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问题解决是通过执行算子(例如启发式规则)在问题空间中进行搜索,使问题从初始状态达到目标状态的思维过程,在这个过程中,工作记忆和表象起着重要的作用。随着认知心理学,神经科学和人工智能的发展,对工作记忆、表象和问题解决都已经分别展开了研究,但是将工作记忆、表象和问题解决结合起来研究,探讨工作记忆和表象在问题解决中的神经机制的研究至今不多。Web智能的发展、成熟的脑成像技术以及认知体系结构模型的出现,使得研究问题解决的神经机制成为可能。
针对以上问题,本文采用一种简化的四方趣题作为实验材料,解题的启发式规则简单易懂,这种任务只需要较短的解决时间并且包含了所有问题解决的认知成分。本研究在任务中加入了有无延时和是否拼接两个因素,延时重点突出了工作记忆；对任务的拼接重点突出了表象。
ACT-R模型为研究人脑启发式问题解决模型提供了认知基础,模型中有六个脑区和问题解决有关,因此本文重点关注了这六个脑区:梭状回(FusiformGyrus,FG)、尾状核(Caudate Nucleus)、后顶叶(Posterior Parietal Cortex,PPC)、前额叶(Prefrontal Cortex,PFC)、前扣带回(Anterior Cingulate Cortex,ACC)和手动区(Motor Region),并进行了验证性分析。另外,为了发现与工作记忆和表象有关的其他脑区,本研究还进行了探索性分析。
在工作记忆和表象的过程中都发现有左侧额下回和后顶叶的激活,而且后顶叶在激活范围和强度上都要超过额叶；左侧前、后中央回和左侧前扣带回主要在工作记忆中发现有明显激活；左侧额上回、额中回,右侧额中回、额下回,双侧额眼区,右侧枕上回,双侧小脑及辅助运动区主要在表象中发现有明显激活。因此,我们得到了工作记忆和表象可能涉及的信息加工过程:延时条件下,延时期间被试通常会不断的复述以维持刺激一的信息,其中后顶叶主要负责维持数字的空间位置,表征视空间；左侧额下回主要负责维持具体的数字；左侧前扣带回主要负责保持任务的目标；左侧前、后中央回的活动可能与任务的复述有关。拼接条件下,刺激二的视觉信息会投射到梭状回并进行视觉加工；然后前额叶从记忆中提取记住的刺激一,这两个刺激被拼接成问题的初始状态,在这个过程中可能包括初级视觉皮层的活动并最终表征在后顶叶,同时额眼区扫视任务并调配注意力帮助后顶叶进行表象,因表象时需要较强的视空间信息的加工,所以需要和视空间信息加工有关的脑区右侧枕上回、小脑和辅助运动区配合后顶叶进行表象。