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The Neural Substrate of the Eureka Effect

Lu, Yiqing :
The Neural Substrate of the Eureka Effect.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: The Neural Substrate of the Eureka Effect
Language: English
Abstract:

The Eureka effect, also known as Aha effect, insight or epiphany, refers to the common experience of suddenly solving a problem. Here we study this effect in a pattern recognition paradigm that requires the segmentation of complex scenes and recognition of objects on the basis of Gestalt rules and prior knowledge. In the experiments both sensory evidence and prior knowledge were manipulated in order to obtain trials that do or do not converge towards a perceptual solution. Subjects had to detect objects in blurred scenes and signal recognition with manual responses. Neural dynamics were analysed with high density Electroencephalography (EEG) recordings. We determined changes in spectral distribution, coherence, phase locking and fractal dimension. The Eureka effect was associated with increased coherent oscillations in the alpha and theta band over widely distributed regions of the cortical mantle predominantly in the right hemisphere. This increase in coherence was associated with a decrease of beta band activity over parietal and central regions, and with a decrease of alpha band activity over frontal and occipital areas. In addition, there was a lateralized reduction of fractal dimensionality for activity recorded from the right hemisphere. These results suggest that the transition towards the solution of a perceptual task is mainly associated with a change of network dynamics in the right hemisphere that is characterized by enhanced coherence and reduced complexity. We propose that the Eureka effect requires cooperation of cortical regions involved in working memory, creative thinking and the control of attention.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Der Heureka Effektes, auch bekannt als Aha-Effekt oder Moment der Einsicht, beschreibt die subjektive Erfahrung einer plötzlichen Problemlösung. In der vorliegenden Untersuchung haben wir diesen Effekt anhand eines Mustererkennungs-Paradigmas untersucht, welches die Segmentierung komplexer Szenen, sowie das Erkennung von Objekten auf Basis von Gestalt-Prinzipien und Vorwissen erfordert. In den durchgeführten Experimenten wurden sowohl sensorische Evidenz, als auch das Vorwissen der Probanden so manipuliert, dass die perzeptuelle Lösbarkeit eines Reizes kontrolliert werden konnte. Im Experiment sollten Probanden Objekte in verschwommen Szenen erkennen und dieses Erkennen rückmelden. Dabei wurde die neuronale Dynamik mittels Elektroencephalographie (EEG) untersucht, um Veränderungen im Frequenzspektrum, in der Kohärenz, in der Phasenkongruenz und der fraktalen Dimensionalität zu quantifizieren. Dabei war der Eureka-Effekt mit erhöht kohärenter Aktivität im Alpha- und Theta-Band in weiten Regionen des Kortex, vor allem aber rechts-hemisphärisch, assoziiert. Die Zunahme der Kohärenz war dabei mit einer Abnahme der Aktivität im Beta-Band über parietalen und zentralen Regionen, sowie mit einer Abnahme der Aktivität im Alpha-Band über frontalen- und okzipitalen Regionen, assoziiert. Zusätzlich zeigte sich eine Reduktion der Lateralisierung der fraktalen Dimensionalität in der rechten Hemisphäre. Dies Ergebnisse legen nahe, dass ein Übergang in Richtung der Lösung einer perzeptuellen Aufgabe hauptsächlich mit einer Veränderung der Netzwerkdynamik, charakterisiert durch erhöhte Kohärenz und reduzierte Komplexität, der rechten Hemisphäre in Verbindung gebracht werden kann. Der Eureka-Effekt erfordert vermutlich die Koordination verschiedener kortikaler Regionen, die in Arbeitsgedächtnis, kreatives Denken und Aufmerksamkeitskontrolle involviert sind.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 10 Department of Biology
10 Department of Biology > Neurophysiology and Neurosensory Systems
Date Deposited: 04 Dec 2018 11:52
Last Modified: 04 Dec 2018 11:52
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-82185
Referees: Galuske, Prof. Dr. Ralf and Laube, Prof. Dr. Bodo and Singer, Prof. Dr. Wolf
Refereed: 16 November 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8218
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