner,Gais,Haider,Verleger, and Born(2004)在研究中发现睡眠通过提高个体的认知灵活性而促进了个体顿悟到任务中内隐的规则。Cai,Mednick,Harrison,Kanady, and Mednick(2009)的研究进一步发现快速眼动睡眠(REM)相对于无睡眠更能提高顿悟问题解决的成绩,并指出REM睡眠阶段较高的类胆碱(cholinergic)和去甲肾上腺素(noradrenergic)提高了个体整合无关信息的能力,该能力有助于创造性问题解决。另一项研究则发现非快速眼动睡眠(NREM)更能促进创造性问题的解决,认为NREM阶段较低的皮层唤醒水平有利于远距离联想的形成(Drago et al., 2011)。虽然睡眠对创造性问题解决的影响已经得到大量研究的支持,但睡眠对于科学发明问题解决中原型启发效应的影响还不清楚,睡眠对原型启发过程的机制(“原型激活”和“启发信息应用”)的影响也缺乏研究。本研究中,从生态学效度较高的《科学发明创造实验问题材料库》中选取材料,采用原型启发研究中常用的“学习-测试”两阶段范式,招募有午睡习惯的大学生被试,分别进行正常午睡和剥夺午睡的处理,探索午睡剥夺对原型启发的影响,并深入分析午睡剥夺对“原型激活”和“启发信息应用”两个加工阶段的影响。

2 方法 2.1  被试

实验招募36名(男女各18人,年龄在19～25岁之间)具有午睡习惯的大学生被试(1周至少3次午睡,每次至少持续半小时至两小时,并坚持两年),均为右利手,没有生理或精神方面的疾病,视力或者矫正视力正常。实验结束后获得适量报酬。试验中将被试随机分为相等的两组：午睡剥夺组和正常午睡组。午睡剥夺组被试在实验进行当天12:30来到实验室进行午睡剥夺,一直到14:30实验开始,期间由主试进行监控以免被试进行午睡。正常午睡组被试在实验进行当天12:30在各自寝室内进行正常午睡,14:30到实验室参加实验,主试在实验开始前询问被试的午睡情况,是否由于突发事件被中断。在各自寝室进行正常午睡也是为了避免环境的突然改变影响午睡质量。所有参加实验的被试,都要求在实验前五天保持正常的午睡习惯。午睡剥夺组有1名被试没有按照要求在试验前五天正常进行午睡被删除,最终共有35名被试参加了实验。 2.2  材料和任务

从《科学发明创造实验问题材料库》中选择32个题目,高低启发量题目各一半。《科学发明创造实验问题材料库》中的“启发量”指标等于被试在有原型条件下得到的正确率(正确率2)减去无原型条件下得到的正确率(正确率1)。高启发量组材料的启发量为0.79 ±0.04,正确率1=0.07±0.06,正确率2=0.86±0.07,且差异显著(p<0.001)；低启发量组材料的平均启发量为0.30±0.06,正确率1=0.49±0.20,正确率2=0.79±0.19,且差异显著(p<0.001)。两组材料正确率1和2差异均显著,说明两组材料的原型对科学发明问题的解决具有促进效应。两组材料启发量差异也显著(p<0.001),说明材料选取有效。 2.3  答案计分方法

实验开始前向被试说明答案必须包括两部分：一是解决科学发明问题所用到的原型；二是怎样运用原型中的启发信息解决当前的科学发明问题。对被试写下的答案进行0,1,2三级评分(未想到恰当原型或未回答记0分,想到恰当原型但不能用原型正确解决问题记1分,想到恰当原型并正确解决问题记2分)。文中将被试激活了恰当原型,但没有成功解决问题称为原型激活,将激活了恰当原型并利用原型中包含的启发信息成功解决问题称为问题解决。原型激活率则指激活恰当原型的比率(1分和2分的题目占总测试题目的比率),问题解决率指成功解决问题的比率(2分的题目占总测试题目的比率),反映了在原型激活基础上关键性启发信息激活的比率。2.4  实验设计

实验为2×2×2的混合实验设计。自变量1(实验范式：“1对1”和“8对8”)是组内变量,所有被试都参加了两类范式下的问题解决；自变量2(材料启发量高低：高启发量和低启发量)是组内变量,所有被试都完成了两类不同启发量材料的问题解决；自变量3是组间变量(是否进行午睡剥夺：正常午睡组和午睡剥夺组),正常午睡组有18人,午睡剥夺组有17人。因变量有两个：原型激活率和问题解决率。 2.5  实验范式和程序

本研究使用“1对1”和“8对8”的学习测试范式。在“1对1”范式中,被试先学习一个原型然后解决一个对应的科学发明问题,在该范式下,由于恰当的原型就是刚刚学习的那一个(原型激活率接近100%),因此在这种范式下的问题解决正确率的差异就是“启发信息运用”的差异。在“8对8”范式中,被试先学习8个原型然后解决8个对应的科学发明问题,在该范式下,由于恰当的原型不只是刚刚学习的一个,而是需要在所学习的多个原型中激活一个恰当的原型并将其中的启发信息应用到问题解决上,既涉及到“原型激活”又涉及到“启发信息应用”。

“1对1”范式如图 1所示。首先呈现2s的“Ready”,随后呈现一个20s的原型,要求被试在20s内学习理解原型,理解后立即按空格键(20s内没有按键原型自动消失),接着呈现一个与刚刚学习原型对应的科学发明问题,要求被试在40s内想出解决问题的方法,想到答案后立即按空格键(40s内没有按键问题自动消失),然后将答案写在答题纸上,以进行事后评定,然后按“空格”键继续。

图 1 “1对1”范式刺激呈现流程

图选项

“8对8”范式如图 2所示。刺激流程分为学习阶段和测试阶段。在学习阶段,首先出现2s的“ready”,告知被试刺激即将出现,然后呈现一个原型20s,被试理解后按空格键(20s内未按键原型消失)。直到学完8个原型。在测试阶段,屏幕中央出现2s的“ready”,然后呈现一个科学发明问题40s,要求被试根据前面学习的8个原型中的一个解决当前问题,解决问题后按空格键(40s内未按键问题消失)。然后将答案写在答题纸上,按“空格”键继续。直到解答完8道题。测试阶段写下的答案用于事后评分和统计。

图 2 “8对8”范式刺激呈现流程

图选项

在实验中,“1对1”范式和“8对8”范式中各有16个材料(高低启发量材料各8个)。“1对1”和“8对8”范式采用平衡抵消设计,在一半被试中先进行“1对1”后进行“8对8”,在另一半被试中,先进行“8对8”后进行“1对1”。实验材料也进行平衡抵消设计,每个测试问题材料都有同等的机会出现在“1对1”和“8对8”范式中。 3 结果

正常午睡组和午睡剥夺组被试的原型激活率、问题解决正确率指标上的描述性统计分析结果见表 1。

分别对原型激活率、问题解决正确率进行2×2×2(范式×启发量×处理)的方差分析(表 2)。

结果发现,在问题解决率上：范式主效应显著,“1对1”范式(学习1个原型解决1个对应的问题)下的问题解决正确率显著高于“8对8”范式(学习8个原型后解决对应的8个问题)下的问题解决正确率,由于前者中被试是在学习一个原型后马上解决对应的问题,不涉及“原型激活”,而后者中被试如果要解决当前问题就必须从学习到的8个原型中“激活”一个对应原型,因此范式主效应显著说明“原型激活”是导致问题困难的重要原因之一,范式自变量和午睡剥夺变量的纳入有助于考察午睡剥夺对“原型激活”的影响；启发量主效应显著,高启发量材料的问题解决正确率显著高于低启发材料的正确率,由于启发量反映的是被试在有、无原型条件下问题解决正确率的差异,也就是被试将原型中的启发信息“应用”到当前问题上的难易程度,因此启发量主效应显著说明本实验选择的测试材料在“启发信息运用”的难度上差异显著,启发量自变量和午睡剥夺变量的纳入有助于考察午睡剥夺对“启发信息运用”的影响；是否午睡的主效应显著,正常午睡组被试的问题解决正确率显著高于午睡剥夺组被试的问题解决正确率,说明本实验对自变量“是否午睡”的操纵是有效的。

在原型激活率上：范式主效应显著,“1对1”范式下的原型激活率显著高于“8对8”范式下的原型激活率,说明范式会影响“原型激活”并进而影响“启发信息运用”；启发量主效应不显著,说明启发量只影响“启发信息运用”而不影响“原型激活”；是否午睡处理主效应显著,正常午睡组被试的原型激活率显著高于午睡剥夺组被试的原型激活率,说明是否午睡不仅影响“启发信息运用”,也影响“原型激活”。

此外,在问题解决正确率和原型激活率上,都没有发现任何显著的二阶或者三阶交互作用,说明是否午睡对“原型激活”和“启发信息运用”的影响不会因为范式的不同(“原型激活”的难易程度的差异)和启发量的高低(“启发信息运用” 难易程度的差异)而有所变化。

4 讨论 4.1  关于午睡剥夺在原型启发上的主效应

是否午睡在原型激活率和问题解决率上主效应都显著,说明午睡剥夺影响正常午睡者运用原型启发思维方式解决科学发明问题的能力。已有研究发现睡眠剥夺影响个体言语流畅性(Jones & Harrison,2001；Nilsson et al., 2005)和新颖性加工能力(Gosselin,De Koninck,& Campbell,2005)。也有研究发现睡眠可以促进记忆表征结构重构,从而提高顿悟产生的可能(Maquet,2001；Smith,1995)。Wagner等(2004)在研究中发现一段时间的睡眠有助于被试顿悟到任务内隐规则,究其原因可能是睡眠后个体认知灵活性的提高导致的。Drago等(2011)在类似的研究中也发现睡眠对发散性思维的流畅性和灵活性有促进作用。本研究与先前研究不同之处在于揭示了午睡剥夺会影响运用原型启发思维方式去解决科学发明问题的能力。 4.2  关于午睡剥夺与实验范式和启发量的交互作用

除了午睡剥夺主效应显著外,本研究还检验了实验范式和启发量的主效应。

本研究结果发现,实验范式(“1对1”和“8对8”)在原型激活率和问题解决正确率上主效应都显著。由于“1对1”范式中被试只是将刚刚学习的原型用于当前问题的解决(只包含“启发信息应用”这个加工阶段),而“8对8”范式中被试必须先在所学习的8个原型中激活一个相关原型,然后才能将其中的启发信息运用于当前问题解决,所以本研究中的实验范式上的差异主要反映了“原型激活上的难度差异”。由于先前的研究发现,在多个原型中激活一个恰当的原型,类似于现实生活中的灵光一现,较多依赖直觉思维,这种直觉思维才是创造性思维的关键(田燕,罗俊龙,李文福,邱江,张庆林,2011；朱海雪等,2012),所以原型激活上的难度差异在本研究中是十分重要的变量。先前研究的回归分析还发现,由于原型对问题解决具有启发效应,所以问题解决正确率上的差异主要是由原型激活率上的差异导致的(田燕等,2011；朱海雪等,2012),这也进一步说明本实验中实验范式上的差异主要反映了原型激活上的难度差异。

本研究结果还发现,原型材料的启发量高低在原型激活率上的主效应不显著,只在问题解决正确率上主效应显著,因此可以推测启发量引发的差异主要是“启发信息应用”上的难度差异。如前所述,《科学发明创造实验问题材料库》中的“启发量”指标反映的是在“1对1”范式下原型包含的启发信息应用到问题解决的难易程度,是控制加工过程(朱丹等,2011)。启发量高低只影响“启发信息应用”这个控制加工的过程(吴真真等, 2008,2009)。先前的这些研究也能够证实启发量引发的差异主要是“启发信息应用上的难度差异”。

如果说实验范式和启发量的主效应理所当然,没有多大的意义,那么本研究发现午睡剥夺、实验范式和启发量两两之间均没有显著的交互作用,这对揭示午睡剥夺如何影响原型启发效应的讨论却有重要的意义。既然实验范式引发的差异主要反映了“原型激活的难度差异”,启发量引发的差异主要是“启发信息应用的难度差异”,那么,午睡剥夺和实验范式以及启发量之间均没有显著的交互作用就足以证明,午睡剥夺不论“原型激活”的难度如何以及“启发信息应用”的难度如何都同样发挥其作用。也就是说,午睡剥夺对科学发明问题解决的影响是通过对原型启发的两个阶段(原型激活和启发信息应用)的影响而实现的。由于先前研究已经发现,“原型激活”是自动加工过程,不受一次学习的原型个数的影响(曹贵康等,2006；吴真真等, 2008,2009),而“启发信息应用”是控制加工过程,受到材料启发量高低的影响(邱江,张庆林,2007；吴真真,2007；吴真真等, 2008,2009),所以,在本研究中,可以认为午睡剥夺不仅影响原型激活的自动加工过程,同时也影响启发信息应用的控制加工过程。

值得讨论的问题是,既然原型激活是一种自动加工,不需要太多的认知资源,应该不受午睡剥夺的影响,然而本研究结果表明午睡剥夺既影响原型激活的自动加工过程,同时也影响了启发信息应用的控制加工过程。这一问题还需要进一步探索。或许可能的解释是,在本研究中,午睡剥夺对科学发明问题解决中问题解决的影响可能是由于午睡剥夺后个体总的认知资源下降(认知疲劳)并导致一般认知、记忆等能力的改变所导致的。即使原型激活是自动加工,但是原型的学习、记忆(表征)却需要一定的认知资源的投入,一般认知能力是创造性思维能力的必要条件,尽管不是充分条件。 4.3  午睡剥夺研究的应用意义

本研究证明,午睡剥夺影响正常午睡者运用原型启发思维方式解决科学发明问题的能力,这或许提醒我们,疲劳战术或疲劳轰炸并不利于创造性思维,反之,适当的休息或午睡有利于疲劳的恢复或认知资源的积累,有利于提高认知效率和创造性思维的质量。

本研究的结果还表明,像原型启发这一种类似于灵感闪现的顿悟,往往是在大脑得到充分休息的状态下更容易产生,这对于科学发明的实践和进一步研究灵感闪现的生理基础奠定了研究基础。

当然,本研究只探讨了有午睡习惯的被试在是否剥夺午睡的条件下的原型启发效应的差异,并没有研究有、无午睡习惯的被试在创造性思维上的差异(例如晚上11点疲倦的时候测试有午睡习惯和无午睡习惯的被试在原型启发能力上的“抗疲劳”差异),所以还不能够说“午睡”比“不午睡”更有利于开发人的创造性。

5 研究局限

首先,在午睡剥夺上,午睡组要求被试在各自休息的地方进行午睡,午睡剥夺组在主试监视下进行剥夺,没有将两个组都纳入监视范围是一个不足。在以后的实验中,如果条件允许两组被试都应该在标准的实验室内进行实验操作,但此时就必须考虑午睡地点和环境的改变是否会对午睡造成影响的问题。其次,本研究虽然证明睡眠对创造性问题解决中的原型启发效应存在影响,但是还缺乏来自脑电和磁共振方面的证据,作者的下一步研究会利用脑电和磁共振技术进行进一步的研究。再次,研究虽然在坚持随机抽取和随机分组的原则上进行实验控制,但并未对两组被试科学发明问题解决能力的基线情况进行差异检验和分析,需要在以后的研究中进行相关控制。最后,本研究被试量较小,午睡和科学发明问题解决之间的关系还需要进一步研究验证。

6 结论

(1)对习惯午睡者进行午睡剥夺影响其科学发明问题解决过程。

(2)午睡剥夺会对原型启发效应的原型激活和启发信息应用两个阶段产生影响。